新一代天氣雷達復(fù)習(xí)筆記

1、第一章引論 1.1新一代天氣雷達概述 CIRNAD/SA 型雷達主要由 RDA( Radar Data Acquisition )、RPG( Radar Product Generator )、PUP ( Principal User Processor )三部分構(gòu)成。 RDA （Radar Data Acquisition ）由四個部分組成：發(fā)射機、天線、接收機、信號 處理器。 發(fā)射機：產(chǎn)生高功率（峰值功率 750KW）非常穩(wěn)定的10cm的射頻脈沖 天線： 掃描方式：掃描方 式告訴雷達在一次體積掃描中使 用多少仰角和時 間 CINRAD/SA使用三種掃描方式： 掃描方式1#： 5分鐘完成14

2、個不同仰角上的掃描； 掃描方式2#： 6分鐘完成9個不同仰角上的掃描； 掃描方式3#： 10分鐘完成5個不同仰角上的掃描； 體掃模式：體掃模式規(guī)定使用哪個掃描方式，并且規(guī)定哪些具體的仰角。目前 CINRAD/SA定義的體掃模式有4個:VCP11（掃描方式1# ）、VCP21（掃描方式2# ）、 VCP31（掃描方式3# ）、VCP32（掃描方式3# ）VCP31和VCP32的區(qū)別在與 VCP31 使用長脈沖而VCP32使用短脈沖。 最常用的VCP為VCP21 接收機：放大由天線接收的回波能量，以便模數(shù)轉(zhuǎn)換和后續(xù)處理。 信號處理器完成三種重要功能：地物雜波消除、模數(shù)轉(zhuǎn)換，以及退多普勒數(shù)據(jù)的 距離

3、折疊。 RPG （Radar Product Generator）主要任務(wù)是把RDA傳來的基本數(shù)據(jù)，對其處理 和生產(chǎn)各種產(chǎn)品分發(fā)給PUP。 產(chǎn)品分為基本產(chǎn)品和導(dǎo)出產(chǎn)品。 基本產(chǎn)品：指定仰角上的基本反射率因子、基本徑向速度和基本譜寬產(chǎn)品。 導(dǎo)出產(chǎn)品：把體掃基數(shù)據(jù)經(jīng)過特定算法而得到的產(chǎn)品。 PUP （Principal User Processor ）獲取、存儲和顯示產(chǎn)品。 主要功能包括：產(chǎn)品請求（獲取）、產(chǎn)品數(shù)據(jù)存儲和管理、狀態(tài)監(jiān)視、產(chǎn)品編輯 注釋 產(chǎn)品請求方式：常規(guī)產(chǎn)品列表（RPS）、一次性請求（OTR）、產(chǎn)品-預(yù)警配對（PAP） 1.2天氣雷達的局限性 （1）是波束中心的高度隨距離的增加而增

4、加； （2）是波束寬度隨距離的增加而展寬； （3）是靜靜錐區(qū)的存在。 （4）探測能力和雷達周圍凈空環(huán)境有關(guān)，受地物阻擋的影響大。 前兩點使得雷達對于遠距離的目標(biāo)的探測能力降低，而第三點使得雷達對于非常 近的目標(biāo)物的探測能力受限。 第二章多普勒天氣雷達原理 2.1后向散射截面 后向散射截面的定義是：設(shè)有一個理想的散射體，其截面面積為它能全部接 收射到其上的全部能量，并且均勻地向四周散射，若該理想散射體返回雷達天線 的電磁波能流密度，恰好等于同距離上實際散射體返回雷達天線的電磁波能流密 度，則該理想散射體的截面面積。就稱為實際散射體的后向散射截面。 后向散射截面是一個虛擬的面積，它可以用來定量地表

5、示粒子后向散射能力的強 弱。粒子的后向散射截面不等于它的幾何截面。 2.2球形粒子的散射 球形粒子的散射很大程度上依賴于粒子直徑 D和入射波長入之比。對于 D遠小 于入的情況下的球形粒子的散射稱為瑞利散射（雷利散射）；而對于D和入相當(dāng) 的情況下的球形粒子的散射稱為米散射。 雷利散射 ，當(dāng)a 1時（a 0.13）,4k2D6 , D為粒子直徑，入為入射波長， 24 k m2其中m為構(gòu)成粒子介質(zhì)的復(fù)折射指數(shù)。 m 2 有雷利散射的后向散射截面的公式可以看出：在雷利散射條件下，后向散射截 面和粒子直徑的6次方成正比和波長的4次方成反比。后向散射還和 K2有關(guān), 水球的K2值對為0.93左右，冰球的|

