風(fēng)暴剖面45dBz強(qiáng)回波在識(shí)別冰雹云中的作用.docx

1、文章編號(hào)：1006-4351(2009)06-0012-03風(fēng)暴剖面45dBz強(qiáng)回波在識(shí)別冰雹云中的作用樊鵬(陜西南人工影響天氣辦公室.西安710014)摘要：在人工防苞;作業(yè)中.正確識(shí)別冰雹云是關(guān)鍵。利用洛達(dá)識(shí)別冰枝云的技術(shù)方法很多。研究風(fēng)暴制面45dBz的高度及其對(duì)應(yīng)的溫度識(shí)別冰花云的技術(shù)方法.并闡述其理論依據(jù)和物理意義.利用1992-1994年和1997-2000年陜西渭北旬邑人工防苞基地宙達(dá)觀測(cè)的結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析，證明用風(fēng)暴剖面15dBz高度或者對(duì)應(yīng)的溫度能夠較好地識(shí)別冰雹云。同時(shí)介紹了其它一些地區(qū)利用風(fēng)暴剖面45dBz作為應(yīng)云播撤判據(jù)的數(shù)學(xué)模型。關(guān)鍵詞：風(fēng)暴剖面；45dBz;識(shí)別冰析云中

2、圖分類號(hào)：P458.121.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)瑪：A對(duì)于街暴和雷暴.通稱為風(fēng)暴。監(jiān)測(cè)風(fēng)暴最有用的工具是天氣雷達(dá)。如何識(shí)別風(fēng)暴中的雹暴，早期是根據(jù)天氣雷達(dá)回波的幾何外形特征區(qū)分密暴和雷暴，但具有明顯外形特征的冰雹云.一般持續(xù)時(shí)間較短，而且與雷達(dá)距雹云的位置以及觀測(cè)員的技術(shù)水平有關(guān)，往往很難發(fā)現(xiàn)宣云的外形特征.對(duì)人工防役工作帶來一定難度。隨后.人們通過統(tǒng)計(jì)強(qiáng)網(wǎng)波區(qū)反射率因子30、35、40、45、50、55dBz等不同強(qiáng)度及其對(duì)應(yīng)的高度或溫度區(qū)分彼暴和雷暴，這種統(tǒng)計(jì)結(jié)果大大提高了預(yù)測(cè)預(yù)警冰雹云的能力。那么，對(duì)于這些強(qiáng)回波，反射率因子選用多少才能較好地反映云內(nèi)的物理過程，并能夠提高識(shí)別冰雹云的準(zhǔn)確率。本文將

3、研究選擇45dBz作為識(shí)別冰檢云的理論依據(jù)及其物理意義,通過一些地區(qū)的觀測(cè)結(jié)果說明:45dBz強(qiáng)回波的頂高及其所對(duì)應(yīng)的溫度能很好地識(shí)別冰雹云。1等效雷達(dá)反射率因子45dBz的概念對(duì)于各種粒子，通用的雷達(dá)氣象方程為：PtGlOQ%LK11024(ln2)I2/2f上式中R為雷達(dá)接收到的散射功率，R是雷達(dá)發(fā)射的功率，Gu為天線波束軸方向上的增益，凱和判分別為水平和垂直波束寬度，九為雷達(dá)發(fā)射脈沖的長(zhǎng)度.IKI，是由粒子的介電性質(zhì)決定的常數(shù),對(duì)于冰球，|K|2=O.2OA是雷達(dá)波長(zhǎng)，7為雷達(dá)距探測(cè)目標(biāo)物的距離，乙是在包含大粒子或其它非瑞利散射粒子的情況下的等效雷達(dá)反射率因子。對(duì)于一部雷達(dá)，波長(zhǎng)人是固定

4、的.G。、仇、啊、，均為雷達(dá)給定的常數(shù)，因此，雷達(dá)接收功率R與等效雷達(dá)反射率因子乙成正比，與距離的平方成反比,距離愈遠(yuǎn)，接收功率愈小。由于等效雷達(dá)反射率因子乙是粒子直徑D.和粒子數(shù)濃度叫的函數(shù)，值愈大，乙值愈高，或者當(dāng)D。一定時(shí)，心愈大，乙值愈高。通過大量觀測(cè)，認(rèn)為卷譜分布與M-P(1948)雨滴譜指數(shù)分布的形式相同.在本文中，收稿日期：2009-07-02作者簡(jiǎn)介：樊明(1951)，男，陜西大荔人，正研級(jí)高級(jí)工程師，從事人工影響天氣研究工作。法數(shù)值研究J.大氣科學(xué)，2003,27(2)：212-221.4 洪延超.冰宛形成機(jī)制和催化防雹機(jī)制研究J.氣象學(xué)報(bào).1999.57(I),30-44.

