空军双偏极化气象雷达观测成效与应用.PDFVIP

空軍雙偏極化氣象雷達觀測成效與應用 呂崇華 空軍氣象聯隊氣象中心 摘 要 本文為利用空軍氣象聯隊新一代 C 頻雙偏極化都卜勒氣象雷達進行馬公降雹個案，並進 一步對雹暴對流系統特徵之觀測分析，由雙偏極化水象粒子分類產品初步證實了雙偏極化雷 達分辨水象粒子功能的成效，並經由密集的觀測資料，了解強對流胞發展的演變過程。 雙偏極化雷達，傳送水平及垂直極化電磁波且接收受極化的反散射訊號，經由交互作用 的訊號差異，可反演或估算獲得水象粒子的大小、數量、形狀、指向、降落行為以及熱力相 態等訊息，藉由其分辨水象粒子的能力及氣象雷達原本就是近距離監控劇烈天氣系統利器的 特性，將能更有效提供航線或戰演訓區域天氣系統之三維結構，預期本聯隊新一代氣象雷達 提升案將提升航空氣象觀測作業品質、效率及精確度，進而改善機場短時天氣預報，達到對 危害性天氣之監測及預警效果，以維護飛航安全。 關鍵字：雙偏極化雷達、水象粒子分類 一、前言 里內，天氣的型態、結構與發展。 1.1 、新一代氣象雷達-觀測雨滴圓、扁 「 雷 達 」 一 詞 是 英 文RADAR 的 音 譯 (Radio 傳統的天氣雷達傳送和接收平行於水平電場的線 Detection And Ranging的縮寫) ，原意是無線電探(檢)測和 性電磁波輻射，而具有雙偏極化功能之新一代氣象雷達 測距。雷達是利用無線電電磁波發現目標探測，並測定 不止可傳送和接收水平方向，也包括垂直方向的電場電 目標位置、速度和有關參數的軍、民、科技用電子裝備， 磁波輻射。 具有發現遠距離目標，即時測定目標，能全天候使用等 由於直徑大於1mm的雨滴在下落的過程中，會受到 特點。 空氣阻力的影響而變成扁球狀，因此電磁波所照射的水 氣象雷達是目前全球氣象單位所運用的高解析度氣 象粒子可能不是球體(小雨滴趨近於圓形，大雨滴呈扁平 象遙測工具之ㄧ，當雷達波束投射到雲、降水粒子上時， 狀，雨滴越大越扁平) ，因此這些非球狀水象粒子反散射 雲、降水粒子就會產生散射現象。其中向後方散射的部 截面的水平及垂直極化並不會相同，而電磁波傳播經過 份，散射波重新返回到雷達天線處，並在雷達顯示器上 降雨區將會遭受到散射(scattering) 、差異衰減(differential 顯示出各種圖像，這就是所謂的雷達回波。雷達回波強 attenuation) 、差異相位差(differential phase shifts)以及退 度不僅取決於雷達系統各參數的特性，而且和被觀測的 極化(depolarization)等各種改變訊號的因素，也因此可以 雲、降水粒子的性質有關，還與雷達和被觀測目標之間 由電磁波傳播所產生的訊號改變資訊，來估算或反演獲 的距離以及其間大氣狀況有關。只有把這些要素分析清 得水象粒子的大小、形狀、指向以及熱力相態等訊息， 楚，才能根據所觀測出的雷達參數強度去推斷雲、降水 使得具有雙偏極化功能雷達可計算出雨滴數目隨形狀的 的物理狀況。經由氣象雷達觀測可充分獲得周遭數百公 變化，進而準確估計出降雨量，同時分類降水型態，如 雨滴、冰晶、雪花、冰雹、過冷水等。 偏極化氣象雷達觀測資料首度運用於冰雹偵測的可行 1.2空軍氣象聯隊首先完成作業用升級 性，驗證各參數對冰雹的反應及未來在實際天氣監測作