6、K|2為0.197,所以瑞利散射情況下冰球的后 向散射截面大約只有同樣大小水球的 1/5。 米散射 無論是冰球或和水球，其后向散射截面都隨著球形粒子直徑的增加而迅速地呈波 動性地增大，當(dāng)D較大時，冰球后向散射截面隨 D的增加而增大的速度超過水 球。 2.3電磁波在大氣中的衰減和折射 衰減 電磁波在大氣中的衰減是因為電磁波投射到氣體分子或云雨粒子上時，一部分能 量被散射，一部分能量被吸收而轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芑蚱渌问降哪芰俊?折射 標(biāo)準(zhǔn)大氣折射、臨界折射、超折射、無折射、負折射 標(biāo)準(zhǔn)大氣折射：在標(biāo)準(zhǔn)大氣情況下，Rm=8500Km （等效地球半徑），為實際地球 半徑的4/3倍，波束路徑向下彎曲，這種折射稱

7、為標(biāo)準(zhǔn)大氣折射?？梢源碇芯?度地區(qū)對流層中大氣折射的一般情況，一般稱為正常折射。 臨界折射：當(dāng)波束路徑的曲率和地球表面的曲率相同時，即波束傳播路徑與地表 面平行，則稱為臨界折射。 超折射：當(dāng)波束路徑大于地球表面的曲率時，即雷達波束在傳播的過程中將碰到 地面，經(jīng)地面反射后繼續(xù)向前傳播，再彎曲到地面，再經(jīng)地面反射，重復(fù)多次， 雷達波束在地面和某層大氣之間，依靠地面的反射向前傳播，與波導(dǎo)管中的微波 傳播相似，故稱為大氣波導(dǎo)傳播，又稱超折射。等效地球半徑 Rm44dB 與接收機有關(guān)參數(shù) 接收機靈敏度：接收機能分辨的最小可辨功率，Pmin表示。CINRAD/SA的Pmin 短脈沖（1.57 a s）為

8、-107dBm，對于長脈沖（4.71卩s）為-113dBm 氣象雷達方程 PRG2 2h r 1024（ln2） 2r2 單位體積 氣象目標(biāo)強度的度量 反射率和反射率因子 反射率：單位體積中云雨粒子后向散射截面的總和稱為反射率。（和雷達參數(shù)有 關(guān)） 反射率因子：單位體積中降水粒子直徑6次方的總和稱為反射率因子。（和雷達 參數(shù)無關(guān)，不同雷達可以相互比較） 由于反射率因子Z的變化區(qū)間很大（可以跨越幾個數(shù)量級），為方便起見，采用 dBZ來表示反射率因子的大小 dBZ = 10 lg，其中Z。1mm6/m3。 Z0 在雷達上 dB和dBZ是完全不同的兩個概念。dB表示回波功率的大小 dB 10 lP-

9、。 Pmin 2.5最大不模糊距離和距離折疊 最大不模糊距離是這樣一個距離，當(dāng)雷達發(fā)出一個脈沖遇到該距離處的目標(biāo)物產(chǎn) 生的后向散射回波返回到雷達時，下一個脈沖剛好發(fā)出，也就是他等于說光速在 雷達兩個脈沖之間的時間間隔所走距離的一半。rmax CTC C是光速，T 22 PRF 是雷達重復(fù)周期，PRF是雷達重復(fù)頻率。 距離折疊是指雷達對產(chǎn)生雷達回波的目標(biāo)位置的一種辨認錯誤，當(dāng)目標(biāo)物位于最 大不模糊距離以外時，雷達卻把目標(biāo)物顯示在最大不模糊距離以內(nèi)的某個位置。 一般形象地稱為“距離折疊” 2.6多普勒效應(yīng) 多普勒天氣雷達通常不是直接測量多普勒頻移， 而是通過測量相繼返回的脈沖之 間的位相差來確定目

