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篇1

1 概述

海霧是在特定氣象和水文條件下生產(chǎn)，其可使能見度降低到1km以下。海霧種類很多，依據(jù)形成特征及海洋環(huán)境，可分為平流霧、混合霧、輻射霧、地形霧等四種類型，常見并且范圍較大的是暖空氣平流到冷海面上而形成的平流冷卻霧。

海霧主要觀測(cè)手段是依靠沿海地區(qū)稀疏的地面觀測(cè)站點(diǎn)，主要包括探空資料、地面氣象觀測(cè)站的能見度等數(shù)據(jù)。但是由于布站限制，其很難監(jiān)測(cè)大范圍海霧的分布狀況。非常規(guī)監(jiān)測(cè)主要包括激光雷達(dá)、云高儀、衛(wèi)星遙感等，用于進(jìn)行霧的判識(shí)和定量反演方面，但由于這些觀測(cè)手段難以區(qū)分大氣粒子的相態(tài)，對(duì)霧和霾的監(jiān)測(cè)比較難區(qū)分。

2 基于微波輻射計(jì)進(jìn)行海霧監(jiān)測(cè)方法

微波輻射計(jì)是一種用于測(cè)量場(chǎng)景（目標(biāo)）微波熱輻射的高靈敏度接收機(jī)，它本身不發(fā)射信號(hào)，只是被動(dòng)的接收各種物質(zhì)發(fā)射的自然輻射信號(hào)或反射、散射信號(hào)。它由于靈敏度高、功耗小、重量輕、壽命長(zhǎng)、可靠性好、成本低，還有隱蔽性好的特點(diǎn)，因此獲得了廣泛的應(yīng)用。

微波輻射計(jì)測(cè)量反演對(duì)流層大氣溫度廓線，水汽廓線，大氣總水汽含量，云中液態(tài)水含量，邊界層區(qū)域逆溫及大氣不穩(wěn)定度、大氣不透明度等信息，由其中的邊界層溫濕度廓線，可判斷大氣低層的氣象狀況，這對(duì)判斷霧的生消都是十分有益的。

基于輻射計(jì)的輸出量，對(duì)海霧的監(jiān)測(cè)可從以下的切入點(diǎn)進(jìn)行。

2.1 判斷當(dāng)前天氣形勢(shì)是否有利于霧的產(chǎn)生

由地面溫濕壓數(shù)據(jù)及廓線數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)的大氣的穩(wěn)定性及是否有逆溫出現(xiàn)，并可得到高濕區(qū)的分布區(qū)域，幫助判斷是否有利于霧的產(chǎn)生。

2.2 可作為單點(diǎn)監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)的輸入量

溫濕廓線、積分水汽含量可提供單點(diǎn)的閾值，同時(shí)可作為模式的輸入量，但會(huì)受布點(diǎn)的影響存在局限性。

2.3 區(qū)分霧與云

利用衛(wèi)星監(jiān)測(cè)大霧的難點(diǎn)在于大霧和層云的物理特性幾乎完全相同，臨近地面為霧，抬升到一定高度就是層云。衛(wèi)星從太空向地面觀測(cè)時(shí)，如果同時(shí)存在層云和霧，很難從觀測(cè)數(shù)據(jù)中區(qū)分層云和大霧，因?yàn)樗鼈兙哂袔缀跸嗤奈锢硖匦院托螒B(tài)表現(xiàn)。由輻射計(jì)輸出的相對(duì)濕度廓線及云底高度，可區(qū)分霧與云。

2.4 區(qū)分霧與霾

霧與霾在能見度上具有相似性，只依靠能見度難以對(duì)二者進(jìn)行區(qū)分。二者的主要區(qū)別在相對(duì)濕度的差異上，輻射計(jì)提供的實(shí)時(shí)濕度廓線及積分水汽和液水含量，均對(duì)二者的區(qū)別提供有力的參考。

