多普勒天氣雷達(dá)資料的雷電特性分析

1、學(xué)學(xué) 位位 論論 文文多普勒天氣雷達(dá)資料的雷電特性分析多普勒天氣雷達(dá)資料的雷電特性分析論文作者姓名：論文作者姓名：申請(qǐng)學(xué)位專(zhuān)業(yè)：申請(qǐng)學(xué)位專(zhuān)業(yè)：申請(qǐng)學(xué)位類(lèi)別：申請(qǐng)學(xué)位類(lèi)別：工學(xué)學(xué)士工學(xué)學(xué)士指指導(dǎo)導(dǎo)教教師師姓姓名名（職職稱(chēng)稱(chēng)）：論文提交日期：論文提交日期：年年 月月 日日多普勒天氣雷達(dá)資料的雷電特性分析多普勒天氣雷達(dá)資料的雷電特性分析摘摘 要要雷電是發(fā)生在大氣中的瞬間放電過(guò)程，雷電災(zāi)害是聯(lián)合國(guó)公布的“最嚴(yán)重的十種自然災(zāi)害之一” ，與其它災(zāi)害性天氣相比,雷電有發(fā)生時(shí)間短、頻率高和影響范圍廣等特點(diǎn)。湖南省是雷電災(zāi)害較嚴(yán)重的省份，每年都會(huì)造成嚴(yán)重人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。歷史經(jīng)驗(yàn)表明，對(duì)雷電進(jìn)行監(jiān)測(cè)預(yù)警能夠有

2、效地減少雷電災(zāi)害。本文應(yīng)用 2007 年-2008 年湖南長(zhǎng)沙的多普勒天氣雷達(dá)回波資料和閃電定位系統(tǒng)的地閃監(jiān)測(cè)資料，對(duì)湖南地區(qū)閃電活動(dòng)的雷達(dá)特征進(jìn)行了分析。根據(jù)閃電定位儀資料，對(duì)照閃電發(fā)生時(shí)刻及閃電發(fā)生前后的產(chǎn)品特征進(jìn)行個(gè)例的分析與驗(yàn)證，并通過(guò)進(jìn)一步的分析，初步得出了雷電預(yù)警的方法。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：多普勒天氣雷達(dá)；雷達(dá)回波；雷電預(yù)警； Doppler Weather Radar Data Analysis of Lightning characteristicsAbstractLightning is the process of instantaneous discharge, which t

3、akes place in the atmosphere. Lightning is published “one of the top ten disasters by the United Nations. Compared with other severe weather, lightning occurs in a short time with high frequency and impact of a wide range. Hunan is one of the most provinces with severe lightning disaster, that causi

4、ng serious casualties and property losses. Historical experience shows that monitoring and early warning of lightning can reduce the lightning disasters effectively.This text makes use of the data of the radar echo and lightning detection ADTD positioning system, to analyze the characteristics of th

5、understorms and lightning from 2007 to 2008 in Hunan province. Based on the data of lightning tracking, we analyze and verify the product features of lightning and lightning occurred before and after. Through the further analysis and research, we have obtained the method of lightning warning. Key wo

6、rds：Doppler Weather Radar; radar echo; Lightning warning目目 錄錄1 引言 11.1課題背景和意義.12 國(guó)內(nèi)外研究歷史及現(xiàn)狀.22.1國(guó)內(nèi)外關(guān)于多普勒天氣雷達(dá)資料的應(yīng)用研究.22.1.1國(guó)內(nèi)外關(guān)于雷電的研究.32.2研究的目的和意義.42.3本文的主要任務(wù)及結(jié)構(gòu).53 多普勒天氣雷達(dá)及其產(chǎn)品.53.1多普勒天氣雷達(dá).53.2天氣雷達(dá)的產(chǎn)品和應(yīng)用.64 雷達(dá)資料的選取.75 雷達(dá)回波特征分析.135.1基本反射率（R）特征.135.2回波高度（H）特征 .145.3回波頂高（ET）特征 .155.4垂直積分 CAPPI 特征.165.5垂

7、直積分液態(tài)含水量（VIL）特征.175.6組合反射率（CR）特征.186 雷達(dá)與閃電數(shù)據(jù)的綜合應(yīng)用研究.196.1研究應(yīng)用方法.196.2判別方法應(yīng)用于預(yù)報(bào).196.3雷達(dá)資料應(yīng)用于雷電預(yù)警.207 總結(jié).227.1結(jié)論.227.2前景展望.23參考文獻(xiàn).23致謝.231 1 引言引言1.11.1課題背景和意義課題背景和意義雷電是發(fā)生于大氣中的一種瞬時(shí)高電壓、大電流、強(qiáng)電磁輻射災(zāi)害性天氣現(xiàn)象。自然界中，雷(閃)電常伴隨龍卷等災(zāi)害性天氣同時(shí)發(fā)生，對(duì)自然資源和人類(lèi)創(chuàng)造的物質(zhì)文明構(gòu)成巨大的威脅。雷電災(zāi)害已經(jīng)被聯(lián)合國(guó)列為“最嚴(yán)重的十種自然災(zāi)害之一” 。據(jù)估計(jì)，全世界每年約有10億次雷暴發(fā)生，平均每小時(shí)

8、發(fā)生2000次雷暴，每分鐘平均發(fā)生13次云對(duì)地閃電。就整個(gè)地球表面而言，每秒鐘的地閃就有30100次，每次閃電在微妙量級(jí)的瞬時(shí)釋放出約1.9810 的8次方焦耳的能量。為雷電所造成的雷擊具有極大的破壞性，每個(gè)閃電的強(qiáng)度可以高達(dá)10億伏。一個(gè)中等尺度的雷暴的功率有10萬(wàn)kw，相當(dāng)于一個(gè)小型核電站的輸出功率，同時(shí)雷電表現(xiàn)為強(qiáng)大的沖擊波、劇變的電磁場(chǎng)、強(qiáng)烈的電磁輻射、熾熱的高溫。雷電以其熱效應(yīng)、機(jī)械效應(yīng)、反擊電壓、雷電感應(yīng)等方式產(chǎn)生破壞作用，從而造成人員傷亡、火災(zāi)、爆炸、建筑物和各種設(shè)施損毀、電力及通訊中斷等等，從衛(wèi)星、通信、導(dǎo)航、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)乃至每個(gè)家庭的家用電器，都有可能在一道閃電中，毀于一旦

9、。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年因雷電災(zāi)害造成的人員傷亡為30005000人，財(cái)產(chǎn)損失為50100億元。目前，多普勒雷達(dá)在世界上許多國(guó)家都已經(jīng)建成觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)并投入了業(yè)務(wù)應(yīng)用。而雙向偏振雷達(dá)盡管能夠提供更加細(xì)致的信息，但主要還只是用于研究領(lǐng)域中，因此利用多普勒雷達(dá)進(jìn)行雷電的預(yù)警預(yù)報(bào)是目前相關(guān)領(lǐng)域研究的重點(diǎn)。雷電災(zāi)害的預(yù)警和防御問(wèn)題已經(jīng)涉及到各行各業(yè)，開(kāi)展對(duì)閃電形成機(jī)制、活動(dòng)規(guī)律的研究，盡可能減小雷電災(zāi)害帶來(lái)的損失有著十分重要的意義，它不僅與經(jīng)濟(jì)建設(shè)緊密相關(guān)，更是關(guān)系到確保工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生命財(cái)產(chǎn)安全、維護(hù)社會(huì)穩(wěn)定的大事。從“九五”起，我國(guó)大規(guī)模地進(jìn)行了新一代多普勒天氣雷達(dá)監(jiān)測(cè)網(wǎng)的布點(diǎn)建設(shè)，并已在二十多個(gè)省

