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[摘 要]由于社会经济的发展，全球气候的急剧变化，各种气象灾害纷至沓来！我国是气象灾害频发的国家，除台风、暴雨、洪涝、干旱等大范围气象灾害以外，强对流天气也造成严重的灾害。为了更准确的识别灾害性天气，需要建立各种灾害性天气的识别判据和方法，而高时空分辨率的多普勒天气雷达资料的出现为灾害性天气的资料同化与预报提供了可能。
[摘 要]灾害性天气；多普勒天气雷达；资料同化
中图分类号：V321.2；TN959.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）01-0287 -01
引言：多普勒雷达是目前世界上最先进的雷达系统，有“超级千里眼”之称。相较于传统天气雷达，多普勒雷达能够监测到位于垂直地面8-12公里的高空中的对流云层的生成和变化，判断云的移动速度，天气预报的精确度比以前有较大提高。近年来，我国气象灾害呈现种类繁多、分布地域广、发生频率高等特点，严重影响经济社会发展和人民群众的生产生活。因此充分地利用好天气雷达探测数据，能提高灾害性天气的预报能力、气象服务能力和防灾减灾能力，使它在气象业务中发挥更大的作用。
一、多普勒气象雷达的概述
多普勒气象雷达，是一种通过各种散射体（雨、云）和雷达两者之间相对运动，进而产生多普勒效应，最终实现气象探测目的雷达。这种类型的雷达不仅可以对云、雨的位置及其强度分布状况等情况有效的探测，同时还能够对气象目标内部质点的运动状况加以探测。强风暴从最初的形成到最终的消散，都和强风暴内部的质点运动有一定的关联，然而一般的气象雷达不能提供该方面的参数，仅仅只可对气象目标的位置及其强度情况进行探测，所以，针对这种情况，美国等国家在上世纪六十年代开始将多普勒技术运用到气象雷达中，而在八十年代就涌现出不同类型的多普勒气象雷达。
二、雷达扫描模式
目前我国天气雷达业务观测采用美国WSR288D的观测模式，即降水模式采用VCP211或 VCP221模式，这两种模式都是立体扫描模式，仰角都是从0.5°开始抬高到19.5°结束。不少高山站需要 0°或负仰角扫描才能抓到的低层天气系统，而采用上述观测模式后低层天气系统将监测不到了。
三、根据回波可以判断天气
1、根据回波特征做好预报
根据回波特征分清回波的降水性质一般说来，层状云降水回波不会出现灾害性天气，对流云降水回波常会造成雷暴、大风、冰雹和局地暴雨天气，混合性降水回波常常会造成暴雨、大暴雨。分析回波的未来发展趋势为了做好预报，总体上可以把回波分为初生阶段、发展阶段、维持阶段和消散阶段。回波的总体生消与单体的生消概念不同。例如在一条带状回波中有的单体处于初生阶段；有的单体处在发展阶段；有的单体可能已处于消散阶段。
2、认清回波结构
应掌握回波的三维空间结构首先从 PPI 上看它的准水平二维结构。从整个画面的形态上回波可分为片状回波、带状回波、平行短带回波、人字形回波、涡旋状回波等等。从局部形态上又可分出钩状回波、弓状回波等。再从 RHI或体扫资料上看它的垂直结构特征。如各种强度的回波顶高、回波强度的垂直梯度及其分布特征。最大回波强度的所在高度、各种回波强度的垂直厚度、穹隆顶的高度、零度层亮带的高度等等。
3、根据回波特征判断识别影响本地的天气系统
3.1应根据回波特征、天气图以及卫星云图判断已经进入雷达观测范围的回波是由哪一种天气系统造成的。如冷锋、静止锋、气旋、高空槽线、切变线、副高边缘、台风等。