3 基于QFW-6000型微波輻射計(jì)對(duì)海霧監(jiān)測(cè)案例

QFW-6000型多通道微波輻射計(jì)在氣象、環(huán)保等大氣參數(shù)遙感監(jiān)測(cè)領(lǐng)域獲得廣泛使用，為數(shù)值預(yù)報(bào)、人工影響天氣、短臨天氣預(yù)報(bào)、海洋氣象監(jiān)測(cè)、霧霾監(jiān)測(cè)、大氣環(huán)境立體監(jiān)測(cè)等應(yīng)用系統(tǒng)提供高精度實(shí)時(shí)大氣參數(shù)信息，獲得了明顯的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益。

QFW-6000型微波輻射計(jì)產(chǎn)品在全國(guó)各區(qū)域已布設(shè)數(shù)十套，實(shí)踐證明，產(chǎn)品技術(shù)先進(jìn)、性能可靠，受到用戶肯定。本文選取一套在寧波運(yùn)行的QFW6000輻射計(jì)為例，對(duì)QFW-6000型地基多通道并行體制微波輻射計(jì)在海霧天氣過(guò)程下輸出產(chǎn)品情況進(jìn)行說(shuō)明。

圖1是此次海霧天氣過(guò)程中QFW-6000型微波輻射計(jì)的觀測(cè)數(shù)據(jù)，分別是大氣中水汽含量、云底溫度數(shù)據(jù)、云中液態(tài)水含量、大氣的相對(duì)濕度及溫度二維時(shí)空分布圖。

從相對(duì)濕度二維時(shí)空分布圖上可以看出，霧持續(xù)時(shí)間段為00：40-8：30；16：30-18：50，共發(fā)生兩次，霧垂直厚度約700米，霧區(qū)的相對(duì)濕度大于85%。

如圖中所示，在霧發(fā)生的第1階段、第2階段，伴有云層出現(xiàn)，云高在4000米和1500米左右，云厚2000米左右，云底溫度也一直維持在高值區(qū)域，這些觀測(cè)量都很好的表征了霧和云的空間分布，有效區(qū)分霧和云。

在霧產(chǎn)生過(guò)程中，大氣中水汽供應(yīng)充足，同時(shí)大氣層結(jié)穩(wěn)定，出現(xiàn)逆溫現(xiàn)象，逆溫高度在700米左右，有利于霧的產(chǎn)生和維持；到中午時(shí)分，大氣層結(jié)不穩(wěn)定，逆溫層消失，同時(shí)近地面相對(duì)濕度降低，霧隨之消散。這些實(shí)時(shí)觀測(cè)量有助于監(jiān)測(cè)海霧的生消，同時(shí)可為海霧預(yù)報(bào)提供重要參考量。

4 結(jié)論

本文對(duì)國(guó)產(chǎn)QFW-6000型微波輻射計(jì)在海霧觀測(cè)的方法進(jìn)行了詳細(xì)的論述，同時(shí)分析了QFW-6000型微波輻射計(jì)在海霧生消過(guò)程中的測(cè)量數(shù)據(jù)。結(jié)果表明，QFW-6000型微波射計(jì)可正確描述海霧生消的動(dòng)態(tài)變化，其輸出參數(shù)可應(yīng)用于海霧監(jiān)測(cè)，可為海霧監(jiān)測(cè)及預(yù)報(bào)預(yù)警提供必要依據(jù).

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介

篇2

1.引言

眾所周知，在雷雨季節(jié)里，強(qiáng)對(duì)流天氣不僅危及飛行安全，還常造成民航機(jī)場(chǎng)航班大面積備降、返航和延誤。加強(qiáng)對(duì)強(qiáng)對(duì)流天氣的研究，提高其短期預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率和臨近預(yù)報(bào)效率，對(duì)確保飛行安全、提高航班正常率具有重要的意義。為此，民航黑龍江空管分局組成了一個(gè)雷暴科研組，在前期科研成果[1]的基礎(chǔ)上，重新設(shè)計(jì)、研制了一套新的哈爾濱太平國(guó)際機(jī)場(chǎng)雷暴分析預(yù)報(bào)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了3個(gè)主要功能：一是實(shí)現(xiàn)了雷暴天氣形勢(shì)的自動(dòng)相似判別，二是實(shí)現(xiàn)了雷暴出現(xiàn)概率0-24h短期預(yù)報(bào);三是實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)對(duì)流天氣0-1h臨近預(yù)報(bào)預(yù)警。本文主要介紹其中的強(qiáng)對(duì)流臨近預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)平臺(tái)（以下簡(jiǎn)稱業(yè)務(wù)平臺(tái)）的設(shè)計(jì)、研制和應(yīng)用情況。

