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1、S 8 一人工影响天气作业条件及指挥系统 3 7 1 利用新一代天气雷达识别成灾冰雹云的技术方法 赵学军1施文全2谢向阳1 ( 1 新疆生产建设兵团五家渠市气象局，五渠市8 3 1 3 0 0 ；2 新疆自治区气象局，乌鲁木齐8 3 0 0 0 0 ) 1 概述 1 1 探测距离 我国新一代C 波段天气雷达有7 5 、1 5 0 、3 0 0 和4 5 0 k m 四个量程档，即可以监测半径为7 5 、1 5 0 、 3 0 0 和4 5 0 k m 范围内的对流云。但是常用的量程档为1 5 0 k m 和3 0 0 k m 。 1 2 成灾冰雹云定义 成灾冰雹云是指：降雹直径大于5 m m
2、，有一定数密度，能造成农作物受灾的冰雹云。 1 3 冰雹云生命史和雷达识别 冰雹云生命期可划分为发生、跃增、孕育、降雹和消亡五个阶段。根据人工防雹作业的实际需要， 冰雹云雷达识别可分为： ( 1 ) 冰雹云跃增期雷达识别一早期识别； ( 2 ) 冰雹云孕育期雷达识别临近识别； ( 3 ) 冰雹云降雹期雷达识别实时识别。 其中早期识别和临近识别对指挥人工防雹作业具有较强实用价值。 1 4 冰雹云类型和雷达识别 冰雹云通常可分为：一般单体雹云( 又称弱单体雹云或对称单体雹云) 、超级单体雹云和多单体雹 云三种基本类型。雷达可以根据对流单体的结构和排列特征，确定冰雹云类型。 由上可见，冰雹云的雷达识
3、别应包括冰雹云类型和发展阶段的识别。 1 5 雷达识别冰雹云的基本方法 目前雷达识别冰雹云的基本方法包括：图象识别和软件识别。其中图象识别是指：利用各种雷达 产品图象，根据对流单体的回波参数( 如强度、高度等) 和形态特征，综合分析的基础上识别冰雹云；软 件识别是指：根据冰雹云雷达回波参数和相关方程编制软件，输入计算机；当实时雷达回波参数达到 预先设定的冰雹云识别指标时，雷达便会自动报警识别。 图象识别的优点是：考虑的参数多，识别准确率高，缺点是主观成分大，分析者需要有一定的经 验；软件识别相对比较客观，但识别准确率取决于雷达回波参数和识别方程的代表性。实际工作中， 通常将两者结合使用，以提高
4、识别准确率。 2 冰雹云雷达回波识别 2 1 冰雹云跃增期识别 2 1 1 跃增期雷达回波的增长特征 冰雹云跃增期雷达回波也称降雹单体初始雷达回波。 3 7 2 第十四届全国云降水物理和人工影响天气科学会议( 下册) 跃增期雷达回波增长特征，主要表现在降雹单体初始雷达回波的形成高度、增长速率和形成的空 间位置等三个方面。 2 1 1 1 初始回波的形成高度 大于1 0 d B Z 初始雷达回波的形成高度，通常出现在环境温度为一6 1 2 层高度区间。 2 1 1 2 初始回波的增长速率 初始回波开始形成的5 1 0 m i n 时间内，水平和垂直尺度增长率速通常为每m i n 0 5 l k
5、m ；强度 增长速率为每m i n 4 6 d B Z 。 2 1 1 3 初始回波形成的空间位置 降雹单体初始雷达回波形成或出现的空间位置，通常在以下上升气流区。 ( 1 ) 地形抬升区； ( 2 ) 局地热对流多发地段； ( 3 ) 锋面、飑线、切变线等气流辐合区； ( 4 ) 两块对流单体的并合处或两个条带回波的交汇处； ( 5 ) 成熟单体移向的前部或右前侧。 2 1 2 跃增期雷达回波的识别 ( 1 ) 在P P I 或4 k m 高度上的C A P P I 图中，寻找有利于降雹单体初始回波形成的上升气流区； ( 2 ) 在上升气流区寻找有可能发展成降雹单体的小块对流回波； ( 3
6、) 在R H I 图上，观测小块对流回波的结构特征、形成高度、增长速率，分析初始雷达回波是否具 有突发性增长特征，以判断它是否可能发展成降雹单体。 2 2 冰雹云孕育期的雷达回波识别 2 2 1 孕育期雷达回波增长特征 冰雹云孕育期雷达回波增长特征，主要表现为：零度层以上高度，回波强度、强回波区顶高度、 强回波区中心高度和强回波区水平尺度等雷达回波参数迅速增长。 2 2 2冰雹云孕育期雷达回波参数识别指标 根据五家渠新一代天气雷达站，三年来冰雹云雷达回波资料分析表明，玛纳斯河流域冰雹云孕育 期雷达回波参数识别指标为： ( 1 ) 5 0 d B Z 强回波区顶高度，高于零度层以上3 k m ；
7、 ( 2 ) 大于5 0 d B Z 强回波区中心高度，高于零度层以上2 k m ； ( 3 ) 零度层以上高度，5 0 d B Z 强回波区的水平尺度大于4 k m 。 2 2 3 孕育期雷达回波的主要形态特征。 根据五家渠新一代天气雷达站，三年来冰雹云雷达回波资料分析表明，玛纳斯河流域冰雹云孕育 期雷达回波的主要形态特征有： ( 1 ) 在P P I 显示器上：大而强的块状回波；钩状回波；平行于距离圈的旁瓣假回波；三体散射长钉 回波等。 ( 2 ) 在R H I 显示器上：高而强的悬柱状或纺锤状回波；上方配有强回波核的穹隆回波；尖顶状旁 瓣假回波；三体散射回波等。 2 2 4 孕育期雷达回
8、波的识别 冰雹云孕育期雷达回波的识别，主要使用由新疆兵团气象局、五家渠雷达站和3 8 3 0 厂共同研发 的防雹指挥软件。其中包括雹云的图象识别和软件识别两部分。 2 2 4 1 图象识别 图象识别主要使用每隔4 5 m i n 的体扫产品组合图。该组合图包括四幅R H I 图和C A P P I 、C R 、 E T P P I 及三维立体图各一幅。可直观地了解探测区内，每个对流单体的水平、垂直和立体结构图象， 以及各项雷达回波参数。根据这些信息，可迅速、及时地分析、判断对流单体的性质、类型和发展阶 S 8 一人工影响天气作业条件及指挥系统 3 7 3 段。当各项雷达回波参数达到上述识别指标，并且具有冰雹云孕育期形态特征回波时，可识别为冰雹 石。 2 2 4 2 软件识别 本软件识别冰雹云雷达回波参数和相关方程，主要引入欧洲Y 模式： Y 一1 0 L o g ( Z h 3X H m a x ) 式中 Z 。定义为：零度层以上2 k m 以上最大回波强度，单位m m 6 m 3 ； X H 。为最大回波强度所在高度，单位k m 。 当Y 5 5 时，即可识别为冰雹云，并自动报警。 3 应用效果 根据2 0 0 3 - - 2 0 0 5 年三年的玛纳斯河流域冰雹云雷达回波资料验证，应用上述方法识别成灾冰雹 云的准确率可达到8 0 。
