雷达气象学：16第六章雷达回波的识别技术6-4.ppt

电子版（第二版）电子版（第二版）第六章第六章 多普勒天气雷达多普勒天气雷达 回波的识别和分析回波的识别和分析6.1 雷达回波分析技术雷达回波分析技术6.2 多普勒雷达的径向速度模式多普勒雷达的径向速度模式6.3 雷达回波的分类雷达回波的分类6.4 降水回波降水回波 强度PPI图上回波呈片状分布，结构较均匀，强度梯度较小，有时出现强度特别大的窄带称为零度层亮带，亮带也可能成弧状或圆环状 1.层状云回波6.4 降水回波降水回波 在RHI图上云顶高度比较平整，也有一条强度特别大的窄带呈水平分布（即零度层亮带） 零度层亮带：零度层亮带：层状云降水的重要特征层状云降水的重要特征 当冰晶下落通过溶化层时，它们的外表面开始溶化当冰晶下落通过溶化层时，它们的外表面开始溶化正好位于溶化层（正好位于溶化层（0°层面）下面，这些包着水外衣的冰层面）下面，这些包着水外衣的冰晶反射率因子是高的，产生增强的雷达信号，在晶反射率因子是高的，产生增强的雷达信号，在PPI上象上象弧形结构，在常规天气雷达上叫做弧形结构，在常规天气雷达上叫做“亮带亮带”，亮带会造，亮带会造成降水率的过高估计。

成降水率的过高估计亮带形成的原因亮带形成的原因 ：：1、、融化作用融化作用，冰晶或雪花融化成水滴，使回波强度增强约，冰晶或雪花融化成水滴，使回波强度增强约5倍左右2、、碰并聚合效应碰并聚合效应，碰并聚合作用使粒子直径增大，散射能力也增大碰并聚合作用使粒子直径增大，散射能力也增大3、、速度效应速度效应，冰晶或雪花转变成圆球形水滴，降落速度增加，从而，冰晶或雪花转变成圆球形水滴，降落速度增加，从而使单位体积内降水粒子数目减少，导致总散射能力减小使单位体积内降水粒子数目减少，导致总散射能力减小4、、粒子形状的作用粒子形状的作用，冰晶或雪花在下降融化过程中，常不呈球形，，冰晶或雪花在下降融化过程中，常不呈球形，绝大多数情况下，非球形粒子的散射能力比球形粒子大绝大多数情况下，非球形粒子的散射能力比球形粒子大研究亮带意义研究亮带意义 ：：n雷暴消散期亮带的出现说明对流已经减弱，降水性质已从雷暴消散期亮带的出现说明对流已经减弱，降水性质已从对流性质逐步转化为层状云连续性降水对流性质逐步转化为层状云连续性降水n研究亮带形成的微观物理机制，对于探讨降水机制、以及研究亮带形成的微观物理机制，对于探讨降水机制、以及人工影响局部大气均有意义。

人工影响局部大气均有意义n亮带的存在对飞行活动是一个有用的指示亮带的存在对飞行活动是一个有用的指示n从亮带出现的位置可以大致确定零度等温线位置从亮带出现的位置可以大致确定零度等温线位置n在混合性降水过程中，零度层亮带的出现，可以作为识别在混合性降水过程中，零度层亮带的出现，可以作为识别雹云指标之一雹云指标之一n比较零度层亮带和零度层可以判断雷达仰角标定是否正确，比较零度层亮带和零度层可以判断雷达仰角标定是否正确，以及所测得的回波高度是否准确以及所测得的回波高度是否准确n在台风的雷达回波中，常常会出现亮带，一般出现的部位在台风的雷达回波中，常常会出现亮带，一般出现的部位是在台风回波的是在台风回波的“雨盾雨盾”中 层云径向速度图像特征层云径向速度图像特征 由于层状云降水范围较大、强度与气流相对比较均匀，因此相应其径向速度分布范围也较大，径向速度等值线分布比较稀疏，切向梯度不大在零径向速度线两侧常分布着范围较大且数值不大的正、负径向速度中心，另外还常存在着流场辐合或辐散区 PPI上由许多分散的回波单体所组成，排列成带状、条上由许多分散的回波单体所组成，排列成带状、条状，离散状或其它形状。

