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河北省雷暴大风的雷达回波特征及预报关键点

王福侠 俞小鼎 裴宇杰 杨晓亮 孟凯 何丽华

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河北省雷暴大风的雷达回波特征及预报关键点

Radar Echo Characteristics of Thunderstorm Gales and Forecast Key Points in Hebei Province

  • 摘要: 应用河北省石家庄新乐CINRAD-SA雷达资料对2006—2008年河北省中南部地区262个站雷暴大风的雷达回波特征进行统计。分析发现, 雷暴大风的主要雷达回波特征有弓形回波、阵风锋和径向速度大值区,出现其中一个或多个特征均可发布雷暴大风预警。根据以上雷达回波特征能够对66%的雷暴大风发布预警,34%的雷暴大风仅仅依据雷达资料无法预警,其中孤立块状回波占39%,带状回波占61%。弓形回波仅占雷暴大风的19.8%,能够观测到的阵风锋回波仅占16.8%,65.3%的雷暴大风观测到径向速度大值区,径向速度大值区是雷暴大风最重要的雷达回波特征。径向速度大值区的形成一般早于弓形回波和阵风锋回波,依据径向速度大值区可更早发布雷暴大风预警。
  • 图 1  2008年6月25日19:36石家庄新乐雷达1.5°仰角反射率因子 (a) 和径向速度 (b)、2006年5月30日18:33石家庄新乐雷达1.5°仰角反射率因子 (c) 和径向速度 (d)

    (距离圈间距为100 km)

    Fig.1  Base reflectivity (a) and base velocity (b) at 1.5° elevation from Xinle radar at 1936 BT 25 Jun 2008, base reflectivity (c) and base velocity (d) at 1.5° elevation from Xinle radar at 1833 BT 30 May 2006

    (the distance beteen adjacent ring is 100 km)

    图 2  2013年8月4日21:00北京雷达1.5°仰角反射率因子 (a) 和径向速度 (b)

    (距离圈间距为100 km)

    Fig.2  Base reflectivity (a) and base velocity (b) at 1.5° elevation form Beijing radar at 2100 BT 4 Aug 2013

    (the distance between adjacent ring is 100 km)

    图 3  弓形回波及弓形回波后侧速度大值区提前时间统计

    Fig.3  The advanced time statistics of bow echo and the largest velocity zones for bow echo posterios side

    图 4  带状回波前侧阵风锋 (可观测到) 及径向速度大值区 (不小于17 m/s) 提前时间站数统计

    Fig.4  The advanced time statistics of gust front of banded echo and the largest velocity zones (no less than 17 m/s)

    图 5  2008年7月11日16:30石家庄新乐雷达0.5°仰角反射率因子 (a) 和径向速度 (b)

    (距离圈间距为100 km)

    Fig.5  Base reflectivity (a) and base velocity (b) at 0.5° elevation form Xinle radar at 1630 BT 11 Jun 2008

    (the distance between adjacent ring is 100 km)

    图 6  带状回波后侧径向速度大值区 (不小于17 m/s) 提前时间站数统计

    Fig.6  The advanced time statistics of the largest velocity zones (no less than 17 m/s) of banded echo posterior side

    图 7  2008年7月11日18:48石家庄新乐雷达0.5°仰角反射率因子 (a) 和径向速度 (b)、2007年6月29日14:18石家庄新乐雷达0.5°仰角反射率因子 (c) 和径向速度 (d)

    (距离圈间距为100 km)

    Fig.7  Base reflectivity (a) and base velocity (b) at 0.5° elevation from Xinle radar at 1848 BT 11 Jun 2008, base reflectivity (c) and base velocity (d) at 0.5° elevation from Xinle radar at 1418 BT 29 Jun 2007

    (the distance between adjacant ring is 100 km)

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出版历程
  • 收稿日期:  2015-08-20
  • 修回日期:  2016-02-05
  • 刊出日期:  2016-05-31

河北省雷暴大风的雷达回波特征及预报关键点

  • 1. 河北省气象台,石家庄 050021
  • 2. 河北省气象与生态环境重点实验室,石家庄 050021
  • 3. 中国气象局气象干部培训学院,北京 100081