2.設(shè)計(jì)研制介紹

業(yè)務(wù)平臺(tái)的設(shè)計(jì)、研制工作始于2011年4月，初級(jí)版本完成于2012年4月，2012年5月并網(wǎng)投入試驗(yàn)，2012年9月通過(guò)民航東北空管局驗(yàn)收并投入業(yè)務(wù)運(yùn)行，2014年3-6月根據(jù)新的業(yè)務(wù)和技術(shù)需要完成了技術(shù)改造和軟件升級(jí)，并隨即投入業(yè)務(wù)運(yùn)行。

2.1 硬件設(shè)計(jì)

業(yè)務(wù)平臺(tái)及其關(guān)聯(lián)設(shè)備的硬件組成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為3部分，其一為雷達(dá)探測(cè)部分，其二為雷達(dá)回波數(shù)據(jù)文件的儲(chǔ)存、傳輸和交換部分，其三為業(yè)務(wù)平臺(tái)綜合分析處理部分，其中：1）雷達(dá)回波的探測(cè)由機(jī)場(chǎng)配置的天氣雷達(dá)來(lái)實(shí)現(xiàn)，并以引接的省臺(tái)天氣雷達(dá)為備份;2）雷達(dá)回波數(shù)據(jù)文件的儲(chǔ)存、傳輸和交換等由機(jī)場(chǎng)配置的氣象局域網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn);3）業(yè)務(wù)平臺(tái)綜合分析處理部分由1臺(tái)工作站和1臺(tái)A4激光打印機(jī)組成，并配備報(bào)警音響（如圖1所示）。

圖1 業(yè)務(wù)平臺(tái)及關(guān)聯(lián)設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖

圖1中，哈爾濱機(jī)場(chǎng)目前配置的天氣雷達(dá)，為民航黑龍江空管分局2010年9月新引進(jìn)的國(guó)產(chǎn)ADWR型C波段多普勒天氣雷達(dá)，該雷達(dá)已于2011年4月經(jīng)中國(guó)民航局批準(zhǔn)后在哈爾濱機(jī)場(chǎng)正式投入業(yè)務(wù)運(yùn)行;該雷達(dá)強(qiáng)度場(chǎng)有效探測(cè)半徑為200km，天線俯仰范圍為00-90o，探測(cè)定位分辨率為0.1o×150m，探測(cè)時(shí)間步長(zhǎng)設(shè)定為6min;該雷達(dá)在完成探測(cè)后隨即對(duì)強(qiáng)度場(chǎng)基本數(shù)據(jù)進(jìn)行噪聲門限及距離訂正、標(biāo)校等處理，還經(jīng)進(jìn)一步處理后輸出多種二次產(chǎn)品。圖1中所示的省臺(tái)天氣雷達(dá)是從黑龍江省氣象臺(tái)引接的天氣雷達(dá)，其型號(hào)與機(jī)場(chǎng)天氣雷達(dá)相似。這兩部雷達(dá)的回波數(shù)據(jù)文件在完成處理及本機(jī)存檔后又另存入氣象局域網(wǎng)，以備業(yè)務(wù)平臺(tái)調(diào)用。

2.2 軟件研制

業(yè)務(wù)平臺(tái)主體軟件和終端操作軟件設(shè)計(jì)在Windows XP及以上環(huán)境下運(yùn)行，其開發(fā)語(yǔ)言使用C#，其基本結(jié)構(gòu)按功能和研發(fā)技術(shù)的需要，設(shè)計(jì)劃分為數(shù)據(jù)讀取維護(hù)單元、數(shù)據(jù)插值處理單元、外推計(jì)算告警單元、綜合業(yè)務(wù)功能單元，其操作主窗體界面如圖2所示。限于論文篇幅，業(yè)務(wù)平臺(tái)軟件的編程過(guò)程及其相關(guān)技術(shù)措施、軟件操作方法等不再詳細(xì)介紹。