回波单体结构紧密，边界清晰，状，离散状或其它形状回波单体结构紧密，边界清晰，棱角分明，回波强度强，持续时间变化大单体尺度较小，棱角分明，回波强度强，持续时间变化大单体尺度较小，从几公里到几十公里从几公里到几十公里 RHI上回波单体呈柱状、砧状、花菜状、纺锤状，一般上回波单体呈柱状、砧状、花菜状、纺锤状，一般发展得比较高，多数在发展得比较高，多数在6-7km以上，但随地区、季节和大气以上，但随地区、季节和大气系统不同差异很大，最高可达对流层顶高度系统不同差异很大，最高可达对流层顶高度 不论是在不论是在PPI上还是上还是RHI上，对流云降水回波强度和强上，对流云降水回波强度和强度梯度都较大，一块对流云内部只有一个强中心，而多个度梯度都较大，一块对流云内部只有一个强中心，而多个对流云单体组成的对流云降水，往往具有不规则的外形和对流云单体组成的对流云降水，往往具有不规则的外形和多个中心，强度也不一定相同多个中心，强度也不一定相同 2.对流云回波（包括阵雨、雷雨、冰雹、暴雨等）对流云回波（包括阵雨、雷雨、冰雹、暴雨等）回波强度的共同特征：回波强度的共同特征：径向速度的共同特征：径向速度的共同特征： 在PPI上径向速度场分布尺度也很小，在比较小的单体中一般仅为正或负中心，这说明小单体里可能仅存在上升或下沉的气流分量。

但在比较大的单体中，仍可同时出现正、负径向速度中心，故径向速度等值线分布较密集，切向梯度也很大，这表明该单体内同时存在上升和下沉气流分量 在RHI上径向速度特征与回波强度分布大致相同，即呈柱状、纺锤状、花菜状等通常在回波下部（低空）为负径向速度，说明可能有下沉气流分量存在；而在回波上部为正径向速度，说明可能有上升气流分量在回波较强处，径向速度等值线分布比较密集，甚至正、负径向速度紧挨着，说明该处可能存在辐合或辐散流场  下图为成熟的对流云降水回波左侧为强度图，右侧为标示区域放大的速度图，自上而下仰角分别为1.0度、3.0度、5.0度从右侧的速度图上可以清晰地看到低层辐合—高层辐散的垂直环流特征 成熟的对流云降水回波环境风切变在对流云降水回波RHI速度图上的特征 以下两图为对流云降水回波的RHI速度图图上可清晰地看到流场不同高度上的速度方向去向—来向—去向的速度场结构，清晰地表明了环境风切变的形式2002年7月2对流云降水回波的RHI速度图三、积层混合云降水三、积层混合云降水- -絮状回波絮状回波 (一)回波强度特征 在PPI上，表现为在比较大的范围内，回波边缘呈现支离破碎，没有明显的边界，回波中夹有一个个结实的团块，似一团团棉花絮，强度可达40 dBZ或以上，达雷雨标准，有时强回波团块可形成一条短带，偶尔还会出现零度层亮圈。

在RHI上，柱状回波高低起伏，犹如破土而出的雨后春笋，高峰部分常达雷阵雨高度，较低的平坦部分，一般只有连续性降水所具有的高度有时还能呈现出对流云阵性降水回波持征—柱状回波和层状云连续性降水回波持征—零度层亮带共存的回波图像，不过这种亮带大部分具有不均匀结构 2003年7月10日湖南常德站雷达观测的以积状云降水为主的混合降水回波（0.5度仰角）( (二二) )径向速度场特征径向速度场特征 在PPI混合性降水回波强度(a)和径向速度场(b) S波段 福建长乐在RHI上混合性降水回波强度(a)和径向速度场(b) S波段 福建长乐（1）层状云连续性降水----片状回波回波强度特征回波强度特征：PPI上的回波特征：分片成片、面积较大RHI上的回波特征：①结构较均匀；②顶部有时虽有起伏，但相对于对流云降水来说，顶部比较平整，不出现明显的泡体；③垂直厚度不大，一般5-6km左右，但随地区、季节等的不同而变化④回波的水平尺度比垂直尺度大的多回波径向速度特征回波径向速度特征：径向速度分布范围较大，径向速度等值线分布比较稀疏，切向梯度不大，在零径向速度线两侧常分布着范围较大且数值不大的正、负径向速度中心，还常存在着流场辐合或辐散区。