摘要: 应用河北省石家庄新乐CINRAD-SA雷达资料对2006—2008年河北省中南部地区262个站雷暴大风的雷达回波特征进行统计。分析发现, 雷暴大风的主要雷达回波特征有弓形回波、阵风锋和径向速度大值区,出现其中一个或多个特征均可发布雷暴大风预警。根据以上雷达回波特征能够对66%的雷暴大风发布预警,34%的雷暴大风仅仅依据雷达资料无法预警,其中孤立块状回波占39%,带状回波占61%。弓形回波仅占雷暴大风的19.8%,能够观测到的阵风锋回波仅占16.8%,65.3%的雷暴大风观测到径向速度大值区,径向速度大值区是雷暴大风最重要的雷达回波特征。径向速度大值区的形成一般早于弓形回波和阵风锋回波,依据径向速度大值区可更早发布雷暴大风预警。

English Abstract

    • 雷暴大风指瞬时风力达到或超过8级 (17.2~20.7 m/s) 的地面大风并伴有雷暴时的大风天气,是华北夏季主要的灾害性天气之一,常给人民生产、生活带来严重影响,甚至对生命财产造成威胁。2009年7月23日河北南部内邱、南和、任县、沙河相继出现8级以上大风,南和瞬时最大风速达到10级,南和武庄附近公路两侧树木成排刮倒,有的连根拔起。河北省南部电网辛彭线南和境内500千伏线路8座铁塔倒塌, 7条220千伏线路跳闸, 6条110千伏线路跳闸,35千伏变电站共停运18座, 35千伏线路故障21条次,10千伏线路故障340条次。

      目前对雷暴大风的研究已经取得了一些成果。余蓉等[1]对华北、华中、华东区域雷暴大风的空间分布及年代际变化进行详细分析,并初步讨论造成这种变化的可能原因。李庆祥等[2]对我国6个城市多年夏季奥运会期间雷暴大风的发生概率统计分析。丁青兰等[3]总结了北京暖季雷暴大风的地理分布和气候概率。诸多学者[4-6]对雷暴大风环境的天气气候学特征进行详细分析。樊李苗等[7]统计短时强对流天气的若干环境参数,发现雷暴大风和短时强降水的温湿廓线差异显著,但雷暴大风和冰雹没有明显差别。严仕尧等[8]分析华北雷暴大风的动力、热力综合指标,并应用指标叠套方法进行雷暴大风的潜势预报。

      随着多普勒天气雷达在全国布网,强对流天气的临近预报成为省、市级气象台的重要业务,但预报方法还很有限。目前,强对流天气以预报员主观分析预报为主,客观自动算法产品为辅。主观分析预报主要基于多普勒天气雷达,客观自动算法包括雷达回波外推技术和强对流天气识别技术,但客观自动算法并没有对强对流天气进行分类预报,强对流天气的分类预报还主要依靠主观分析预报[9-10]。雷暴大风的临近预警主要基于多普勒天气雷达回波特征,俞小鼎等[9]认为中层径向辐合和弓形回波是雷暴大风的主要雷达回波特征。李国翠等[11]、刘勇等[12]发现,阵风锋回波是造成短时大风的一种雷达回波特征。以上研究提出了雷暴大风的一些雷达回波特征,弓形回波和阵风锋回波均为反射率因子特征,中层径向辐合是平均径向速度产品,但在实际业务中不容易识别,雷暴大风是一种强风灾害,在雷达平均径向速度产品中是否有其他回波特征,这些可识别的雷达回波特征在雷暴大风中所占比例有多少,应用多普勒天气雷达对雷暴大风预报能力如何,针对以上问题,本文应用石家庄新乐SA多普勒天气雷达对2006—2008年28次雷暴大风过程中出现地面大风的观测站 (共262个站) 上空的雷达回波特征进行详细分析。

