遼河三角洲濕地鳥類活動(dòng)的雙偏振天氣雷達(dá)回波特征*

姚 文 張 晶 余清波 曾婭杰 程 雷 張國(guó)平李 黎 崔福濤 趙 月

1 遼寧省營(yíng)口市氣象局，營(yíng)口 115001 2 吉林省氣象信息網(wǎng)絡(luò)中心，長(zhǎng)春 130062 3 遼寧省大石橋市自然資源事務(wù)中心，營(yíng)口 115100 4 遼寧省丹東市氣象局，丹東 118001 5 中國(guó)氣象局公共氣象服務(wù)中心，北京 100081

提 要： 利用2018—2020年3年的營(yíng)口CINRAD/SA單、雙偏振天氣雷達(dá)資料，對(duì)探測(cè)到的遼河三角洲濕地及周邊區(qū)域的鳥類清晨離開棲息地的活動(dòng)進(jìn)行分析，結(jié)果表明：遼河三角洲及附近濕地鳥類活動(dòng)存在明顯的季節(jié)變化和明顯的日變化。雷達(dá)能夠探測(cè)到的飛鳥回波集中在7月下旬到10月中旬，其中8—9月最為明顯；飛鳥回波出現(xiàn)時(shí)刻與天亮?xí)r刻呈現(xiàn)明顯的正相關(guān)性。飛鳥回波在反射率產(chǎn)品上呈現(xiàn)明顯的圓環(huán)形態(tài)特征，最強(qiáng)可以達(dá)到40 dBz以上；在速度產(chǎn)品上呈輻散特征；在大風(fēng)速情況下，飛鳥回波明顯向下風(fēng)向偏移。飛鳥回波的差分反射率(ZDR)分布不均勻，最大可達(dá)3～7 dB。飛鳥回波的相關(guān)系數(shù)(CC)小而均勻，與地物回波不同，與回波反射率因子強(qiáng)度相關(guān)，當(dāng)反射率強(qiáng)度大于30 dBz時(shí)，相關(guān)系數(shù)介于0.7～0.8，當(dāng)反射率強(qiáng)度小于30 dBz時(shí)，相關(guān)系數(shù)大都小于0.6。雙偏振天氣雷達(dá)產(chǎn)品對(duì)飛鳥回波的識(shí)別有明顯的優(yōu)越性，可以有效地在降水中剔除飛鳥回波，提高短時(shí)臨近預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性；但差分相移率(KDP)和粒子分類產(chǎn)品(HCL)對(duì)飛鳥回波沒有反映。

引 言

新一代天氣雷達(dá)最主要的功能就是探測(cè)降水回波的分布和強(qiáng)度的變化情況，但同時(shí)也會(huì)探測(cè)到一些非降水回波，如地物回波、海浪回波、昆蟲和鳥的回波、大氣折射指數(shù)脈動(dòng)引起的回波、云的回波等(俞小鼎等，2006)，這些非降水回波有時(shí)夾雜在降水回波中，與降水回波相似，對(duì)雷達(dá)探測(cè)質(zhì)量產(chǎn)生一定的影響。因此有大量的氣象工作者開展雷達(dá)質(zhì)量控制試驗(yàn)研究(黃琴等，2018；黃興友等，2018；張林和楊洪平，2018)。研究發(fā)現(xiàn)，很多非降水回波也具有一定的發(fā)展變化規(guī)律，例如火災(zāi)產(chǎn)生的大量煙塵可以被天氣雷達(dá)探測(cè)到，其回波形態(tài)、發(fā)展高度、徑向速度等都有一定的規(guī)律，浙江(黃克慧等，2013)、福建(張深壽等，2017)、云南(徐八林等，2020)等地氣象工作者對(duì)火災(zāi)的雷達(dá)特征進(jìn)行了詳細(xì)研究，并開發(fā)相應(yīng)的預(yù)警軟件，實(shí)現(xiàn)了天氣雷達(dá)對(duì)山火的監(jiān)測(cè)預(yù)警功能。