注：零度层亮带（强回波带、融化带）的定义注：零度层亮带（强回波带、融化带）的定义： 通常是指降水回波区内大气0℃温度高度附近几百米厚度上回波比其上下方都强，形成水平带状的回波特征 亮带中心的雷达反射率因子比其上面500m处雪的回波要强15-30倍（12-15dB），比其下面雨的回波要强4-9倍（6-10dB）亮带形成的物理原因亮带形成的物理原因： 通常认为，零度层亮带是由于冰晶或雪花下降到0℃高度以下融化成水滴的过程中，由于融化作用、碰并聚合效应、速度效应和粒子形状的作用，以及他们的综合作用形成的研究零度层亮带的意义研究零度层亮带的意义：①在雷暴消散阶段探测到亮带，说明对流已经减弱，降水性质已经从对流性质逐步转化为层状云连续性降水.②研究亮带形成的微观物理机制，对于探讨降水机制和人工影响局部天气均有意义③亮带的存在，表明亮带上面是雪花和冰晶，而不是过冷水滴④亮带的存在，表明大气中不存在强烈的对流和湍流活动对飞行活动是一个指标⑤从亮带出现的位置可以大致确定零度等温线位置在混合性降水过程中，亮带的出现，可以作为识别雹云的指标之一⑥从雷达探测得到的零度层亮带和探空资料得到的零度层亮带比较，可以判断雷达仰角标定是否正确，以及所测得的回波高度是否准确。

（2）对流云阵性降水---块状回波回波强度特征回波强度特征：PPI上的回波特征：通常有许多分散的回波单体所组成回波单体随着不同的天气过程排列成带状、条状、离散状或其他形状回波单体结构紧密、边界清晰、棱角分明，回波强度强，持续时间变化大，水平尺度从几公里到几十公里都有RHI上的回波特征：回波单体呈柱状结构；强烈发展时，呈砧状或花菜状；发展成熟阶段，呈纺锤状垂直厚度较大，多数在6-7km左右，但随地区、季节和天气系统不同差异很大，最高可达对流层顶高度回波单体的生命期约十几分钟到几十分钟回波径向速度特征回波径向速度特征：PPIPPI上径向速度分布范围很小较小的单体一般仅有正或负中心；较大的单体可有正和负中心；径向速度等值线分布比较密集，切向梯度较大 RHI RHI上径向速度分布特征，与回波强度分布大致相同通常在回波底部为负径向速度（下沉气流），回波上部为正径向速度（上升气流）；还常存在着流场辐合或辐散区（3）积层混合云降水---絮状回波回波强度特征回波强度特征：PPI上的回波特征：在较大的范围内，回波边缘呈现支离破碎、没有明显的边界，回波中夹有一个个结实的团块，似一团团面花絮。

RHI上的回波特征：柱状回波高低起伏回波径向速度特征回波径向速度特征：PPI从整体上看呈絮状特征RHI回波强时呈柱状（4）雪的回波（5）其他类型降水回波： 冻雨：温度低于0℃，而未冻结的雨滴，即过冷水滴沙暴中的降雨回波第二次扫描回波10、非降水回波特征：4类10种 （1）云的回波 （2）雾的回波以上两种回波，只有用短波长雷达才能看到以上两种回波，只有用短波长雷达才能看到 （3）闪电信号及其回波：短波长雷达看不到 （4）晴空大气回波：视觉无法发现的目标物 所产生的回波 在PPI和RHI上呈现的回波形状具有多样性常表现为：圆点状、窄带状、细胞状、层状、白炽状、环状、波状等 分为两类回波：①第一类多半是由于鸟和昆虫造成或由热对流引起的圆点状回波 ②第二类是由于大气中强折射指数梯度区对电磁波产生的反射或后向散射造成的具有很大水平尺度呈窄带状或层状的回波11、雷达回波资料可靠性检查（1）检查的内容： ①回波强度Z值是否可靠 ②回波高度H值和强回波顶高度值是否可靠 ③回波多普勒径向速度场是否合理 ④回波面积及分布是否合理 ⑤各种参数值是否正确，如时间、仰角、方位、产品名称、 单位、地点（2）检查的方法： ①对比法 ②理论分析法 ③经验判断法 ④实况资料验证法（3）可能存在的问题： ①回波强度值偏弱。

②回波强度值偏高 ③近处回波强度值偏高，远处回波强度值偏弱 ④回波高度值偏高或偏低 ⑤多普勒径向速度场资料出现速度突变折叠区 ⑥回波面积缩小 ⑦回波分布位置不对 ⑧显示参数错误本章小节本章小节n雷达回波的分类雷达回波的分类n回波强度和脉冲多普勒天气雷达回波强度和脉冲多普勒天气雷达径向速度场分析技术径向速度场分析技术n几种典型流场和天气系统在几种典型流场和天气系统在PPI上上的径向速度模式的径向速度模式n非气象回波非气象回波n降水回波降水回波。