学位论文多普勒天气雷达资料的雷电特性分析论文作者姓名：申请学位专业：申请学位类别： 工学学士指导教师姓（职称）：论文提交日期： 年 月曰波顶高、组合反射率因子、垂直积分液态水含量、CAPPI资料。根据闪电定位仪 资料对湖南地区闪电活动的基本特征进行分析，以加深对该地区雷电的认识。2. 3本文的主要任务及结构本文是对多普勒天气雷达资料的雷电特征进行分析，并利用2007年8月至2008 年8月一年来湖南省气象局闪电定位系统的地闪监测资料，对湖南地区闪电活动的 雷达特征进行分析验证。并根据其发生闪电时的特征，综合雷达资料以及其他探 测资料，对湖南闪电趋势进行预报。本文在总体结构上共分为7章。第1章引言，本章介绍了课题背景，研究的目的和意义以及国内外研究历史现 状。第2章多普勒雷达及其产品，介绍了多普勒天气雷达的优势以及其产品和在天 气分析、预报中的应用。第3章为雷达资料的选取，本章介绍了如何选取所需的雷暴单体以及对照地闪 监测资料选取雷达探测资料数据。第4章数据的记录，记录所找到发生闪电以及未发生闪电时的雷达回波特征参 数。第5章雷达回波特征的分析，本章主要通过记录数据所做图表，对雷达回波、 各种二次产品进行分析研究。第6章雷达与闪电数据的综合应用研究，运用决策树方法得出对闪电预报的 判别方法，并得出对湖南闪电趋势进行预报方法。第7章结论，并对全文进行总结。3多普勒天气雷达及其产品3.1多普勒天气雷达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，其产品信息达72种，天气预报的精确度比 以前将会有较大提高。新一代天气雷达具有很强的实时性，最多在10分钟就能得到一幅扫描结果， 这种实时性是传统探测方法所不具有的，同时它还具有较高的的灵敏度，我国现 在雷达大多数测量范围都在半径300km以上，能比较准确的测得半径内的各种天 气系统，除了能得到常规的天气系统的回波强度分布信息以外，在达对中小尺度 天气系统观测具有以下优势：（1）显著增强对热带气旋、风暴、雹云、风切边、龙 卷气旋、下击暴流等气象灾害的发生、发展和消亡过程的检测预报能力。（2）新一 代多普勒天气雷达探测资料能提供反应热带气旋强度以及环流结构特征，并利用 速度场信息确定台风中心，明显改善热带气旋（台风）登陆位置和强度预报的精 确度。（3）对风和降水具有高分辨力的思维探测能力，可获得探测范围内垂直速度 和散度的局部分布，明显提高对雷暴发生时间、地点检测预警的准确性，改进风 暴灾害预报的可靠性。（4）能提供较详细的中小尺度天气的雷达探测资料，特别是 通过获得的晴空和大范围降水区内的风场资料等信息，对降水的短时预报、检测 预报与锋面的天气变化、预报雷暴的发展和移动等有重要作用，可明显提高短期 和短时的预报能力。3. 2天气雷达的产品和应用主用户处理子系统（PUP）用来接收RPG生成的气象产品数据和状态信息，并 以图形的方式提供给预报人员做天气分析和预报使用。此软件有如下功能：1、对 来自RPG的气象产品进行显示。包括产品显示选择、叠加、根据用户地理位置定 中心、放大和改变分辨率、动画等。2、有选择的检测强天气地域能力，并作出警 报。3、在背景地图上显示天气状况。4、从RPG接收并显示其信息。如列出由RPG 产生的当前产品表，向操作人员报告雷达当前天气状态及强天气情况，对CAPPI 产品显小等。新一代多普勒天气雷达的产品包括基本产品和导出产品。基本产品有三个： 反射率因子（Z）、平均径向速度（V）、谱宽（W）,除回波强度外，后两种信息, 常规数字化天气雷达不能获取。二次产品包括：基木反射率（R）、组合反射率因 子（CR）、垂直积分液态水含量（VIL）、回波顶高（ET）、CAPPI资料、风暴结构产 品、谱宽剖面产品（SCS）以及分层组合湍流平均值产品（LTA）。多普勒雷达产品在天气分析和预报中得到了广泛的应用，多普勒雷达观测的 实时回波强度、径向速度、速度谱宽的图像中，提供了丰富的有关强对流天气的 信息，综合使用ZVW图像可以较准确和及时检测灾害性天气。回波强度一直是判断 强对流天气的重要参数，多普勒雷达径向速度分布图也是判断强对流的一种有效 工具，因为，强对流天气的出现和发展往往与气流的辐合、辐散以及旋转有关， 在识别风灾害时特别有效。