天气雷达：立足“第一道防线”最前沿洞悉莫测风云
今年第3号台风“格美”已于7月25日19时50分在福建省莆田市秀屿区沿海登陆。在这场台风捕捉中，福建闽侯S波段双偏振相控阵天气雷达以其90秒、62.5米的超高时空分辨率大显身手，沿海5部S波段新一代天气雷达与11部X波段天气雷达组网，为台风监测和防御工作提供了有力保障。
在广袤的国土上，经过科学布局，我国已建成世界最大的天气雷达监测网。截至2023年参与气象监测的天气雷达约540余部，其以独特的探测能力和广泛的应用价值，在捕捉强对流等复杂灾害性天气方面展现出无可比拟的优势，可谓气象防灾减灾“第一道防线”上的瞭望者，实现了“千里眼观风云，瞬息间捕风影”。
不仅测雨，更是捕捉雷暴大风、冰雹甚至龙卷风的“利器”
面对入汛以来长江中下游地区的梅雨挑战，以及陕西、四川、河南等地频发的强降水，天气雷达以强大的探测能力，筑牢了守护民众生命财产安全的重要防线。
在湖南的持续强降雨过程中，全省12部天气雷达连续高效运行4896小时，数据完整性达到99.97%，为气象预报提供了坚实的数据支撑。在桃源县最强降水过程来临前，双偏振雷达产品的应用使暴雨红色预警信号提前3小时发布，为群众紧急转移赢得了宝贵时间。夷望溪镇村民刘华平回忆：“就在我们撤离后不久，村子就出现滑坡，房子被压垮了，路也被拦住了。”经过一夜奋战，桃源县成功转移2175户5797人。
从天气雷达技术的发展历程看，天气雷达起初只能用来测雨，在应用需求和科技创新的驱动下，其逐渐发展成把脉极端天气和短临预报服务的“利器”。
福建福州S波段相控阵双偏振天气雷达
“降水探测只是天气雷达的基本功能之一，它还时刻关注大气运动情况，支撑形成更为精准的天气预报结论，进而对雷暴大风、冰雹和龙卷等天气提前发出预警。”中国气象局气象探测中心雷达应用室主任吴蕾表示，相比单纯的测雨雷达，两者在探测范围、高度等方面都存在差异。
天气雷达的探测范围更广，不仅包括实时落到地面上的雨，还侧重于提前分析大气状态，从而能够尽早地发现和捕捉灾害性天气。以最常见的S波段天气雷达为例，其预警的最大探测范围为460公里，定量探测范围为230公里，在距离雷达6公里处就可观测从近地面到2公里高度的大气状况，在距离雷达30公里处，就可观测到近地面到10公里高度的大气状况。正是这种大范围的观测能力，能够对灾害性天气做到防患于未然。
7月22日，今年第4号台风“派比安”在海南万宁沿海登陆。在其登陆前，气象部门通过天气雷达探测数据研判“派比安”发展动态。其中，西沙雷达探测到台风呈明显的不对称结构，强降水云带主要在西南象限；上川岛、阳江新一代天气雷达逐小时轮换运行不同的扫描模式，其中VCP11（5分钟内扫描14个具体仰角）模式发挥出高仰角更为精细的特点，助力台风前侧风暴、龙卷的精细化探测，为提高台风路径和强度预报准确率提供数据支撑。
海南万宁新一代天气雷达系统
一年前的7月7日，移动风廓线雷达、微雨雷达等多种探测设备加密监测形成的雷达数据表明，辽宁省朝阳市的北票市及朝阳县之间对流系统具有强烈旋转的中小尺度涡旋，且存在龙卷风涡旋特征。北票市气象台及时发布雷雨大风橙色预警信号，并提醒可能伴有龙卷，致灾风险高，公众切勿外出。
警报拉响后，全市所有涉河工程、城市建筑工程停工；37个非煤矿山工人升井撤离，全部停产；景区暂时关闭，游客全部劝返；全市城乡大型户外活动全部取消。在气象预警发出44分钟后，天气雷达在北票市马友营乡识别到龙卷风涡旋特征和中气旋，再次确认龙卷风的发生。天气雷达的“慧眼”成功为百姓抢出应对时间。