除探測(cè)林火外，天氣雷達(dá)還可以探測(cè)到生物的大規(guī)模遷徙活動(dòng)。美國(guó)氣象學(xué)家通過觀測(cè)分析證明了WSR-88D天氣雷達(dá)可以為鳥類的長(zhǎng)距離遷徙和局部有規(guī)律的飛行運(yùn)動(dòng)提供詳細(xì)的信息(Gauthreaux and Belser，1998)，天氣雷達(dá)可以作為遙感工具對(duì)大氣中的鳥類和昆蟲進(jìn)行生物學(xué)研究，同時(shí)分析還表明大規(guī)模的飛鳥活動(dòng)對(duì)天氣雷達(dá)探測(cè)質(zhì)量會(huì)產(chǎn)生一定的影響，雷達(dá)生物學(xué)研究有一定的必要性(Zrnic and Ryzhkov，1998；Hubbert et al，2018)。我國(guó)也有一些學(xué)者應(yīng)用天氣雷達(dá)在生物識(shí)別方面做了大量研究工作，焦熱光等(2018)對(duì)北京多普勒天氣雷達(dá)上的昆蟲回波進(jìn)行分析表明，多普勒天氣雷達(dá)可以探測(cè)昆蟲遷飛，在遷飛性害蟲監(jiān)測(cè)預(yù)警及其綜合防控工作中具有重大的潛在應(yīng)用價(jià)值。朱軼明等(2019)對(duì)我國(guó)新一代天氣雷達(dá)生物回波的雷達(dá)物理量特征和長(zhǎng)江中下游地區(qū)天氣雷達(dá)生物回波的發(fā)生發(fā)展規(guī)律進(jìn)行了深入研究，并利用上海南匯WSR-88D雙偏振天氣雷達(dá)進(jìn)行生物回波識(shí)別與分析，結(jié)果表明，S波段天氣雷達(dá)無法分辨生物單體，但在春季有大規(guī)模生物遷飛的時(shí)段能夠?qū)ハx成層定向遷飛的現(xiàn)象進(jìn)行有效識(shí)別；滕玉鵬等(2020)通過對(duì)雷達(dá)同距離多普勒速度進(jìn)行低通濾波處理的方法，將定向遷飛生物從大氣湍流產(chǎn)生的晴空回波中分離出來，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)定向遷飛生物的跨海遷飛活動(dòng)，并利用美國(guó)KICT雷達(dá)對(duì)2012年9月30日夜間的一次生物遷徙過程進(jìn)行驗(yàn)證，依靠多普勒速度和反射率因子，將定向遷飛的鳥類從昆蟲中分離。

昆蟲和飛鳥回波是天氣雷達(dá)上常見的生物回波，是晴空回波的主要成因之一。由于鳥類的體型較大、含水量比較高，天氣雷達(dá)上可以捕捉到鳥類的活動(dòng)，尤其是鳥類在黎明時(shí)刻集體外出覓食時(shí)，由于密度較大，在天氣雷達(dá)上可以明顯地看到由于鳥類活動(dòng)而引起的回波變化。本文利用2018—2020年3年的營(yíng)口天氣雷達(dá)資料對(duì)探測(cè)到的遼河三角洲濕地及周邊區(qū)域的鳥類清晨離開棲息地的活動(dòng)進(jìn)行分析，并以2019年9月15日飛鳥回波為例，分析飛鳥回波在雙偏振天氣雷達(dá)上的主要特征。雷達(dá)資料中2018年為單偏振，2019—2020年為雙偏振。

本文識(shí)別飛鳥回波主要通過天氣雷達(dá)的回波形態(tài)進(jìn)行判斷，黎明時(shí)分飛鳥離巢時(shí)在雷達(dá)反射率產(chǎn)品上會(huì)呈現(xiàn)出圓環(huán)型態(tài)向外圍輻散的回波，出現(xiàn)時(shí)刻和地點(diǎn)具有明顯的規(guī)律性。