    • 在实际业务中当观测站瞬时风力达到17 m/s或以上时,发布大风灾情报。当观测站观测到雷暴时,发布雷暴灾情报。为了区别沙尘大风,当观测站同时出现大风灾情和雷暴灾情时,认为该站出现雷暴大风天气。根据河北省雷暴和大风灾情资料筛选2006—2008年雷暴大风过程,28次天气过程符合条件。本文主要应用石家庄新乐雷达资料的反射率因子和径向速度产品,分析河北省中南部 (包括保定、石家庄、沧州东部、衡水、邢台) 地面观测站 (共262个站) 的雷暴大风的雷达回波特征。由于雷暴大风是近地面天气现象,本文主要分析近地面的雷达回波特征,距离雷达100 km以外用0.5°仰角产品,100 km以内用0.5°和1.5°仰角产品。分析每站雷暴大风发生时刻、最接近时刻的雷达回波特征,再记录雷暴大风发生前此雷达回波特征的最早观测时间,对比雷暴大风的灾情报时间,统计依据此雷达回波特征发布预警的能力和时效。

    • 弓形回波是指快速移动的向着运动方向凸起的、形如弓的强对流回波。弓形回波有很多形态和类型[13],包括经典弓形回波 (图 1a图 1c,图中时间为北京时,下同)、弓形回波复合体、单体弓形回波和飑线型 (或线性波形) 弓形回波 (见图 2a)。弓形回波的形成方式有多种[13],松散的单体合并可演变为经典弓形回波、弓形回波复合体或单体弓形回波,直线型飑线后期也可演变成经典弓形回波、弓形回波复合体或飑线型 (或线性波形) 弓形回波,另外,超级单体风暴后期也可以演变成单体弓形回波、经典弓形回波或弓形回波复合体。弓形回波的空间尺度大小不一,小的弓形回波长度仅几十公里 (图 1a图 1c),有的可达上百公里,有的飑线由多个弓形回波组成,长度可达几百公里 (图 2a)。

      图  1  2008年6月25日19:36石家庄新乐雷达1.5°仰角反射率因子 (a) 和径向速度 (b)、2006年5月30日18:33石家庄新乐雷达1.5°仰角反射率因子 (c) 和径向速度 (d)

      Figure 1.  Base reflectivity (a) and base velocity (b) at 1.5° elevation from Xinle radar at 1936 BT 25 Jun 2008, base reflectivity (c) and base velocity (d) at 1.5° elevation from Xinle radar at 1833 BT 30 May 2006

      图  2  2013年8月4日21:00北京雷达1.5°仰角反射率因子 (a) 和径向速度 (b)

      Figure 2.  Base reflectivity (a) and base velocity (b) at 1.5° elevation form Beijing radar at 2100 BT 4 Aug 2013

    • 研究证明, 弓形回波是由后侧强烈的下沉气流造成的[13]。显著弓形回波具有以下特征:在低层反射率因子图上除了形如弓外,弓形回波前沿存在高的反射率因子梯度 (图 1a图 1c图 2a),在较强回波带后侧有弱回波通道或者后侧入流缺口 (图 1a)。弱回波通道或者后侧入流缺口是弓形回波后侧强烈的下沉气流到达近地面形成入流急流,因此,在径向速度图上,对应弱回波通道或者后侧入流缺口一般存在较大范围的径向速度大值区 (图 1b),或弓形回波突起处及其后侧有较大范围的径向速度大值区 (图 1d图 2b)。对应弓形回波前沿有时也存在一条弓形辐合线 (图 1b)。

      仅根据反射率因子识别弓形回波有时会出现假弓形回波,当几个位于一条弧线上的松散单体合并时形似弓状回波,反射率因子图上与弓形回波无法区别,但从径向速度图上有明显区别,假弓形回波后侧没有径向速度大值区。因此,根据反射率因子和径向速度两种产品相结合能更准确地识别弓形回波。

    • 在对流单体的成熟阶段,冷性下沉气流作为一股冷空气,在近地面的底层向外扩展,与单体运动前方的暖湿气流交汇而形成飑锋,又称阵风锋,也称为雷暴的出流边界,其所经之处往往会引起气压增高、气温降低、风向突变及风速急变等[12, 14]。阵风锋经过之处常出现雷暴大风天气。

