多普勒天气雷达在云南水电气象服务中的应用

一、多普勒天气雷达在云南水电气象服务中的应用

1.天气雷达简介

（1）天气雷达探测原理

粒子对电磁波作用的两种基本形式是散射和吸收。气象目标对雷达电磁波的散射是雷达探测大气的基础。天气雷达发射脉冲形式的电磁波，当电磁波脉冲遇到降水物质（雨滴、雪花和冰雹等）时，大部分能量会继续前进，而一小部分能量被降水物质向四面八方散射，其中向后散射的能量回到雷达天线，被雷达所接收。雷达接收的后向散射电磁波可用振幅和位相来表示，从一系列回波振幅和位相中可以提取气象目标的反射率因子、沿雷达波束径向的平均速度和速度谱宽三个基本量，根据这三个基本量，可推断出相应天气系统，尤其是降水天气系统的某些内部结构和特征。

（2）天气雷达概述

多普勒天气雷达主要由雷达数据采集系统RDA、雷达产品生成器RPG和主要用户PUP构成。RDA由天线、发射机、接收机、信号处理器和监控计算机构成。它的主要功能是发射脉冲电磁波、接收回波，并对回波信号进行处理，最终形成反射率因子、平均径向速度和径向速度谱宽。RPGD的主要功能有两个，一个是作为整个雷达的控制中心，另一个是具有一系列的算法，当接到来自PUP的请求后，生产相应的产品，然后传给PUP。PUP是预报员工作的平台，主要功能是申请适当的产品，RPG根据PUP的申请产生并传给PUP相应的产品后，PUP可以以图形、图像方式显示这些产品，对图像进行各种处理，为天气预报特别是强对流天气预报提供指导和参考。

（3）云南多普勒天气雷达的分布

目前云南省内共建有6个多普勒雷达站，分别位于丽江、昭通、德宏、昆明、思茅和文山，4个713雷达站，基本覆盖云南省内大部地区，但范围大，分辨率较低。云南省内水电站主要分布在澜沧江流域和金沙江流域，省内6个多普勒雷达站，大多分布在两大流域之外。

2.多普勒天气雷达的应用

（1）对灾害性天气的监测和预警

根据天气雷达观测的实时回波强度（即反射率因子Z）、径向速度（V）、速度谱宽（W）的图像，进行综合分析，可以较为准确和及时地监测灾害性天气。回波强度是判断强对流天气的重要回波参数，径向速度分布图也是判断强对流天气的一种有效工具，在识别风害时特别有效。强对流天气的出现和发展往往和气流的辐合、辐散以及气流的旋转有关。径向速度分布图像中可以看出气流的辐合、辐散和旋转的特征，并可给出定性和半定量的估算。辐合或辐散在径向风场图像中表现为一个最大和最小的径向速度对，两个极值中心的连线和雷达的射线相一致。气流中的小尺度气旋或反气旋在径向风场图像中也表现为一个最大和最小的径向速度对，但中心连线走向则与雷达射线相垂直。具有辐合或辐散的气旋或反气旋则表现出最大、最小值的连线与雷达射线走向呈一定的夹角。根据中心连线的长度、径向速度最大值、最小值及连线与射线的夹角，可以半定量地估算气旋或反气旋的散度和涡度。这使得多普勒天气雷达在监测龙卷、气旋和下击暴流等以风害为主的强对流天气中有独到之处。对于线性风中出现的强风切变的风害天气，它们的径向风场图像也有很好的标志，雷达可以估算最大风速和切变量。

（2）定量估测大范围降水

新一代雷达的雷达参数在建站时都经过仔细的校准和标定。在日常的运行中定时的或每经过一个体扫之后，对影响雷达定量测量的参数进行一次自动校准和检测，以确保雷达对回波强度的准确测量。雷达测量的回波强度按照适当的Z－R关系，对降水强度随时间进行累积转换成降水量，多普勒天气雷达可以提供雷达估算的1小时和3小时的累积雨量分布，还可提供更长时间累积降水量及过程总降水的分布。但雷达估测降水除受雷达本身的精度限制外，还受到降水类型（影响Z－R关系）、雷达探测高度、地面降水的差异和风等多种因素的影响，使得雷达估测值与地面雨量计测量值有差异。

随着新一代天气雷达的发展，多普勒天气雷达越来越多的应用于云南澜沧江流域及金沙江流域的水电气象服务中，可以有效地监测和预警强对流天气，提高预报的准确性。但由于各地的天气雷达的基数据格式不统一，各地的多普勒天气雷达产品不一，云南省的多普勒天气雷达产品的研发还需进一步完善。同时，天气雷达本身存在一些局限性，如波束中心的高度随距离的增加而增加，波束宽度随距离的增加而展宽，这使得雷达对于远距离目标的探测能力较低，此外，雷达存在静锥区，使得雷达对于非常近的目标物的探测能力受限。