1 營(yíng)口天氣雷達(dá)探測(cè)飛鳥回波時(shí)間分布

1.1 飛鳥回波出現(xiàn)時(shí)間年變化

通過對(duì)2018—2020年3年的雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，飛鳥回波最早出現(xiàn)在7月下旬，其中2018年最早出現(xiàn)在7月20日，2019年最早出現(xiàn)在7月19日，2020年最早出現(xiàn)在7月20日，飛鳥回波在最初幾天強(qiáng)度弱，持續(xù)時(shí)間短，范圍小，僅出現(xiàn)在大遼河流域下游。8月以后飛鳥回波范圍逐漸增大，8月中旬到9月中下旬飛鳥回波最為明顯。8—9月除出現(xiàn)大范圍降水無法識(shí)別的情況外，每天均能探測(cè)到飛鳥回波。因非汛期營(yíng)口天氣雷達(dá)僅在有降水過程時(shí)才連續(xù)開機(jī)，10月以后雷達(dá)探測(cè)數(shù)據(jù)不連續(xù)，以2020年為例，最后一次探測(cè)到飛鳥回波是10月16日，強(qiáng)度較弱，之后的雷達(dá)探測(cè)數(shù)據(jù)中再未出現(xiàn)飛鳥回波。

雷達(dá)探測(cè)到飛鳥回波的年變化規(guī)律可能與鳥類的季節(jié)性變化和大氣狀態(tài)的季節(jié)性變化等多種影響因素有關(guān)，本文中不做重點(diǎn)分析。

1.2 飛鳥回波出現(xiàn)時(shí)間日變化

圖1為2020年7—9月飛鳥回波出現(xiàn)時(shí)刻和當(dāng)?shù)靥炝習(xí)r刻對(duì)比，缺失的數(shù)據(jù)為雷達(dá)未開機(jī)或因出現(xiàn)大范圍降水無法識(shí)別。從圖中可以看出，飛鳥回波出現(xiàn)時(shí)刻和天亮?xí)r刻呈現(xiàn)一致的變化趨勢(shì)，因雷達(dá)每6 min探測(cè)一組數(shù)據(jù)，所以雷達(dá)最早探測(cè)到飛鳥回波的時(shí)刻與實(shí)際應(yīng)出現(xiàn)的時(shí)刻會(huì)有0～6 min的時(shí)間差，從平均狀態(tài)來說，在晴朗的天空狀態(tài)下，天亮后的10 min左右，雷達(dá)上可以看到飛鳥回波；在陰雨天，受云層影響，實(shí)際的天亮?xí)r刻會(huì)有所推遲，相應(yīng)的飛鳥回波出現(xiàn)的時(shí)刻也會(huì)推遲；在大范圍降水中飛鳥回波無法識(shí)別，但在分散性降水中，仍然可以在天亮?xí)r刻過后探測(cè)到飛鳥回波。

飛鳥回波的持續(xù)時(shí)間與強(qiáng)度呈正相關(guān)，回波強(qiáng)度強(qiáng)、范圍大時(shí)，持續(xù)時(shí)間也長(zhǎng)，8—9月明顯的飛鳥圓環(huán)狀回波可以持續(xù)1 h左右，1 h以后由于飛鳥四散，密度降低，回波明顯減弱，逐漸融合到地物回波、晴空回波之中，無法識(shí)別。

2 營(yíng)口天氣雷達(dá)探測(cè)飛鳥回波空間分布

營(yíng)口雙偏振天氣雷達(dá)位于營(yíng)口大石橋蟠龍山頂，海拔高度為0.23 km，距離雷達(dá)150 km處0.5°仰角高度上海拔高度達(dá)到2.82 km。營(yíng)口雙偏振天氣雷達(dá)對(duì)鳥類活動(dòng)的有效距離在150 km左右，隨著距離增加雷達(dá)波束展寬增大，探測(cè)飛鳥回波精度下降；同時(shí)波束高度隨距離增加而增大，近地面的鳥類活動(dòng)無法探測(cè)到。

