中国科学网站近期推荐介绍了2009年第11期《科学通报》上由韩雷、俞小鼎等撰写的《京津及邻近地区暖季强对流风暴的气候分布特征》一文。该文利用新一代多普勒天气雷达的观测资料，跟踪了京津地区上空5年来3.3万多个风暴，并经过统计分析，首次给出了它们的气候分布特征。

这项跨多个学科的最新研究成果是如何完成的？用什么样的方法可以追踪、研究3万多个风暴？如此庞大、复杂的三维雷达数据是怎样处理的？带着种种疑问，《科学时报》记者来到青岛，在中国海洋大学信息科学与工程学院采访了韩雷博士，对追踪风暴的过程进行了“追踪”。

新一代多普勒雷达资料具有很高的时空分辨率，并且能够给出对流风暴的三维空间信息，非常适于进行强对流天气的气候分析。但由于我国新一代天气雷达建设较晚，目前还未见到使用雷达资料进行对流天气气候分析的研究。还是在北大读博士期间，韩雷就对此问题产生了浓厚的兴趣。而要进行此项研究，首先就要对三维雷达图像进行风暴体的自动识别和追踪，以及三维数据的可视化，然后对海量数据进行统计分析。这需要多学科的知识背景，统计学、模式识别、图像处理、计算机图形学和大气科学等都起着重要作用。

韩雷说：“我在北大学习了多门跨学科的课程，并向各领域的专家广泛请教。当时，序贯蒙特卡洛（SMC）方法是国际上的研究热点，能否将此方法引入风暴的追踪研究中呢？我的这一想法得到了美国大气科学研究中心（NCAR）Dixon博士的支持和鼓励。Dixon博士是这一领域的权威，在我的研究过程中，他给予了热情的帮助和指点。”

“凭着自己过去在朗讯研发部工作期间积累的坚实的计算机技术，我开始了艰难的探索，编程—实验—失败—再编程—再实验……最终解决了追踪算法中风暴的分裂、合并，风暴簇等难题。这些创新性的方法得到了同行们的认可，相关的研究成果先后发表在《大气与海洋技术杂志》（Journal of Atmospheric and Oceanic Technology）、《科学通报》（英文版）（Chinese Science Bulletin）等学术期刊上，并在2007年和2008年中国气象学会年会上两次获得大会优秀论文奖。同时，这项具有自主知识产权的研究成果也被国家气象中心开发的短时临近预报系统（SWAN）采用。”

强对流天气是京津地区主要的灾害性天气之一，包括雷电、冰雹和雷雨大风等。但由于强对流天气空间尺度小、持续时间短，常规观测手段难以对其进行有效监测，预警就更是一个难题。新一代多普勒天气雷达的出现，极大地提高了对强对流天气的监测和预警能力，而且可以提供三维空间的数据。于是，韩雷决定使用他提出的SMC风暴跟踪方法，利用2003～2007年5～8月天津多普勒雷达的三维高分辨率数据，对京津地区强对流风暴的气候分布特征进行统计分析。

研究过程的另一项难题就是巨大的计算工作量，韩雷感慨地回忆道：“整个计算过程是在机房内使用15台计算机同时不停顿地24小时工作，连续计算了近一个月的时间。所以，2008年的春节我就是在机房里度过的。每天单调而乏味地给每一台机器‘喂入’雷达数据，听着计算机的读盘声，望着窗外漫天的飞雪，仿佛大自然正在标注着没人走过的地方。”

功夫不负有心人，使用新的风暴识别跟踪方法，不论风暴何时何地以何种方式出现，均会被立即捕捉到，并开始对其生命存续期间的跟踪。韩雷边讲边在计算机上演示，只见屏幕上每一个识别出的风暴体边缘都被醒目的白线框套住，而线框后面拖着长长的尾巴，则表示其质心在三维空间中被跟踪的轨迹。此时，屏幕上被跟踪的十几个风暴摇曳不定像一群空中放飞的风筝，但每一个风筝都无法逃逸，因为它们被无形的“算法”系留在韩雷的键盘上。

“靠这种方法，我们就可以定量地对5年来雷达观测数据中记录下的3.3万多个强对流风暴的特征逐一进行统计。”韩雷的研究结果表明，京津地区75%的对流风暴寿命小于30分钟，绝大部分的风暴体积小于400立方千米；从路径分布来看，风暴大多从西南向东北移动，移动速度集中分布在10～30千米/小时区间；风暴顶平均高度约为海拔6千米，但某些强对流风暴的顶高可达到15千米以上；京津地区风暴的面积、体积等特征具有西弱东强的特点。这个结果使我们首次在三维空间、1千米级别的精确度上，获得了该地区强对流天气气候特征的新认识，这对提高该地区临近预报的水平有重要的参考价值。

同时，这一研究成果也得到了国际同行的重视。2009年9月，应Dixon博士之邀，韩雷赴巴西参加INTERNATIONAL TITAN USERS WORKSHOP会议，并在会上详细报告了这一成果。

谈到下一步的工作，韩雷表示，目前这些研究进展只是对自己近年来对风暴追踪方法研究的一个阶段性成果，未来还有许多工作需要继续。由于单雷达的观测数据覆盖范围有限，天津雷达无法完整地观测从北京西南部移入的风暴。今后可以考虑首先进行区域多雷达观测资料的拼图，然后进行识别、追踪和统计。例如，北京周边地区（包括天津、石家庄、张家口等）已经布设了多部多普勒雷达，使用这些雷达的拼图数据，可以在一个观测网内对更广阔的地域进行更加完整的观测和分析。另外，从风暴的三维结构描述上考虑，目前使用的雷达数据相当于只对风暴体作了9层CT扫描，如果能够使用14层CT扫描模式（即VCP11模式），则会更进一步提高分析结果的精度。

“经过很多次失败，有时在研究中我都会怀疑是否会得到期望的结果，这其中的苦与乐是一般人难以体会的。但我喜欢追踪风暴，就连出差坐飞机时也总是选择窗口位置，总想亲眼看着那些姿态万千的云，思考着哪里将会诞生新的风暴。”韩雷说。