雷达对热带风暴的判读

纯气旋台风的多普勒速度模拟图
3 台风不同阶段回波分布和变化
不同的台风之间，一个台风的不同发展阶段， 雷达观测到的降水回波千差万别，有时台风回波 分布很典型，而有时却残缺不全。造成台风回波 的这种差异可能与下列原因有关。
（1）不同发展阶段和运动状况时，回波不同。 初生阶段，回波松散，洋面上积雨云团还形不成 螺旋带状，尽管已有一定规律。但一般没有明显的 台风眼。 发展阶段，台风的结构特征如螺旋雨带、眼壁等 逐渐明显，雨带分布渐趋对称。到台风的成熟阶段， 一般也是台风雷达回波最典型的时候。
（4）外螺旋带
内螺旋带外，是若干条向内旋转，但一般不与 台风主体回波相连的螺旋状回波带，称为外螺旋带。 这里是层状云降水的若干条次雨带，这里没有强风， 垂直运动较弱。
台风回波的RHI和切向风速廓线
飞机探测到的台风Alicia（1983）的RHI雷达回波和切向风速廓线 （飞行高度1.5km）
2 台风的多普勒速度特征
下图为实测的台风多普勒速度图象，图中台风 眼清晰可见，若取几何中心为台风中心，则图中它 与雷达之间的距离为直径的圆即为真实速度圆。
实测台风多普勒速度图 象中的真实速度圆
当台风中心靠近雷达时，假定此时台风中心位 于雷达中心方向上135°，距离15公里处，模拟显示 的最大速度只有30m/s，雷达无法测量到极大切向风 速。台风越靠近雷达时，测得的速度中心值越小。 显然，当台风中心位于雷达站点时，雷达测得的速 度全为零值。因此当台风的极大风速半径（30公里） 大于雷达到台风中心的距离时，存在多普勒速度特 征失真现象，就不能根据上述方法来估测台风的极 大风和极大风速圈半径，只能结合回波强度场特征 和其他产品来判断。
5 台风移动的雷达回波标志
（1）利用台前飑线的分布来推测台风中心的移动。 在许多情况下，台风的前进方向先有飑线出 现，称为台前飑线，台前飑线的走向近似地与台 风的移动方向相垂直。因此，当发现不断移来的 台前飑线的走向发生变化时，可能预示着台风中 心的移向已经发生了改变。 （2）近眼壁的具有略为不同的交叉角的两条回波 带的汇合常常发生在台风中心的前面，当螺旋雨 带的这种分布发生变化时，预示着台风中心的移 动可能已发生了变化。
一般的山和岛屿对台风，尤其对成熟的强台风 几乎没有影响，而面积大的岛屿对台风路径和强度 都有明显的影响。在西太平洋和我国南海地区，对 台风影响最显著的是菲律宾群岛，其次是台湾岛和 海南岛。 台风通过岛屿时，降水回波的变化主要表现在： 眼的直径变大，完整的眼壁回波断裂，形成所谓的 “残眼”或“开眼”，完整的螺旋雨带结构也被破 坏。岛屿对台风的这种影响，可能主要是由于向台 风中输入的水汽含量大为减少的缘故。台风与陆地 的摩擦作用也是一个原因。
（一）用雷达眼确定台风中心位置 一个发展完整的台风，大多数都有眼壁回波， 可以用雷达眼确定为台风的中心位置。对于存在 同心双套圆眼、圆心眼、椭圆形眼和半圆环眼的 台风，可以将雷达眼的几何中心确定为台风中心。
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实践证明，绝大多数台风雷达眼中心与实际的 台风中心基本上是一致的。 对于呈现破碎眼、不规则眼和无眼的台风，用雷达 强度回波来确定台风中心则存在着非常大的困难， 这时可以借助多普勒速度场确定台风中心。
实际业务使用时，事先在透明纸上做好螺旋角 为10°、15°、20°的三条螺旋线，根据实际的台 风螺旋雨带分布，选取最适合的一条螺旋线，然后 定出螺旋线中心位置，即台风中心位置。 如下图3.6.3是用α=15°的螺旋线确定台风中心 的一个例子。
用α =15°的螺 旋线确定台风 中心的实例
用这种方法，在台风没有雷达眼时一般也能较 迅速准确地确定台风中心的位置，平均误差约 10~20km，这主要与螺旋线的选择有关。当台风降 水分布比较零散时，雷达站最好使用多站资料的雷 达综合回波拼图，然后再选择合适的螺旋线来确定 台风中心的位置。
（１）蓝金（Rankine）模式