圖1 2020年7—9月雷達(dá)探測(cè)到的飛鳥回波出現(xiàn)時(shí)刻和當(dāng)?shù)靥炝習(xí)r刻對(duì)比Fig.1 Comparison between the time of bird echo detected by radar and local daybreak time from July to September in 2020

對(duì)2018—2020年3年的飛鳥回波進(jìn)行統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，7月下旬開始出現(xiàn)飛鳥回波，最初幾天僅在大遼河下游小范圍內(nèi)出現(xiàn)弱的飛鳥回波，7月底到8月初飛鳥回波范圍迅速增大，不同年份飛鳥回波出現(xiàn)的位置會(huì)有小范圍變化，但大的區(qū)域基本一致，分布在遼河三角洲、遼河流域、大遼河流域、大凌河流域及營(yíng)口到大連濱海一線，其中以遼河三角洲范圍最大。以2019年9月15日為例，營(yíng)口天氣雷達(dá)探測(cè)到的明顯的飛鳥回波有23處(即環(huán)形飛鳥回波初始出現(xiàn)的地點(diǎn))，如圖2 中紅色圓圈所示，主要分布在大連、營(yíng)口、盤錦的沿海濕地，其中遼河三角洲地區(qū)分布最為密集，另外沿遼河、大遼河也是主要區(qū)域，營(yíng)口境內(nèi)除沿海外還有2個(gè)小區(qū)域鳥類回波較為明顯。在渤海西岸也有疑似飛鳥回波出現(xiàn)，由于雷達(dá)探測(cè)范圍的限制，回波強(qiáng)度弱、持續(xù)時(shí)間短，無法確定該區(qū)域飛鳥回波具體情況。

據(jù)研究表明，遼河三角洲濕地是目前世界上保存最好、面積最大、植被類型最完整的生態(tài)地塊，是西伯利亞至東南亞水禽遷徙路線上的中轉(zhuǎn)站和目的地，是遷徙水禽的棲息和繁殖地，遼河三角洲濕地的鳥類有17目46科238種，其中水禽114種(索安寧等，2009)。飛鳥的密度、種類、飛行距離，直接影響飛鳥回波的強(qiáng)度和范圍。

雷達(dá)每天探測(cè)到的飛鳥回波的強(qiáng)度和范圍并不相同。飛鳥回波一般出現(xiàn)在較低仰角上，當(dāng)近地面出現(xiàn)超折射時(shí)回波會(huì)向下彎曲，更容易觀測(cè)到飛鳥離巢活動(dòng)。圖3是2019年9月15日08時(shí)錦州探空?qǐng)D，可以看到地面到925 hPa上存在明顯的逆溫，同時(shí)濕度向上迅速遞減，出現(xiàn)明顯的“干暖蓋”，這是超折射形成的非常有利的條件。在圖2 所示0.5°仰角雷達(dá)圖上可以看到，有大量的輻輳狀排列的短線，并相互彌合成片狀，這是由超折射造成的地物回波；雷達(dá)100 km半徑內(nèi)存在明顯的晴空回波，回波強(qiáng)度較弱，大都在15 dBz以下，飛鳥回波就鑲嵌在晴空回波之中。

圖2 2019年9月15日營(yíng)口雙偏振雷達(dá)監(jiān)測(cè)到的飛鳥回波情況(紅色圓圈內(nèi)為飛鳥回波，下同)Fig.2 Bird echo detected by Yingkou S-B Dual-Polarization Weather Radar on 15 September 2019(red circle: the echo of bird, the same below)

圖3 2019年9月15日08時(shí)錦州探空?qǐng)DFig.3 Jinzhou sounding map at 08:00 BT 15 September 2019

3 飛鳥回波的雙偏振天氣雷達(dá)特征分析

在單偏振天氣雷達(dá)產(chǎn)品中，當(dāng)飛鳥回波鑲嵌在降水回波中時(shí)不易被識(shí)別出來；但在雙偏振天氣雷達(dá)產(chǎn)品中，偏振參量產(chǎn)品可以很好地從降水回波中識(shí)別出飛鳥回波。下文以2019年9月15日遼河三角洲附近飛鳥回波為例，分析其雙偏振天氣雷達(dá)產(chǎn)品特征。