      阵风锋一般处于强回波的前方, 在雷达图上表现为窄带回波。反射率因子图上回波强度较弱,一般在25 dBZ以下。共有15次过程观测到阵风锋回波,只有两次过程阵风锋回波强度达到25~35 dBZ。阵风锋在径向速度图上也表现为窄带回波,径向速度值都很小,一般在10 m/s以下。由于阵风锋在近地层形成,一般仅在0.5°~1.5°仰角观测到,抬高仰角,阵风锋回波消失。

      在弓形回波前侧有时能观测到阵风锋回波,有时观测不到,当雷暴大风出现在弓形回波前侧并靠近弓形回波的无回波处时,可认为弓形回波前侧有阵风锋经过地面出现雷暴大风,但未观测到阵风锋回波。

    • 根据弓形回波的形成原理,后侧强烈的下沉气流到近地面后向四周扩散形成后侧入流急流使回波演变成弓状,与弓形回波后侧入流急流对应的径向速度大值区可预示近地面大风的形成。径向速度大值区的速度值与后侧入流急流的强度以及弓形回波与雷达距离等有关。径向速度是锥面上沿着雷达的径向速度,不能等同于实际风速,由于分析的是两个最低仰角 (0.5°和1.5°) 的径向速度,较接近实际风速的,可将对应弓形回波后侧的17 m/s以上径向速度区域定义为径向速度大值区 (图 1b图 1d图 2b,速度值不小于17 m/s,下同)。径向速度大值区是弓形回波的重要雷达回波特征。

    • 在262个站雷暴大风中有52个站是弓形回波产生的,占19.8%。弓形回波产生雷暴大风天气有两种情况,一种由弓形回波本身下沉气流直接产生,另一种是弓形回波下沉气流的出流, 也就是阵风锋产生的。弓形回波本身产生的有25个站,弓形回波前侧阵风锋产生的有27个站,约各占一半。弓形回波前侧阵风锋回波能够观测到的有10个站,未观测到的有17个站。

      从统计结果看,弓形回波前侧阵风锋回波的形成多在弓形回波形成之后,依据弓形回波这一雷达回波特征能更早发布雷暴大风预警。统计以上52个站雷暴大风弓形回波的预警时效 (图 3),提前60 min以上的有28个站 (约占54%),提前30~60 min的有13个站 (约占25%),30 min以下的有11个站 (约占21%)。因此,出现弓形回波这一雷达回波特征可预测出现雷暴大风的可能性很大,并有较长的预警时效。

      图  3  弓形回波及弓形回波后侧速度大值区提前时间统计

      Figure 3.  The advanced time statistics of bow echo and the largest velocity zones for bow echo posterios side

      52个站弓形回波均观测到对应的径向速度大值区, 统计径向速度大值区的提前时间,33个站 (约占63.5%) 提前60 min以上,仅4个站 (约占7.7%) 提前30 min以下, 14个站 (约占28.8%) 提前30~60 min。由此可见,对应弓形回波的径向速度大值区多在弓形回波形成之前已出现,根据径向速度大值区能更早发布雷暴大风预警 (图 3)。

      从以上分析发现,弓形回波造成的雷暴大风仅占19.8%, 依据弓形回波前侧阵风锋回波能预测部分弓形回波造成的雷暴大风天气,依据弓形回波和径向速度大值区能对所有弓形回波造成的雷暴大风天气提前发布预警,并有较长的预警时效。依据径向速度大值区比依据弓形回波能更早发布雷暴大风预警。

    • 带状回波大多由松散的对流单体合并形成,合并后的回波带成为一个有组织的整体。在262个站雷暴大风中由带状回波产生的共175个站,占66.8%。

      带状回波产生的雷暴大风有两种情况,一种是带状回波本身下沉气流产生的 (86个站,占49.1%),一种是带状回波下沉气流的出流即阵风锋产生的 (89个站,占50.9%)。

    • 在分析中有两种情况视为雷暴大风由阵风锋产生,一是雷暴大风出现时刻在测站上空观测到阵风锋回波,二是雷暴大风出现时刻,测站靠近回波带并位于强回波前侧的无回波区内,这种情况认为是阵风锋产生的,但未观测到阵风锋回波。

      由带状回波前侧阵风锋造成的89个站雷暴大风中能观测到阵风锋回波的仅34个站 (占19.4%),未观测到的有55个站。也就是说,依据带状回波前侧阵风锋回波这一雷达回波特征仅能预测19.4%的带状回波雷暴大风。