10、標(biāo)物的徑向速度的 2.7最大不模糊速度和速度模糊 多普勒雷達測量多普勒速度的方法是利用相繼返回的兩個脈沖之間的相位變化 來確定多普勒速度值的，而它們的最大相位相移的上限是180（n）,與180 脈沖對相移所對應(yīng)的目標(biāo)物徑向速度值稱為最大不模糊速度，Vmax PRF ,其 4 中入是波長，PRF是雷達重復(fù)頻率。 速度模糊是指當(dāng)多普勒速度大于 Vmax時，相繼返回的兩個脈沖之間的相位變化超 過180（n）,而雷達卻只能測量出小于180（n ）的值，相應(yīng)的給出的多普 勒速度值也是小于Vmax的值，我們稱這個現(xiàn)象就叫速度模糊。 2.8譜寬 譜寬實際上是指速度譜寬數(shù)據(jù)，它是對一個距離庫中速度離散度的度量

11、，譜寬越 大，速度估計的可靠性就減小。 些典型的氣象特征和條件可導(dǎo)致相對高的譜寬， 他們包括：（1）氣團的界面附近， 如鋒面邊界和雷暴的出流邊界；（2）雷暴；（3）切變區(qū)域；（4）湍流；（5）風(fēng)切 變；（6）降落速度不同的尺度不同的雨和雪。 一些非氣象條件也可使譜寬增加，包括：（1）天線轉(zhuǎn)速；（2）距離；（3）雷達的 信噪比； 2.9雷達取樣技術(shù) 多普勒兩難 由“最大不模糊距離”和“最大不模糊速度”的公式：rmax丄CT和 22 PRF Vmax 可知，當(dāng)雷達波長入一定時，rmax與PRF成反比，而Vmax與PRF 4 成正比，即不存在一個PRF,既使rmax較大，又使Vmax較大，我們稱為“

12、多普勒 兩難”。 由于“多普勒兩難”，多普勒天氣雷達常用不同的重復(fù)頻率來測量反射率因子和 徑向速度數(shù)據(jù)。用低PRF測量反射率因子（得到大的Rmax）,用高PRF測量徑向 速度（得到大的Vmax）。 VCP21模式的取樣方式： 70 4.30 60 ?30 h456 0.50B 40 80 0 20 CDX Horizontal Range (nm) Volume Coverage Pattern 21 Numbtir ot合 Btsem 基數(shù)據(jù)中的反射率因子是通過對沿著雷達徑 口 CINRAD/SA SB 雷達的 4個取樣 體積平均得到的，平均徑向速度的分辨率和雷達的取樣體積一致?；鶖?shù)據(jù)的反射

13、 率因子的分辨率為1kmx 1,而徑向速度和譜寬的分辨率為 O.25kmx 1 第三章多普勒雷達圖識別基礎(chǔ) 新一代天氣雷達是在一系列固定仰角上掃描360進行采樣的，我們實際看到的 雷達圖實際上是在圓錐的俯視平面圖上分析空間的雷達回波。 3.1識別反射率基本知識 降水的反射率因子回波 降水的反射率因子回波大致可以分為三種類型： 積云降水回波、層狀云降水回波、 積云層狀云混合降水回波。 零度層亮帶： 在0C層上，冰晶和雪花在下降過程中開始融化時，表面上出現(xiàn)水膜，而尺寸變 化不大，此時反射率因子因為水膜的出現(xiàn)而迅速增加，形成“零度層亮帶” 。 利用雷達進行臺風(fēng)定位，精度高于氣象衛(wèi)星定位。 “弓形回波

14、”是地面大風(fēng)的一個很好的指示。（颮線） 超級單體風(fēng)暴是對流風(fēng)暴中最強烈的一種形式，可伴隨強烈龍卷、大冰雹、災(zāi)害 性地面大風(fēng)和暴洪。其地層反射率因子最明顯的特征是鉤狀回波。 非降水回波 非降水回波主要包括：地物回波、海浪回波、昆蟲和鳥的回波、超折射回波（大 氣折射指數(shù)脈動引起的回波）、云的回波等。 3.2識別速度圖的基本知識 雷達探測到的速度都是實際風(fēng)在雷達徑向上的投影。一般以離開雷達為正（暖 色），吹向雷達為負（冷色）。 零速度：當(dāng)實際風(fēng)速為零或雷達波束與實際風(fēng)向垂直時，徑向速度為零，稱為零 速度； 零速度線：是由沿雷達徑向速度為零的點組成的線。它在速度圖識別上有重要意 義。 1、風(fēng)向風(fēng)速不隨