圖2 業(yè)務(wù)平臺(tái)操作主窗體示意圖

2.3 技術(shù)指標(biāo)

為業(yè)務(wù)平臺(tái)設(shè)計(jì)并最終實(shí)現(xiàn)的主要技術(shù)指標(biāo)有：

（1）具有標(biāo)準(zhǔn)、美觀的Windows簡(jiǎn)體中文界面和友好、快捷的人機(jī)互動(dòng)功能，并具有較強(qiáng)的兼容性，只需調(diào)整數(shù)據(jù)讀取方式，就能夠適應(yīng)其它類型天氣雷達(dá)。

（2）自動(dòng)、快捷地訪問(wèn)氣象局域網(wǎng)，讀取多普勒天氣雷達(dá)PPI、CAPPI數(shù)據(jù)，完成坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、回波數(shù)據(jù)插值處理、質(zhì)量控制等。

（3）自動(dòng)、快捷地完成雷達(dá)回波移動(dòng)矢量的計(jì)算、移動(dòng)矢量的質(zhì)量控制和再處理，并將回波移動(dòng)矢量特征直觀地屏顯出來(lái)。

（4）自動(dòng)、快捷地完成雷達(dá)回波的未來(lái)位置、形狀和強(qiáng)度的分析、推算并直觀屏顯，對(duì)監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)出現(xiàn)的強(qiáng)對(duì)流回波將及時(shí)以圖像閃爍和雷聲等方式告警。

（5）其它綜合功能，主要包括業(yè)務(wù)平臺(tái)的參數(shù)設(shè)置、監(jiān)測(cè)范圍預(yù)約、監(jiān)測(cè)強(qiáng)度預(yù)約、圖像打印輸出、圖形文件儲(chǔ)存、提供幫助信息等。

3.主要技術(shù)措施

3.1 算法簡(jiǎn)介

（1）采用的外推算法及其基本原理：業(yè)務(wù)平臺(tái)對(duì)雷達(dá)回波圖像的外推計(jì)算采用了交叉相關(guān)算法[2]，其基本原理是通過(guò)分析相鄰時(shí)次的雷達(dá)回波在一定區(qū)域內(nèi)的最優(yōu)空間相關(guān)性，建立相鄰時(shí)次的雷達(dá)回波的最佳擬合關(guān)系，計(jì)算回波區(qū)域移動(dòng)矢量，根據(jù)移動(dòng)矢量特征推算回波未來(lái)位置和形狀，并強(qiáng)對(duì)流臨近預(yù)報(bào)預(yù)警。

（2）算法主要特點(diǎn)：交叉相關(guān)算法是通過(guò)追蹤雷達(dá)回波的特征來(lái)計(jì)算移動(dòng)矢量、進(jìn)行回波外推的，因此對(duì)一定時(shí)段和一定范圍內(nèi)的雷達(dá)回波而言，這種算法既考慮了回波移動(dòng)大小和移動(dòng)方向的變化，又考慮了回波區(qū)域在移動(dòng)中的形變，具有一定的物理意義。據(jù)國(guó)內(nèi)外有關(guān)研究表明[2-6]，利用該算法計(jì)算回波移動(dòng)矢量、對(duì)回波進(jìn)行0-1h外推是有效的，這在本文所舉個(gè)例中也得到驗(yàn)證。當(dāng)然，文中采用的算法目前還只是一種線性外推方法，忽略了回波在移動(dòng)中的非線性變化、垂直運(yùn)動(dòng)、強(qiáng)度變化等因素，因此如果外推時(shí)間太長(zhǎng)就失去意義。

3.2 計(jì)算流程

（1）首先，把極坐標(biāo)數(shù)據(jù)格式的雷達(dá)回波進(jìn)行插值處理并轉(zhuǎn)換到三維直角坐標(biāo)中，選擇其中具有代表性的高度或角度的強(qiáng)度場(chǎng)數(shù)據(jù)，將其劃分為若干等同大小的正方形小區(qū)域，計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻t2與前一時(shí)刻t1的小區(qū)域前后之間的相關(guān)系數(shù)R（計(jì)算公式略）。