雷电的发生与中小尺度对流系统有着密切的联系。天 气雷达对中小尺度的对流系统能够很好地进行探测。大量的观察资料表明，雷电 的发生与对流云发展的强度、高度、发展阶段、内部粒子相态、温度等有紧密的 联系。由于雷暴单体产生的强雷暴具有突发性、短时性、强风切变等特点。利用多 普勒天气雷达，除了可获得能表征降水强度和云中液态含水量之外，还能得到降 水质点相对雷达的平均径向速度和速度谱宽，这些资料有利于预报人员对雷暴环 境流场的识别和对其生消发展的判断，从而分析由雷暴单体发展为强雷暴的多普 勒雷达风场的特征，并使预报人员得以提前发布强雷暴和风切变预警信息。4雷达资料的选取由于多普勒雷达和雷电定位系统目前已经在我国的大部分地区广泛架设，因 此本文主要利用这两类设备所获得的资料来所建立的雷电预警方法是最接近实际 业务用的。虽然这种预报方法也会有自身的局限性，例如雷达本身观测区域的限 制，雷电定位系统的定位误差和探测效率的影响，以及各地环境差异造成的一些 预警参数的差异需要调整。在研究过程中，由于雷电定位系统的定位误差可能会 对单体是否为雷暴单体，以及雷电的起始发生时间的确定都会造成影响，因此本 文中所选取的研究对象为孤立生成和发展的单体，目的就在于降低由于雷电定位 系统定位误差对单体是否雷暴、以及单体中雷电的起始发生时间的判断方面所造 成的影响。由于闪电定位系统的定位存在一定的误差，为了避免由于定位误差而 导致对单体是否雷暴，以及闪电发生时间和空间的错误判断，在研究过程中所选 取的个例主要为单独发生和发展的单体，并最终选选取2007年8月-2008年8月 间长沙雷达站探测范围之内的单体作为研究对象，其中由于雷暴的发生与发展是 经过一段时间的演化，所以在选取的闪电发生时间和雷达回波图时间时以不超过 10分钟为标准。例如：图3-2及图3-3 （为PUP界面所显示的基本反射率产品） 所示那样单独发生和发展的单体的雷暴单体，并且在闪电定位仪数据记录资料上 可查得在雷达探测地点以及对应时刻是否发生了闪电。函320。7佥8 H 3 817-41法8联弁回薄函F& = 3 MH XF Z4LF& = 3 MH XF Z4LF& = 3 MH XF Z4L函 32 2008 买 5 n 28H 06-59-52He许回薄函图3-3： 2008年5月28日07:29:42雷达回波图B 2008.05.28N本文件U)牯式查看)qp文件U)牯式查看)qp文件U)牯式查看)qp1730200-95-2807:04:93.98321tW-25.61li1 饪度111.2H37 强度61.5 陡度.29差定位方式:二站底合省：湖南省外-更：湖南省外，寥翔南省外sy47312008-05-2807 ： M：15.99S1697 纬度孔也屿魂修.5 陡度27.1 涅箜0 定位方式:二站混合省:湖南省 市:噬他ZS：tBS 基本反射率(Base Reflectivity)、回波顶高(EchoTops) 垂直积分液态水含量(Vertically Integrated Liquid)、CAPPI资料、组合反射率因子 (Composite Reflectivity )以下记录的雷达回波的特性参数选用的都是0.5仰角扫描：表1发生闪电的雷达回波特征参数（Rd-雷达L-闪电）序号时间经度纬度H(km)(dBz)ET(km)VIL kg/m2CAPPI(dBz)CR1Rd20070801 13:50:30114.87429. 228540(43)810(13)一45(48)L20070801 13:51:18114.82229. 0077一一一一一一2Rd20070802 11:39:28113. 96329. 6913.840(43)6(7)10(13)一45(48)L20070802 11:44:39113. 96629. 6372一一一一一一3Rd20070803 15:39:19111.76727.5123.740(43)6(7)520(23)40(43)L20070803 15:43:00111.70827. 6548