10、區(qū)建立了獨(dú)立的雷電監(jiān)測(cè)。到2020年，將建立能覆蓋全國(guó)的云地閃監(jiān)測(cè)網(wǎng)和覆蓋重點(diǎn)區(qū)域的云間閃監(jiān)測(cè)網(wǎng)。隨著我國(guó)新一代多普勒天氣雷達(dá)布網(wǎng)工作的進(jìn)行，越來(lái)越多的一線預(yù)報(bào)員將接觸到多普勒天氣雷達(dá)產(chǎn)品，如何利用豐富的雷達(dá)產(chǎn)品，較為全面地探討該產(chǎn)品對(duì)天氣系統(tǒng)和大氣狀態(tài)的指示意義，更好地服務(wù)于天氣預(yù)報(bào)工作就顯得十分必要。目前，我國(guó)把雷電預(yù)報(bào)納入八大業(yè)務(wù)軌道之一，閃電監(jiān)測(cè)網(wǎng)的建設(shè)，將使閃電探測(cè)和預(yù)警成為氣象服務(wù)產(chǎn)品的一個(gè)新品種。因此，積極探索、開(kāi)展雷電預(yù)報(bào)，對(duì)于防災(zāi)減災(zāi)，拓寬服務(wù)領(lǐng)域都是非常有意義的。在我國(guó)由于多普勒天氣雷達(dá)的應(yīng)用和雷電研究還處于起步階段，目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用于業(yè)務(wù)的雷電預(yù)報(bào)方案研究仍然比較少見(jiàn),雷電的

11、主客觀預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率均不高,雷電預(yù)報(bào)仍然是天氣預(yù)報(bào)領(lǐng)域中的一大難點(diǎn)。為了進(jìn)一步做好防雷減災(zāi)工作，加強(qiáng)對(duì)雷電預(yù)報(bào)能力，提高雷電監(jiān)測(cè)和預(yù)警水平，就必須用多種監(jiān)測(cè)手段相結(jié)合使雷電預(yù)報(bào)更加準(zhǔn)確有效。2 2 國(guó)內(nèi)外研究歷史及現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)外研究歷史及現(xiàn)狀2.12.1 國(guó)內(nèi)外關(guān)于多普勒天氣雷達(dá)資料的應(yīng)用研究國(guó)內(nèi)外關(guān)于多普勒天氣雷達(dá)資料的應(yīng)用研究多普勒天氣雷達(dá)在風(fēng)暴識(shí)別方面，自上個(gè)世紀(jì)80年代以來(lái)，風(fēng)暴系列算法在全美NEXRAD業(yè)務(wù)系統(tǒng)中投入了使用，并且取得較好的效果，但是它對(duì)間隔較小的風(fēng)暴群效果并不是多么理想。Johnson(1998)等開(kāi)發(fā)了風(fēng)暴單體的識(shí)別和跟蹤算法(SCIT)，并在WSR一88D的BuiId90

12、軟件中使用，從而使對(duì)反射率因子為40dBZ以上的風(fēng)暴單體的探測(cè)概率提高到68，反射率因子為50dBZ以上的風(fēng)暴單體的探測(cè)概率提高到96，而此前僅為24和411。Richard等分析了美國(guó)閃電活動(dòng)中地閃的密度，結(jié)果發(fā)現(xiàn)中西部地區(qū)地閃密度達(dá)到峰值的時(shí)期恰好與觀測(cè)到的強(qiáng)降水相一致；Scott等研究美國(guó)中南部地區(qū)夏季云地閃與降水的關(guān)系，結(jié)果表明地閃與地面降水的相關(guān)性較高：Rocdcr等提出了閃電臨近預(yù)報(bào)的雷達(dá)回波強(qiáng)度、垂直厚度、回波項(xiàng)高的參考指標(biāo)等。在國(guó)內(nèi)，張鵬(2002)在綜合利用多普勒天氣雷達(dá)速度場(chǎng)、譜寬場(chǎng)、強(qiáng)度場(chǎng)場(chǎng)資料及縮短探測(cè)時(shí)間方面進(jìn)行了嘗試，提出了利用單PPI或雙PPI資料進(jìn)行強(qiáng)風(fēng)暴識(shí)別的

13、方法，應(yīng)用實(shí)際資料進(jìn)行的效果檢驗(yàn)表明：與現(xiàn)有強(qiáng)風(fēng)暴識(shí)別方法相比，雙PPI的綜合資料識(shí)別方法，既有一定的識(shí)別準(zhǔn)確率，又具有節(jié)省探測(cè)時(shí)間、快速發(fā)布警報(bào)的優(yōu)點(diǎn)2。王飛等利用多普勒雷達(dá)資料,結(jié)合探空、閃電資料對(duì)2005 年夏季北京地區(qū)的22 個(gè)單體過(guò)程進(jìn)行綜合分析發(fā)現(xiàn)雷暴單體中從25 dBz 回波出現(xiàn)到單體的35 dBz 回波厚度變化率達(dá)到極值的時(shí)間差,與雷暴中最早的云閃與最早的地閃之間的時(shí)間差,兩者存在一定的線性關(guān)系3。 在雷達(dá)資料反演方面，隨著反演理論和反演技術(shù)的不斷提高，將多普勒天氣雷達(dá)信息反演成風(fēng)場(chǎng)、液態(tài)含水量分布、相對(duì)濕度、位溫以及氣壓擾動(dòng)場(chǎng)等，并與常規(guī)氣象資料同化，大大彌補(bǔ)了中小尺度天氣數(shù)

14、值預(yù)報(bào)中格點(diǎn)資料的不足，提高了模式的預(yù)報(bào)效果4。在雷達(dá)定量估測(cè)大范圍降水方面，許多國(guó)家建立的雷達(dá)一雨量計(jì)站聯(lián)合測(cè)定區(qū)域降水系統(tǒng)，在水庫(kù)蓄放和防汛抗洪中發(fā)揮著重要作用。在災(zāi)害性天氣的監(jiān)測(cè)、預(yù)警和預(yù)報(bào)方面，國(guó)內(nèi)外的氣象工作者已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一系列的雷達(dá)產(chǎn)品，并常利用雷達(dá)反射率產(chǎn)品的回波強(qiáng)度、回波形態(tài)等判斷強(qiáng)天氣類(lèi)型。如：美國(guó)常用回波強(qiáng)度41dBZ作為強(qiáng)風(fēng)暴的判斷指標(biāo)，而國(guó)內(nèi)常定45dBZl利用鉤狀回波、長(zhǎng)釘狀回波等具有特殊形態(tài)的回波預(yù)報(bào)冰雹等對(duì)流天氣。常用徑向速度產(chǎn)品的某些特征分析、監(jiān)測(cè)龍卷氣旋和下?lián)舯┝鞯纫燥L(fēng)害為主的強(qiáng)天氣。同時(shí)，利用雷達(dá)回波特征分析、總結(jié)對(duì)流性風(fēng)暴的結(jié)構(gòu)、演變等；在一般的業(yè)務(wù)和科研中