3.1 反射率隨時(shí)間變化特征

圖4展示了營(yíng)口天氣雷達(dá)0.5°仰角上遼河三角洲濕地附近的飛鳥離巢時(shí)反射率因子變化情況。2019年9月15日遼河濕地附近天亮?xí)r刻在05:04左右，日出時(shí)刻在05:31左右。從雷達(dá)反射率回波變化上可以看到，最早在05:05雷達(dá)上開始出現(xiàn)少量斑塊狀回波，強(qiáng)度在20 dBz左右，略強(qiáng)于周圍的晴空回波；05:11斑塊狀回波增多、面積增大，強(qiáng)度明顯加強(qiáng)，達(dá)到40～45 dBz，最大為47 dBz；05:17斑塊狀回波面積迅速增大，呈現(xiàn)圓形結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度達(dá)到40～45 dBz，最大為51 dBz；05:22開始圓形回波迅速擴(kuò)大，并相互疊加，隨著鳥飛離棲息地，逐漸呈現(xiàn)圓環(huán)結(jié)構(gòu)，到05:46反射率因子強(qiáng)度開始下降，原因可能是隨著鳥向四面八方飛，距離變大，密度減小而造成的；06:09雷達(dá)上回波較為零散，強(qiáng)度在20～25 dBz；06:27以后環(huán)形回波徹底消失。

圖4 2019年9月15日05:05—06:09營(yíng)口天氣雷達(dá)0.5°仰角上遼河濕地附近反射率因子變化Fig.4 Reflectivity factor variation of Yingkou S-Band Dual-Polarization Radar at elevation 0.5° near Liaohe River Wetland from 05:05 BT to 06:09 BT 15 September 2019

3.2 徑向速度特征

從初始時(shí)刻到環(huán)形回波消失共持續(xù)1 h 20 min左右。05:05—05:51環(huán)形最大半徑為30 km左右，判斷鳥的飛行速度最大約為11 m·s-1(40 km·h-1)。在徑向速度圖上(圖5b)，可以看到環(huán)境場(chǎng)為東北風(fēng)，飛鳥環(huán)形回波鑲嵌其中，呈明顯的輻散特征，最大徑向速度中離開雷達(dá)的速度為8～10 m·s-1，向著雷達(dá)的速度為-14～-12 m·s-1，均值為11 m·s-1，與反射率推算值相當(dāng)。

飛鳥回波除了向四周呈圓環(huán)形擴(kuò)散外，還存在整體偏移的現(xiàn)象，與近地面的風(fēng)速風(fēng)向呈明顯的相關(guān)性。如圖6所示，為2019年9月11日和12日飛鳥回波偏移情況，從對(duì)應(yīng)徑向速度圖上可以看到，11日近地面為東北風(fēng)，12日為西南風(fēng)。以紅點(diǎn)標(biāo)識(shí)位置做參考，兩天中飛鳥回波初始位置基本一致，11日在東北風(fēng)背景下，飛鳥回波向西南偏移，12日在西南風(fēng)背景下，飛鳥回波逐漸向東北偏移，風(fēng)速與偏移程度相關(guān)性本文未做定量分析。

3.3 譜寬產(chǎn)品特征

根據(jù)定義，譜寬表征有效照射體內(nèi)不同大小的多普勒速度偏離其平均值的程度，與距離庫(kù)中各個(gè)反射體的運(yùn)動(dòng)速度和方向的差別成正比。譜寬產(chǎn)品表征了速度的一致性情況，高譜寬區(qū)蘊(yùn)含著平均徑向速度一般有較大的不確定性。從譜寬產(chǎn)品(圖5c)與反射率產(chǎn)品(圖5a)及速度產(chǎn)品(圖5b)的對(duì)比圖中可以看到，速度方向一致的區(qū)域譜寬數(shù)值大約在3～4 m·s-1，在正負(fù)速度相接處個(gè)別位置譜寬的數(shù)值比較大，可以達(dá)到6～8 m·s-1，對(duì)比反射率圖可以看出，出現(xiàn)較大譜寬的位置主要是有兩個(gè)或多個(gè)飛鳥環(huán)形回波重疊的位置，說明這些位置鳥兒飛行的方向不同，進(jìn)而造成譜寬數(shù)值較大。

