雷暴天气在多普勒雷达资料上的前兆特征分析

Analysis of Omen Characteristic of thunderstorm Forming Process

on Doppler Radar VWP Image

　　　程向阳¹⁾王兴荣²⁾　　　　　王业斌¹⁾　　　吴林林³⁾
Cheng Xiangyang　　Wang Xingrong　　Wang Yebin 　　Wu Linlin

　　近年来，随着国民经济的快速发展，建筑物及电子、通讯设备的大量增加，因雷电灾害引起的火灾及电子、通讯设备遭到破坏的事故逐年增加，给国家和人民生命财产带来巨大的损失。人们迫切要求气象部门提供比较可靠的雷暴这类强对流天气的预报，尤其是几小时之内的临近预报。但是因为监测手段还不够先进，加上雷暴天气系统的生成机理还没有完全清楚，因此，除了对闪电定位系统、雷达等设备能够探测到的雷暴系统可以进行定位跟踪预报外，对于雷暴系统的几小时内的临近预报准确率仍是比较低的。针对这种现状，通过对合肥市WSR-88D多普勒雷达近一年所收集到的10次与雷暴天气有关的多普勒雷达资料的分析，对合肥市雷暴天气在多普勒雷达上的先兆特征作一初步探讨。

1. 雷暴天气在多普勒雷达上前兆特征

　　由于雷暴天气形成过程一般与一定厚度内湿层結状况有关，而多普勒雷达VWP产品一般可以反映雷达所在地湿层結状况，因此，反查自1999年6月合肥市WSR-88D多普勒雷达正式运行（1999年6月）到2000年6月所收集到的一年多与合肥雷暴天气有关的10次多普勒雷达VWP产品资料，可以发现，除了1999年7月7日0时45分至47分和2000年6月3日14时56分至17时53分二次雷暴天气外（对这二次过程将另文专门讨论），对于其它雷暴天气，在雷暴天气发生之前，无论其表现形式多么地不同，在VWP产品图上，都可以归结为一定厚度双层无资料区（同样也叫干区）在很短时间内的破坏和基本消失。
　　一种形式是双层无资料区自上而下的很短时间内的破坏和基本消失，例如对于1999年6月15日这次雷暴天气过程，在合肥 WSR-88D 多普勒雷达垂直风廓线（VWP）当日资料图上，在距合肥雷暴发生（19时50分）3小时之前（16时50分之前），从2000米到6000米为一在4200—4500米之间断裂的双层无资料区，也就是维持一个双层干区，而从雷暴出现前3小时开始，这个双层干区的上层开始自上而下逐渐破坏，到雷暴出现前1—2小时（18）时，当上层干区完全破坏时，随即低层干区上部，也就是在原来已被完全破坏的上层干区处重新出现短暂干区而低层干区开始破坏。到雷暴出现前半小时（19时30分），无资料区已全部消失。
　　另一种形式是双层无资料区自下而上在很短时间内的破坏和基本消失，例如对于2000年5月14日午后那次雷暴，在VWP当日资料图上，在合肥发生雷暴前1小时（16时15分）前，从4800米以上同样存在一个在6000—7000米之间发生断裂的双层干区，从16时15分开始，这个双层干区下层开始完全消失，上层干区从12000米以下开始破坏，到雷暴天气产生（19时15分）时，这双层干区，自12000米以下基本消失。
　　从上述二个形式可以看出，雷暴天气一般在双层干区基本消失后发生。因此双层干区的开始迅速破坏一般都是雷暴天气产生的先兆特征。不仅如此，一些多普勒雷达资料表明，在雷暴天气发生后，如果，在双层干区已经破坏和消失的VWP图上，重新建立起新的双层干区，接着又出现新双层干区的破坏和消失，那么当天将出现又一次雷暴天气过程。例如在2000年5月14日午后雷暴天气发生后，从18时30分开始到18时53分，双层干区又重新建立，并从18时53分开始，这一双层干区首先自上而下然后整层开始破坏消失，在双层干区基本消失前后于21²⁰—24⁵⁵出现了雷暴天气过程。

2.合肥雷暴临近预报

根据上述分析，通过对1999年6月到2000年6月与合肥雷暴天气有关的10次多普勒雷达VWP产品资料简单统计归纳，可得到如下多普勒雷达VWP产品合肥雷暴临近预报指标：
　　如果在合肥多普勒雷达VWP图上，存在一个厚度超过6KFT（千英尺）双层无资料区(也就是双层干区)，那么，当这个双层无资料区从底部向上全部或超过6KFT（千英尺）厚度在不足3小时范围内从上到下或从下到上出现破坏和基本消失时，从基本消失（允许存在时间不超过6分钟厚度不超过2KFT无资料区）那时开始，3小时范围内合肥将出现雷暴天气。
　　利用2000年7-8月所收集到的多普勒雷达VWP产品资料，根据上述指标，对合肥雷暴天气进行试预报，结果如表1。

表1 合肥2000年7-8月雷暴天气进行临近预报试预报结果

指标情况

次数

实况有
雷暴次数

实况无
雷暴次数

失败个例备注

预报有雷暴

7

6

1

5小时后出现雷暴

无指标预报

有雷暴实况有雷暴

9

9

——

7次雷暴前3小时没有开机，无资料。

2次雷暴前3小时内没有双层无资料区消失现象（包括5小时前有消失现象的1次）。

　　从表1可以看出，除了因多普勒雷达没有开机无法进行预报而使7次雷暴漏报外，上述多普勒雷达VWP产品预报指标预报了7次，出现6次，准确率为85.9%，空报1次，漏报2次；而且，就空报1次而言，也不是完全空报，只不过是推迟出现而已，如果把预报指标中“从（双层无资料区）基本消失那时开始，3小时范围内合肥将出现雷暴天气”改为“从（双层无资料区）基本消失那时开始，6小时范围内合肥将出现雷暴天气”那么，就没有出现空报，漏报也减为1次。由此可见，上述雷暴临近预报指标的预报效果是令人满意的。

3. 结论和讨论

　　至此，通过多普勒雷达资料分析，得到如下结论：
　　(1) 雷暴天气形成过程在多普勒雷达图上往往反映为一个双层干区迅速破坏和基本消失的过程。
　　(2) 雷暴天气结束后，双层干区再次重新建立、破坏和消失，则再次发生雷暴天气过程。
　　(3) 依据上述分析通过简单统计归纳得到的合肥雷暴临近预报指标的预报效果是令人满意的。
　　不过需要指出的是，由于合肥市WSR-88D多普勒雷达正式运行时间不长，开机又不能连续进行，因此上述结论只是初步的，许多问题有待于作进一步探讨，例如，并不是所有雷暴天气发生前3小时内都有双层无资料区(也就是双层干区)消失现象，自1999年6月合肥市WSR-88D多普勒雷达正式运行（1999年6月）开始所收集到的一年多与合肥雷暴天气有关的18次多普勒雷达VWP产品资料中，就有4次雷暴天气，在发生前3小时内没有双层无资料区(也就是双层干区)消失现象，对于这类雷暴系统，其先兆特征是什么，如何归纳其临近预报指标，有待于在积累有足够资料的基础上作进一步探讨；又如，由于目前合肥市WSR-88D多普勒雷达开机不是连续进行,而是否开机主要取决于雷达工作人员的判断,这等于增加了一个不客观指标，这就使得所归纳得到的合肥雷暴临近预报指标及其预报效果的统计具有一定程度的不客观性，如何解决这个问题，有待于作进一步研究。