滄州多普勒天氣雷達對海風鋒的識別

常志坤 吳超 黃毅

摘要：利用氣象要素對海風日識別和多普勒天氣雷達對海風鋒識別的對比分析。認為滄州新一代多普勒SA波段天氣雷達對6至8月渤海西岸海風鋒的識別率達56%，最大識別距離一般在30至100千米之間，通過個例分析提供雷達識別海風鋒基本反射率的基本特征。

關鍵詞：多普勒天氣雷達；海風鋒；識別

利用多普勒雷達資料分析邊界層輻合線的研究方式，國內諸多學者已取得一定進展。劉黎平等[1]給出利用新一代多普勒天氣雷達資料識別邊界層輻合線的方法。也有學者對雷暴的環(huán)境背景條件進行了分析[2]，結果表明，環(huán)境相當位溫廓線的特征對雷暴形成有一定影響。俞小鼎等[3]研究發(fā)現(xiàn)在一次伴有強降雹的下?lián)舯┝鞯竭_之前，反射率因子核從對流層中層下降，并且伴隨著云底以上有速度輻合的多普勒雷達回波特征，對于雷暴大風的臨近預報有著重要的指示意義。但是，目前國內應用氣象要素資料和多普勒天氣雷達資料對邊界層輻合線的綜合分析[4-7]還不全面。

滄州新一代天氣雷達地理位置特殊，它位于海陸風日中海風明顯的位置上，能夠捕獲渤海灣海風鋒中尺度天氣系統(tǒng)，并且提供高分辨率，括空間的精細產品，能有效提高由渤海灣海風鋒造成強對流天氣的預警時效。依據(jù)海陸風的氣象要素基本特征和多普勒雷達產品分別識別海風鋒，并進行對比分析。對于滄州新一代天氣雷達對本地天氣應用具有重要意義。

1、資料與方法

本文使用2015～2016年全年滄州地區(qū)氣象觀測站逐小時氣象資料分析海風時空分布特征。其中以黃驊站為近海站代表，渤海新區(qū)埕海一號站為海上站代表。基于Azorin～Molina等[8]研究海陸風的定義標準，并參照高佳琦等[9]對海風日篩選方法的分析結果，通過如下標準建立2015、2016年渤海灣西岸海風日數(shù)據(jù)集，包括海風日個例共計48個。并使用滄州新一代天氣雷達監(jiān)測資料對以上48個海風鋒過程逐個分析。

2、滄州新一代天氣雷達對海風鋒的可識別性評估

2.1、對海風鋒的識別率

2015～2016年渤海灣西岸海風日數(shù)據(jù)集48個個例中，有17個能夠清楚的識別出海風鋒，總識別率達35.4%。其中，6月、7月和9月識別率達一半及以上，分別達到50%、70%和66.7%。汛期6～9月25次海風日個例中有14個可識別出海風鋒，識別率達56%。

2.2、多普勒天氣雷達對海風鋒最大識別距離

滄州多普勒天氣雷達對海風鋒的最大識別距離在10.7km～110km之間，平均最大識別距離53.1km。最大識別距離超過100km的有2次，不足30km的有2次。滄州多普勒天氣雷達對海風鋒的最大識別距離一般在30～100km之間。

2.3、多普勒雷達的各種基本產品海風鋒的識別情況

三種多普勒天氣雷達基本產品中，海風鋒的識別主要在反射率因子產品上特征有最為明顯，徑向速度產品上可識別率在50%左右，速度譜寬產品可識別率在37%左右。

2.4、造成雷達無法識別海風鋒的原因分析

造成多普勒雷達無法識別海風鋒的原因很多。根據(jù)個例統(tǒng)計和經(jīng)驗分析，主要原因有：（1）天氣雷達觀測體系原因。根據(jù)中國氣象局多普勒天氣雷達觀測規(guī)范，汛期施行24小時監(jiān)測，非汛期施行白天觀測（10：00～15：00時），而海風多出現(xiàn)在14：00～18：00時前后，造成非汛期河北大部分時段的海風鋒無法被雷達監(jiān)測。（2）多普勒天氣雷達本身的監(jiān)測能力原因。由于海風鋒在多普勒雷達上的回波強度較弱，可能致使地物雜波、天氣回波掩蓋海風鋒回波的情況而無法被識別。同時，由于雷達探測高度隨著探測距離的增加而增加，對于高度低，移動距離短海陸風，導致位于雷達最低探測仰角以下的海風鋒而無法識別。（3）由于氣象要素的原因而無法識別。統(tǒng)計表明陣風鋒回波在風速脈動強、相對濕度大時容易被識別，當海風風速不大又相對濕度比較小的季節(jié)容易造成無法識別。