3.2根据回波特征判断目前本站处于天气系统的哪个部位分析在这种天气系统的这个部位上存在有哪种中尺度系统，这些中尺度系统已产生和将产生哪种灾害性天气。
3.3预报的主要方法是外推法，但预报结果还需要预报员根据预报经验最后作出预报结论。因此分析回波的移动速度和移动方向需要分区进行。预报时回波的分裂和合并是需要重点考虑的。有时看起来是两条带，在移动过程中两条带会汇合交汇，产生强烈天气，再一次使预报失效。在这里经验是很重要的。需要预报员经常总结分析 积累预报经验。
四、雷达在天气预警中的重要性
临近天气预报主要指 0～3 小时的天气预报。灾害性天气预警一般在 0～1 小时之内。美国发布的龙卷风警报平均提前量只有十几分钟。制作临近天气预报和发布灾害性天气预警的主要依据是天气雷达观测资料，其他资料由于时效和分辨率原因只能作为辅助。
五、同化多普勒雷达资料
20世纪后期，世界发达国家先后建立了多普勒雷达观测网，美国在20世纪80年代就建成了覆盖本土的新一代天气雷达NEXRAD；20世纪90年代，欧洲一些国家也建立了COST-717多普勒雷达观测网。随着美国新一代天气雷达在20世纪90年代业务布网的完成，美国气象局（NWS）对龙卷、暴雨等的监测和预报方面取得了显著的进步。
为充分发挥多普勒雷达资料的应用潜力，科学家们从上世纪80年代起便致力于研究多普勒雷达资料的同化技术。随着模式分辨率的提高，资料同化技术的改进和计算机技术的发展，在中尺度模式中同化雷达资料的愿望更加迫切。美国预报系统实验室（Forecast System Laboratory，FSL）在局地分析和预报系统（LAPS）中采用连续订正方法来处理雷达径向速度资料。意大利也应用LAPS系统分析多普勒径向速度资料，使得风场分析更加精细化。美国国家环境预报中心（NCEP）在业务快速资料同化预报系统RUC采用多元最优插值（OI）方案来同化雷达VAD风廓线资料的方法。2000年雷达径向速度又被应用于高分辨率区域模式HIRLAM预报系统的3DVAR方案中，在这系统中，原始的径向速度资料被作空间平均产生径向速度的“超级观测”。2002年6月开始，美国国家大气研究中心NCAR下属的单位MMM开始了将多普勒雷达资料同化入WRF三维变分同化系统的开发研究。试验结果表明，以这种方式同化多普勒雷达资料，对6小时降水预报的准确率明显优于不同化雷达资料的预报。
中国目前已开始在数值天气预报变化同化方法这一领域开展系统性的研发工作，取得了许多可喜的成果，为我国在数值预报业务中实现变化同化方法应用提供了科学基础和技术支持。但是，与欧、美等先进国家相比，在变分同化系统的特种观测资料应用水平（尤其是卫星与天气雷达探测资料的业务应用）方面还存在明显差距。国内对雷达径向风（或雷达风廓线）观測资料的变分同化技术仅处于科学探索和个例研究阶段，对雷达回波强度资料的变分同化迄今还少有成果。
结束语：通过研究可以发现多普勒气象雷达信号处理系统必须对庞大的数据量进行有效的处理，其中所涉及的计算极为繁杂，对精度有极高的要求与标准，同时该系统还必须达到实时处理的需求，这就要求人们还要不断对雷达信号处理系统进行研究与探索，逐步缩小与发达国家的差距，提高我国新一代天气雷达的社会效益和经济效益。从而为人们提供更为优质、更为精确的气象监测。
参考文献
[1] 徐广阔.孙建华.雷霆.赵思雄.2009.多普勒天气雷达资料同化对暴雨模拟的影响[J].应用气象学报.20（1）.
[2] 张沛源.陈荣林.葛润生.槽线附近的中尺度结构特征-多普勒天气雷达风场资料分析[J].气象.17（4）.