（2）然后，通過(guò)尋找最大相關(guān)系數(shù)來(lái)確定小區(qū)域之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系、計(jì)算回波移動(dòng)矢量：對(duì)t2時(shí)刻某小區(qū)域，找到它在t1時(shí)刻中相關(guān)系數(shù)最大的小區(qū)域，t1時(shí)刻的小區(qū)域即為t2時(shí)刻的小區(qū)域在Δt（=t2-t1）時(shí)段以前的移動(dòng)起點(diǎn)，計(jì)算出這兩個(gè)小區(qū)域中點(diǎn)之間的方向、距離，即為該小區(qū)域的移動(dòng)矢量。將各小區(qū)域的移動(dòng)矢量全部計(jì)算出來(lái)，就得到了整個(gè)雷達(dá)回波區(qū)域從t1時(shí)刻至t2時(shí)刻的移動(dòng)矢量特征。

（3）最后，對(duì)雷達(dá)回波區(qū)域移動(dòng)矢量進(jìn)行質(zhì)量控制處理，包括缺省區(qū)域插值處理、移動(dòng)矢量方向和移動(dòng)大小偏差處理后，根據(jù)回波移動(dòng)矢量對(duì)回波進(jìn)行外推計(jì)算，就可獲得整個(gè)回波區(qū)域的外推預(yù)測(cè)圖像。

3.3 回波數(shù)據(jù)

（1）數(shù)據(jù)的讀取處理：業(yè)務(wù)平臺(tái)軟件安裝在氣象局域網(wǎng)預(yù)報(bào)終端上，它通過(guò)訪問(wèn)氣象局域網(wǎng)雷達(dá)終端，讀取所需的強(qiáng)度場(chǎng)數(shù)據(jù)，隨即進(jìn)行插值處理和坐標(biāo)格式轉(zhuǎn)換，軟件根據(jù)需要在內(nèi)存中只保留了直角坐標(biāo)數(shù)據(jù)格式的5層CAPPI（2-6km）和14層PPI（0.5-19.5o）。

（2）數(shù)據(jù)可用性分析：由于強(qiáng)度場(chǎng)數(shù)據(jù)已經(jīng)過(guò)噪聲門限、距離訂正和標(biāo)校等處理，因此不再做類似處理;哈爾濱機(jī)場(chǎng)凈空條件較好，200km范圍內(nèi)沒(méi)有高大自然障礙物，只是機(jī)場(chǎng)周邊部分人工障礙物對(duì)雷達(dá)探測(cè)有一定影響。經(jīng)過(guò)插值處理和坐標(biāo)格式轉(zhuǎn)換后的強(qiáng)度場(chǎng)數(shù)據(jù)，只要選擇適宜的角度或高度，并經(jīng)過(guò)技術(shù)控制處理后，就可用于交叉相關(guān)分析和外推計(jì)算。

3.4 相關(guān)參數(shù)

（1）交叉相關(guān)小區(qū)域的劃分：用于交叉相關(guān)的正方形小區(qū)域大小要適宜，如果劃分太大就可能濾掉了一些小尺度信息，如果劃分太小則其包含的信息就不完整。鑒于新引進(jìn)的天氣雷達(dá)探測(cè)定位分辨率為0.1o×150m，程序設(shè)計(jì)中將小區(qū)域大小設(shè)定為4.8km×4.8km[3-5]，將相鄰2個(gè)小區(qū)域中點(diǎn)橫向和縱向間距設(shè)定為2.1km。

（2）交叉相關(guān)搜索范圍：在進(jìn)行交叉計(jì)算過(guò)程中，并不是將t2時(shí)刻某小區(qū)域與t1時(shí)刻所有小區(qū)域都進(jìn)行相關(guān)對(duì)比，而是限定在一個(gè)特定范圍內(nèi)進(jìn)行。對(duì)t2時(shí)刻某小區(qū)域在t1時(shí)刻的搜索范圍，劃定在以該小區(qū)域中點(diǎn)為圓心、r為半徑的圓形范圍內(nèi)[3-5]，這里r=Vmax?Δt，其中Vmax為回波最大可能移動(dòng)速度，將Vmax取值為100km/h，則r取值為10.0km。