      统计依据带状回波前侧阵风锋回波预测雷暴大风的提前时间 (图 4),在30 min以内的有22个站,30 min以上的有12站。

      图  4  带状回波前侧阵风锋 (可观测到) 及径向速度大值区 (不小于17 m/s) 提前时间站数统计

      Figure 4.  The advanced time statistics of gust front of banded echo and the largest velocity zones (no less than 17 m/s)

    • 在带状回波雷暴大风中仅有34个站能观测到阵风锋回波,剩下的141个站带状回波雷暴大风的反射率因子产品没有显著特征,无法判断能否出现雷暴大风天气。

      产生雷暴大风的带状回波在径向速度图上有明显特征,对应带状回波常常有径向速度大值区。而单纯降水或冰雹的带状回波通常没有径向速度大值区。统计发现,在带状回波对应有径向速度大值区的位置易产生雷暴大风天气。

      2008年7月11日16:53—19:51在石家庄、邢台、邯郸、衡水南部同时出现雷暴大风和降水天气,在保定和衡水北部只有降水未出现雷暴大风。对比分析石家庄 (出现雷暴大风,图 5中白色圆圈) 和保定 (没有出现雷暴大风,图 5中红色圆圈) 的雷达回波特征。16:30保定北部到石家庄西部有一条带状回波,回波强度相当强 (见图 5a),石家庄北部有17 m/s以上的径向速度大值区 (图 5b中白色圆圈内,最大速度达到24 m/s),而位于保定的带状回波速度值很小 (图 5b中红色圆圈内),在10 m/s以下。15:30径向速度大值区首先在曲阳、行唐附近形成,回波带自西北向东南方向移动,径向速度大值区也从西北向东南移动,同时径向速度大值区范围加大,在经过的区域 (白色虚线框内) 出现雷暴大风天气。而保定范围内的带状回波未产生雷暴大风天气。

      图  5  2008年7月11日16:30石家庄新乐雷达0.5°仰角反射率因子 (a) 和径向速度 (b)

      Figure 5.  Base reflectivity (a) and base velocity (b) at 0.5° elevation form Xinle radar at 1630 BT 11 Jun 2008

    • 带状回波本身产生雷暴大风有86个站,依据反射率因子特征无法预警,在这86个站中观测到径向速度大值区的有50个站,未观测到的有36个站。

      未观测到阵风锋回波的55个站带状回波雷暴大风依据反射率因子特征无法预警,其中37个站观测到径向速度大值区,18个站未观测到径向速度大值区。

      依据反射率因子特征无法预警的141个站带状回波雷暴大风中有87个站观测到了径向速度大值区,依据径向速度大值区可发布预警。

      在观测到阵风锋回波的34个站雷暴大风中32个站有径向速度大值区,仅2个站没有径向速度大值区。

      在所有带状回波雷暴大风 (175个站) 中,观测到径向速度大值区的有119个站 (占68.0%),未观测到径向速度大值区的有56个站 (占32.0%)。未观测到阵风锋回波且也未观测到径向速度大值区的带状回波有54个站,仅依据雷达资料是无法发布预警的,占带状回波的30.8%。

      根据反射率因子无法预警的141个站带状回波雷暴大风中有87个站观测到了径向速度大值区,统计这87个站径向速度大值区的预警时效 (图 6),发现能提前60 min以上的有47个站,提前30~60 min的有40个站,提前30 min以下的仅23个站,由此可见,根据带状回波后侧的径向速度大值区发布雷暴大风预警有较长的预警时效。

      图  6  带状回波后侧径向速度大值区 (不小于17 m/s) 提前时间站数统计

      Figure 6.  The advanced time statistics of the largest velocity zones (no less than 17 m/s) of banded echo posterior side

      在观测到阵风锋回波的34个站雷暴大风中32个站有径向速度大值区,仅2个站没有。因此,只要观测到阵风锋回波,无论依据阵风锋回波特征还是径向速度大值区特征均可发布雷暴大风预警。统计发现,根据径向速度大值区发布雷暴大风预警比依据阵风锋回波提前更多 (图 4)。