环流中心(其速度为零)， 起，切向速度线性增加到 “核半径”处达到最大值， 核半径以外切向速度以与距 环流中心距离成反比的方式 递减。中气旋的尺度就是用 R核半径（或核直径）的大 小来衡量的。r≤R的区域称 为旋转核区。描述气旋旋转 运动的关键参数是核半径R 的大小和该半径处的最大旋 转速度。
（2）最大风速半径Rmax和最大风速Vsmax的确定 当台风距离越远，且Rmax较小时，正负速度中 心的连线和零速度带的交点可近似台风中心，其正 负速度中心的值即为台风最大风速值 ，正负速度中 心连线的一半即为最大风速半径Rmax。 当台风较远或Rmax值较大时，上述方法产生的 误差较大。应利用鼠标功能确定正负速度中心所在 径线，而后分别作这两条线的垂线，其交点即为台 风中心位置，而台风中心和正或负速度中心之间的 距离即为Rmax，正或负速度中心的值即为Vsmax， 如图所示
（3）在台风眼壁回波中，有时可以观测到特别强的 小块回波区，称为高强度点。它一般出现在台风移 去的方向上，我们可以追踪这种高强度点的位置， 大致确定台风的移向。
6 台风雷达回波在预报中的应用
（一）利用雷达回波定性地判断强度及其演变 （1）由雷达眼的形状推断 一般情况下闭合圆形眼，范围小的眼，或双眼 都是强台风；由开眼向闭合眼发展的，或向双眼演 变的，也说明台风正在增强。 （2）由眼壁的垂直发展高度推断 一般情况下眼壁回波越高，台风强度愈强。台 风眼壁区与台风中心附近的狂风暴雨相联系，如果 一个台风的眼壁愈厚，一般情况下这个台风愈强。
（4）由台风前飑线位置和数目推断 台风前飑线是最先进入雷达探测范围、与台风 活动直接有关的回波，它出现的条数多，离台风中 心远，也是强台风的特征。
7 台风中可能出现的灾害性天气
台风引起的灾害性天气，主要是台风大风、台 风暴雨和台风引起的海潮以及台风中的中小尺度强 对流天气，如龙卷等。
（1）判断台风登陆后的大风范围
雷达眼 眼墙（Eye Wall） 内螺旋带 外螺旋带
（1）台风眼
台风中心呈圆形的无回波区域，称为雷达（台 风）眼。它与无雨弱风的台风眼基本一致。在台风 实际业务中，根据台风的台风眼回波结构特征，可 以将其分为同心双套圆眼、圆心眼，椭圆形眼、半 圆环眼、破碎眼、不规则眼和无眼等七类。
(a)
(b)
(c)
（5）台风区域大气物理状况对雷达观测有影响
台风中不同地区由于气象要素的分布异常造成 的电磁波的不正常传播，可以使不同地点的两部雷 达观测到的同一台风的回波图象很不相同，一部雷 达观测到的台风回波可能显示的很好，而另一部雷 达却可能几乎什么也看不到。
4 台风中心的雷达定位
准确地确定台风中心的位置，是了解台风活动 情况、分析预报台风天气的基础工作之一。
（2）警戒台风暴雨 台风暴雨主要有两种：第一类暴雨主要出现在 台风登陆之前，台风中心登陆后降水很快减弱。第 二类暴雨主要出现在台风中心登陆后，而在台风的 前半圆没有什么强回波，主要强螺旋雨带集中在台 风的后半圆。 一个地区要连降暴雨，必须要有源源不断的水 汽供应，持续的水汽供应既有利于台风的维持，也 是形成特大暴雨的最根本的条件。 天气雷达探测要注意监视其它降水回波系统与 台风降水系统合，并且得到加强重新形成新的降水 回波系统的可能性。这种合并过程在雷达上直观、 及时而准确。
(d)
(e)
(f)
(g)
一般而言，强台风多数出现同心双套圆眼和圆 心眼，中等强度的台风则呈现椭圆形眼和半圆环眼， 弱台风则多数出现破碎眼、不规则眼或无眼。
（2）眼墙（Eye Wall）
雷达眼外围的环状强回波区称为眼墙或眼壁 （Eye Wall）。它由垂直发展旺盛的对流云构成， 是台风中的狂风暴雨区。眼壁的直径在12~80km 之间，宽度一般为20~30km。
（3）内螺旋带
眼壁之外，有若干条向内旋转与眼壁相连的螺 旋状回波带，称为内螺旋带。 内螺旋带是由较强的对流云构成的中尺度螺旋 状回波带，大部分集中在台风的某一方位，一般在 前半部较多，后半部较少。少数发展完好的台风， 内螺旋带比较对称。进一步观察可以发现，螺旋形 雨带是由一个个单体组成。带上的每一个单体都是 围绕着台风眼从新生到消亡作反时针切向运动，而 整个雨带则是相对于台风眼向外扩张，并作反时针 旋转。