15、高度變化 $ 一 空 第13頁共18頁 2、風(fēng)向不變，風(fēng)速隨高度線性增加 -iI J e r t ii RCCTW ICCEI 3、風(fēng)速不變，風(fēng)向隨高度逆轉(zhuǎn)（冷） 看 . 4、風(fēng)速不變，風(fēng)向隨高度順轉(zhuǎn)（暖） 5、輻合 6、輻散 7、鋒面過境前、中、后 小尺度系統(tǒng)多普勒圖像 ki HH Mltti JMHktBlH 駁一比*擴為啾詢出T. ._ 3 W 卩一前耳廠電工 均場 輻散 氣旋 中氣旋中的龍卷渦旋 多普勒速度圖象分析步驟 確定零速度線和速度的來去向區(qū)域； 識別速度模糊，確定具體來去向速度值； 注意仰角，計算各特征區(qū)對應(yīng)的高度位置； 掌握最近時次天氣形勢，結(jié)合中尺度概念模式的流場特征，分析

16、多普勒速度資料 的天氣意義； 配合反射率因子（回波強度）的觀測情況，得出多普勒雷達觀測分析意見； 結(jié)合其他常規(guī)和非常規(guī)氣象資料，分析未來天氣演變趨勢，做出短時天氣預(yù)報。 第四章雷達數(shù)據(jù)質(zhì)量控制 在雷達定標(biāo)正確的情況下，新一代天氣雷達基數(shù)據(jù)的質(zhì)量主要受到三個因素的影 響：地物雜波、距離折疊和速度模糊。 4.1地物雜波抑制 普通地物雜波 主要影響最低仰角的產(chǎn)品；是指由山脈、高大建筑物等地物在雷達波束正常傳播 情況下造成的雜波，一般發(fā)生在離雷達較近的地方； 幾個特點： 一般影響最低仰角，離雷達較近的地方，和雷達站周圍地形有關(guān)； 從一個體掃到下一個體掃，地物回波位置、強度很少有變化，在一般折射條件下

17、都會出現(xiàn)； 反射率因子較大，從一個距離庫到下一個距離庫有很大變化（反射率因子梯度不 平滑）。 徑向速度和譜寬為零（海浪回波除外）； 異常地物回波 有雷達超折射造成的回波一般叫異常地物回波。 幾個特征： 一般影響雷達的較低仰角，可發(fā)生在不同距離上，一般發(fā)生在逆溫和/或濕度隨高 度增加而迅速減小的大氣層（暖干蓋）。 由于雷達異常傳播取決與大氣條件，所以顯示在雷達產(chǎn)品上的相應(yīng)的異常地物回 波有較大變化； 在反射率產(chǎn)品上，表現(xiàn)為雜斑點，斑點值變化范圍很寬，并可以擴展到很大范圍。 反射率因子相當(dāng)高，反射率因子梯度不如氣象回波光滑； 一般情況下速度和譜寬為零； 第五章 對流風(fēng)暴及其雷達回波特征 對流風(fēng)暴都

18、是有對流單體構(gòu)成的，對流風(fēng)暴可以劃分為普通單體風(fēng)暴、多單體風(fēng) 暴、線風(fēng)暴（颮線）、超級單體風(fēng)暴。 5.1普通風(fēng)暴單體生命史： 塔狀積云階段； 初始回波的水平尺度為1km左右，垂直尺度略大于水平尺度。 初始回波頂通常在-40C-160C之間的高度上，回波底在00C高度附近。 初始回波形成后，回波向上向下同時增長，但是不及地，回波強度最強在云體的 中上部。 2）成熟階段； 雷達回波及地是對流單體成熟階段的開始。 云中上升氣流達到最大。出現(xiàn)的冷性下沉氣流在垂直和水平方向上擴展，與單體 運動前方的低層暖濕空氣交匯而形成颮鋒，又稱陣風(fēng)鋒，雷達回波表現(xiàn)為在風(fēng)暴 前方有一細條弱回波。 3）消亡階段。 雷達回

