稳定性层状云降水回波特征分析

wufei

今天，华东地区大部出现降水，这次降水为稳定性层状云降水天气过程。结合本次过程，详细介绍稳定性层状云降水雷达回波的有关知识。

一、定义
所谓层状云，是指水平尺度远远大于垂直尺度云团，由这种云团所产生的降水称之为稳定性层状云降水。降水区具有水平范围较大、持续时间较长、强度比较均匀和持续时间较长等特点。

二、雷达回波特征
1，回波强度特征
    在平显（PPI）上，层状云降水回波表现出范围比较大、呈片状、边缘零散不规则、强度不大但分布均匀、无明显的强中心等特点。回波强度一般在20-30dBz，最强的为45dBz。
    在高显（RHI）上，层状云降水回波顶部比较平整，没有明显的对流单体突起，底部及地，强度分布比较均匀，因此色彩差异比较小。一个明显的特征是经常可以看到在其内部有一条与地面大致平行的相对强的回波带。进一步的观测还发现这条亮带位于大气温度层结0度层以下几百米处。由于使用早起的模拟天气雷达探测时，回波较强则显示越亮，因此称之为零度层亮带。回波高度一般在8公里以下，当然会随着纬度，季节的不同有所变化。

2，回波速度特征
    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。在零径向速度型两侧常分布着范围不大的正、负径向速度中心，另外还常存在着流场辅合或辐散区。

3，零度层亮带
    如前所述，在平显仰角较高或者高显扫面时，总能在零度层以下几百米处看到一圈亮环或者亮带回波，亮带内的回波比上下两个层面都强。由于亮带回波总是伴随层状云降水出现，因此是层状云降水的一个重要特征。
    零度层亮带形成的原因，简要说一下：
    冰晶、雪花下落的过程中，通过零度层时，表明开始融化，一方面介电常数增大，另一方面出现碰并聚合作用，使粒子尺寸增大，散射能力增强，所以回波强度增大。当冰晶雪花完全融化后，迅速变成球形雨滴，受雨滴破裂和降落速度的影响，回波强度减小。这样就存在一个强回波带，说明层状云降水中存在明显的冰水转换区，也表明层状云降水中气流稳定，无明显的对流活动。

wufei

结合实际天气过程，看典型的层状云降水回波图。

图1、2、3是南通多普勒天气雷达回波强度图。图1是0.5°仰角强度图，从图中可以看出回波范围较大，强度基本维持在25-35dBz之间；图2是1.5°仰角图，已经能够看出零度层亮带的一些特征；图3更是能够看到以雷达站为圆心的一个亮环，实践证明仰角越高，亮环越明显。

wufei

再看速度图，图1为1.5°仰角，大范围风场结构很明显，零速度线呈“S”型分布，说明风向随高度顺转，为暖平流，靠近雷达站附近有速度大值区，图2中2.4°仰角图上明显的“牛眼”结构存在，说明低空有急流，急流方向东北偏东，风速随高度先增加后减小。这种配置有利于降水的持续。图3垂直风廓线显示自底层风向由东北转为偏东-偏南-西南-偏西，明显的顺转；风速由底层开始增加，到1.2公里至1.5公里增加为16m/s的偏东风，随后减小为12m/s的偏南风，然后风速随高度一直增加。

wufei

那么，雷达所测得的大气风场是否符合与实际风场相吻合呢，我们用实况资料来检验一下。

下面是5月22日20时micaps天气图，注意江苏南通地区的风向风速。

从地面到高空，风向风速与垂直风廓线相比拟合较好，说明天气雷达在测量大范围风场时与实际风向较为一致。

rolandsun

受教了，原来一直以为零度层和亮带是一个东西

rolandsun

3# wufei





来一张更清楚的亮带，这是双极化S波段雷达的水汽分类产品。
时间是7月，所以靠近雷达的是降水，中间碰到亮带判断粒子类型是WSNOW（湿雪），然后由于高度增加粒子全部为雪。

开尔文

国内没有多少业务运行中的双偏振雷达吧，上图是美国某地的产品？

wufei

7# 开尔文


国内也有不少厂家研制了双偏振多普勒天气雷达，有的已经做完试验工作了，但总体而言跟美国相比差距较大，主要是工艺和信号处理两方面不行。

在降水粒子的识别方面目前国内更是不行，还需要很大改进。

上图的确是国外的双偏振多普勒天气雷达，降水粒子类型识别已经做的很好了。

参宿四

气象多普勒雷达识别降水的粒子类型效果较好。

rolandsun

7# 开尔文
敏视达，韩国琵瑟山