台风中的最大风速出现在台风中心附近的眼壁 云墙处，宽度约2～20km。台风最大风速的分布也是 不对称的，通常在台风前进方向的右前象限最强。 雷达警戒小而强的台风特别有效，这种小台风直径 只有200km左右，但在它的眼壁附近存在一条很狭窄 的强风带。这条强风带虽然影响范围不大，但破坏 极其严重，有类似龙卷破坏的性质。
（3）有台风螺旋雨带区域（也是台风中主要的风雨 区）的强度、范围推断 一般情况下，如果螺旋雨带的回波反射率和相 应的范围大，则这个台风的强度也强，而且螺旋雨 带的演变趋势也反映了台风强度的演变趋势。 螺旋雨带的连续性和对称性，也是台风强度和 发展阶段的一个标志。一般在台风的成熟期，螺旋 雨带的连续性好，分布对称，而且稳定。螺旋雨带 的结构，也与台风发展有关，在成熟台风中，这种 螺旋带结构紧密，层次清晰。
台风中经常出现雷暴活动。在台风的发展阶段， 雷暴常常很强。当台风成熟时雷暴减弱到最少。在 台风的衰减期，雷暴活动又趋增强。最多的雷暴活 动位于台风的强风圈内，在台风经过以后，雷暴活 动最易见到，因而雷暴活动的出现常常被认为是台 风即将解体衰亡的标志。 台风内部的雷暴主要集中在两个部位：一是台 风外围孤立的积雨云团或台前飑线中，一是台风眼 壁的强对流云中。台风外围的雷暴主要发生在台风 倒槽和台风切变线中。
雷达对热带风暴的判读
台风是我国东南沿海地区夏秋季节的主要灾害 性天气。伴随台风而来的狂风、暴雨和海潮往往给 国民经济和人民的生命财产造成严重的损失。利用 雷达探测台风，并与气象卫星资料、天气图资料相 结合，可以大大提高台风预报的时效和精度。
1 台风的雷达强度回波特征
台风是生成在热带海洋上的巨大的气旋性涡旋。 台风的雷达强度回波一般都具有下图的形式 ：
台风Dora移到高温海面时的回波演变
(a)
(b)
(c)
(d)
作为一个相反的例子，原来没有台风眼和眼壁的台 风Dora进入29℃高温的暖湾流时，眼区回波不断 增长，螺旋雨带也逐渐完整，终于形成了一个典型 台风的回波分布。
（4）雷达与台风的相对位置不同
雷达与台风的相对位置不同，观测到的台风降水 回波分布有时也会不同。尤其在用机载雷达观测时， PPI上回波图象在飞机飞近台风中心时有着明显的变 化；螺旋雨带变得不明显了，在台风中心附近只看到 一个孤立的环状回波。这是由于在飞机向台风中心飞 近时，螺旋雨带被雷达波束照射的厚度越来越薄，散 射体积变小了，接收功率和dBz值也变小了，使回波 分布看起来变形了。
（3）海水温度对台风降水回波分布的影响。 现在已经确认，海水温度对台风的发生、发 展、维持都有至关重要的作用。 判断一个热带风暴是否会发展时，第一个条 件就是那里的海水温度至少应超过27℃。
一个台风在日本南部洋面上的演变（富士山）
上图是日本富士山雷达探测到的台风降水回波 分布。在22日01时以前，台风东北象限的降水回波 一直在发展扩大，但到22日12时，在充满降水回波 的地方出现了一个空洞，16时后空洞进一步扩大， 几乎占了台风雨区的一半范围。由于这是发生在海 上，并且在雷达回波的远端仍然观测到了降水回波， 因此这片无回波显然不是由于地形遮挡或降水衰减 造成的。事后分析当时的海水温度发现，这里原来 是一个22℃的低温区。
当台风减弱，或登陆后，首先是回波分布的对 称性破坏，各种回波特征也逐渐不明显。 由于台风的主要生命期大都在广阔的洋面上， 很难用陆基雷达连续跟踪它们，因而在不同时间、 不同地点取得的台风雷达回波图形可能出现各种各 样的情况。 （2）地形对台风的影响。
当台风受海上岛屿影响强度发生变化时，台风 的降水分布也会发生变化。岛屿对台风的影响决 定于岛屿的面积和地理特征。
（二）利用螺旋雨带回波确定台风中心的位置 方法：用最小二乘法得出大多数螺旋雨带能适 用的方程是 Lnr=A+Bθ 式中r是螺旋线中心到螺旋线上任一点的径向距离， A、B是常数，B=tgα，α是螺旋线与以螺旋线中心为 圆心的圆弧之间的夹角，称为螺旋角，它常表示台 风辐合的强弱，台风辐合愈强，这个角越小。θ是向 径r与参考坐标轴之间的夹角。