19、波強中心下降到地面附近，回波強度減弱； 5.2強風(fēng)暴的雷達回波特征： 產(chǎn)生普通單體風(fēng)暴的風(fēng)向隨高度的分布雜亂無章，基本上是一種無序分布，而且 風(fēng)速隨高度的變化也較小；而多單體風(fēng)暴和超級單體風(fēng)暴的風(fēng)向風(fēng)速隨高度變化 分布是有序的，風(fēng)向隨高度朝一致方向偏轉(zhuǎn)，而且風(fēng)速隨高度的變化值也比普通 單體風(fēng)暴的大 熱力不穩(wěn)定（浮力）和垂直風(fēng)切變是影響風(fēng)暴組織和種類的最重要因子。 浮力最好由 CAPE 來估計， CAPE 與風(fēng)暴中最強上升氣流速度相關(guān)。 強垂直風(fēng)切變的作用可以歸納為： ? 能夠產(chǎn)生強的風(fēng)暴相對氣流（ storm-relative flow ）； ? 能夠決定上升氣流（加強輻合）附近陣風(fēng)鋒的位置；

20、 ? 能夠延長上升氣流和下沉氣流共存的時間； ? 能夠產(chǎn)生影響風(fēng)暴的組織和發(fā)展的動力效應(yīng)。 另外，風(fēng)暴及其環(huán)境（地形、邊界等）之間的相互作用對風(fēng)暴的組織和種類也有 重要影響。 5.3 弱垂直風(fēng)切變中的強風(fēng)暴脈沖風(fēng)暴的回波特征 脈沖風(fēng)暴是發(fā)展迅速的強風(fēng)暴，它產(chǎn)生于弱的垂直風(fēng)切變環(huán)境中，同時環(huán)境具有 較厚的低層濕層和高度的垂直不穩(wěn)定性。 這種出現(xiàn)于弱垂直風(fēng)切變環(huán)境中的強風(fēng) 暴又稱為“脈動風(fēng)暴（ pulse storm）” 。 脈沖風(fēng)暴的回波結(jié)構(gòu)有三個特點： 1）初始回波出現(xiàn)的高度， 一般在 69km 之間； 2）強回波中心值一般大于 50dBZ; 3）強中心高度比較高，一般能在-10C等溫 線高度

21、左右。 雷達探測脈沖風(fēng)暴的較有效的方法是：要注意出現(xiàn)初始回波的高度，最大回波強 度值及其所在高度; 同時也可以應(yīng)用垂直累積液態(tài)水含量 VIL 產(chǎn)品和組合反射率 CR 產(chǎn)品來幫助識別這類風(fēng)暴，當(dāng) VIL 值較大， CR 產(chǎn)品中的最大回波強度值很 大及其所在高度較高時，可以推斷可能產(chǎn)生強脈沖單體風(fēng)暴。 在弱的垂直風(fēng)切變環(huán)境中風(fēng)暴很難有組織地增長 , 在某一程度上是由于風(fēng)暴內(nèi)上 升氣流和下沉氣流不能長時間共存。因此，風(fēng)暴無法持續(xù)足夠長而發(fā)展成為強風(fēng) 暴。如果風(fēng)暴不能發(fā)展，它就無法產(chǎn)生災(zāi)害性天氣。但是，即便在弱的垂直風(fēng)切 變環(huán)境中，某些外部特征，如邊界效應(yīng)等，也對風(fēng)暴的組織起重要影響。另外， 某些在弱

22、的垂直風(fēng)切變環(huán)境中發(fā)展的風(fēng)暴所產(chǎn)生的運動也將產(chǎn)生明顯的風(fēng)暴相 對氣流?？梢哉f，能夠產(chǎn)生風(fēng)暴相對氣流的任何情形均有利于強的有組織的對流 的發(fā)展。 5.4 中等到強垂直風(fēng)切變環(huán)境中多單體風(fēng)暴的雷達回波特征 非強風(fēng)暴和強風(fēng)暴區(qū)別在于風(fēng)暴中存不存在強烈的上升氣流， 在雷達回波上表現(xiàn) 為低層弱回波區(qū)（ WER ） 。剖面產(chǎn)品表現(xiàn)為回波高層回波懸垂。它往往造成地面 災(zāi)害性大風(fēng)。 中等至強的垂直風(fēng)切變環(huán)境通常導(dǎo)致有組織風(fēng)暴的產(chǎn)生和發(fā)展， 這種多單體 風(fēng)暴通常由處于不同發(fā)展階段的單體風(fēng)暴核序列組成， 且在有利于風(fēng)暴生成的一 側(cè)不斷新生單體（通常是沿陣風(fēng)鋒的輻合最強處） ，新生單體的發(fā)展具有較好的 組織。 多單