15、，雷達(dá)產(chǎn)品更多地用于天氣個(gè)例的分析和總結(jié)，例如：80年代末以來(lái)，美國(guó)、德國(guó)等國(guó)家的科研人員用雷達(dá)回波研究了大量的Derecho現(xiàn)象；在國(guó)內(nèi)，廣大業(yè)務(wù)人員通過(guò)雷達(dá)回波分析，研究了大量颮線天氣過(guò)程，為做好預(yù)報(bào)服務(wù)總結(jié)、積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。2.1.12.1.1國(guó)內(nèi)外關(guān)于雷電的研究國(guó)內(nèi)外關(guān)于雷電的研究在雷電研究方面，80年代以來(lái)國(guó)際雷電研究趨勢(shì)呈現(xiàn)出三大特點(diǎn)：1、對(duì)微秒、亞微秒的雷電過(guò)程進(jìn)行研究；2、雷電與其它學(xué)科的交叉研究，其中在災(zāi)害性天氣監(jiān)測(cè)預(yù)警方面，發(fā)現(xiàn)了雷電可先于雷達(dá)提前指示出強(qiáng)對(duì)流的發(fā)展，雷電頻數(shù)可用于對(duì)流性降水量的估測(cè)等；3、重視研究成果與實(shí)際應(yīng)用的結(jié)合，如美國(guó)等國(guó)家的科學(xué)家每年在佛羅里達(dá)國(guó)

16、際雷電研究基地進(jìn)行人工引雷實(shí)驗(yàn)，除了進(jìn)行理論研究外，還對(duì)不同類(lèi)型的防雷設(shè)備進(jìn)行檢驗(yàn)、對(duì)高壓線以及模擬的航天發(fā)射器燃料盒等特種設(shè)備進(jìn)行雷擊實(shí)驗(yàn)，以增加其運(yùn)行的安全性5。和發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)從事雷電基礎(chǔ)研究的力量明顯不足，與我國(guó)日益增長(zhǎng)的雷電防護(hù)需求相比是十分不相適應(yīng)的。從雷電研究自身來(lái)講，與其他學(xué)科相結(jié)合的交叉研究也十分欠缺。我國(guó)雷電研究雖然起步較晚，但在近20多年來(lái)也有了很大進(jìn)展，中國(guó)科學(xué)院寒區(qū)早區(qū)環(huán)境與工程研究所在雷暴云電結(jié)構(gòu)、雷電物理、雷電電磁輻射、人工引發(fā)雷電技術(shù)及其應(yīng)用等方面進(jìn)行了深入研究，取得了一系列重要成果，并在國(guó)際上具有一定的地位。中國(guó)氣象科學(xué)研究院、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院

17、空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心信息產(chǎn)業(yè)部第22研究所等單位在雷電探測(cè)技術(shù)和資料應(yīng)用方面也進(jìn)行了一定研究。在雷電預(yù)報(bào)(包括短期雷暴潛勢(shì)預(yù)報(bào)、短時(shí)雷電監(jiān)測(cè)和跟蹤以及發(fā)布雷電警報(bào))研究方面6比較突出的有：用決策樹(shù)方法制作的，為機(jī)場(chǎng)提供自動(dòng)雷暴探測(cè)和嚴(yán)格導(dǎo)航系統(tǒng)的美國(guó)AWIPS雷暴產(chǎn)品；澳大利亞氣象局結(jié)合數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品制作的雷暴預(yù)報(bào)決策樹(shù)方法；印度德里地區(qū)的點(diǎn)聚圖方法、多元線性回歸方程法制作的雷暴客觀預(yù)報(bào)等等。在閃電的臨近預(yù)報(bào)方面，Itoeder等提出了閃電臨近預(yù)報(bào)的雷達(dá)回波強(qiáng)度、垂直厚度、回波頂高的參考指標(biāo)等；美國(guó)空軍第45天氣中隊(duì)(45WS)開(kāi)發(fā)的閃電經(jīng)驗(yàn)預(yù)報(bào)方法(在當(dāng)?shù)胤Q(chēng)為“Pinder經(jīng)驗(yàn)規(guī)則”)，為預(yù)

18、報(bào)員根據(jù)天氣系統(tǒng)預(yù)報(bào)閃電提供了輔助手段。利用參數(shù)化方法制作閃電客觀預(yù)報(bào)的研究也很多。近年來(lái)，我國(guó)在雷電預(yù)報(bào)方面也取得了一些成果，但從總的來(lái)講，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)在經(jīng)費(fèi)的投入、綜合探測(cè)手段的應(yīng)用、資料的積累及研究隊(duì)伍的建設(shè)等方面都遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國(guó)家，特別是在高時(shí)間分辨率雷電探測(cè)、雷暴探空(電場(chǎng)和常規(guī)氣象要素)、衛(wèi)星雷電探測(cè)、多參數(shù)雷達(dá)的同步觀測(cè)，以及綜合資料的獲取和應(yīng)用方面差距很大。從雷電研究來(lái)講，與其他學(xué)科相結(jié)合的交叉研究也十分欠缺，國(guó)內(nèi)至今尚未組織一次與相關(guān)學(xué)科聯(lián)合的大型觀測(cè)試驗(yàn)。2.22.2研究的目的和意義研究的目的和意義對(duì)全湖南省年平均雷暴日數(shù)統(tǒng)計(jì)顯示，湖南屬于多雷區(qū)，年平均發(fā)生雷暴 4

19、8.5次之多。作為雷電這種自然現(xiàn)象的發(fā)生具有隨機(jī)性、瞬對(duì)性和危險(xiǎn)性，不能采用常規(guī)方法進(jìn)行研究，因此對(duì)雷電的認(rèn)識(shí)和理解進(jìn)展就比較緩慢。近年來(lái)，我國(guó)不少部門(mén)在小范圍內(nèi)配是閃電定位系統(tǒng)，結(jié)合雷達(dá)探測(cè)資料，科研和業(yè)務(wù)工作者對(duì)于雷電活動(dòng)、雷暴天氣的監(jiān)測(cè)和診斷作了研究，取得了部分研究成果，但利用多普勒雷達(dá)觀測(cè)資料和閃電定位資料相結(jié)合對(duì)雷電進(jìn)行綜合分析的研究并不是很多。雷達(dá)同時(shí)具有觀測(cè)精度高、觀測(cè)時(shí)間間隔短的優(yōu)勢(shì)，這使得它成為了目前最適合于開(kāi)展雷電預(yù)警工作的觀測(cè)設(shè)備。多普勒天氣雷達(dá)對(duì)暴雨、冰雹、龍卷等災(zāi)害性天氣有很強(qiáng)的監(jiān)測(cè)和預(yù)警能力，它包括了災(zāi)害性天氣的絕大部分的監(jiān)測(cè)和預(yù)警內(nèi)容，作為一個(gè)對(duì)大氣探測(cè)重要手段，

