东边晴西边雨 雷达重新“布阵”助力预警

多波段组网天气雷达协同观测布局

组网S波段雷达之一 采访对象提供

工作人员在观察组网反射率 本报记者 陶磊 摄

本报记者 马丹

超大城市强对流天气频发，呈现短时、局地、迅猛的特点，时常上演“东边晴西边雨”的景象。然而，局地在哪里？是雨、还是冰雹？对流是增强还是减弱？如何才能捕捉强对流天气的轨迹，提前作出精准预警？

上海市气象局对标“观测精密、预报精准和服务精细”的要求，在多波段组网天气雷达自适应协同观测方面科技创新，让已有雷达重新“组队布阵”，提升“协同作战”的能力——以组网“大”雷达（S波段）精准识别对流目标，指挥“小”雷达（X波段）自动智能跟踪强对流单体，快、精、准获取对流多维结构，提升了灾害性天气监测的时效性和强对流判识的精准度，助力超大城市多灾种早期预警。

记者从上海市气象局了解到，目前，协同观测融入预报预警流程，能提前预判、识别冰雹等多种局地对流天气，提高了预警准确率、延长了预警时效。

大小雷达“联手”优势互补

从昨天下午起，北方的低涡和台风“珊珊”联手，副热带高压断裂成东西两环，弱冷空气加水汽，在申城掀起了一场较大范围的雷雨。

11时30分，组网S波段天气雷达就已经捕捉到了对流信息，迅速调集X波段雷达对管辖范围内强对流云团进行垂直扫描，捕捉雷暴云团的发展轨迹。基于雷达协同观测和其他预报产品，预报员综合研判，滚动更新发布精细化预警信息：12时15分，上海中心气象台发布雷电黄色预警信号，14时35分发布暴雨、大风蓝色预警信号；分区预警也“遍地开花”，浦东、崇明、嘉定等区域争先恐后地拉响了暴雨黄色、雷电黄色、大风蓝色等多个预警信号，浦东还触响了冰雹黄色预警。

14时50分左右，浦东新区果然暴雨如注，上海北部、东部对流都比较旺盛。到了下班时段，局部地区的累积雨量已经达到了大雨到暴雨的量级。然而，同一时段里，西部和南部却显得有点“风平浪静”，甚至有些区域几乎没受到雨水的影响。

闵行的网友调侃道：“上海最近下了好几场雨，几乎没有被‘局’到，是不是太幸运了！”也有市民表示：雨下得太让人捉摸不透，不看分区预警根本不知道雨会下在哪儿。

在实际业务中，协同观测已融入预报预警流程，构建了从数据获取到短临应用的业务链条。组网S波段雷达从数据获取、组网融合、风暴识别到形成协同策略参数，整个过程只需30秒；同时，当系统捕捉对流目标的踪迹时，基于预警圈内识别的风暴自动剖面，迅速生成“目标、聚焦、启动”的指令，X波段雷达已实现100%自启动功能，根据对流过程发展在40秒到2分钟周期内完成多维观测，提升强天气目标的监测识别预警能力。

“以前，这些雷达可能各自为战，现在，多波段雷达‘抱团’了。”协同观测团队负责人尹春光介绍说，S波段雷达就像是一个“大局观”很强的指挥官，它能够看得更远，监测大范围的天气情况，但它受到波段和扫描方式的限制，捕捉强对流云团时容易出现盲区；X波段雷达则像一个“细节控”，尤其针对冰雹的连续垂直观测，角度可以精确到0.1度，每40秒就能上下“点头”一次的精细观测使得它能够深入了解天气系统的垂直结构。“这种互补的协同观测方式，就像是一场精彩的团队合作，相互配合，能够更全面、更准确地了解天气情况。”

不断调整智能指挥系统

多波段组网天气雷达自适应协同观测，不仅是雷达与雷达的“合作无间”，整个过程更是自动智能，能完成强对流天气下高致灾单体目标智能跟踪、智能分配任务、智能指挥X波段雷达的自适应观测。“大雷达（S波段雷达）能够智能地识别危险云团，划分警戒区域，像指挥官般自动下达命令，告知小雷达（X波段雷达）强对流天气系统的具体位置和范围，让小雷达对这个目标进行更详细的观测”。

每一个天气系统都不是百分百相同的。在跟踪对流的过程中，大小雷达的自适应协同观测要保持稳定性、连续性、正确性和精确性，并不是一件容易的事。在实际应用中，多波段雷达组网也在不断发展和完善。尹春光说，为了让大小雷达的自动作业更“聪明”，每场观测她和同事们都守在电脑边“观摩”，充当一个不插手的“旁观者”。“有时候很沮丧，小雷达切过去可能什么都没发现。有时候明知道可能会出错，却不得不将错就错。就这样，不断积累错误，不断调整算法及参数。”

如今，雷达组网的自适应协同观测稳定、高效、智能——晴空降水模式会自动切换，根据对流过程演变智能调整观测模式，从垂直扫描和快扫描的组合方式到连续的垂直扫描，“看”到气流的上升、下降，冰雹在垂直空间里的卷动过程等，从而精确探测冰雹云的发展和移动路径。

强对流天气预报是难题

电视剧《繁花》中常见雨天，一是因为导演王家卫擅长雨景拍摄，二也是上海雨量充沛的真实写照。身处亚热带季风气候，申城深受暴雨、雷电、台风等气象灾害影响。

据上海中心气象台介绍，在天气系统中，暴雨、冰雹、龙卷风等属于中小尺度的灾害性天气。它们通常有生命史短、强度大、范围小等特点，会在很短的时间内给局部地区造成破坏。因此，对这类天气系统进行准确的监测和预报预警，却是天气预报工作的难点之一。

天气雷达正是监测短时强降雨、雷暴等天气的“慧眼”，也是短临天气预报预警的“利器”，为天气预报员提供了重要的参考数据。在我国，中尺度灾害天气一级监测系统建设起步于上世纪80年代，华东区域开始进行雷达联防。1997年，在中国气象局和上海市政府的大力支持下，全国第一部业务化多普勒天气雷达在浦东南汇落成，短时灾害性天气监测预警能力获得了显著提高。“但是，近年来，随着极端天气频发，传统的雷达组网模式已不能完全满足超大城市精细化治理需求，这也是为什么我们从2018年开始，探索多波段组网天气雷达自适应协同观测试验，以弥补传统雷达盲区、提升精细化观测能力。”

“一代人有一代人的使命，老一辈雷达人经历艰苦的岁月，将天气雷达引入国内并开创了天气雷达建设的新局面，我们站在‘巨人的肩膀’上去探索观测新方法新技术，这是责任。在上海市科委项目和中国气象局的支持下，组网天气雷达协同观测方案成为中国气象局重要的试验方案之一，获得专利、标准等多个成果和全国创新项目等多个奖项。”尹春光感慨道。

今年夏天，世界气象组织秘书长席列斯特·绍罗访问上海时，充分肯定了大小雷达协同观测对强对流天气的监测效益，为多灾种早期预警提供了经验和示范。上海的多波段组网天气雷达协同观测是组网雷达应用的一种解决方案和一种观测方法，推动了观测预报“咬合式”发展，提升了灾害性天气目标观测时空分辨率，获取更多的要素和天气特征，在提升人影作业精确性和机动观测方面展现广泛的应用前景。

未来，上海市气象局将继续完善雷达协同观测机制和产品，形成可借鉴的技术和系统；拓展协同应用领域，继续从雷达“小协同”迈向观测“大协同”，为超大城市早期预警示范建设提供上海经验。