3、渤海灣海風鋒的雷達回波特征

3.1 2015年7月23日個例分析

圖1中顯示的是2015年7月23日多普勒雷達監(jiān)測到的一次完整海風鋒過程，北京時間14：30在雷達站東北側距離雷達站20km出現(xiàn)一條70km長，回波強度10～15dBz的帶狀回波，15：12回波長度達到120km，15：54帶狀回波經(jīng)過滄州上空，16：48帶狀回波在雷達站西南側距離長度增至150km，回波強度15～20dBz；17：12回波持續(xù)向西南方向推進，海風鋒過后，有回波單體生成；17：42海風鋒長度發(fā)展為近200km，強度維持，繼續(xù)向西南方向推進，距離雷達站50km，此時為該海風鋒回波特征最明顯時期；18：12海風鋒長度減為150km；18：36海風鋒繼續(xù)向西南移動，強度減弱，長度減??；19：06海風鋒基本消失。從形成到消散，基本寬度在5km左右，強度基本不超過25dBz。

3.2海風鋒雷達回波特征

根據(jù)可識別的17個個例的演變過程分析，多普勒天氣雷達可以監(jiān)測完整的海風鋒過程，且其在反射率因子產品圖上有以下特征：（1）在低仰角的基本反射率產品上最為常見，抬高仰角，窄帶回波則減弱消失。這是由于海風鋒是邊界層的中尺度天氣系統(tǒng)。（2）表現(xiàn)為強度弱、平行于渤海灣、移動緩慢的窄帶回波。反射率因子產品強度一般僅維持在15～25dBz，最大強度一般不超過35dBz，長度約為50～200km，寬度通常只有2～5km，高度一般在2km以下。（3）回波移動速度較為緩慢、持續(xù)時間較長。一般情況下，觸發(fā)出雷暴云團或有降雨伴隨的海風鋒移動速度要快于沒有天氣發(fā)生的海風鋒回波，持續(xù)時間一般在1～5h，移動速度多在8～25km/h。

4 結論

（1）滄州新一代多普勒天氣雷達對海陸風識別率達35.4%，其中汛期6～8月雷達識別率達56%，說明滄州新一代多普勒SA波段天氣雷對渤海西岸的海陸風現(xiàn)象識別能力較強。

（2）通過統(tǒng)計分析，可以得出雷達識別海風鋒的一些基本特征。對于分析渤海灣海風鋒與強對流天氣發(fā)生、發(fā)展的演變關系，及早發(fā)布災害性天氣警報具有重要意義。

參考文獻：

[1]廖曉農，俞小鼎，王迎春.北京地區(qū)一次罕見的雷暴大風過程特征分析[J].高原氣象，2008，27（6）：1356-1362.

[2]王彥，呂江津，王慶元，等.一次雷暴大風的中尺度結構特征分析[J].氣象，2006，32（2）：32-36.

[3]俞小鼎，鄭媛媛，張愛明，等.安徽一次強烈龍卷的多普勒天氣雷達分析[J].高原氣象，2006，25（5）：915-923.

[4]李國翠，郭衛(wèi)紅，王麗榮，等.陣風鋒在短時大風預報中的應用[J].氣象，2006，32（8）：36-41.

[5]劉勇，王楠，劉黎平.陜西兩次陣風鋒的多普勒雷達和自動氣象站資料分析[J].高原氣象，2007，26（2）：380-388.

[6]王彥，李勝山，王慶元，等.渤海灣海風鋒雷達產品特征[J].氣象，2006，32（12）：46-50.

[7]盧煥珍，趙玉潔，俞小鼎，等.雷達觀測的渤海灣海陸風輻合線與自動站資料的對比分析[J].氣象，2008，34（9）：57-63.

[8]AzorinMolinaC，TijmS，ChenD.Developmentofselectionalgorithmsanddatabasesforseabreezestudies[J].TheoreticalandAppliedClimatology，2011，106（3-4）：531-546.

[9]高佳琦，苗峻峰，許啟慧.海陸風識別方法研究進展[J].氣象科技，2013，41（1）：94-99.