（3）交叉相關(guān)計(jì)算步長(zhǎng)的控制：交叉相關(guān)的計(jì)算步長(zhǎng)影響移動(dòng)矢量的計(jì)算精度，程序設(shè)計(jì)中將t2時(shí)刻某小區(qū)域在t1時(shí)刻搜索范圍內(nèi)的相關(guān)計(jì)算步長(zhǎng)限定為3個(gè)格點(diǎn)[5]，這樣雖然計(jì)算量大一些，但卻提高了計(jì)算精度。

3.5 質(zhì)量控制

（1）數(shù)據(jù)質(zhì)量的控制[3-5]：為避免噪聲、地物雜波等造成的異常低值回波的干擾，將回波最低閾值設(shè)為12dBZ，當(dāng)某小區(qū)域中回波值小于12dBZ的格點(diǎn)數(shù)超過(guò)總格點(diǎn)數(shù)的40%，該小區(qū)域就作為缺省區(qū)處理;為避免地物回波、大氣折射虛假回波等造成的異常高值回波的干擾，將相關(guān)系數(shù)超出0.95的小區(qū)域作為缺省區(qū)處理。

（2）移動(dòng)矢量偏差的處理：由于一些雜波的影響、計(jì)算過(guò)程誤差及其它隨機(jī)因素，導(dǎo)致在移動(dòng)矢量計(jì)算出來(lái)后，常常有一少部分移動(dòng)矢量在移速或移向上與周邊的其它有效矢量存在明顯的差異，對(duì)此利用該移動(dòng)矢量周邊有效的矢量數(shù)據(jù)，用線性插值的方法來(lái)進(jìn)行平滑處理[5]、進(jìn)行計(jì)算質(zhì)量控制。

（3）適宜的范圍和高度[3-5]：鑒于業(yè)務(wù)實(shí)用性要求，回波強(qiáng)度場(chǎng)數(shù)據(jù)的水平范圍可控制在150km半徑范圍內(nèi);在使用CAPPI數(shù)據(jù)時(shí)主要使用3km高度數(shù)據(jù)，這是因?yàn)?km高度回波對(duì)于強(qiáng)對(duì)流降水系統(tǒng)具有一定的代表性;在使用PPI數(shù)據(jù)時(shí)主要使用0.5°仰角數(shù)據(jù)，這是因?yàn)檠鼋翘呔筒荒芡耆从尺h(yuǎn)距離區(qū)域的強(qiáng)對(duì)流信息。

3.6 圖像外推

（1）外推方式：采取線性平流外推，具備PPI外推和CAPPI外推2種外推方式;為有效追蹤強(qiáng)對(duì)流回波，還采取了用于監(jiān)測(cè)特定區(qū)域的特定外推方式來(lái)進(jìn)行回波外推，即設(shè)定一個(gè)回波強(qiáng)度監(jiān)測(cè)數(shù)值（比如≥30dBZ），臨近預(yù)報(bào)軟件將只對(duì)監(jiān)測(cè)值回波區(qū)域進(jìn)行外推，如果在外推圖像中存在監(jiān)測(cè)值回波信息，就將以雷聲提醒和圖像閃爍方式告警。

（2）外推時(shí)間：鑒于雷達(dá)探測(cè)時(shí)間間隔為6min，因此可以根據(jù)需要在1h內(nèi)進(jìn)行6min任意倍數(shù)時(shí)間外推，比如12min、18min、30min、60min等。在強(qiáng)對(duì)流天氣條件下，0-1h及時(shí)準(zhǔn)確的臨近預(yù)報(bào)必將為空管決策提供一個(gè)及時(shí)有效的重要依據(jù)。

（3）預(yù)報(bào)預(yù)警：至于如何根據(jù)回波外推預(yù)測(cè)圖像開展臨近預(yù)報(bào)預(yù)警業(yè)務(wù)、采取相應(yīng)的航空管制措施，需要經(jīng)氣象臺(tái)與管制部雙方協(xié)商后，依據(jù)民航有關(guān)規(guī)定制定一個(gè)可行方案來(lái)界定。

