多普勒雙偏振雷達(dá)在冰雹方面的應(yīng)用

王湘玉

（內(nèi)蒙古東部人工影響天氣中心，內(nèi)蒙古 通遼 028000）

我國是冰雹災(zāi)害出現(xiàn)頻率較多的國家之一，冰雹災(zāi)害的發(fā)生經(jīng)常給我國工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及日常生活生成等方面帶來十分嚴(yán)重的影響。每年的4-6月是我國的降雹盛期，這一時(shí)段也是我國發(fā)生冰雹災(zāi)害次數(shù)較多的時(shí)期，幾乎每年都會因?yàn)楸?zāi)害的發(fā)生而給我國各行各業(yè)以及人民生命財(cái)產(chǎn)帶來巨大損失。所以，在混合相態(tài)降水中識別出冰雹信號，對于冰雹天氣預(yù)報(bào)預(yù)警、人工防雹減災(zāi)作業(yè)等工作的開展具有極其重要的指導(dǎo)作用。天氣雷達(dá)是目前全球進(jìn)行氣象探測以及預(yù)報(bào)預(yù)測的主要技術(shù)裝備之一。與常規(guī)雷達(dá)相比較而言，多普勒雙偏振雷達(dá)能夠較好的提升降水率以及液態(tài)水含量的觀測的精準(zhǔn)度，為數(shù)值預(yù)報(bào)給予質(zhì)量較高的初始場，而且還能夠結(jié)合各參量對降水粒子類型進(jìn)行識別，以增強(qiáng)對冰雹等強(qiáng)對流天氣的探測水平?；诖?，多普勒雙偏振雷達(dá)在冰雹方面具有十分廣闊的應(yīng)用前景。

1 多普勒雙偏振雷達(dá)簡介

多普勒雙偏振雷達(dá)主要是指在傳統(tǒng)天氣雷達(dá)的天線上布設(shè)一個偏振器，波導(dǎo)管和偏振狀態(tài)切換開關(guān)，確保其具備能夠?qū)Σ煌穹瓷渎蔬M(jìn)行測量的功能。雙偏振雷達(dá)主要采取同時(shí)發(fā)射及交替發(fā)射2類發(fā)射方式。采用同時(shí)發(fā)射探測到的回波目標(biāo)時(shí)間相關(guān)性強(qiáng)，但對硬件技術(shù)有較高要求;而交替發(fā)射則相對簡便。現(xiàn)階段多普勒雙偏振雷達(dá)大都通過交替發(fā)射、接收水平以及垂直偏振波來進(jìn)行氣象探測。

2 冰雹粒子的偏振參數(shù)特性

當(dāng)前，冰雹的產(chǎn)生以及生成的冰雹大小的預(yù)報(bào)預(yù)測是氣象學(xué)者們特別重視的主要問題之一。結(jié)合冰雹粒子的部分物理特性，可以憑借雷達(dá)的參數(shù)把冰雹與其他降水粒子較好地劃分開來。但是冰雹粒子在下降過程中的空間定位尚未得到系統(tǒng)清晰的研究，所以仍難以對冰雹大小準(zhǔn)確測量。大部分冰雹顆粒均存在偏心率。通常情況下，冰雹粒子的形狀以及空間相對復(fù)雜，在它降落過程中運(yùn)動形式也很冗雜，一般伴隨著翻轉(zhuǎn)運(yùn)動。所以，冰雹粒子形成的差分反射率因子（ZDR）隨它的大小、形狀、下落運(yùn)動以及空間取向等的差異會有所不同。

3 多普勒雙偏振雷達(dá)測量參數(shù)識別冰雹的應(yīng)用方法

3.1 水平反射率因子ZH法

Mason通過研究認(rèn)為水平反射率因子ZH大于55dBz能夠當(dāng)做冰雹產(chǎn)生的指標(biāo)。實(shí)際情況下，往往在0℃層以上發(fā)生水平反射率因子ZH超過45dBz時(shí)便能夠預(yù)示發(fā)生了冰雹天氣。按照這類結(jié)論，便可利用參量YZ對冰雹區(qū)進(jìn)行識別。

3.2 指標(biāo)系數(shù)HDR法

K·Aydin以及T·A·Seliga等學(xué)者研究指出純液態(tài)水的ZDR值一般來說超過0，其變化幅度處于o～4dB范圍內(nèi)，同水平反射率因子ZH之間呈正相關(guān)性。而同周邊降水區(qū)特別大的差分反射率因子ZDR比較來說，冰雹的ZDR數(shù)值通常為0dB左右，并且ZH屬于高值區(qū)。按照這個結(jié)論，提出采取參量 HDR=ZH（dBz） –f（ZDR）來識別冰雹區(qū)，若HDR大于0，便說明有冰雹區(qū)出現(xiàn)。

3.3 差分傳播相移系數(shù) Kdr法

因?yàn)槟承┮蛩?，KDP對冰相粒子并不敏感：第一，冰相粒子的介電常數(shù)通常要比液態(tài)水小，針對尺寸較大的濕冰雹（直徑大于20mm），粒子的外覆水膜比較薄，通常邊緣部分的介電常數(shù)逐漸增大。第二，冰雹的密度一般比別的降水粒子要小。第三，冰雹在降落時(shí)表現(xiàn)的翻轉(zhuǎn)促使其呈粒子的各向同性的性質(zhì)，針對純冰雹而言，其KDP值幾乎為0。

3.4 模糊邏輯識別法

為獲得更佳的成效，在對上述方法進(jìn)行全面分析的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了采用模糊邏輯法對冰雹進(jìn)行識別的模式。模式內(nèi)部的輸入變量是ZH、zDR、KDP及PHV，輸出結(jié)果為5類冰雹粒子，分別是干冰雹（DH）、較小型濕冰雹（SWH）、較大型濕冰雹（LWH）、特大型濕冰雹（GWH）和冰水混合物（H+R）。

4 結(jié)語

通過分析，多普勒雙偏振天氣雷達(dá)在冰雹方面具有十分重要的作用，憑借雷達(dá)能較好地對混合降水區(qū)中對冰雹位置進(jìn)行有效識別，為今后冰雹天氣預(yù)報(bào)及人工防雹作業(yè)等氣象業(yè)務(wù)工作的開展均具有十分重要的指導(dǎo)意義。