5、5 李金輝.樊鵬.冰苞云提前識(shí)別及預(yù)警的研究J.南京氣象學(xué)院學(xué)報(bào)，2007,30(1)：111-119.6 樊鵬，肖輝雷達(dá)識(shí)別渭北地區(qū)冰雹云技術(shù)研究J1.象，2005.31(7)：16-19.假定冰雹:的數(shù)濃度使用雨滴譜的數(shù)濃度，即。=3X10Tcm,顯辮也是一個(gè)常數(shù)。所以，等效雷達(dá)反射率因子乙只與粒子直徑Do有關(guān)。根據(jù)Smith等人在數(shù)值模擬的云中，使用修訂了的瑞利近似，對(duì)濕冰球的等效雷達(dá)反射率因子表達(dá)式為：Ze=(8X1O10/i0D07)095(2)這里乙的單位是(2)式表明，等效雷達(dá)反射率因子乙與雹:云中粒子直徑的7次方成正比，于是，粒子直徑功愈大，乙值愈大。對(duì)于最初冰雹增長(zhǎng)區(qū)的粒子直

6、徑，Smith等人提出是0.40.5cm,在式(2)中，令Do=O.4cm,對(duì)于最初冰雹增長(zhǎng)區(qū)，計(jì)算得到的等效雷達(dá)反射率因子是44dBz,為了使用方便，把45dBz作為冰苞的臨界值。2風(fēng)暴剖面45dBz高度的物理意義由于等效雷達(dá)反射率因子是粒子直徑和粒子數(shù)濃度的函數(shù)。假定粒子數(shù)濃度在準(zhǔn)定常情況下，當(dāng)風(fēng)暴中出現(xiàn)45dBz值時(shí)，只說明云內(nèi)存在0.4cm直徑的中數(shù)體積水汽凝結(jié)體，還不能確定為苞暴，除非45dBz高度伸展到云內(nèi)0。(：層以上某一高度時(shí)，風(fēng)暴才能發(fā)展成為雹暴。在0。/o+3.3kmo(3)該地區(qū)整個(gè)雹季的0C層高度(待是4.2km,45dBz廊線低于7.5km地面出現(xiàn)冰雹的概率為1%，相

7、反，風(fēng)暴單體中若45dBz頂高超過8km,發(fā)現(xiàn)地面未出現(xiàn)冰帽的概率為3%。3.1.2瑞土、意大利、法國(guó)聯(lián)合防雹試驗(yàn)瑞土、意大利、法國(guó)于1977-1981年聯(lián)合在三國(guó)交界處開展防苞試驗(yàn)，使用改進(jìn)了的判據(jù)，即：+L4km。(4)當(dāng)云體回波強(qiáng)度達(dá)到45dBz時(shí)的高度與0C層高度之差等于或大于1.4km,就判定為冰雹云。運(yùn)用這一判據(jù)，瑞士1977年對(duì)非作業(yè)的195個(gè)單體實(shí)時(shí)測(cè)定，其中33個(gè)降雹單體都滿足判據(jù)。38個(gè)強(qiáng)降雨單體中有10個(gè)滿足判據(jù)。改進(jìn)的判據(jù)反映了強(qiáng)回波區(qū)頂高與0C層高度在識(shí)別冰苞云方面起了重要的作用。3.1.3陜西渭北地區(qū)用45dBz高度識(shí)別冰苞云樊鵬根據(jù)19921994年對(duì)57次風(fēng)暴的

8、RHI資料分析，回波強(qiáng)度在45dBz以上，有34次風(fēng)暴地面出現(xiàn)降苞，從而統(tǒng)計(jì)得出地面降苞:的定量判據(jù)為：如5日方o+2.3km,(5)式中%是由無線電探空得到的西安0C層高度，經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，降苞單體的45dBz平均頂高為9.3km(海拔高度)，強(qiáng)降水單體的45dBz平均頂高為6.2km,雷達(dá)用此模型識(shí)別冰雹;云的準(zhǔn)確率為90%左右，空?qǐng)?bào)4次，無漏報(bào)現(xiàn)象。3.1.4阿根廷用45dBz高度作為降苞風(fēng)險(xiǎn)的估算標(biāo)準(zhǔn)阿根廷門多薩省的防雹:計(jì)劃中，風(fēng)險(xiǎn)情況的估算標(biāo)準(zhǔn)也使用了45dBz高度的概念。設(shè)45dBz等值線的最大高度與(TC層高度的差為海=H，15dBz等值線的最大高度與0C層高度的差為雷達(dá)探測(cè)到的單