3.4 差分反射率特征

差分反射率反映的是水平偏振的反射率因子和垂直偏振的反射率因子之比，對(duì)于水滴等氣象目標(biāo)，差分反射率“大正值表示水平方向的扁平物，大負(fù)值表示垂直方向的扁平物體，接近零的值表示球體或隨機(jī)方向的粒子集合”，研究表明這一結(jié)論并不適用于生物散射體，生物體的偏差源于多種原因，包括生物多樣性和種群特征以及雷達(dá)系統(tǒng)的精確波長(zhǎng)等(Stepanian et al，2016)。在一個(gè)環(huán)形飛鳥回波中，鳥的飛行方向和個(gè)體大小差異性較大，差分反射率分布不均勻，差分反射率最大可達(dá)3～7 dB(圖5d)。

3.5 相關(guān)系數(shù)特征

在相關(guān)系數(shù)上，飛鳥回波數(shù)值非常低(圖5e)。與周圍的地物雜波或晴空回波相比有明顯的不同。晴空回波和地物雜波沒有規(guī)律性，相鄰兩個(gè)距離庫(kù)CC值可以相差很大，可以從0.1左右直接跳變到0.9以上，地物回波在0.5以上居多，晴空回波中有大量的距離庫(kù)數(shù)值超過1。飛鳥回波整體數(shù)值都非常低，但與反射率因子強(qiáng)度有一定的相關(guān)性，當(dāng)反射率因子強(qiáng)度達(dá)到30 dBz以上時(shí)，相關(guān)系數(shù)大都在0.7～0.8，當(dāng)回反射率因子度小于30 dBz時(shí)，相關(guān)系數(shù)大都小于0.6，其中在0.1～0.3居多。在相關(guān)系數(shù)上，飛鳥的環(huán)形特征明顯可見。

圖5 2019年9月15日飛鳥回波的(a)反射率因子(ZH),(b)徑向速度(V),(c)譜寬產(chǎn)品(SW),(d)差分反射率(ZDR),(e)相關(guān)系數(shù)(CC)Fig.5 Bird echo observed by Yingkou S-Band Dual-Polarization Radar on 15 September 2019(a) ZH, (b) V, (c) SW, (d) ZDR, (e) CC

圖6 2019年9月11日和12日飛鳥回波在反射率上的偏移情況及對(duì)應(yīng)徑向速度情況(紅點(diǎn)所示為同一位置)Fig.6 The shift in reflectivity of the bird echo on 11 and 12 September 2019 and the corresponding radial velocity (red dot: the same location)

3.6 差分相移率和粒子分類產(chǎn)品

在雙偏振天氣雷達(dá)的算法中，相關(guān)系數(shù)小于 0.8 時(shí)不計(jì)算差分相移率的值，因此飛鳥回波對(duì)應(yīng)的差分相移率圖上基本都為空洞(圖略)。飛鳥回波屬于生物回波，但在粒子分類產(chǎn)品上并未識(shí)別出生物回波(圖略)，說明雷達(dá)在本地的粒子分類算法中還需要進(jìn)一步改進(jìn)，以適應(yīng)本地的監(jiān)測(cè)需求。

4 飛鳥回波對(duì)雷達(dá)產(chǎn)品質(zhì)量的影響

對(duì)2020年7—9月飛鳥回波進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，從7月23日出現(xiàn)飛鳥回波開始，到9月30日共計(jì)70 d，其中有11 d因雷達(dá)關(guān)機(jī)無法探測(cè)，有6 d出現(xiàn)大面積降水回波而無法識(shí)別飛鳥回波，其余53 d均識(shí)別出飛鳥回波。在53 d中，有21 d在飛鳥回波出現(xiàn)時(shí)刻其周邊伴有降水回波，有16 d飛鳥回波較強(qiáng)，雷達(dá)將飛鳥回波識(shí)別為雷暴單體。