[3] 中国气象科学研究院雷达组多普勒风速图分析指南[1].1990.1.
[4] 杨毅.邱崇践.龚建东.希爽.2008.利用3维变分方法同化多普勒天气雷达资料的试验研究[J].气象学报.28（2）.
[摘 要]灾害性天气；多普勒天气雷达；资料同化
中图分类号：V321.2；TN959.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）01-0287 -01
引言：多普勒雷达是目前世界上最先进的雷达系统，有“超级千里眼”之称。相较于传统天气雷达，多普勒雷达能够监测到位于垂直地面8-12公里的高空中的对流云层的生成和变化，判断云的移动速度，天气预报的精确度比以前有较大提高。近年来，我国气象灾害呈现种类繁多、分布地域广、发生频率高等特点，严重影响经济社会发展和人民群众的生产生活。因此充分地利用好天气雷达探测数据，能提高灾害性天气的预报能力、气象服务能力和防灾减灾能力，使它在气象业务中发挥更大的作用。
一、多普勒气象雷达的概述
多普勒气象雷达，是一种通过各种散射体（雨、云）和雷达两者之间相对运动，进而产生多普勒效应，最终实现气象探测目的雷达。这种类型的雷达不仅可以对云、雨的位置及其强度分布状况等情况有效的探测，同时还能够对气象目标内部质点的运动状况加以探测。强风暴从最初的形成到最终的消散，都和强风暴内部的质点运动有一定的关联，然而一般的气象雷达不能提供该方面的参数，仅仅只可对气象目标的位置及其强度情况进行探测，所以，针对这种情况，美国等国家在上世纪六十年代开始将多普勒技术运用到气象雷达中，而在八十年代就涌现出不同类型的多普勒气象雷达。
二、雷达扫描模式
目前我国天气雷达业务观测采用美国WSR288D的观测模式，即降水模式采用VCP211或 VCP221模式，这两种模式都是立体扫描模式，仰角都是从0.5°开始抬高到19.5°结束。不少高山站需要 0°或负仰角扫描才能抓到的低层天气系统，而采用上述观测模式后低层天气系统将监测不到了。
三、根据回波可以判断天气
1、根据回波特征做好预报
根据回波特征分清回波的降水性质一般说来，层状云降水回波不会出现灾害性天气，对流云降水回波常会造成雷暴、大风、冰雹和局地暴雨天气，混合性降水回波常常会造成暴雨、大暴雨。分析回波的未来发展趋势为了做好预报，总体上可以把回波分为初生阶段、发展阶段、维持阶段和消散阶段。回波的总体生消与单体的生消概念不同。例如在一条带状回波中有的单体处于初生阶段；有的单体处在发展阶段；有的单体可能已处于消散阶段。
2、认清回波结构
应掌握回波的三维空间结构首先从 PPI 上看它的准水平二维结构。从整个画面的形态上回波可分为片状回波、带状回波、平行短带回波、人字形回波、涡旋状回波等等。从局部形态上又可分出钩状回波、弓状回波等。再从 RHI或体扫资料上看它的垂直结构特征。如各种强度的回波顶高、回波强度的垂直梯度及其分布特征。最大回波强度的所在高度、各种回波强度的垂直厚度、穹隆顶的高度、零度层亮带的高度等等。
3、根据回波特征判断识别影响本地的天气系统
3.1应根据回波特征、天气图以及卫星云图判断已经进入雷达观测范围的回波是由哪一种天气系统造成的。如冷锋、静止锋、气旋、高空槽线、切变线、副高边缘、台风等。
3.2根据回波特征判断目前本站处于天气系统的哪个部位分析在这种天气系统的这个部位上存在有哪种中尺度系统，这些中尺度系统已产生和将产生哪种灾害性天气。