9、體能否導(dǎo)致降雹，這種風(fēng)險(xiǎn)的建立由雷達(dá)獲取的資料決定。首先根據(jù)降雹風(fēng)險(xiǎn)的大小將單體分為4類，以后就可以根據(jù)單體的類型來評(píng)估其風(fēng)險(xiǎn)大小。從第1類“零風(fēng)險(xiǎn)到第4類“最大風(fēng)險(xiǎn)”類別的劃分按照下面的標(biāo)準(zhǔn)來定。當(dāng)15dBzVZiV35dBz,必皿忌2km時(shí)為第1類；當(dāng)35dBzVZuxV55dBz,四N2.5km時(shí)為第2類；當(dāng)Z555dBz,453.0km時(shí)為第3類；當(dāng)Zwx265dBz,AA454.0km時(shí)為第4類。其中Zgx為等效雷達(dá)反射率因子，必g為在0C等溫線和反射率達(dá)到最高點(diǎn)之間的垂直距離。用于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)定的模式以Nalchik地球物理研究所的觀測(cè)結(jié)果為基礎(chǔ)，由Abshaev博士確認(rèn)此模式在門多薩同

10、樣適用。3.2風(fēng)暴剖面45dBz高度對(duì)應(yīng)的溫度識(shí)別冰雪云積云必須發(fā)展到能使個(gè)別大水滴凍結(jié)的高度(一般認(rèn)為，溫度必須達(dá)到一12一16。09因此.云內(nèi)溫度條件，特別是強(qiáng)回波頂高的溫度.是形成冰雹云的必要條件。陜西旬邑用45dBz強(qiáng)回波頂?shù)臏囟茸R(shí)別冰雹:云。1997-2000年利用陜西渭北地區(qū)旬邑人工防苞試驗(yàn)基地觀測(cè)到的146例對(duì)流云雷達(dá)回波資料，統(tǒng)計(jì)得出強(qiáng)冰香云、弱冰苞云和雷雨云的45dBz強(qiáng)回波頂高知5和對(duì)應(yīng)的環(huán)境溫度如(表1)。利用這一指標(biāo)，結(jié)合將云發(fā)展特征，可提前510min識(shí)別冰苞云，準(zhǔn)確率為86.0%。表1旬邑冰雹云識(shí)別判據(jù)云型方45/km強(qiáng)冰苞云28.0-20.0弱冰雹云7.。8.0-

11、14.0-20.0雷雨云-14.0用地面降苞前被識(shí)別為苞云的45dBz回波頂高和對(duì)應(yīng)的環(huán)境溫度作點(diǎn)聚圖(圖1)。可看出，t/X圖1冰毯云、雷雨云45dBz回波頂高知,和其對(duì)應(yīng)的環(huán)境溫度，的關(guān)系45dBz回波頂高加$27.0km,有9次無食(空?qǐng)?bào))，漏報(bào)3次.冰苞識(shí)別準(zhǔn)確率為85.9%；當(dāng)28.Oknv0.3-2O.OC時(shí)為強(qiáng)降雹:云，空?qǐng)?bào)1次(弱冰帽云)，漏報(bào)1次，識(shí)別準(zhǔn)確率為96%；當(dāng)在7.08.0km之間，u=14.020.0C時(shí)有9次空?qǐng)?bào)，漏報(bào)1次，識(shí)別準(zhǔn)確率為73.6%；當(dāng)A45一14.0C時(shí),出現(xiàn)冰每云概率很小，只有2.7%為冰苞云，并且為弱冰苞云。4小結(jié)4.1風(fēng)暴剖面45dBz強(qiáng)回

12、波有明確的物理概念和物理意義，比用30、35、40、50、55dBz等強(qiáng)回波區(qū)反射率因子能更好地識(shí)別冰苞云。4.2用風(fēng)暴剖面45dBz高度能很好識(shí)別冰苞云，由于各地地形地貌不同，需統(tǒng)計(jì)分析觀測(cè)資料，尋找當(dāng)?shù)氐?5dBz高度識(shí)別冰苞云指標(biāo)。4.3風(fēng)暴剖面45dBz高度上的溫度反映了冰苞云的物理本質(zhì)，能較好的識(shí)別強(qiáng)冰苞云、弱冰雹云出現(xiàn)的概率。參考文獻(xiàn)：C1SmithPL.MyersCGandOrvilleHD.RadarreflectivityfactorcalculationsinnumericalcloudModelsusingbulkparameterizationofprecipitationJ.JApplMeteor,1975*14(6)：1156-1165.C2MatherGK.TreddenickDandParsonsR.Observedrelationshipsbetweentheheightofthe45dBZcontoursinstormprofilesandsurfacehailreportsJ.JApplMeteor,1976,15(12)：1336-1340.3 FedererB,WaldvogelA.PlanfortheswissrandomizedhailsuppressionexperimentJ.