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WR08XD型多普勒天气雷达在人工防雹作业指挥中的应用
摘 要：应用w R08XD型多普勒大气雷达产品技术,分析雹暴个例和第七师区域内云体径向速度、垂直剖而、一维风场及三维风场(VVP)等,实现通用实时系统(FPGA)高性能的信号处理,研究雹暴回波与天气实况、环流形式、饱和状况、稳定度等要素,选取预报因了得出客观精准的w R 08XD型多普勒天气雷达测报数据,为第七师人影防雹指挥工作提供技术支持.
关键词：w R08XD型多普勒天气雷达：人工防雹：应用研究
1 数据点值处理
在分析应用w R08XD型多普勒天气雷达产品时,对于较高仰角一般采用较大脉冲重复频率(PRF),这样探测的径向速度场相对准确,对于体扫资料旨先处理高仰角的径向速度场”.基本沿着径向的一维数据进行缺测点的处理,遇到缺测点为孤立点或其它有限的范围点,则用最近的有效数据点值赋予缺测点或有限的范围点,但不能用卒间插值避免平滑速度场边界模糊,在数据区域移动正数值双边窗口,窗口中心为检测点,假如中心点为1个有效数值而正数值双边窗口内其它点数低于3个有效值点,就将其发置为无数据点值,以消除可能产生的孤立缺测点.而多普勒速度的切向廓线反映的是大尺度背景风场,例如：用w R08XD型多普勒天气雷达,选取奎屯垦区2016年6月28日20时10分至21时48分强对流天气过程的实测体扫多普勒径向速度场雹暴回波轮廓图（见图1）.在20时39分时,域内多普勒速度的切向回波强度廓线由图1a可见,该雹暴由n+1、n、n-1、n-2四块单体组成：图1b是它们的垂直径线回波剖面图,由图1可见雹暴单体n刚发展到成熟阶段降水回波已经及地,但强回波中心还在云体中部.而n-1己处于消散阶段,回波高度己降低,强回波中心己在地而附近,n-2则行将消失,而n+1还处在发展成熟阶段,整个云体显示的是大尺度风场背景,多普勒速度的极值位于风向下行的径线上,并在风向垂直径线的附近(图1b),此时的多酱勒速度接近于零,速度模糊总发生在切向廓线附近（图2）.
图1 雹暴回波轮廓
图2 2016年6月28日雹暴回波速度场
且切向廓线上非模糊段两端的数速值较大,当仰角从0.0°、5.5°,间隔0.5°,最大不模糊速度为18.2 m店,每一个仰角层切向间隔1°,径向为762个点,形成360 x 762的网格点.从而提高有效速度回波的处理效果.
2 交互式处理系统分析
交互式处理系统主要包括三维风场分析以及二级风产品.三维风场的地而风资料来自地面观测和中尺度网观测,高宁风资料来自克拉玛依市气象局风廓线雷达的风垂直观测资料,由观测资料得到风分析的观测资料场,再分析初估场和预报结果值,利用W R08XD型多普勒雷达观测的径向速度风场资料,进行四维同化得到三维风场分析和基本气象要素的诊断量,例如：选取奎屯垦区2016年6月28日20时39分出现的强对流天气过程中的实测体扫多普勒径向速度风场,图3是当天20时的高空风矢图,由当天高卒风矢图可见强对流单体移向与5 km左右高度的高空风相近,而强对流天气整体移向则偏右于高空风方向.
图3 2016年6月28日20时奎屯垦区高空风欠图
利用一个强对流单体尺度数值模式和它的伴随模式对w R08XD型多普勒雷达数据进行四维变分同化分析,获取三维风场和温度场,分析地形对雹暴发生、发展和演变的影响,并用模糊逻辑算法合成最终的预报场,包括强对流单体的生命期、对流活动区域、发生、发展、维持和消亡以及临近预报等,另外,从云底部向上至云厚1/3处的峰值以及云体向下伸展到云底约云厚1/3处,可导出云的位置、类型和云的垂直速度.并根据不同类型雹暴生成的物理特性,用雷达反射率和温度场诊断雹暴类型,综合三维云场、温度场、风场等即可得到地而雹暴类型分布图.通过多普勒雷达配置的交互式资料显示系统(cDD),显示输入的观测资料和预报结果,伴随模式导出边界层风场使用交互式处理系统人工智能技术,可以准确预报雹暴的移动路径以及生长尺度.