20、利用多普勒雷達(dá)對(duì)雷電作臨近預(yù)報(bào) ,減少災(zāi)害損失 ,已成為多普勒雷達(dá)資料應(yīng)用的一項(xiàng)重要工作。雷達(dá)資料應(yīng)用在國(guó)外雷暴預(yù)警中已經(jīng)取得了很大進(jìn)展，但我國(guó)在這方面還比較薄弱。目前湖南省雷電氣候研究方面的文獻(xiàn)不多，由于閃電定位投入應(yīng)用時(shí)間不久，相關(guān)研究也比較少。本課題利用湖南省地面觀測(cè)得到的雷達(dá)回波資料及 ADTD 雷電檢測(cè)定位系統(tǒng)采集的閃電數(shù)據(jù)對(duì)全省雷暴及閃電特征進(jìn)行分析，主要選取回波高度、基本反射率、回波頂高、組合反射率因子、垂直積分液態(tài)水含量、CAPPI 資料。根據(jù)閃電定位儀資料對(duì)湖南地區(qū)閃電活動(dòng)的基本特征進(jìn)行分析，以加深對(duì)該地區(qū)雷電的認(rèn)識(shí)。2.32.3本文的主要任務(wù)及結(jié)構(gòu)本文的主要任務(wù)及結(jié)構(gòu)本文是

21、對(duì)多普勒天氣雷達(dá)資料的雷電特征進(jìn)行分析，并利用2007年8月至2008年8月一年來(lái)湖南省氣象局閃電定位系統(tǒng)的地閃監(jiān)測(cè)資料，對(duì)湖南地區(qū)閃電活動(dòng)的雷達(dá)特征進(jìn)行分析驗(yàn)證。并根據(jù)其發(fā)生閃電時(shí)的特征，綜合雷達(dá)資料以及其他探測(cè)資料，對(duì)湖南閃電趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)報(bào)。本文在總體結(jié)構(gòu)上共分為7章。第1章引言，本章介紹了課題背景，研究的目的和意義以及國(guó)內(nèi)外研究歷史現(xiàn)狀。第2章多普勒雷達(dá)及其產(chǎn)品，介紹了多普勒天氣雷達(dá)的優(yōu)勢(shì)以及其產(chǎn)品和在天氣分析、預(yù)報(bào)中的應(yīng)用。第3章為雷達(dá)資料的選取，本章介紹了如何選取所需的雷暴單體以及對(duì)照地閃監(jiān)測(cè)資料選取雷達(dá)探測(cè)資料數(shù)據(jù)。第4章數(shù)據(jù)的記錄，記錄所找到發(fā)生閃電以及未發(fā)生閃電時(shí)的雷達(dá)回波特征參

22、數(shù)。第 5 章雷達(dá)回波特征的分析，本章主要通過(guò)記錄數(shù)據(jù)所做圖表，對(duì)雷達(dá)回波、各種二次產(chǎn)品進(jìn)行分析研究。第 6 章雷達(dá)與閃電數(shù)據(jù)的綜合應(yīng)用研究，運(yùn)用決策樹(shù)方法得出對(duì)閃電預(yù)報(bào)的判別方法，并得出對(duì)湖南閃電趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)報(bào)方法。第7章結(jié)論，并對(duì)全文進(jìn)行總結(jié)。3 3 多普勒天氣雷達(dá)及其產(chǎn)品多普勒天氣雷達(dá)及其產(chǎn)品3.13.1多普勒天氣雷達(dá)多普勒天氣雷達(dá)多普勒雷達(dá)是目前世界上最先進(jìn)的雷達(dá)系統(tǒng)，有“超級(jí)千里眼”之稱(chēng)。相較于傳統(tǒng)天氣雷達(dá)，多普勒雷達(dá)能夠監(jiān)測(cè)到位于垂直地面8-12公里的高空中的對(duì)流云層的生成和變化，判斷云的移動(dòng)速度，其產(chǎn)品信息達(dá)72種，天氣預(yù)報(bào)的精確度比以前將會(huì)有較大提高。新一代天氣雷達(dá)具有很強(qiáng)的實(shí)時(shí)

23、性，最多在 10 分鐘就能得到一幅掃描結(jié)果，這種實(shí)時(shí)性是傳統(tǒng)探測(cè)方法所不具有的，同時(shí)它還具有較高的的靈敏度，我國(guó)現(xiàn)在雷達(dá)大多數(shù)測(cè)量范圍都在半徑 300km 以上，能比較準(zhǔn)確的測(cè)得半徑內(nèi)的各種天氣系統(tǒng)，除了能得到常規(guī)的天氣系統(tǒng)的回波強(qiáng)度分布信息以外，在達(dá)對(duì)中小尺度天氣系統(tǒng)觀測(cè)具有以下優(yōu)勢(shì)：(1)顯著增強(qiáng)對(duì)熱帶氣旋、風(fēng)暴、雹云、風(fēng)切邊、龍卷氣旋、下?lián)舯┝鞯葰庀鬄?zāi)害的發(fā)生、發(fā)展和消亡過(guò)程的檢測(cè)預(yù)報(bào)能力。(2)新一代多普勒天氣雷達(dá)探測(cè)資料能提供反應(yīng)熱帶氣旋強(qiáng)度以及環(huán)流結(jié)構(gòu)特征，并利用速度場(chǎng)信息確定臺(tái)風(fēng)中心，明顯改善熱帶氣旋（臺(tái)風(fēng)）登陸位置和強(qiáng)度預(yù)報(bào)的精確度。(3)對(duì)風(fēng)和降水具有高分辨力的思維探測(cè)能力，

24、可獲得探測(cè)范圍內(nèi)垂直速度和散度的局部分布，明顯提高對(duì)雷暴發(fā)生時(shí)間、地點(diǎn)檢測(cè)預(yù)警的準(zhǔn)確性，改進(jìn)風(fēng)暴災(zāi)害預(yù)報(bào)的可靠性。(4)能提供較詳細(xì)的中小尺度天氣的雷達(dá)探測(cè)資料，特別是通過(guò)獲得的晴空和大范圍降水區(qū)內(nèi)的風(fēng)場(chǎng)資料等信息，對(duì)降水的短時(shí)預(yù)報(bào)、檢測(cè)預(yù)報(bào)與鋒面的天氣變化、預(yù)報(bào)雷暴的發(fā)展和移動(dòng)等有重要作用，可明顯提高短期和短時(shí)的預(yù)報(bào)能力。3.23.2天氣雷達(dá)的產(chǎn)品和應(yīng)用天氣雷達(dá)的產(chǎn)品和應(yīng)用主用戶(hù)處理子系統(tǒng)（PUP）用來(lái)接收RPG生成的氣象產(chǎn)品數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息，并以圖形的方式提供給預(yù)報(bào)人員做天氣分析和預(yù)報(bào)使用。此軟件有如下功能：1、對(duì)來(lái)自RPG的氣象產(chǎn)品進(jìn)行顯示。包括產(chǎn)品顯示選擇、疊加、根據(jù)用戶(hù)地理位置定中心、

25、放大和改變分辨率、動(dòng)畫(huà)等。2、有選擇的檢測(cè)強(qiáng)天氣地域能力，并作出警報(bào)。3、在背景地圖上顯示天氣狀況。4、從RPG接收并顯示其信息。如列出由RPG產(chǎn)生的當(dāng)前產(chǎn)品表，向操作人員報(bào)告雷達(dá)當(dāng)前天氣狀態(tài)及強(qiáng)天氣情況，對(duì)CAPPI產(chǎn)品顯示等。新一代多普勒天氣雷達(dá)的產(chǎn)品包括基本產(chǎn)品和導(dǎo)出產(chǎn)品。基本產(chǎn)品有三個(gè)：反射率因子（Z）、平均徑向速度（V）、譜寬（W），除回波強(qiáng)度外，后兩種信息，常規(guī)數(shù)字化天氣雷達(dá)不能獲取。二次產(chǎn)品包括：基本反射率（R） 、組合反射率因子（CR） 、垂直積分液態(tài)水含量（VIL） 、回波頂高(ET)、CAPPI資料、風(fēng)暴結(jié)構(gòu)產(chǎn)品、譜寬剖面產(chǎn)品（SCS）以及分層組合湍流平均值產(chǎn)品（LTA）