23、體風(fēng)暴中單個單體的移動方向與其氣層內(nèi)平均氣流方向一致，而整體風(fēng) 暴的運動通常偏離單個風(fēng)暴的運動方向，這是由于新生單體沿著外流邊界 （outflow boundary）出現(xiàn)周期性發(fā)展而引起的。 與弱垂直風(fēng)切變環(huán)境中的強天氣脈動相比較， 多單體風(fēng)暴產(chǎn)生的強烈天氣包括下 擊暴流、中到大的冰雹（通常少于 5.0cm）、暴洪和弱龍卷等。同時，非超級單體 風(fēng)暴也能演變成超級單體風(fēng)暴。 多單體風(fēng)暴由于不斷有新生單體的補充和發(fā)展， 老單體的減弱消散等新陳代謝過 程，因此維持時間較長。一旦新單體停止產(chǎn)生和并入，多單體風(fēng)暴就趨于消亡。 當(dāng)新單體發(fā)展成為主體回波時，老的單體減弱，而另一個新的單體形成，每個單 體維持

24、2030分鐘。一個典型的多單體風(fēng)暴在其生命史中可以有30個或以上的 單體形成。 強風(fēng)暴低層相對于風(fēng)暴的入流常在低層反射率因子梯度較大的一側(cè)，同時弱回波 區(qū)和回波頂也偏向與低層入流的一側(cè)。 5.5超級單體 超級單體風(fēng)暴是一種具有特殊結(jié)構(gòu)的強風(fēng)暴，它比正常的成熟階段的強單體風(fēng)暴 的水平尺度要大得多，在云底的中低層，雷達回波強度的水平尺度可達到幾十公 里。它維持的時間很長，可達幾個小時，出現(xiàn)的天氣現(xiàn)象也比其它類型的強風(fēng)暴 要嚴重得多，常伴有大風(fēng)、局地暴雨、冰雹、下?lián)舯┝?，甚至龍卷?出現(xiàn)超級單體風(fēng)暴的有利環(huán)境條件為：（1）大氣層結(jié)不穩(wěn)定，在500hPa處熱力 浮力超過40C,但是在超級單體出現(xiàn)前，在

25、低層常伴有淺薄的逆溫層，這樣有利 于不穩(wěn)定能量的積累；（2）風(fēng)速的垂直切變很強，平均可達 5X10-3S-1左右，同 時，風(fēng)向隨高度強烈順轉(zhuǎn)，可超過 900; （3）云體低層的環(huán)境風(fēng)速較強，平均可 達10m/s （這也是和多單體強風(fēng)暴的環(huán)境條件主要差別）。 通常情況下，在適當(dāng)?shù)膬?nèi)、外動力過程作用下，非超級單體風(fēng)暴能發(fā)展成為超級 單體風(fēng)暴，超級單體風(fēng)暴只存在與中等到強垂直風(fēng)切變環(huán)境中。 超級單體風(fēng)暴包括三種主要類型， 即經(jīng)典型、強降水型（HP）和弱降水型（LP） HP主要特征是其中中氣旋部分地或完全地為降水所包裹。經(jīng)典超級單體風(fēng)暴具 有相對固定的形態(tài)，而強降水的超級單體風(fēng)暴形態(tài)多變。LP比較罕見

26、。 經(jīng)典的超級單體一般在其右后方（相對風(fēng)暴運動方向而言）的低層鉤狀回波 有界弱回波區(qū)（BWER）是被中層懸垂回波所包圍的弱回波區(qū)，它是一個包含云 粒子但不包含降水粒子的強上升氣流區(qū)。持續(xù)15分鐘以上的BWER是與強烈的 上升氣流旋轉(zhuǎn)相聯(lián)系的，意味著一個中氣旋的存在。 大冰雹一般降落在與BWER相鄰的反射率因子高梯度區(qū)。 最強的龍卷一般在鉤狀回波和/或BWER小時以后發(fā)生。 強降水的超級單體風(fēng)暴，入流區(qū)大多位于它的前側(cè)（經(jīng)典超級單體的入流區(qū)通常 第15頁共18頁 位于其右后側(cè)，但時常也有例外）o 強降水超級單體風(fēng)暴（ HP） 強降水（HP）超級單體風(fēng)暴通常在低層具有豐富的水汽、較低的自由對流高度

