1、    雷暴與強(qiáng)對(duì)流臨近天氣預(yù)報(bào)技術(shù)分析    林佳摘   要：結(jié)合雷暴雨強(qiáng)對(duì)流天氣，詳細(xì)分析了相關(guān)技術(shù)在臨近天氣預(yù)報(bào)中的應(yīng)用情況，包括跟蹤雷達(dá)回波技術(shù)、雷暴識(shí)別跟蹤分析與臨近預(yù)報(bào)技術(shù)等。關(guān)鍵詞：雷暴;強(qiáng)對(duì)流天氣;臨近預(yù)報(bào)臨近預(yù)報(bào)是指06 h的高時(shí)空分辨率的天氣預(yù)報(bào)技術(shù)，預(yù)報(bào)對(duì)象為特定時(shí)間范圍內(nèi)出現(xiàn)的顯著氣候變化，包括強(qiáng)對(duì)流天氣、雷暴天氣、暴風(fēng)雪天氣等。其中，強(qiáng)對(duì)流與雷暴天氣一直是工作的重難點(diǎn)。從目前相關(guān)技術(shù)發(fā)展情況來看，現(xiàn)代衛(wèi)星技術(shù)以及信息技術(shù)的發(fā)展為臨近天氣預(yù)報(bào)提供了支持，值得關(guān)注。1    臨近天氣預(yù)報(bào)技術(shù)研

2、究1.1  跟蹤雷達(dá)回波技術(shù)跟蹤雷達(dá)回波（tracking radar echoes by correlation，trec）技術(shù)是目前較為常見的臨近天氣預(yù)報(bào)技術(shù)之一。作為一種圖像特征識(shí)別與追蹤技術(shù)，該技術(shù)能夠快速識(shí)別未來一段時(shí)間內(nèi)的氣候變化情況。從技術(shù)發(fā)展來看，trec技術(shù)初始算法以交叉相關(guān)算法為核心，在跟蹤雷達(dá)特定仰角掃描錐面上完成二維回波型識(shí)別，進(jìn)而演變成了在等高面上的二維直角坐標(biāo)系上的回波跟蹤。該技術(shù)依托辨識(shí)技術(shù)，在雷暴雨強(qiáng)對(duì)流氣候的臨近預(yù)報(bào)分析中，主要表現(xiàn)出了以下優(yōu)勢(shì)：（1）能夠?qū)妆┯陱?qiáng)對(duì)流天氣進(jìn)行臨近預(yù)報(bào)，在等高面的直角坐標(biāo)系中插入雷達(dá)掃描資料之后，根據(jù)氣象預(yù)報(bào)的需求，

3、將不同氣候的反射率因子場(chǎng)劃分為若干個(gè)像素區(qū)域，并且將這些區(qū)域的規(guī)格控制在理想范圍內(nèi)，確保每個(gè)區(qū)域具有滿意的相關(guān)系數(shù)，保證了分辨率。在圖像處理環(huán)節(jié)，可以通過回波移動(dòng)矢量變化來確定反射率因子相關(guān)區(qū)域的交叉情況，并結(jié)合雷達(dá)掃描結(jié)果，判斷特定地區(qū)不同時(shí)刻的反射率因子，確定分布相關(guān)系數(shù)最大的地區(qū)。在數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)，可以通過云頂?shù)淖兓约暗孛嬷g的降水關(guān)系做回歸分析，判斷出目標(biāo)地區(qū)的降水量以及風(fēng)暴云移動(dòng)情況。（2）trec技術(shù)在氣象預(yù)報(bào)中也具有顯著優(yōu)勢(shì)，在任意仰角掃描構(gòu)成的二維圓錐面上做回波跟蹤，并根據(jù)雷達(dá)資料整理出相應(yīng)的氣象信息，最終在云圖上反映強(qiáng)對(duì)流與雷暴氣候。在技術(shù)應(yīng)用環(huán)節(jié)，trec技術(shù)以方形區(qū)域?yàn)槟?/p>

4、標(biāo)，通過調(diào)整尺度的方法來跟蹤氣象變化，在了解整體雷達(dá)回波內(nèi)部構(gòu)造變化的基礎(chǔ)上，外推任意等高面上的反射率因子變化，這樣可以根據(jù)氣象預(yù)報(bào)需求，判斷出外推反射率因子場(chǎng)對(duì)應(yīng)的降水率。1.2  雷暴識(shí)別跟蹤分析與臨近預(yù)報(bào)技術(shù)雷暴識(shí)別跟蹤分析（thunderstorm identification，tracking，analysis and nowcasting，titan）技術(shù)依托直接坐標(biāo)模式的對(duì)流風(fēng)暴外推系統(tǒng)而實(shí)現(xiàn)臨近天氣預(yù)報(bào)，該技術(shù)通過在三維直角坐標(biāo)系中插入單個(gè)或者多個(gè)雷達(dá)的反射率因子，整合雷達(dá)的相關(guān)技術(shù)，以臨近天氣預(yù)報(bào)的需求為切入點(diǎn)，形成雷達(dá)三維數(shù)據(jù)化拼圖。從目前相關(guān)技術(shù)的發(fā)展情況來看，