26、。多普勒雷達(dá)產(chǎn)品在天氣分析和預(yù)報(bào)中得到了廣泛的應(yīng)用，多普勒雷達(dá)觀測(cè)的實(shí)時(shí)回波強(qiáng)度、徑向速度、速度譜寬的圖像中，提供了豐富的有關(guān)強(qiáng)對(duì)流天氣的信息，綜合使用ZVW圖像可以較準(zhǔn)確和及時(shí)檢測(cè)災(zāi)害性天氣?；夭◤?qiáng)度一直是判斷強(qiáng)對(duì)流天氣的重要參數(shù)，多普勒雷達(dá)徑向速度分布圖也是判斷強(qiáng)對(duì)流的一種有效工具，因?yàn)?，?qiáng)對(duì)流天氣的出現(xiàn)和發(fā)展往往與氣流的輻合、輻散以及旋轉(zhuǎn)有關(guān)，在識(shí)別風(fēng)災(zāi)害時(shí)特別有效。雷電的發(fā)生與中小尺度對(duì)流系統(tǒng)有著密切的聯(lián)系。天氣雷達(dá)對(duì)中小尺度的對(duì)流系統(tǒng)能夠很好地進(jìn)行探測(cè)。大量的觀察資料表明，雷電的發(fā)生與對(duì)流云發(fā)展的強(qiáng)度、高度、發(fā)展階段、內(nèi)部粒子相態(tài)、溫度等有緊密的聯(lián)系。由于雷暴單體產(chǎn)生的強(qiáng)雷暴具有突發(fā)

27、性、短時(shí)性、強(qiáng)風(fēng)切變等特點(diǎn)。利用多普勒天氣雷達(dá)，除了可獲得能表征降水強(qiáng)度和云中液態(tài)含水量之外，還能得到降水質(zhì)點(diǎn)相對(duì)雷達(dá)的平均徑向速度和速度譜寬，這些資料有利于預(yù)報(bào)人員對(duì)雷暴環(huán)境流場(chǎng)的識(shí)別和對(duì)其生消發(fā)展的判斷，從而分析由雷暴單體發(fā)展為強(qiáng)雷暴的多普勒雷達(dá)風(fēng)場(chǎng)的特征，并使預(yù)報(bào)人員得以提前發(fā)布強(qiáng)雷暴和風(fēng)切變預(yù)警信息。4 4 雷達(dá)資料的選取雷達(dá)資料的選取由于多普勒雷達(dá)和雷電定位系統(tǒng)目前已經(jīng)在我國(guó)的大部分地區(qū)廣泛架設(shè)，因此本文主要利用這兩類(lèi)設(shè)備所獲得的資料來(lái)所建立的雷電預(yù)警方法是最接近實(shí)際業(yè)務(wù)用的。雖然這種預(yù)報(bào)方法也會(huì)有自身的局限性，例如雷達(dá)本身觀測(cè)區(qū)域的限制，雷電定位系統(tǒng)的定位誤差和探測(cè)效率的影響，以及

28、各地環(huán)境差異造成的一些預(yù)警參數(shù)的差異需要調(diào)整。在研究過(guò)程中，由于雷電定位系統(tǒng)的定位誤差可能會(huì)對(duì)單體是否為雷暴單體，以及雷電的起始發(fā)生時(shí)間的確定都會(huì)造成影響，因此本文中所選取的研究對(duì)象為孤立生成和發(fā)展的單體，目的就在于降低由于雷電定位系統(tǒng)定位誤差對(duì)單體是否雷暴、以及單體中雷電的起始發(fā)生時(shí)間的判斷方面所造成的影響。由于閃電定位系統(tǒng)的定位存在一定的誤差，為了避免由于定位誤差而導(dǎo)致對(duì)單體是否雷暴，以及閃電發(fā)生時(shí)間和空間的錯(cuò)誤判斷，在研究過(guò)程中所選取的個(gè)例主要為單獨(dú)發(fā)生和發(fā)展的單體，并最終選選取 2007 年 8 月-2008 年 8 月間長(zhǎng)沙雷達(dá)站探測(cè)范圍之內(nèi)的單體作為研究對(duì)象，其中由于雷暴的發(fā)生與發(fā)

29、展是經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的演化，所以在選取的閃電發(fā)生時(shí)間和雷達(dá)回波圖時(shí)間時(shí)以不超過(guò)10 分鐘為標(biāo)準(zhǔn)。例如：圖 3-2 及圖 3-3（為 PUP 界面所顯示的基本反射率產(chǎn)品）所示那樣單獨(dú)發(fā)生和發(fā)展的單體的雷暴單體，并且在閃電定位儀數(shù)據(jù)記錄資料上可查得在雷達(dá)探測(cè)地點(diǎn)以及對(duì)應(yīng)時(shí)刻是否發(fā)生了閃電。圖 3-1 2007 年 8 月 3 日 17:41:58 雷達(dá)回波圖圖 3-2 2008 年 5 月 28 日 06:59:52 雷達(dá)回波圖圖 3-3：2008 年 5 月 28 日 07:29:42 雷達(dá)回波圖圖 3-4 2008 年 5 月 28 日 07:04:48 時(shí)閃電定位儀數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)記錄在研究中找出雷暴在

30、發(fā)生雷電的初生階段雷達(dá)回波特征，通過(guò)進(jìn)一步分析，主要目的就是找出雷電預(yù)警的條件，也就是找到在何種雷達(dá)回波特征條件下，能去預(yù)測(cè)到雷電的發(fā)生，以及可能發(fā)生雷電的強(qiáng)弱。在此，首先要做的工作是要找到發(fā)生閃電的時(shí)刻的雷達(dá)回波特征。國(guó)內(nèi)外許多個(gè)例分析表明，雷達(dá)回波位置與閃電發(fā)生區(qū)域有較好的一致性，對(duì)20072008年的雷達(dá)強(qiáng)度場(chǎng)資料和閃電定位資料作了系統(tǒng)的對(duì)比，也較好地印證了這一結(jié)論。本文研究并記錄新一代多普勒天氣雷達(dá)監(jiān)測(cè)到PUP產(chǎn)品的主要指標(biāo)有：回波高度（Echo Height） 、基本反射率（Base Reflectivity） 、回波頂高(Echo Tops)、垂直積分液態(tài)水含量（Verticall

31、y Integrated Liquid） 、CAPPI資料、組合反射率因子（Composite Reflectivity） 。以下記錄的雷達(dá)回波的特性參數(shù)選用的都是0.5仰角掃描：表1 發(fā)生閃電的雷達(dá)回波特征參數(shù) (Rd-雷達(dá) L-閃電)HRETVILCAPPICR序號(hào)時(shí)間經(jīng)度緯度(km)(dBz)(km)kg/m2(dBz)(dBz)Rd20070801 13:50:30114.87429.228540(43)8(8)10(13)-45(48)1L20070801 13:51:18114.82229.0077-Rd20070802 11:39:28113.96329.6913.840(43)