3 雹暴个例回波趋势分析
以2016年5月17日20时至21时25分一次雹暴天气为例,5月17日12时北疆北部受副高控制,18时整个北疆仅有博乐州阿拉山口市艾比湖西北、塔城地区托里县加依尔山西南、准噶尔盆地西北而局部的荒漠戈壁区域有对流云系发展,其中18时30分阿拉山口市艾比湖东北面、精河县北而与塔城地区乌苏市西北面交界处有一块云顶高度9 646m、云顶温度-23.1℃、水平尺度约为100km2的对流云逐渐东移至乌苏市甘家湖牧场西北一带,这是一块处于生成发展阶段的雹暴云体（见图4）.19时30分云顶高度升至11 779m,云顶温度己降至-40.1℃,水平尺度基本无变化,此间雹暴抬升加快,冷凝迅速,正处于对流强盛时期,从21.1℃降至-40.1℃产生了巨变.20时云顶高度升至12 029m,云顶温度为-42.1℃,表明对流发展已处于缓冲发展阶段,冷凝速度缓慢,此时若不及时作业,雹暴云体可能会逐渐增强移入车排子垦区境内.图3是此次雹暴回波强度和速度场的一个从生成发展到成熟强盛的演变过程.
图4
2016年5月17日的雹暴回波强度和速度场演变过程
雷达回波显示,2016年5月17日20时22分雷达站312.方位的60-100 km区域有较强对流回波,云顶高度10 km,强度50 db,从20时33分开始较强对流回波逐渐发展,20时45分云顶高度11 km,在4-8 km高度出现55 db的强回波核心区,并出现前悬挂回波,这是较为典型的雹暴特征,一二六团前沿流动火箭作业车辆分别在防区及时作业,20时48分部分火箭作业区域降大暴雨并夹杂着花生粒大小不等的冰雹,20时56分云体移动到车排子垦区一二八团西北而,此时云顶高度在9 km,强度在48db,一二八团前沿流动火箭作业车辆分别在农田保护区进行防御性作业,效果良好.从20时22分开始不同仰角的径向速度图4可以看出,在2.5°仰角雷达的有效探测范围内存在大片的暖色正速度区,仅有小块的负速度区,即正速度区中存在有“逆风区”,且周围还有更小的“逆风区”新生和发展,表明雹暴云体存在强烈的涡旋上升运动,不同时间不同仰角的VPPI上呈现正速度区包围负速度区,说明“逆风区”一直存在,对冰雹生长较为有利.
总之,第七师各垦区夏秋对流云的发生与发展不仅与天气系统,还与局地热力湍流交换条件有关,如山区地形复杂、边界层受热不均等,容易促成对流生成发展,单块对流云的发展主要依赖于局地热力交换的强弱程度.另外,利用卫星云图产品能直观的反映区域范围雹暴云层结构及其变化,通过结合近2年5-9月的w R08XD型多普勒天气雷达探测雹暴云体结构变化进行综合分析,可研究总结第七师各垦区强对流云系的发生和发展规律以及指挥作业措施,同时,除了注重大的天气系统的作用外,还应考虑与地理、地形条件密切相关的成因关系.
4 小结
(1)切向廓线上非模糊段两端的数值较大,确立每一个仰角层切向间隔1°,径向为762个点,形成360 x 762的网格点,可以有效提高速度回波的处理效果：(2)分析各种类型雹暴生成的物理特性,用雷达反射率和温度场诊断雹暴类型,综合三维云场、温度场、风场等可得到雹暴类型分布图；(3)W R08XD型多普勒天气雷达提供的速度谱宽数据,在精度探测方而有较强技术提升,这对于研究中小尺度灾害性天气系统的动力结构、改进临近预报准确率有一定的指导作用.
参考文献
[1]俞小鼎,周小刚,土秀明雷暴与强对流临近大气预报技术进展阗．气象学报,2012(3):311-337
应用研究论文范文结:
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