雷达回波分析在雷电监测预警中的应用

雷达回波分析在雷电监测预警中的应用

蒋泽汤亮

关键词：雷暴监测预警；雷达回波分析；反射率因子；回波顶高；垂直累积液态含水量

引言

雷暴是发生在积雨云中的放电、雷鸣现象，是一种强烈的对流性天气，它出现时常伴有狂风、暴雨、冰雹等天气现象，是一种破坏性严重的灾害。雷电也是全世界最严重的十大自然灾害之一，雷电流具有强度大，陡度高和时间短等特点，会在瞬间释放很大的能量，造成严重的破坏，威胁人类生命财产安全。因此,开展闪电活动与雷达资料之间关系的研究,揭示强对流天气的雷电活动规律,建立相关的雷电天气判别预报预警模型,提高对其的预报预警率,以达到最大程度上的减少雷电灾害事故,对于防灾减灾是非常有意义的。

1国内外研究进展

近年来，我国也在雷电预报方面取得了一些显著成果，如李南发现闪电发生的数目和闪电变化与雷达回波顶高有较好的对应关系，而与垂直积分液态含水量对应关系不明显。张一平等指出暴雨的负闪密集区和冰雹雷雨大风正闪密集区都与40dBZ的强回波区有很好的对应关系。陈哲彰指出暴雨过程地闪频率很高，但正地闪所占比率很小；而冰雹大风天气的地闪频率很低，正地闪所占比率很大。杨超等指出地闪强度越大，相应的地闪频次越小，除少数弱闪外，二者基本呈反相位关系。王飞认为40dBZ回波顶高达到-10℃温度层高度是闪电发生的一个重要预报因子。罗树如等指出雷电密集区的位置和雷达回波位置基本吻合。林波德和支树林得出未来某一时刻的回波强度值和物理量值,最终得到雷电落点和强度预报值。

这些研究结果都表明了雷达回波对闪电的发生具有一定的指示作用，但国内外的研究结果也存在一定的差异。Maribel等研究了14个对流单体在形成初期雷达反射率因子和闪电活动关系后发现,要想单体中能够发生闪电，单体回波中40dBZ以上回波的顶高必须高于7km。Brandon等认为-10℃层结高度的回波强度达到40dBZ可以作为初次地闪发生的最佳预测因子。Gremi11ion和orville发现：对于夏季雷暴，在-10℃温度高度上的两个连续体扫都能达到40dBZ的反射率阈值是最好的预警指标。使用这种方法的预报准确率达到84%,虚警率为7%,中值预警时间为7.5min。Macgorman等分析发现，云闪频次与在10到12公里处的反射率面积无明显相关性（不相关），但云闪频次与8km处的最大反射率相关性较好（相关系数为0.8）。MacKeenPL和BrooksHE等人曾经利用雷达的回波反射率和闪电数据等参数来进行雷暴的短期预报工作。

2雷达回波分析在雷电监测预警中的具体应用

2.1反射率因子分析在雷电监测预警中的应用

回波强度是判断强天气的重要参数,特别是局地暴雨、雷雨大风和冰雹等强对流降水天气。一般来说,闪电发生时常伴有强对流发生。大气的温度在对流层通常表现为随高度的升高而降低,所以软雹、冰晶粒子及过冷水需要到达冰点以下温度所对应的高度才会产生,即云中粒子被上升气流拖曳到一定的高度,那么闪电一旦在含有这样粒子的云中发生,雷达回波必然表现为一定的特征。可以说对于在各种不同云层中形成的闪电,雷达回波会表现出相应的特征。雷暴属于灾害性天气（闪电、冰雹、大风和暴雨），它是由强对流生成的，它的水平尺度变化很大，可从几千米到几百千米，垂直厚度大多在10Km以上，因而大多数发展较旺盛的雷暴单体的回波强度都能够达到40dBz以上，这与非雷暴单体有着较明显的差异，所以，通过对雷暴过程的强度图的分析，可以得到一些有价值的信息。

2.2回波顶高分析在雷电监测预警中的应用

最大回波顶高（ET）是在大于等于给定阈值（缺省值为18dBz）的反射率因子被探测到时以最高扫描仰角为基础的回波顶高度。闪电的发生和雷暴的发展情况有着很密切的联系，发展旺盛的雷暴往往会带来更多的闪电，而雷暴发展的旺盛程度又与发展高度有关，所以回波顶高图在一定程度上可以反映雷电发生发展的情况。Wiebke等研究得到：雷暴云中要发生强起电过程，使电荷发生分离必须存在足够数量和大小的冰相粒子以及足以使这些粒子上升到一定高度的上升气流。这在实际的雷达观测中必然反映为回波会上升到一定高度之上。回波发展的高度是产生闪电的一个很重要的先决条件，没有发展很高的云顶就没有产生大量冰相粒子的条件和净电荷分离的起电机制，所以最大回波顶高的变化对雷电的预警有一定的指示意义。

2.3风廓线产品分析在雷电监测预警中的应用

雷暴的发生发展需要三个条件:(1)充足的水汽；(2)不稳定层结；(3)一定的抬升。根据学者研究发现，风廓线(VWP)产品可以较好地反映出大气中的平均干湿状况，对雷电有一定的预警作用。

3结论

本文主要从反射率因子、回波顶高、风廓线产品、垂直累积液态含水量四个方面对雷达回波分析在雷电监测预警中的应用作了介绍。对闪电资料和雷达回波资料的综合分析能够为雷暴的预警预报提供参考。

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