风暴剖面45dBz强回波在识别冰雹云中的作用.docx

1、文章编号：1006-4351(2009)06-0012-03风暴剖面45dBz强回波在识别冰雹云中的作用樊鹏(陕西南人工影响天气办公室.西安710014)摘要：在人工防苞;作业中.正确识别冰雹云是关键。利用洛达识别冰枝云的技术方法很多。研究风暴制面45dBz的高度及其对应的温度识别冰花云的技术方法.并阐述其理论依据和物理意义.利用1992-1994年和1997-2000年陕西渭北旬邑人工防苞基地宙达观测的结果统计分析，证明用风暴剖面15dBz高度或者对应的温度能够较好地识别冰雹云。同时介绍了其它一些地区利用风暴剖面45dBz作为应云播撤判据的数学模型。关键词：风暴剖面；45dBz;识别冰析云中

2、图分类号：P458.121.2文献标识玛：A对于街暴和雷暴.通称为风暴。监测风暴最有用的工具是天气雷达。如何识别风暴中的雹暴，早期是根据天气雷达回波的几何外形特征区分密暴和雷暴，但具有明显外形特征的冰雹云.一般持续时间较短，而且与雷达距雹云的位置以及观测员的技术水平有关，往往很难发现宣云的外形特征.对人工防役工作带来一定难度。随后.人们通过统计强网波区反射率因子30、35、40、45、50、55dBz等不同强度及其对应的高度或温度区分彼暴和雷暴，这种统计结果大大提高了预测预警冰雹云的能力。那么，对于这些强回波，反射率因子选用多少才能较好地反映云内的物理过程，并能够提高识别冰雹云的准确率。本文将

3、研究选择45dBz作为识别冰检云的理论依据及其物理意义,通过一些地区的观测结果说明:45dBz强回波的顶高及其所对应的温度能很好地识别冰雹云。1等效雷达反射率因子45dBz的概念对于各种粒子，通用的雷达气象方程为：PtGlOQ%LK11024(ln2)I2/2f上式中R为雷达接收到的散射功率，R是雷达发射的功率，Gu为天线波束轴方向上的增益，凯和判分别为水平和垂直波束宽度，九为雷达发射脉冲的长度.IKI，是由粒子的介电性质决定的常数,对于冰球，|K|2=O.2OA是雷达波长，7为雷达距探测目标物的距离，乙是在包含大粒子或其它非瑞利散射粒子的情况下的等效雷达反射率因子。对于一部雷达，波长人是固定

4、的.G。、仇、啊、，均为雷达给定的常数，因此，雷达接收功率R与等效雷达反射率因子乙成正比，与距离的平方成反比,距离愈远，接收功率愈小。由于等效雷达反射率因子乙是粒子直径D.和粒子数浓度叫的函数，值愈大，乙值愈高，或者当D。一定时，心愈大，乙值愈高。通过大量观测，认为卷谱分布与M-P(1948)雨滴谱指数分布的形式相同.在本文中，收稿日期：2009-07-02作者简介：樊明(1951)，男，陕西大荔人，正研级高级工程师，从事人工影响天气研究工作。法数值研究J.大气科学，2003,27(2)：212-221.4 洪延超.冰宛形成机制和催化防雹机制研究J.气象学报.1999.57(I),30-44.

5、5 李金辉.樊鹏.冰苞云提前识别及预警的研究J.南京气象学院学报，2007,30(1)：111-119.6 樊鹏，肖辉雷达识别渭北地区冰雹云技术研究J1.象，2005.31(7)：16-19.假定冰雹:的数浓度使用雨滴谱的数浓度，即。=3X10Tcm,显辫也是一个常数。所以，等效雷达反射率因子乙只与粒子直径Do有关。根据Smith等人在数值模拟的云中，使用修订了的瑞利近似，对湿冰球的等效雷达反射率因子表达式为：Ze=(8X1O10/i0D07)095(2)这里乙的单位是(2)式表明，等效雷达反射率因子乙与雹:云中粒子直径的7次方成正比，于是，粒子直径功愈大，乙值愈大。对于最初冰雹增长区的粒子直

6、径，Smith等人提出是0.40.5cm,在式(2)中，令Do=O.4cm,对于最初冰雹增长区，计算得到的等效雷达反射率因子是44dBz,为了使用方便，把45dBz作为冰苞的临界值。2风暴剖面45dBz高度的物理意义由于等效雷达反射率因子是粒子直径和粒子数浓度的函数。假定粒子数浓度在准定常情况下，当风暴中出现45dBz值时，只说明云内存在0.4cm直径的中数体积水汽凝结体，还不能确定为苞暴，除非45dBz高度伸展到云内0。(：层以上某一高度时，风暴才能发展成为雹暴。在0。/o+3.3kmo(3)该地区整个雹季的0C层高度(待是4.2km,45dBz廊线低于7.5km地面出现冰雹的概率为1%，相