32、6(7)10(13)-45（48)2L20070802 11:44:39113.96629.6372-Rd20070803 15:39:19111.76727.5123.740(43)6(7)5(8)20(23)40(43)3L20070803 15:43:00111.70827.6548-Rd20070803 22:58:33113.26326.8534.345(48)8(8)10(13)50(53)45(48)4L20070803 22:57:42113.27826.8125-Rd20070805 12:13:45115.0729.2615.740(43)5(5)5(8)-40(43)5L

33、20070805 12:20:13115.00529.2733-Rd20070810 07:10:00111.09728.4694.540(43)8(8)5(8)25(28)40(43)6L20070810 07:13:16111.07628.4908-Rd20070810 12:50:34112.67129.552.640(43)9(10)20(23)20(23)-7L20070810 12:52:18112.67129.5091-Rd20070813 16:01:06113.54229.1952.140(43)8(8)40(43)50(53)45(48)8L20070813 16:01:3

34、2113.52829.2358-Rd20070821 02:43:20114.62429.043440(43)6(7)1(3)25(28)40(43)9L20070821 02:44:00114.61728.9954-Rd20070821 15:52:42112.73230.237540(43)8(8)5(8)-40(43)10L20070821 15:59:20112.76130.0236-Rd20070822 14:44:29111.63529.9165.345(48)5(5)5(8)-40(43)11L20070822 14:43:53111.56229.9369-Rd20070823

35、02:57:34111.28228.736420(43)6(7)5(8)40(43)25(28)12L20070823 111.28428.7886-02:49:03Rd20070823 16:49:40113.57727.1033.740(43)6(7)1(3)15(18)40(43)13L20070823 16:53:21113.55727.1485-Rd20070824 07:09:10114.48328.4883.240(43)11(11)10(13)40(43)-14L20070824 07:08:28114.43828.5671-Rd20080321 05:38:21111.464

36、28.5453.540(43)3(4)1(3)15(18)25(28)15L20080321 05:37:01111.48128.5455-Rd20080321 11:49:57112.35127.2383.435(38)6(7)1(3)-25(28)16L20080321 11:50:34112.42427.1139-Rd20080328 06:37:23113.60727.1213.745(48)3(4)5(8)25(28)45(48)17L20080328 06:37:58113.60027.1391-Rd20080328 07:48:54113.62227.093.840(43)3(4

37、)5(8)20(23)20(23)18L20080328 07:48:54113.54127.0909-Rd20080330 09:57:58111.76727.5033.840(43)3(4)1(3)25(28)40(43)19L20080330 09:59:54111.65627.2417-Rd20080403 23:33:19111.48328.6223.440(43)3(4)5(8)-45(48)20L20080403 23:34:50111.48328.7457-Rd20080404 04:11:14111.75227.5433.750(53)3(4)10(13)40(43)45(4

38、8)21L20080404 04:11:33111.68827.6776-Rd20080408 20:35:31113.62827.2923.245(48)3(4)5(8)20(23)20(23)22L20080408 20:35:37113.73627.2982-Rd20080412 07:15:52111.17929.3685.235(38)8(8)1(3)-35(38)23L20080412 07:16:33111.11729.2991-Rd20080412 11:47:16111.86426.9924.950(53)11(11)25(28)-50(53)24L20080412 11:5

39、1:05111.86026.9931-Rd20080420 00:05:32113.08530.214.835(38)8(8)1(3)-35(38)25L20080420 113.10030.2466-00:06:08Rd20080502 20:09:22111.67129.5224.240(43)6(7)5(8)35(38)40(43)26L20080502 20:10:27111.6729.5115-Rd20080503 07:05:24112.42430.385.740(43)5(5)1(3)-40(43)27L20080503 07:17:48112.42430.3207-Rd2008

40、0526 01:09:16111.00129.2445.530(33)5(5)1(3)-30(33)28L20080526 01:08:08111.16629.249-Rd20080526 07:10:47110.81728.9325.740(43)9(10)5(8)-40(43)29L20080526 07:12:02110.43028.9337-Rd20080526 13:06:10114.85828.8964.540(43)8(8)5(8)-40(43)30L20080526 13:15:54114.42728.894-Rd20080526 16:21:06111.66328.9613.

41、240(43)8(8)5(8)-40(43)31L20080526 16:22:03111.66028.9038-Rd20080527 12:00:19111.43928.8413.740(43)9(10)5(8)20(23)40(43)32L20080527 12:03:27111.72128.8409-Rd20080528 06:59:52113.62427.4222.940(43)5(5)1(3)25(28)40(43)33L20080528 07:04:48113.55927.418-Rd20080528 08:29:24113.49526.9694.130(33)3(4)1(3)30

42、(33)30(33)34L20080528 08:31:53113.41126.9355-Rd20080606 18:44:58113.31330.3185.340(43)5(5)10(13)-35(38)35L20080606 18:28:59113.36130.2851-Rd20080612 19:47:55114.10729.6544406(7)5(8)50(53)25(28)36L20080612 19:46:24114.14629.6799-Rd20080613 02:12:17113.15729.5732.740(43)6(7)20(23)50(53)40(43)37L200806

43、13 02:11:18113.0329.5141-Rd20080613 04:48:47112.78330.4085.545(48)5(5)10(13)-45(48)38L20080613 112.73830.3273-04:50:04Rd20080622 15:53:38114.23229.774.640810-4039L20080622 15:51:06114.21829.8138-Rd20080706 20:36:55113.16326.625.240(43)5(5)5(8)-40(43)40L20080706 20:38:47113.19426.6628-Rd20080709 14:5

44、5:54111.75727.533.740(43)6(7)1(3)-40(43)41L20080709 14:59:24111.84527.4848-Rd20080710 11:56:28114.04328.4472.230(33)5(5)1(3)25(28)25(28)42L20080710 11:56:32114.05628.4678-Rd20080712 20:26:15114.36729.836540815-5043L20080712 20:28:38114.31229.84719-Rd20080717 14:29:25113.83929.7373.8401210204044L2008

45、0717 14:28:24113.81129.7189-Rd20080730 18:59:48114.82928.1564.34085404045L20080730 19:01:05114.81828.1505-Rd20080804 05:59:16112.56530.2635.240(43)12(13)10(13)-20(23)46L20080804 06:00:29112.47330.2311-Rd20080805 14:17:05111.24927.654.840(43)8(8)10(13)-25(28)47L20080805 14:20:00111.28827.7595-Rd20080

46、806 05:38:09111.2628.8354.245(48)6(7)5(8)25(28)45(48)48L20080806 05:38:00111.13028.769-Rd20080807 03:13:28110.87229.2425.940(43)5(5)5(8)-40(43)49L20080807 03:13:10110.80729.0944-表 2 未發(fā)生閃電的雷達(dá)回波特征序號(hào)時(shí)間經(jīng)度緯度HRETVILCAPPI(dBZ)CR(dBZ)1雷達(dá)20080403 21:29:30112.30926.7085.245(48)8(8)10(13)-40(43)2雷達(dá)20080408 09:

47、53:43114.23527.3954.045(48)9(10)20(23)45(48)45(48)3雷達(dá)20080411 15:07:04112.84126.5575.445(48)9(10)5(8)-45(48)4雷達(dá)20080420 12:10:16114.79127.9734.440(43)8(8)5(8)20(23)40(43)5雷達(dá)20080430 09:26:07112.47228.1761.440(43)8(8)15(18)45(48)40(43)6雷達(dá)20080503 07:11:23111.69528.8803.045(48)8(8)10(13)30(33)45(48)7雷