4.1 錯(cuò)誤的識(shí)別為雷暴單體

2019年9月15日個(gè)例中，05:22—05:56遼河三角洲濕地附近有幾個(gè)鳥群飛行時(shí)相互交疊，回波強(qiáng)度比較大，最大達(dá)到47～51 dBz，雷達(dá)自動(dòng)識(shí)別成雷暴單體，并進(jìn)行標(biāo)號(hào)(圖7a)?？梢娪捎诖罅可锞奂a(chǎn)生的回波反射率也可以達(dá)到很高的數(shù)值，對(duì)災(zāi)害性天氣的探測(cè)產(chǎn)生一定影響。從相應(yīng)的單體特征產(chǎn)品上可以看到(圖7b)，回波頂高均在1 km 左右(受雷達(dá)靜錐區(qū)影響，在該處的探測(cè)高度是8 km 左右，遠(yuǎn)超過單體回波頂高度)，質(zhì)心高度和最強(qiáng)反射率高度都在0.5 km以下(雷達(dá)最低仰角探測(cè)高度在460 m左右)，液態(tài)水含量基本為0。由此可見鳥類集體外出覓食時(shí)，飛行高度比較均勻，在1 km 以下，大都集中在0.5 km高度以下。

4.2 對(duì)降水判斷的影響

飛鳥回波從發(fā)生到消亡有一定的持續(xù)時(shí)間，其強(qiáng)度與一般降水回波類似，在雷達(dá)拼圖中，一般不會(huì)被剔除，當(dāng)飛鳥回波嵌在降水回波中時(shí)，容易對(duì)降水造成錯(cuò)誤的判斷。圖8給出了兩次飛鳥回波嵌在降水回波中的情況。

圖8a和8b是2020年8月27日05:19臺(tái)風(fēng)巴威影響遼寧期間的雷達(dá)反射率和差分反射率。27日早晨臺(tái)風(fēng)降水回波為螺旋雨帶，呈帶狀自西南向東北移動(dòng)，27日05 時(shí)之前雷達(dá)位置東南方向有一條明顯的雨帶維持。05時(shí)開始，雷達(dá)西南方向沿海岸線出現(xiàn)一些斑點(diǎn)狀飛鳥回波，并迅速擴(kuò)大，連成一條帶狀回波(紅框所示位置)，反射率回波最強(qiáng)時(shí)達(dá)到35 dBz以上，20 dBz以上強(qiáng)度持續(xù)到06時(shí)以后。從反射率產(chǎn)品上，該處回波與雷達(dá)東南方向的降水回波極為相似，在雷達(dá)拼圖產(chǎn)品上難以區(qū)分。在差分反射率產(chǎn)品上，該處回波與降水回波明顯不同，降水回波在0～1.5 dB均勻分布，而該處回波差分反射率較為嘈雜，存在3～7 dB的大值區(qū)，特征與3.4節(jié)分析相同。

圖7 2019年9月15日05：46被識(shí)別為風(fēng)暴單體的飛鳥回波(a)及單體回波特征(b)Fig.7 Bird echo observed by Yingkou S-Band Dual-Polarization Radar at 05:46 BT 15 September 2019(a) ZH, (b) storm structure

圖8 2020年8月27日臺(tái)風(fēng)巴威過程(a)雷達(dá)反射率，(b)差分反射率及9月4日臺(tái)風(fēng)美莎克過程(c)雷達(dá)反射率，(d)相關(guān)系數(shù)Fig.8 (a, b) Typhoon Bavi on 27 August 2020 and (c, d) Typhoon Maysak on 4 September 2020 observed by Yingkou S-Band Dual-Polarization Radar (a) ZH, (b) ZDR, (c) ZH, (d) CC