4.業(yè)務(wù)應(yīng)用情況

4.1 應(yīng)用效果

在2013-2014年、每年6-8月的雷雨季節(jié)里，業(yè)務(wù)平臺(tái)對(duì)哈爾濱機(jī)場(chǎng)每次出現(xiàn)的雷雨天氣過(guò)程都進(jìn)行了0-1h臨近預(yù)報(bào)預(yù)警應(yīng)用，其中，30min的雷達(dá)回波外推預(yù)測(cè)圖像與實(shí)況圖像的擬合率達(dá)到70.0%，60min外推預(yù)測(cè)圖像擬合率達(dá)59.0%，這表明業(yè)務(wù)平臺(tái)能夠輸出較為及時(shí)、準(zhǔn)確的臨近預(yù)報(bào)預(yù)警信息，在哈爾濱機(jī)場(chǎng)保障航班飛行安全和正常的日常氣象服務(wù)工作中發(fā)揮了積極作用，達(dá)到了預(yù)期效果。

4.2 個(gè)例演示

4.2.1 個(gè)例天氣概況

2014年6月7日，受冷渦系統(tǒng)影響，哈爾濱機(jī)場(chǎng)經(jīng)歷一次強(qiáng)雷雨天氣過(guò)程：19：32（采用北京時(shí)，以下同）強(qiáng)雷暴伴強(qiáng)降水滾滾而至，雷暴持續(xù)時(shí)間雖然很短，不到30min，但降雨量卻達(dá)20.6mm，并先后造成3個(gè)航班備降或返航、共10個(gè)航班延誤。下面是當(dāng)時(shí)采用PPI特定外推方式進(jìn)行強(qiáng)回波0-1h外推的應(yīng)用情況。

4.2.2 初始數(shù)據(jù)參數(shù)

初始數(shù)據(jù)為哈爾濱機(jī)場(chǎng)2014年6月7日18：21和18：27兩個(gè)時(shí)刻0.5oPPI回波圖（如圖3所示），其中設(shè)定回波強(qiáng)度監(jiān)測(cè)數(shù)值≥30dBZ（如圖3（b）中的黑色實(shí)線內(nèi)區(qū)域所示），其它計(jì)算參數(shù)與前文中所述的相同。

圖3 2014年6月7日0.5oPPI實(shí)況及移動(dòng)矢量圖

圖4 2014年6月7日0.5° PPI預(yù)測(cè)與實(shí)況對(duì)比圖

4.2.3 移動(dòng)矢量計(jì)算

利用圖3中的兩張回波圖，計(jì)算出回波區(qū)域的移動(dòng)矢量（見圖3（b）中的紅色箭頭）。從中可以看出，回波區(qū)域移動(dòng)矢量是不完全一致的，根據(jù)這些矢量外推出來(lái)的回波預(yù)測(cè)圖既反應(yīng)回波的移動(dòng)方向和移動(dòng)快慢，又反應(yīng)回波在移動(dòng)中的形變。

4.2.4 圖像外推預(yù)測(cè)

根據(jù)前期計(jì)算出來(lái)的回波區(qū)域移動(dòng)矢量，從外推起始時(shí)刻18：27開始進(jìn)行外推計(jì)算，先后外推出未來(lái)10張回波預(yù)測(cè)圖（每次運(yùn)行時(shí)間約為1min），限于篇幅，文中只演示30min、60min外推預(yù)測(cè)效果，如圖4所示，其中，左側(cè)為外推起始時(shí)刻18：27實(shí)況圖與強(qiáng)對(duì)流特定監(jiān)測(cè)區(qū)域的外推預(yù)測(cè)圖（圖4中暗紅陰影區(qū)域）的合成圖，右側(cè)為外推時(shí)間對(duì)應(yīng)的回波實(shí)況圖。