      从以上分析可知,由带状回波造成雷暴大风最多 (占66.8%)。仅依据阵风锋回波特征可预警19.4%的带状回波雷暴大风,仅依据径向速度大值区特征可预警68%的带状回波雷暴大风,且有较长的提前时间。30.8%的带状回波雷暴大风既没有阵风锋回波特征也没有径向速度大值区特征, 仅依据雷达资料无法预警。

    • 孤立的块状单体回波也可产生雷暴大风,在262个站雷暴大风中由孤立的块状单体回波产生的有35个站 (占13.4%), 孤立的块状回波前侧均未观测到阵风锋回波,也未观测到明显的径向速度大值区,因此,孤立块状单体回波产生的雷暴大风依据雷达资料很难发布预警。

    • 观测到阵风锋回波不一定出现17 m/s以上的灾害性大风。有时阵风锋回波造成的大风达不到17 m/s,2014年6月24日23:00左右观测到明显阵风锋回波,但受阵风锋回波影响站只出现10~11 m/s大风。因此,依据阵风锋回波发布17 m/s以上雷暴大风预警有可能出现空报现象。

      另外,阵风锋造成的雷暴大风中,有些在雷达上未观测到阵风锋回波,主要原因是受雷达观测的影响。阵风锋对应的窄带回波主要集中在边界层内。顶高在1 km左右,很少超过2 km[15-16]。因此,阵风锋的监测应选用低仰角探测。雷达波束随着距离增加而升高,距离雷达较远的浅薄阵风锋很可能在雷达波束以下,无法探测到。接近雷达的阵风锋回波会受到地物干扰也难以识别。统计发现,由阵风锋造成的雷暴大风雷达未观测到阵风锋回波的所有个例中,距离雷达100 km以上的占60%,距离雷达100 km以内的占40%。仅依据阵风锋回波预警雷暴大风有时会漏报。因此,利用阵风锋回波特征预警雷暴大风有一定局限性。

    • 依据以上雷暴大风雷达回波特征不能预警的有35个站孤立块状回波,另外,弓形回波或带状回波雷暴大风过程经常有孤立块状回波,这些孤立的块状回波有时也会造成雷暴大风。在28次雷暴大风过程中的13次过程出现了这种情况。由于回波是孤立的,尺度很小,其反射率因子特征和降水、雷暴的反射率因子特征没有明显区别,径向速度图上有时有γ中尺度辐合,但γ中尺度辐合在降水和雷暴[17-20]中也经常出现,并不是雷暴大风独有特征,因此,依据径向速度产品也无法判别有无雷暴大风天气出现。因此,在同样的环境条件下孤立块状回波造成的雷暴大风更难预警。

    • 依据以上雷达回波特征不能预警的带状回波雷暴大风有54个站,查看这54个站距离雷达站的距离,仅6个站在100 km以内,其他均超过100 km。

      2007年6月29日在衡水、邢台的东部15个站出现雷暴大风天气,其中3个站为块状回波造成,12个站为带状回波造成,这12个站未观测到阵锋风回波、弓形回波和径向速度大值区 (不小于17 m/s), 依据以上雷暴大风雷达特征不能预警。这17个地面观测站距离新乐雷达距离超过100 km。

      2008年7月11日在石家庄东部、衡水、邢台22个站出现雷暴大风天气,均由带状回波造成,有20个站出现径向速度大值区 (不小于17 m/s),可以预警,2个站 (衡水的枣强和故城) 未观测到径向速度大值区,无法预警,这2个站距离新乐雷达站距离超过100 km。18:56—19:51衡水的枣强和故城出现雷暴大风,从18:48反射率因子和径向速度看,在衡水东部有一带状回波 (图 7a),对应此带状回波的后侧 (前后相对于回波带移动方向而言,回波带自西北向东南移动) 有径向速度为12 m/s的区域 (图 7b),15:30—18:00该回波带后侧一直存在大范围的径向速度大值区,18:06后开始减弱,18:48径向速度大值区最大径向速度减小到12 m/s,未达到17 m/s的标准,这时带状回波距离雷达超过100 km。当距离雷达100~150 km时,距离地面高度在1.7~2.9 km之间,不能代表近地面情况,而雷暴大风是近地面的天气现象,径向速度大值区最大径向速度的减小可能是探测高度升高造成的,因此,100 km以内的径向速度有更好的代表性。2007年6月29日13:50—16:00在衡水东部和邢台东部出现雷暴大风天气,14:18反射率因子和径向速度图 (图 7c图 7d) 显示,对应带状回波径向速度上为辐合线上的多个γ中尺度辐合,在带状回波 (带状回波自西北向东南移动) 后侧的径向速度中心最大为12 m/s,带状回波生成时距离雷达100 km,如果在0.5°仰角探测高度以下有17 m/s的径向速度也探测不到。