27、 （LFC）和弱的對流前逆溫層頂蓋的環(huán)境中得以發(fā)展和維持。HP的中氣旋常包 裹在強降水區(qū)域中（ LP 中氣旋區(qū)內(nèi)幾乎沒有降水） 。 HP 在低層反射率因子回波主要特征表述： 寬廣的鉤狀、逗點狀和螺旋狀的回波表明強降水包裹著中氣旋； 前側(cè) V 形缺口回波表明強的入流氣流進入上升氣流； 后側(cè) V 形缺口回波表明強的下沉氣流，并有可能引起破壞性大風(fēng)。 弱降水超級單體回波（ LP） 弱降水（HP）超級單體風(fēng)暴通常出現(xiàn)的環(huán)境在低層具有較低的濕度、 較高的自由 對流高度（LFC）幾乎所有的LP都出現(xiàn)在干線（露點鋒）附近。在LP中，與降 水相比，冰雹更有利于形成和增長。 盡管 LP 的反射率因子較小，但它往

28、往包含大冰雹。 LP 的弱降水主要歸因于 LP 主要由大水滴和冰雹組成， 而不是有無數(shù)小雨滴組成 的。它的降水常不能到達地面。 由于反射率因子低，往往會過低估計它的產(chǎn)生大冰雹的能力。 有時在風(fēng)暴后側(cè)，可探測到一個與中氣旋相聯(lián)系的弱回波（ WER）區(qū)。 LP 相伴隨的主要強天氣現(xiàn)象包括大冰雹， 有時也會產(chǎn)生龍卷。 同時 LP 通常也能 演變成經(jīng)典或強降水超級單體風(fēng)暴，最終產(chǎn)生各種強天氣過程。 超級單體風(fēng)暴的徑向速度特征中氣旋 識別判斷中氣旋，最好使用相對風(fēng)暴速度圖（ SRM）。 凡滿足下列判據(jù)的小尺度渦旋即為中氣旋： 核區(qū)直徑（最大入流速度和最大出流速度間的距離）小于等于10km,轉(zhuǎn)動速度 （即

29、最大入流速度和最大出流速度絕對值之和的二分之一）超過相應(yīng)的數(shù)值（見 下圖）。 垂直延伸厚度大于等于風(fēng)暴垂直尺度的三分之一。 上述兩個指標(biāo)都滿足的持續(xù)時間至少兩個體掃。 第 16 頁 共 18 頁 Mesocyclone Recognition Guide!*nes 403020 4pf蘭30石3亡O花一款 10 85 Range (nm) 第19頁共18頁 中氣旋是超級單體風(fēng)暴的特征。觀測到中氣旋，90%以上的情況出現(xiàn)強烈天氣（災(zāi) 害性大風(fēng)、冰雹、暴洪），其中只有20%出現(xiàn)龍卷。所以只要觀測到中氣旋就可 以發(fā)布強天氣警報，而只有觀測到中等以上的中氣旋，才可發(fā)布龍卷警報。 颮線的雷達回波特征 颮

30、線是呈線狀排列的對流單體族， 其長和寬之比大于5: 1。雷達上的颮線定義比 天氣學(xué)中傳統(tǒng)的颮線定義（地面大風(fēng)、氣壓涌生、溫度陡降）范圍要寬得多。 與多單體強風(fēng)暴的情形類似，強烈颮線的反射率因子垂直結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為低層對應(yīng)于 前側(cè)入流的弱回波區(qū)和中高空的懸垂回波結(jié)構(gòu)， 只是多單體風(fēng)暴的低層入流常位 于風(fēng)暴移動方向的右后側(cè)。 颮線回波常成弓形回波。颮線的斷裂處往往是強天氣容易發(fā)生的地方之一。 在識別颮線的過程中，多普勒速度特征起重要作用，從速度分布圖上可以看 到在低層陣風(fēng)鋒前輻合、雨區(qū)內(nèi)下曳氣流輻散以及風(fēng)暴頂?shù)妮椛?。一個中層后側(cè) 入流急流常在颮線的后部下沉，這表明了大風(fēng)的潛勢。 災(zāi)害性風(fēng)暴最有可能沿著颮