3.3预报的主要方法是外推法，但预报结果还需要预报员根据预报经验最后作出预报结论。因此分析回波的移动速度和移动方向需要分区进行。预报时回波的分裂和合并是需要重点考虑的。有时看起来是两条带，在移动过程中两条带会汇合交汇，产生强烈天气，再一次使预报失效。在这里经验是很重要的。需要预报员经常总结分析 积累预报经验。
四、雷达在天气预警中的重要性
临近天气预报主要指 0～3 小时的天气预报。灾害性天气预警一般在 0～1 小时之内。美国发布的龙卷风警报平均提前量只有十几分钟。制作临近天气预报和发布灾害性天气预警的主要依据是天气雷达观测资料，其他资料由于时效和分辨率原因只能作为辅助。
五、同化多普勒雷达资料
20世纪后期，世界发达国家先后建立了多普勒雷达观测网，美国在20世纪80年代就建成了覆盖本土的新一代天气雷达NEXRAD；20世纪90年代，欧洲一些国家也建立了COST-717多普勒雷达观测网。随着美国新一代天气雷达在20世纪90年代业务布网的完成，美国气象局（NWS）对龙卷、暴雨等的监测和预报方面取得了显著的进步。
为充分发挥多普勒雷达资料的应用潜力，科学家们从上世纪80年代起便致力于研究多普勒雷达资料的同化技术。随着模式分辨率的提高，资料同化技术的改进和计算机技术的发展，在中尺度模式中同化雷达资料的愿望更加迫切。美国预报系统实验室（Forecast System Laboratory，FSL）在局地分析和预报系统（LAPS）中采用连续订正方法来处理雷达径向速度资料。意大利也应用LAPS系统分析多普勒径向速度资料，使得风场分析更加精细化。美国国家环境预报中心（NCEP）在业务快速资料同化预报系统RUC采用多元最优插值（OI）方案来同化雷达VAD风廓线资料的方法。2000年雷达径向速度又被应用于高分辨率区域模式HIRLAM预报系统的3DVAR方案中，在这系统中，原始的径向速度资料被作空间平均产生径向速度的“超级观测”。2002年6月开始，美国国家大气研究中心NCAR下属的单位MMM开始了将多普勒雷达资料同化入WRF三维变分同化系统的开发研究。试验结果表明，以这种方式同化多普勒雷达资料，对6小时降水预报的准确率明显优于不同化雷达资料的预报。
中国目前已开始在数值天气预报变化同化方法这一领域开展系统性的研发工作，取得了许多可喜的成果，为我国在数值预报业务中实现变化同化方法应用提供了科学基础和技术支持。但是，与欧、美等先进国家相比，在变分同化系统的特种观测资料应用水平（尤其是卫星与天气雷达探测资料的业务应用）方面还存在明显差距。国内对雷达径向风（或雷达风廓线）观測资料的变分同化技术仅处于科学探索和个例研究阶段，对雷达回波强度资料的变分同化迄今还少有成果。
结束语：通过研究可以发现多普勒气象雷达信号处理系统必须对庞大的数据量进行有效的处理，其中所涉及的计算极为繁杂，对精度有极高的要求与标准，同时该系统还必须达到实时处理的需求，这就要求人们还要不断对雷达信号处理系统进行研究与探索，逐步缩小与发达国家的差距，提高我国新一代天气雷达的社会效益和经济效益。从而为人们提供更为优质、更为精确的气象监测。
参考文献
[1] 徐广阔.孙建华.雷霆.赵思雄.2009.多普勒天气雷达资料同化对暴雨模拟的影响[J].应用气象学报.20（1）.
[2] 张沛源.陈荣林.葛润生.槽线附近的中尺度结构特征-多普勒天气雷达风场资料分析[J].气象.17（4）.
[3] 中国气象科学研究院雷达组多普勒风速图分析指南[1].1990.1.
[4] 杨毅.邱崇践.龚建东.希爽.2008.利用3维变分方法同化多普勒天气雷达资料的试验研究[J].气象学报.28（2）.