48、達(dá)20080526 04:15:54110.93127.8345.540(43)5(5)10(13)-40(43)8雷達(dá)20080526 12:12:11114.87528.7264.440(43)8(8)10(13)35(38)40(43)9雷達(dá)20080602 17:40:34114.64728.5533.740653040(43)10雷達(dá)20080706 23:17:30113.04227.0603.640(43)3(4)1(3)-40(43)11雷達(dá)20080707 02:53:36111.75727.5213.740(43)3(4)5(8)-40(43)12雷達(dá)20080804 18

49、:33:13111.74727.5303.740(43)3(4)10(13)20(23)45(48)13雷達(dá)20080806 04:12:09111.32128.2343.940(43)3(4)5(8)10(13)40(43)14雷達(dá)20080629 21:35:36113.58029.59035 雷達(dá)回波特征分析雷達(dá)回波特征分析在雷達(dá)探測(cè)中，雷達(dá)顯示終端上出現(xiàn)的回波是多種多樣的，大致可分為氣象回波和非氣象回波兩大類(lèi)，在雷達(dá)探測(cè)中，主要關(guān)心的是氣象回波的識(shí)別、分析和研究。雷達(dá)氣象回波是由雷達(dá)發(fā)射、經(jīng)大氣及其懸浮物散射而返回被雷達(dá)天線所接收的電磁波。我們通常所說(shuō)的雷達(dá)回

50、波強(qiáng)度指的就是雷達(dá)氣象回波的強(qiáng)度。雷達(dá)回波強(qiáng)度通常用雷達(dá)反射率因子Z 值來(lái)度量，而從回波形態(tài)特征也可以知道其回波強(qiáng)度。由于雷暴云內(nèi)起電與其中的微物理過(guò)程有著密切的關(guān)系，溫度、云內(nèi)粒子的大小與相態(tài)，以及相應(yīng)的變化特征等都成為雷電預(yù)警的必要信息。雷達(dá)能夠較好的觀測(cè)云中粒子的一些宏觀特征從而具備了分辨雷暴云的能力，同時(shí)雷達(dá)還具有探測(cè)循環(huán)時(shí)間短的優(yōu)點(diǎn)。通常的多普勒雷達(dá)兩次體掃之間的時(shí)間間隔只有 56分鐘。并且，雷達(dá)也是目前唯一的一種可以積極的對(duì)閃電通道進(jìn)行探測(cè)的技術(shù)，而不象其它的一些方法那樣只能被動(dòng)的接收信息。多普勒天氣雷達(dá)同時(shí)具有觀測(cè)精度高、觀測(cè)時(shí)間間隔短的優(yōu)勢(shì)，雷達(dá)所反映的單體在強(qiáng)度方面的信息，結(jié)

51、合閃電活動(dòng)方面的信息，對(duì)于雷電的預(yù)警預(yù)報(bào)有很大的幫助，并且這也是目前最接近實(shí)際業(yè)務(wù)應(yīng)用的一種雷電預(yù)警預(yù)報(bào)手段。5.15.1基本反射率（基本反射率（R）特征）特征基本反射率產(chǎn)品，表示單位體積中降水粒子直徑 6 次方的總合（單位6mm/m3） ，它的值的大小反映了氣象目標(biāo)內(nèi)部降水粒子的尺度和密度分布，用來(lái)表示氣象目標(biāo)的強(qiáng)度。Maribel7等提出：40dBz 回波強(qiáng)度是最適合閃電預(yù)警的雷達(dá)回波強(qiáng)度。由于 40dBz 回波強(qiáng)度是絕大多數(shù)發(fā)展較旺盛的單體都能夠達(dá)到的強(qiáng)度，并且這個(gè)強(qiáng)度的回波無(wú)論從出現(xiàn)時(shí)間、持續(xù)時(shí)間還是達(dá)到的高度都和非雷暴單體有著較明顯的差異，因而是區(qū)分雷暴和非雷暴單體的一個(gè)較好雷達(dá)特征

52、參量。王飛利用多普勒雷達(dá)資料，結(jié)合探空、 閃電資料對(duì) 2005 年夏季北京地區(qū)的 20 個(gè)單體過(guò)程進(jìn)行綜合分析發(fā)現(xiàn)： 40dBz 是比較適合該地區(qū)雷電預(yù)警的一個(gè)雷達(dá)回波特征參量；在此基礎(chǔ)之上,將 0層結(jié)高度作為基礎(chǔ)特征高度，并結(jié)合- 10層結(jié)高度和強(qiáng)回波所占比例對(duì)孤立單體的雷電發(fā)生進(jìn)行綜合預(yù)警是一種較為接近實(shí)際應(yīng)用的方法。發(fā)生閃電的雷達(dá)回波產(chǎn)生閃電時(shí)的基本反射率如圖 5-1 所示：圖 5-1 發(fā)生閃電時(shí)雷達(dá)回波基本反射率特征從圖 4-1 可以看出發(fā)生了閃電的回波基本反射率基本都達(dá)到了 40dBz 這一值，其中以 40dBz 以上居多，但對(duì)照表 2 卻發(fā)現(xiàn)這并不能作為是否發(fā)生閃電的唯一依據(jù)，還得

53、綜合其他特征一起進(jìn)行分析，40dBz 左右的回波強(qiáng)度是發(fā)生閃電電的必要不充分條件。所以閃電主要出現(xiàn)在強(qiáng)回波區(qū)（40dBZ）以及周?chē)趯?duì)于其它幾個(gè)回波特征參數(shù)分析應(yīng)用時(shí)也不能孤立分析一個(gè)特征參數(shù)就下定結(jié)論。5.25.2回波高度（回波高度（H）特征）特征雷達(dá)回波高度直接體現(xiàn)出對(duì)流云發(fā)展的狀況,云體中的重要部位達(dá)到冰晶化活躍溫度區(qū)域的所在高度,是形成龐大的雷暴云體和強(qiáng)電場(chǎng)并促使發(fā)生雷電現(xiàn)象必不可少的條件,因此對(duì)雷達(dá)回波最大高度進(jìn)行對(duì)比分析非常有利于識(shí)別雷暴。由于雷暴云中的對(duì)流發(fā)展比較旺盛，雷暴云的雷達(dá)回波強(qiáng)度有時(shí)可達(dá)到雷達(dá)觀測(cè)回波強(qiáng)度的極限值65.0dBz，但是雷暴云的形成，要求在云內(nèi)存在較大厚度

54、的高含水量的過(guò)冷卻水滴區(qū)，使得雷暴云在對(duì)流發(fā)展過(guò)程中迅速抬高發(fā)展，最終導(dǎo)致雷暴的發(fā)生，所以分析雷達(dá)強(qiáng)回波（大于或等于40.0dBz）高度能否達(dá)到一定得高度，可以作為判定云內(nèi)上升氣流強(qiáng)度的一種指示，也可作為識(shí)別雷暴的一個(gè)預(yù)報(bào)指標(biāo)8。發(fā)生閃電的雷達(dá)回波產(chǎn)生閃電時(shí)的不同高度如圖5-2所示：圖 5-2 發(fā)生閃電時(shí)雷達(dá)回波高度特征通過(guò)上圖可以看出：閃電的發(fā)生與回波的高度是否達(dá)到一定的高度層有著密切的關(guān)系，圖中的回波高度大都（93%）超過(guò)了 3km。5.35.3回波頂高（回波頂高（ET）特征）特征通常所說(shuō)的回波頂高度，是指雷暴云上部30dbz 回波強(qiáng)度所在的高度。雷達(dá)回波發(fā)展的高度是產(chǎn)生閃電的一個(gè)很重要的