      图  7  2008年7月11日18:48石家庄新乐雷达0.5°仰角反射率因子 (a) 和径向速度 (b)、2007年6月29日14:18石家庄新乐雷达0.5°仰角反射率因子 (c) 和径向速度 (d)

      Figure 7.  Base reflectivity (a) and base velocity (b) at 0.5° elevation from Xinle radar at 1848 BT 11 Jun 2008, base reflectivity (c) and base velocity (d) at 0.5° elevation from Xinle radar at 1418 BT 29 Jun 2007

      由于雷暴大风是近地面的天气现象,100 km以内的径向速度有更好的代表性。距离雷达站超过100 km,依据文中的雷暴大风雷达回波特征可能会出现漏报现象。本文仅应用石家庄新乐单部雷达的资料,从目前雷达站布网来看,在河北中南部平原已经有石家庄、秦皇岛、沧州、北京、天津雷达,连同在建的邯郸雷达,河北省中南部大部分地区可覆盖在雷达的100 km范围内,因此,目前雷达网可以解决以上问题。

      统计观测到径向速度大值区的所有雷暴大风的反射率因子 (0.5°或1.5°仰角),发现对应径向速度大值区的回波中心强度多在50 dBZ以上,最强可以达到65 dBZ,仅15个站 (8.8%) 雷暴大风反射率因子小于50 dBZ,为35~45 dBZ。2008年6月1日10个站雷暴大风都观测到了径向速度大值区,但反射率因子为40~45 dBZ,降水低于0.1 mm,属于典型的干对流[4, 21]。干对流雷暴大风降水量很小,与湿对流雷暴大风相比,单位体积内水滴总数少,水滴尺度小。干对流雷暴大风环境低层非常干,温度垂直递减率很大[4, 21],水滴更容易蒸发,因此, 干对流雷暴大风反射率因子较小[4]。一般雷暴大风的反射率因子都在50 dBZ以上,特别注意干对流雷暴大风的反射率因子一般只有40 dBZ左右,避免因反射率因子低而漏报。

      本文关于弓形回波和径向速度大值区的结论是在出现雷暴大风的前提下得到的。国内有关弓形回波产生地面灾害性大风的研究很多[22-27],文献中没有出现弓形回波而没有地面大风的个例。文献[17, 18, 28]发现径向速度大值区可作为雷暴大风的预警指标,目前文献中也未发现相反结论的个例。

    • 研究表明:

      1) 产生雷暴大风的回波主要为弓形回波、带状回波和块状回波,带状回波产生的雷暴大风占66.8%,弓形回波占19.8%,孤立块状单体回波占13.4%。因此,带状回波是产生雷暴大风的主要回波。

      2) 在262个站雷暴大风中依据雷达回波特征无法发布预警的有89个站,占34.0%,其中,带状回波中有54个站不能预警,孤立块状单体回波有35个站无法预警。弓形回波产生的雷暴大风都可预警。

      3) 雷暴大风的主要雷达回波特征有弓形回波 (占19.8%)、阵风锋回波 (占16.8%) 和径向速度大值区 (占65.3%),因此,径向速度大值区是雷暴大风的主要雷达回波特征。出现其中一个或多个特征可发布雷暴大风预警。

      4) 径向速度大值区一般在弓形回波和阵风锋回波之前,依据径向速度大值区可更早发布雷暴大风预警。径向速度大值区是出现最多、预警时效最长的雷达回波特征。

参考文献 (28)

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