经典雷达资料-气象雷达-4

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1、·872·第23章气象雷达微爆现象Fujita和Caracena[65]首先发现了发生在1975年的一宗客机坠毁事件是由于微爆现象所引起的。图23.4描述了微爆现象及它对在飞机起飞和降落时的影响。简单地说，微爆现象就是来自对流暴风雪的小规模、短持续时间的向下气流，当这种气流碰撞地面时引起气流“爆炸”。这种“爆炸”的气流径向地扩散，形成0.3～1km高、直径为2～5km的发散的气流环。飞机在穿越微爆区时，首先遭遇增强的顶风，持续一段时间后，由于顶风减弱使飞机运转失灵，当飞机在刚好降落前或正好起飞时遭遇到微爆，则会引起飞机坠毁。关于微爆及其对飞行安全的影响在Fujita[66][6

2、7]和McCarthy，Serafin[68]的论文中有更完整地描述。图23.4微暴现象的艺术表达及微暴对飞机起飞的影响在接近地面时，速度的丧失是极度危险的。微爆的检测如同飓风的检测一样，是通过切变估计来完成的。然而，在微爆的情况下，通常测量的是径向速度的径向切变。在增强的彩色径向速度分析监视器上，受过训练的观察员能很容易地人工解释微爆现象的特性[50]。微爆现象可观察到从10～50m/s的径向速度的差异。在喷气式飞机跑道的长度上（»3km），径向速度的差异为25m/s时，微爆现象就很严重了。对于微爆现象，一个基本的问题是它们的持续时间短，其数量级为15min。峰值强度的持续时

3、间只有1～2min。1984年，《分类、定位和避开风切变计划》（CLAWS）[69]清楚地证明，藉助于多普勒雷达和人工解释的方法对微爆现象可得到提前2min的警报。然而，实际使用多普勒雷达时，要求的是完全自动的检测算法。第二个主要问题是地杂波。由于微爆现象都发生在靠近地面并且降雨量非常小或根本无降雨的区域，因此减轻地杂波的影响是必要的。·872·第23章气象雷达C波段可作为优选工作频段有几个方面的原因。第一，在同一波束宽度的情况下，C波段的天线比S波段的天线要小，这是用于机场附近雷达的一个重要的考虑因素。第二，因为对于气象雷达来说，远距离的检测不是十分重要，衰减的影响也不是首要

4、考虑的因素。第三，C波段能提供较高的信杂比性能。因为X波段在大雨环境下会产生比较严重的距离-速度模糊和衰减，所以一般不被选为气象雷达的工作频率。机场附近部署多普勒雷达网络的工作预期在20世纪90年代初开始。冰雹NEXRAD雷达将运用与Witt和Nelson所讨论的相似的冰雹检测算法[70]。这种算法是将高的反射率系数与回波高度、上层径向速度的散度结合起来检测冰雹的发生。最后，极化分集技术也可提高对冰雹的定量检测效果。Aydin，Seliga和Balaji[71]提出了以正交的极化对反射率测量的冰雹检测技术。这种技术依赖于如下事实：当冰雹出现时，水平方向和垂直方向反射率的比值为1

5、（»0dB）。这一点与大雨环境下是截然不同的。在大雨环境下，这个比值可能大到6dB。水平极化的绝对反射率系数和水平极化与垂直极化（不同的反射率）反射率的比值的结合给出了大雨和冰雹的特殊特性。它们都以高反射率因子为其特征。不同反射率特性的区别是容易解释的。大雨滴在下落时呈薄饼形，因此雨滴后向散射的水平极化电场比垂直极化电场要强得多。由于冰雹块形状上的无规则性，下落时好像要翻滚跌倒，所以平均来说在冰雹跌落时不能显现出特定的方向。风的测量Lhermitte和Atlas[72]首先描述了如何用单部多普勒雷达测量水平风速的垂直剖面。若雷达扫描区域中的降雨量和风速都很均匀，就可以应用这个技

6、术。这种方法取决于仰角固定情况下对雷达全方位扫描期间所测得的径向速度的分析。如图23.5所示，对任意斜距r，扫描区域的直径为，测量的高度为（其中，为仰角）。若b为波束的方位角，Vh为水平风速，Vf为降水粒子的降落速度，则雷达在斜距r上测得的径向速度为（23.50）用谐波分析可以得到水平风速Vh、风向及降水粒子的降落速度Vf。这种技术被称为径向速度-方位-显示（VAD）技术。后来，Browning和Wexler[73]描述了如何推广这种技术来测量包括风场的发散和畸变等其他风场参数。Baynton等人[49]描述了如何用彩色增强型径向速度显示器来实时应用VAD。雷暴雨预测Wilso

7、n和Schreiber[74]描述了如何用现代多普勒气象雷达来探测新一轮雷暴雨可能发生的位置。现代雷达有足够的灵敏度以探测到2～4km的低层晴空大气的不连续性。这种探测主要发生在夏季几个月里。后向散射机制可能是由低层大气和（或）由昆虫引起晴空湍流而使晴空大气的折射率不均匀引起的。Wilson和Schreiber·872·第23章气象雷达发现夏季发生在落矶山脉前沿的90%的雷暴雨都集中在这些边界。因为任何云出现前这些边界就会被探测到，又因为通过多普勒测量能够推断空气团会沿这些边界集中，所以对雷