55、先決條件，沒(méi)有發(fā)展很高的云頂就沒(méi)有產(chǎn)生大量冰相粒子的條件和凈電荷分離的起電機(jī)制。雷暴的起電主要發(fā)生在起電區(qū)域的頂部附近，在超過(guò)了這個(gè)區(qū)域之后不同相態(tài)的水成物粒子將無(wú)法在上升氣流的支持下繼續(xù)共同存在；在電荷分離時(shí)，每次碰撞轉(zhuǎn)移的電荷量隨著冰晶尺度的增大而增加。雷暴云中要發(fā)生強(qiáng)起電過(guò)程，使電荷發(fā)生分離必須存在足夠數(shù)量和大小的冰相粒子以及足以使這些粒子上升到一定高度的上升氣流。這在實(shí)際的雷達(dá)觀測(cè)中必然反映為較強(qiáng)的回波上升到一定高度之上9。一般而言，對(duì)流的強(qiáng)弱在一定程度上和回波伸展的高度有關(guān)，所以 ET 產(chǎn)品可以用來(lái)分析估計(jì)雷達(dá)探測(cè)范圍內(nèi)不同地區(qū)的對(duì)流發(fā)展以及對(duì)流相對(duì)強(qiáng)弱的情況10。但是由于受到與天線

56、掃描方式有關(guān)的體積模式的限制，經(jīng)常發(fā)生弧狀的“階梯式”形狀回波11。發(fā)生閃電的雷達(dá)回波頂高特征如圖 5-3 所示：ET02468101214135791113151719212325272931333537394143454749個(gè)個(gè)例例數(shù)數(shù)回回波波頂頂高高（K KM M）ET圖 5-3 發(fā)生閃電時(shí)雷達(dá)回波頂高特征統(tǒng)計(jì)結(jié)果：從圖中可以看出：在選取的 49 個(gè)發(fā)生閃電的個(gè)例中有 33 個(gè)單體的回波頂高超過(guò)了 6km，有 16 個(gè)在 6km 以下，8 個(gè)在 5km 以下。因此，對(duì)預(yù)警來(lái)說(shuō)，將要發(fā)生閃電的預(yù)警參數(shù)選取 6km 的回波頂高是切實(shí)可行的?；夭ㄟ_(dá)到相應(yīng)的高度層與閃電的發(fā)生有一定的關(guān)系，但這

57、并非意味著回波頂高達(dá)到了 6km 就會(huì)發(fā)生閃電，如表 2 所示，其中有的單體回波頂高達(dá)到了 9km 的高度，但它并沒(méi)有閃電的發(fā)生，所以要綜合多個(gè)參數(shù)一起考慮才能達(dá)到更好的預(yù)警效果。5.45.4垂直積分垂直積分 CAPPI 特征特征 雷達(dá)以不同仰角分別作全方位掃描探測(cè)（簡(jiǎn)稱(chēng)體積掃描）時(shí)，所獲取的是球坐標(biāo)形式的三維數(shù)據(jù)，它實(shí)際上由不同仰角相應(yīng)的 PPI 數(shù)據(jù)組合而成。按照用戶(hù)設(shè)置的高度，應(yīng)用測(cè)高公式，選取臨近該高度平面上的上下兩個(gè)仰角相應(yīng)雷達(dá)測(cè)距上的數(shù)據(jù)，然后用內(nèi)插方法得到該高度上的數(shù)據(jù)。為提高數(shù)據(jù)精度，常采用雙線性插值及加權(quán)平均插值方法。當(dāng)然，若實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)剛好位于設(shè)置的高度平面上，則不需用上述內(nèi)插

58、方法。由于不同仰角的徑向速度之間沒(méi)有明確的關(guān)系，所在徑向速度的 CAPPI 分布的意義不夠清晰。如中國(guó)氣象局規(guī)定 CAPPI 產(chǎn)品中只有回波強(qiáng)度和速度譜寬這兩種沒(méi)有方向性的產(chǎn)品12。發(fā)生閃電時(shí)雷達(dá)回波 CAPPI 強(qiáng)度特征如圖 5-4 所示：CAPPI0102030405060135791113151719212325272931333537394143454749個(gè)例數(shù)強(qiáng)強(qiáng)度度（D DB BZ Z）CAPPI圖 5-4 發(fā)生閃電時(shí)雷達(dá) CAPPI 強(qiáng)度特征由圖 5-4 可以看出在發(fā)生閃電的雷達(dá) CAPPI 強(qiáng)度中，由于探測(cè)原因沒(méi)有得到部分強(qiáng)度顯示數(shù)據(jù)。圖中已有的數(shù)據(jù)都在 20 dBz 左右，

59、其中以 20dBz 以上的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)居多，同時(shí) 30dBz 以上的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)占了 40%。5.55.5垂直積分液態(tài)含水量（垂直積分液態(tài)含水量（VIL）特征）特征“VIL”是“Vertically Integrated Liquid Water”的縮寫(xiě)形式。其意義是“垂直方向液態(tài)水的積分?jǐn)?shù)值”,確切含義是“垂直方向上液態(tài)水的累計(jì)總含量” 。VIL 物理量產(chǎn)品是提供包含大量水凝物的云體中在垂直方向上液態(tài)含水總量的水平二維分布的數(shù)值圖像產(chǎn)品。目前,國(guó)內(nèi)各種類(lèi)型的新一代天氣雷達(dá)系統(tǒng)配備的產(chǎn)品加工軟件都能生成這種產(chǎn)品。該產(chǎn)品在風(fēng)暴定位和對(duì)強(qiáng)對(duì)流天氣的預(yù)報(bào)和跟蹤、估測(cè)降水強(qiáng)以及冰雹判別等方面有著廣泛的應(yīng)用。然

60、而,當(dāng)前在國(guó)內(nèi)投入布網(wǎng)使用的各種新一代天氣雷達(dá)系統(tǒng)所提供的 VIL 產(chǎn)品均系由單一固定的數(shù)學(xué)模型(即基于雨滴譜的“M - P 分布”所推導(dǎo)出來(lái)的 Z - M 關(guān)系) 生成。因而,該物理量產(chǎn)品對(duì)于實(shí)際天氣條件下雨滴譜多元化的適應(yīng)性很差,其數(shù)據(jù)信息一般僅具有相對(duì)意義13。垂直積分液態(tài)水與基本反射率的強(qiáng)度有關(guān)，而持續(xù)高的垂直積分液態(tài)水又對(duì)應(yīng)于超級(jí)單體回波，利用它的這一特性可以幫助識(shí)別更強(qiáng)的回波，從而進(jìn)一步確定雷暴出現(xiàn)的可能性和肯定性。如果和其它產(chǎn)品進(jìn)行疊加，就可以確定雷暴所在位置，以便更好地為預(yù)報(bào)服務(wù)。另外，垂直積分液態(tài)水含量這個(gè)產(chǎn)品還有一個(gè)特性，即“快速減少的垂直積分液態(tài)水可以引起風(fēng)災(zāi)” 。利用這