31、線發(fā)展，因為那里相對氣流最大。觀測和研究表 明颮線的結(jié)構(gòu)越均勻（線性），則沿著颮線越不可能產(chǎn)生災(zāi)害性天氣。如果颮線 移近某些低層邊界，則在颮線和邊界的交匯處附近的風(fēng)暴可能成為強風(fēng)暴，甚至 成為超級單體風(fēng)暴，并且一直持續(xù)到颮線離開邊界之時。 颮線上最有可能形成災(zāi)害性天氣的部分可以通過低層強的反射率因子梯度、 中層的懸垂回波以及回波頂位置從風(fēng)暴核上方移到颮線前沿上方來識別。 第六章災(zāi)害性對流天氣的探測與預(yù)警 6.1龍卷 分為超級單體龍卷和非超級單體龍卷。 超級單體龍卷往往是伴隨低層中氣旋產(chǎn)生的，但由于低層中氣旋只有在離雷達很 近的距離內(nèi)才能探測得到（甚至探測不到，也并不是所有龍卷超級單體都會產(chǎn)生

32、低層中氣旋），況且低層中氣旋與龍卷出現(xiàn)之間的間隔非常短，所以龍卷的預(yù)警 是建立在中層中氣旋的基礎(chǔ)上的，中層中氣旋越強出現(xiàn)龍卷的概率就越大。 龍卷渦旋特征TVS :在雷達徑向速度圖上一種與龍卷緊密關(guān)聯(lián)的比中尺度氣旋小 旋轉(zhuǎn)快的渦旋，在速度圖上表現(xiàn)為像素到像素的很大的風(fēng)切變。 TVS極少出現(xiàn)，但虛報率低，一旦出現(xiàn)立即發(fā)布龍卷預(yù)警。 6.2大冰雹 背景條件：-10oC到-30oC之間的CAPE值，0-6km垂直風(fēng)切變，濕球溫度零度的 高度（近似與冰雹開始融化的高度，23km之間的高度和大冰雹有很好的相關(guān)）。 回波強調(diào)最大值及所在高度，有界弱回波區(qū)BWER或弱回波區(qū)WER區(qū)域的大小， VIL的大值區(qū)等

33、都是強降雹潛勢的指標(biāo)。 雷達回波：根據(jù)冰雹增長的特征，與上升氣流強度和區(qū)域大小有關(guān)的強度回波特 征和速度回波特征是大冰天氣很有價值的指標(biāo)。這些特征回波是： 高懸的強反射率因子回波 風(fēng)暴頂強烈輻散 特別簡單有效的判斷有無大冰雹的方法是根據(jù)強回波區(qū)（4555dBZ）相對于0C 和-20 C等溫線高度的位置。當(dāng)強回波區(qū)擴展到 -20 C等溫線高度之上時，對強降 雹的潛勢貢獻最大。 判斷強降雹，還可以根據(jù)VIL值的大小判斷大冰雹的出現(xiàn)的可能性。 但是判斷大 冰雹的VIL閾值季節(jié)差別很大。有人定義了 VIL與風(fēng)暴頂高度之比為VIL密度, VIL密度超過4g/m3時，則風(fēng)暴幾乎肯定會產(chǎn)生直徑超過 2cm的

34、大冰雹。 冰雹的三體散射現(xiàn)象及其特征 形成過程： 向前的雷達波束的一部分被大的降水粒子（如冰雹）散射到地面上； 地面將散射波反射回空中的有降水粒子構(gòu)成的強散射區(qū)域； 由地面反射到空中的有降水粒子構(gòu)成的強散射區(qū)域的雷達回波又被散射回雷達。 對于S波段（10cm）雷達，出現(xiàn)三體散射現(xiàn)象表明風(fēng)暴中存在大冰雹。三體散射 是大冰雹的充分條件，但不是必要條件，所以三體散射在業(yè)務(wù)上被用作大冰雹預(yù) 警的一個指標(biāo)。（三體散射有稱火焰回波或雹釘） 而C波段三體散射出現(xiàn)的機會大一些，所以 C波段的三體散射不一定表明大冰 雹存在。 6.3災(zāi)害性大風(fēng) 是指對流風(fēng)暴產(chǎn)生的除龍卷外的地面直線型風(fēng)害。對流風(fēng)暴中的下沉氣流到達地 面是產(chǎn)生輻散，造成地面大風(fēng)。 在環(huán)境垂直風(fēng)切變較弱的情況下主要的直線型風(fēng)害是脈沖風(fēng)暴產(chǎn)生的下?lián)舯┝鳎?分為干和濕兩種，其中濕下?lián)舯┝鞯念A(yù)警指標(biāo)是反射率因子核心下降伴隨著云底 以上的氣流輻合。 在比較大的垂直風(fēng)切