7、反，风暴单体中若45dBz顶高超过8km,发现地面未出现冰帽的概率为3%。3.1.2瑞土、意大利、法国联合防雹试验瑞土、意大利、法国于1977-1981年联合在三国交界处开展防苞试验，使用改进了的判据，即：+L4km。(4)当云体回波强度达到45dBz时的高度与0C层高度之差等于或大于1.4km,就判定为冰雹云。运用这一判据，瑞士1977年对非作业的195个单体实时测定，其中33个降雹单体都满足判据。38个强降雨单体中有10个满足判据。改进的判据反映了强回波区顶高与0C层高度在识别冰苞云方面起了重要的作用。3.1.3陕西渭北地区用45dBz高度识别冰苞云樊鹏根据19921994年对57次风暴的

8、RHI资料分析，回波强度在45dBz以上，有34次风暴地面出现降苞，从而统计得出地面降苞:的定量判据为：如5日方o+2.3km,(5)式中%是由无线电探空得到的西安0C层高度，经统计分析，降苞单体的45dBz平均顶高为9.3km(海拔高度)，强降水单体的45dBz平均顶高为6.2km,雷达用此模型识别冰雹;云的准确率为90%左右，空报4次，无漏报现象。3.1.4阿根廷用45dBz高度作为降苞风险的估算标准阿根廷门多萨省的防雹:计划中，风险情况的估算标准也使用了45dBz高度的概念。设45dBz等值线的最大高度与(TC层高度的差为海=H，15dBz等值线的最大高度与0C层高度的差为雷达探测到的单

9、体能否导致降雹，这种风险的建立由雷达获取的资料决定。首先根据降雹风险的大小将单体分为4类，以后就可以根据单体的类型来评估其风险大小。从第1类“零风险到第4类“最大风险”类别的划分按照下面的标准来定。当15dBzVZiV35dBz,必皿忌2km时为第1类；当35dBzVZuxV55dBz,四N2.5km时为第2类；当Z555dBz,453.0km时为第3类；当Zwx265dBz,AA454.0km时为第4类。其中Zgx为等效雷达反射率因子，必g为在0C等温线和反射率达到最高点之间的垂直距离。用于风险评定的模式以Nalchik地球物理研究所的观测结果为基础，由Abshaev博士确认此模式在门多萨同

10、样适用。3.2风暴剖面45dBz高度对应的温度识别冰雪云积云必须发展到能使个别大水滴冻结的高度(一般认为，温度必须达到一12一16。09因此.云内温度条件，特别是强回波顶高的温度.是形成冰雹云的必要条件。陕西旬邑用45dBz强回波顶的温度识别冰雹:云。1997-2000年利用陕西渭北地区旬邑人工防苞试验基地观测到的146例对流云雷达回波资料，统计得出强冰香云、弱冰苞云和雷雨云的45dBz强回波顶高知5和对应的环境温度如(表1)。利用这一指标，结合将云发展特征，可提前510min识别冰苞云，准确率为86.0%。表1旬邑冰雹云识别判据云型方45/km强冰苞云28.0-20.0弱冰雹云7.。8.0-

11、14.0-20.0雷雨云-14.0用地面降苞前被识别为苞云的45dBz回波顶高和对应的环境温度作点聚图(图1)。可看出，t/X图1冰毯云、雷雨云45dBz回波顶高知,和其对应的环境温度，的关系45dBz回波顶高加$27.0km,有9次无食(空报)，漏报3次.冰苞识别准确率为85.9%；当28.Oknv0.3-2O.OC时为强降雹:云，空报1次(弱冰帽云)，漏报1次，识别准确率为96%；当在7.08.0km之间，u=14.020.0C时有9次空报，漏报1次，识别准确率为73.6%；当A45一14.0C时,出现冰每云概率很小，只有2.7%为冰苞云，并且为弱冰苞云。4小结4.1风暴剖面45dBz强回

12、波有明确的物理概念和物理意义，比用30、35、40、50、55dBz等强回波区反射率因子能更好地识别冰苞云。4.2用风暴剖面45dBz高度能很好识别冰苞云，由于各地地形地貌不同，需统计分析观测资料，寻找当地的45dBz高度识别冰苞云指标。4.3风暴剖面45dBz高度上的温度反映了冰苞云的物理本质，能较好的识别强冰苞云、弱冰雹云出现的概率。参考文献：C1SmithPL.MyersCGandOrvilleHD.RadarreflectivityfactorcalculationsinnumericalcloudModelsusingbulkparameterizationofprecipitationJ.JApplMeteor,1975*14(6)：1156-1165.C2MatherGK.TreddenickDandParsonsR.Observedrelationshipsbetweentheheightofthe45dBZcontoursinstormprofilesandsurfacehailreportsJ.JApplMeteor,1976,15(12)：1336-1340.3 FedererB,WaldvogelA.PlanfortheswissrandomizedhailsuppressionexperimentJ.