4.3 應(yīng)用分析

（1）個(gè)例效果分析：此次針對(duì)強(qiáng)對(duì)流回波監(jiān)測(cè)區(qū)域的每次外推，預(yù)測(cè)圖像與實(shí)況圖都較為接近，而且外推時(shí)間越短越更吻合：在30min外推預(yù)測(cè)圖像中（對(duì)應(yīng)時(shí)間18：57），預(yù)測(cè)圖像與實(shí)況圖相比，整個(gè)回波區(qū)域的強(qiáng)對(duì)流中心位置、范圍和形狀具有較好的吻合性，其中偏南和偏西有兩塊強(qiáng)對(duì)流區(qū)域在逐漸靠近機(jī)場(chǎng)，機(jī)場(chǎng)也就是從19：00開始聞雷。在60min外推預(yù)測(cè)圖像中（對(duì)應(yīng)時(shí)間19：27），強(qiáng)回波區(qū)域已經(jīng)抵達(dá)機(jī)場(chǎng)，與實(shí)際回波實(shí)況圖基本一致，雖靠近機(jī)場(chǎng)南邊的回波區(qū)域的形狀和范圍存在一定差異，但機(jī)場(chǎng)周邊的強(qiáng)回波區(qū)域的中心位置在預(yù)測(cè)圖與實(shí)況圖中相比仍比較接近，而機(jī)場(chǎng)也就是從19：32開始出現(xiàn)了強(qiáng)雷雨，這表明預(yù)測(cè)圖像與實(shí)況圖之間沒(méi)有明顯的時(shí)間差距，60min外推圖像仍是有效的、具有一定的參考價(jià)值。

（2）個(gè)例不足分析：此次外推應(yīng)用也存在一些不足，比如在30min外推圖像中，機(jī)場(chǎng)上空強(qiáng)回波區(qū)域左側(cè)的一塊在實(shí)況圖中其實(shí)已消散，在60min外推圖像中，強(qiáng)回波區(qū)前沿抵近機(jī)場(chǎng)，靠近機(jī)場(chǎng)南邊的回波區(qū)的形狀和范圍也存在一定差異，究其原因是因?yàn)槲闹惺褂玫幕夭ㄍ馔萍夹g(shù)暫不考慮回波在移動(dòng)過(guò)程中的強(qiáng)度變化。

（3）整體效果分析：在2013-2014年、每年6-8月共2a的應(yīng)用中，業(yè)務(wù)平臺(tái)對(duì)低氣壓、鋒面和高空槽等天氣系統(tǒng)造成的強(qiáng)對(duì)流回波具有較好的外推預(yù)報(bào)預(yù)警效果，但對(duì)冷渦系統(tǒng)造成的渦旋狀的強(qiáng)對(duì)流回波的外推效果相對(duì)較差一些。此外在采取CAPPI外推應(yīng)用中，發(fā)現(xiàn)CAPPI中心“空洞”影響外推計(jì)算效果，需要下一步進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)。

5.結(jié)束語(yǔ)

科研組基于哈爾濱機(jī)場(chǎng)多普勒天氣雷達(dá)和局域網(wǎng)絡(luò)等設(shè)施，采用交叉相關(guān)算法，設(shè)計(jì)研制的臨近預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)平臺(tái)，利用雷達(dá)回波在連續(xù)時(shí)次上的空間最優(yōu)相關(guān)性，計(jì)算回波的移動(dòng)方向和移動(dòng)大小，并采取了必要的回波數(shù)據(jù)質(zhì)量控制和計(jì)算過(guò)程質(zhì)量控制等措施，有效地遏制和避免了異常回波影響、計(jì)算偏差影響，這對(duì)外推預(yù)測(cè)強(qiáng)對(duì)流回波未來(lái)的位置和形狀、開展強(qiáng)對(duì)流天氣臨近預(yù)報(bào)預(yù)警在0-1h是有效的。當(dāng)然，目前科研組采用的回波外推方法還暫時(shí)只是一種線性算法，沒(méi)有考慮回波在移動(dòng)演變中的非線性變化、垂直運(yùn)動(dòng)、強(qiáng)度演變等，如果外推計(jì)算的時(shí)間太長(zhǎng)就失去意義?？蒲薪M計(jì)劃在下一步工作中將對(duì)業(yè)務(wù)平臺(tái)進(jìn)行技術(shù)再升級(jí)，將采取當(dāng)前更為先進(jìn)的處理技術(shù)[4-6]來(lái)改進(jìn)外推算法、完善臨近預(yù)報(bào)預(yù)警方法。

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