圖8c和8d是2020年9月4日05:29臺(tái)風(fēng)美莎克影響遼寧期間的雷達(dá)反射率和相關(guān)系數(shù)。4日早晨臺(tái)風(fēng)降水回波為塊狀，呈分散性分布，自西向東移動(dòng)。近地面到5 km風(fēng)速均在12 m·s-1以上，為偏西風(fēng)。05—06時(shí)，在降水回波的空隙中出現(xiàn)斑塊狀飛鳥回波，并向外擴(kuò)散，可以分辨出圓環(huán)形的結(jié)構(gòu)特征(紅圈所示)，由于風(fēng)速較大，飛鳥環(huán)形回波自西向東偏移，移速略慢于降水回波；圖中黃框所示位置為降水回波和飛鳥回波重疊區(qū)域；從反射率上無論降水回波是否與飛鳥回波重疊，均不易區(qū)分二者。但在對(duì)應(yīng)的相關(guān)系數(shù)產(chǎn)品上可以看到降水回波存在的地方相關(guān)系數(shù)基本都在0.9以上，飛鳥回波基本都在0.5以下，區(qū)分明顯。

從以上兩個(gè)例子可以看出，一方面飛鳥回波出現(xiàn)在降水回波中，對(duì)降水的監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)造成了一定的影響；另一方面，雙偏振天氣雷達(dá)產(chǎn)品的應(yīng)用，可以有效地區(qū)分飛鳥回波和降水回波，為預(yù)報(bào)員主觀分析提供依據(jù)。

5 結(jié) 論

綜合以上分析，得到以下結(jié)論：

(1)本文利用營(yíng)口單、雙偏振天氣雷達(dá)對(duì)遼河三角洲及附近濕地鳥類活動(dòng)探測(cè)情況進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)遼河三角洲及附近濕地鳥類活動(dòng)存在明顯的季節(jié)變化和明顯的日變化。雷達(dá)能夠探測(cè)到的飛鳥回波集中在7月下旬到10月中旬，其中8—9月最為明顯；飛鳥回波出現(xiàn)時(shí)刻與天亮?xí)r刻呈現(xiàn)明顯的正相關(guān)性。

(2)雷達(dá)可以作為觀測(cè)候鳥遷徙、停留情況的探測(cè)手段，通過對(duì)多年天氣雷達(dá)回波的對(duì)比，可以為鳥類棲息地的空間分布和變化情況做客觀的分析，提高天氣雷達(dá)在生物氣象學(xué)上的應(yīng)用能力。

(3)飛鳥回波在反射率產(chǎn)品上呈現(xiàn)明顯的圓環(huán)形態(tài)特征，最強(qiáng)可以達(dá)到40 dBz以上；在速度產(chǎn)品上可以看到明顯的輻散特征；在大風(fēng)速情況下，飛鳥回波明顯向下風(fēng)向偏移。

(4)飛鳥回波的差分反射率受鳥的飛行方向和個(gè)體大小差異影響較大，分布不均勻，最大可達(dá)3～7 dB。

(5)飛鳥回波的相關(guān)系數(shù)較小，與反射率因子強(qiáng)度有一定的相關(guān)性，當(dāng)飛鳥回波反射率因子強(qiáng)度達(dá)到30 dBz以上時(shí)，相關(guān)系數(shù)大都在0.7～0.8，當(dāng)反射率因子強(qiáng)度小于30 dBz時(shí)，相關(guān)系數(shù)大都小于0.6。

(6)雙偏振天氣雷達(dá)產(chǎn)品對(duì)飛鳥回波的識(shí)別有明顯的優(yōu)越性，可以有效地在降水中剔除飛鳥回波的影響，提高短時(shí)臨近預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性；同時(shí)通過對(duì)鳥類活動(dòng)規(guī)律的認(rèn)識(shí)，可以為提高雙偏振天氣雷達(dá)粒子分類識(shí)別能力相關(guān)研究提供個(gè)例。