5、相關(guān)人員依托titan技術(shù)的個(gè)體識(shí)別率高的優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)妆夂蜻M(jìn)行跟蹤分析預(yù)報(bào)。在雷暴單體水平投影面積上擬合一個(gè)橢圓，其中，橢圓的水平軸與長(zhǎng)軸的夾角是雷暴的主要特征，而雷暴所影響區(qū)域以及路徑變化則是臨近預(yù)報(bào)最主要的內(nèi)容1。現(xiàn)階段，以tatan技術(shù)為基礎(chǔ)演變而來的雷暴臨近預(yù)報(bào)系統(tǒng)（thunderstorm nowcasting system，trt）已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于強(qiáng)對(duì)流氣候的臨近預(yù)報(bào)，該技術(shù)能夠通過trt做強(qiáng)對(duì)流與雷暴的臨近天氣預(yù)報(bào)。工作人員在系統(tǒng)中輸入雷達(dá)與閃電定位資料后，通過雷達(dá)的反饋信息，能夠?qū)崟r(shí)識(shí)別雷暴的位置與強(qiáng)度變化，最終完成臨近預(yù)報(bào)。2    雷暴與強(qiáng)對(duì)流臨近預(yù)

6、警技術(shù)研究目前，雷暴與強(qiáng)對(duì)流臨近預(yù)警技術(shù)主要是在天氣雷達(dá)技術(shù)以及配合地面觀測(cè)、高分辨率的衛(wèi)星云圖、閃電定位資料等共同作用下完成的。以美國(guó)為例，美國(guó)是強(qiáng)對(duì)流的多發(fā)地區(qū)，早期通過人工目擊的方法，而隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，lemom技術(shù)開始廣泛使用，并成為雷暴與強(qiáng)對(duì)流臨近預(yù)警技術(shù)中的代表。lemon認(rèn)為強(qiáng)對(duì)流風(fēng)暴具有以下特征：（1）在低層強(qiáng)反射率因子梯度的一側(cè)，同時(shí)存在低層的弱回波區(qū)以及位于上方的中高層回波懸垂。（2）低層反射率因子核心偏向于某一側(cè)，該側(cè)反射率因子梯度較大。（3）回波頂位于低層強(qiáng)反射率因子梯度區(qū)或弱回波區(qū)上空2。這些特征為雷暴與強(qiáng)對(duì)流臨近預(yù)警奠定了必要基礎(chǔ)。同時(shí)，結(jié)合我國(guó)各地區(qū)的技術(shù)應(yīng)用

7、需求，在臨近天氣預(yù)報(bào)中，還需要從以下幾方面進(jìn)行改進(jìn)：（1）為進(jìn)一步提高臨近天氣預(yù)報(bào)的可行性，可采用高分辨率數(shù)值預(yù)報(bào)模式，通過快速更新循環(huán)（rapid update cycle，ruc）系統(tǒng)，了解強(qiáng)對(duì)流與雷暴臨近天氣變化情況，依托更新點(diǎn)化環(huán)境參數(shù)的方法，提供強(qiáng)對(duì)流與雷暴的詳細(xì)環(huán)境參數(shù)，包括溫度直減率、對(duì)流有效位能等，為氣候預(yù)報(bào)提供有效的資料支持。目前，我國(guó)較為常見的臨近預(yù)警技術(shù)是更新周期為3 h的快速同化系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)ΤＲ?guī)地面觀測(cè)資料、區(qū)域自動(dòng)站資料等進(jìn)行整合，保證3 km的分辨率，每次發(fā)出預(yù)報(bào)的時(shí)間為1820 h，滿足預(yù)警需求。（2）高分辨率數(shù)值預(yù)報(bào)模式與雷達(dá)回波外推則是延長(zhǎng)臨近天氣預(yù)報(bào)時(shí)效的可行方法，該方法優(yōu)化了雷暴雨強(qiáng)對(duì)流天氣的預(yù)報(bào)模式，使預(yù)報(bào)結(jié)果更具有時(shí)效性，能夠在06 h的時(shí)間尺度上完成臨近預(yù)報(bào)。現(xiàn)階段，該方法的主流應(yīng)用模式為：利用適宜方法將高分辨率數(shù)值預(yù)報(bào)與雷達(dá)回波外推相結(jié)合，有利于提升臨近預(yù)報(bào)結(jié)果的可靠性。3    結(jié)語(yǔ)雷暴與強(qiáng)對(duì)流的臨近天氣預(yù)報(bào)一直是社會(huì)關(guān)注的重點(diǎn)內(nèi)容，本研究所介紹的相關(guān)方法在臨近天氣預(yù)報(bào)中發(fā)揮著重要作用，具有預(yù)報(bào)效果可靠性高、時(shí)效性好等優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足大部分地區(qū)的氣象服務(wù)需求。所以，相關(guān)人員應(yīng)該深入了解上述技術(shù)，不斷提高