这样例子数不胜数……天气雷达在探测复杂天气现象方面的卓越能力，满足了气象监测对精细化、高时效性的迫切需求，极大地降低了自然灾害带来的人员伤亡和财产损失。
上规模成体系，天气雷达“家族”协同配合构筑复杂天气防御网
那么，天气雷达何以显神通，其原理、分类和作用是什么？作为探测大气中云雨状态及其变化的重要装备，天气雷达通过发射电磁波，利用云雾、雨、雪等降水粒子对电磁波的散射和吸收，来探测降水粒子空间分布、运动规律及物理特征等。
作为灾害性天气探测领域的“国之重器”，天气雷达不仅是洞察极端天气的“慧眼”，更是短临预报服务中不可或缺的“利剑”。华云集团高级工程师、敏视达公司雷达专家张持岸介绍，天气雷达能够探测和预警强对流天气过程，包括短时强降水、雷暴大风、冰雹和龙卷等强致灾性天气。“目前，在强对流的短时临近预报业务中，尤其是0至2小时的临近预报中，天气雷达系统能够对强天气过程进行精细化定量探测、连续快速跟踪，与专业的气象算法和服务产品相配合，是强对流预警服务最直接、最有效的工具。”
湖北宜昌五峰雷达站的X波段天气雷达
天气雷达的种类也是非常丰富的。吴蕾介绍，根据波段不同，天气雷达可分为S波段、C波段和X波段天气雷达，并对应不同的探测范围。依据对空间中粒子运动的监测能力来划分，天气雷达可分为多普勒天气雷达和非多普勒天气雷达。从天气雷达发射电磁波的极化特征来看，也可分为单偏振天气雷达和双偏振天气雷达，以监测降水粒子的形态。随着技术的发展，依据雷达天线技术的不同，除了传统抛物面天气雷达，还新增了相控阵天气雷达。
此外，天气雷达的布局广泛而完善。气象部门充分考虑了高影响天气系统过程、人口密度、经济状况、地理环境等诸多因素，以保障人民生命财产安全。在年降水量400毫米以南地区布设S波段天气雷达、以北地区布设C波段天气雷达。同时，在重点区域加密布设具有高时空分辨率的X波段天气雷达，以获取更加精细化的监测信息。
浙江淳安X波段雷达
随着技术的发展，天气雷达对于复杂性天气的监测和物体特征也更加精细，即不仅探测基本的降水强度，还能监测粒子的形状、大气中的液态水含量以及降水运动状态等特征。除了预警监测范围在460公里和400公里的S波段和C波段天气雷达以外，中国气象局及各地气象部门也在积极建设预警监测范围150公里的X波段天气雷达。通过不同类型天气雷达间的相互配合、协同观测，可以挖掘更精细的降水及大气运动信息，以更好地理解大气物理规律，提前研判即将到来的降水状况，综合预判洪涝等灾害的发生。
“中国气象局所布设的天气雷达网已经有20多年的发展历史，从探测精度、探测范围、专业化气象算法和产品、业务应用流程等方面有一套成熟可靠的产品质量体系和应用体系。”张持岸表示，不同波段的雷达相互取长补短、协同配合，在降水估测的定量化应用方面具有更高的精度以及更广的监测范围，为我国复杂天气的监测和预警加筑了一层安全可靠的“防御网”。
下一步，我国将持续推进天气雷达观测网的建设工作，预计到2035年，将在年均降水量400毫米线以南的县级以上行政区以及偏远的易受灾地区实现天气雷达的全覆盖。
作者：李倩 罗澜 于桐（张宏伟、张倩、闫冬雪、郝静、王晓雷、周旭辉、张冰清、李冬梅、张晓晨对本文有贡献）
原标题：《天气雷达：立足“第一道防线”最前沿洞悉莫测风云》