为什么气象雷达能定量估测降水？

科普中国网 2017-03-23

　　作者：沈岩

　　关键词：气象雷达降水量

　　今天是世界气象日。大家平时在看天气预报的时候，都了解到气象工作者会根据云图了解云层的情况，判断是否会有降水。但你有没有想过，气象工作者是怎么知道降水的量的？今天我们就来为大家介绍一种气象工作者常用的强大武器——气象雷达。

　　在气象台发布的预警信息中，我们常能听到一定时间内降水量的预报，例如“北京中北部未来两天降水量将达100毫米”，“据预测，华盛顿将有一场大暴雨，雨量达150毫米甚至更多”，等等。它们大多是利用数值天气预报模式由计算机算出来的。

　　气象学家还能利用一种叫做“天气雷达”的气象雷达来定量估测降水。气象雷达发射出电磁波，电磁波遇到空气中的雨滴、云滴、冰晶、雪花等会发生散射，返回的电磁波被雷达天线所接收并显示在屏幕上，气象学家根据回波图像可以得知大气中降水的强度、分布、移动和演变情况，以此了解天气系统的结构和特征。气象雷达能探测台风、局部地区强风暴、冰雹、暴雨和强对流云等，并能监视天气的变化。

　　但是，在雷达屏幕上，我们所能看到的只是雷达回波的强度、分布、移动和演变情况，气象工作人员又是怎样来定量估测降水的呢？通常情况下，雷达回波强度与降水强度具有相同的概率分布。气象台站会收集和统计不同地区、不同降水类型和不同降水强度的雨滴谱，也就是单位体积内各种大小雨滴的数量随其直径的分布，然后找到不同类型的降水的回波强度与其对应的降水强度之间的关系，比如层状云降水、对流云降水、地形云降水、干雪和湿雪等，这样就可以得到一组经验公式，用来定量估测降水。

　　实际工作中，为了利用气象雷达测量某区域在某时段的降水总量，可把区域、时间进行分割，然后对雷达测得的多个降水量进行累加或平均，这样可以去除随机误差的影响，使该区域上的雨量或平均强度比单点的瞬时强度更为准确，从而保证了估测精度。

　　近年来，气象雷达估测降水的技术也在不断翻新。而且，将设置在地面上的雷达组成网络，并利用以卫星为载体的雷达，就可实现大范围内的降水观测，可以弥补单点观测的不足。但是，利用雷达组网来进行定量监测及预报大范围降水，也会存在各种问题。例如，把组网的雷达回波图拼在一起时，拼图本身的技术问题，会使降水估测的精度达不到预期目的。而且，即使是同一型号的气象雷达，探测的结果也会有差别，例如各雷达的选址不同、雷达回波受到不同地形和建筑物的影响、有效覆盖区的雨量计站点分布密度不同等，这些因素都会影响结果，使组网后的数据出现误差，最终会影响预报质量。