福建省2010年連續(xù)性暴雨雷達回波特征分析

毛榮方，沈永生，章達華，杜大梁，宋亞杰

（1.福建省將樂縣氣象局，福建 將 樂353300；2.福建省三明市氣象局，福建 三 明365000；3.黑龍江省寧安縣氣象局，黑龍江 寧 安157401）

1 引言

近年來天氣預(yù)報技術(shù)得到重大改進，以雷達和衛(wèi)星為主的遙感觀測技術(shù)得到廣泛的發(fā)展和應(yīng)用。對天氣雷達、氣象衛(wèi)星等進行實時監(jiān)測、追蹤、分析，是提高短時災(zāi)害天氣預(yù)警水平的重要途徑。近20年來，國內(nèi)外氣象工作者針對短時對流災(zāi)害性天氣預(yù)警開展了廣泛的研究工作，并取得長足進展。如英國20世紀(jì)80年代的FRONTIERS系統(tǒng)、90年代的NIMROD系統(tǒng)和21世紀(jì)初的GANDOLF系統(tǒng)。美國在20世紀(jì)90年代完成多普勒天氣雷達 WSR－88D布網(wǎng)之后，立即著手以雷達探測為基礎(chǔ)的強風(fēng)暴臨近預(yù)報系統(tǒng)的研究，如美國國家大氣研究中心（NCAR）研究開發(fā)了臨近預(yù)報系統(tǒng)ANC系統(tǒng)等。

目前開展暴雨強對流天氣的臨近預(yù)警報業(yè)務(wù)的主要途徑通過預(yù)報員綜合分析各種探測資料、短時預(yù)警的各種客觀產(chǎn)品，并以β中尺度、風(fēng)暴尺度對流系統(tǒng)物理概念模型等為基礎(chǔ)，采用經(jīng)驗識別和外推。因此，如何根據(jù)雷達觀測識別暴雨回波、確定降雨量對暴雨預(yù)警十分重要。2010年6月14～26日福建省出現(xiàn)了歷史罕見的持續(xù)性暴雨天氣過程，此次暴雨的強對流特征明顯，各別鄉(xiāng)鎮(zhèn)最大6h雨量達228mm，造成了嚴(yán)重的洪澇災(zāi)害。本文利用福建省多普勒雷達觀測此次暴雨天氣過程重點研究暴雨回波系統(tǒng)的一些基本特征，并利用新一帶多普勒天氣雷達產(chǎn)品如何在暴雨回波分析方面進行簡述，為暴雨臨近預(yù)警提供參考。

福建省2010年6月14～26日發(fā)生的歷史罕見的持續(xù)性暴雨天氣過程中，共有59個縣（市、區(qū)）的737個鄉(xiāng)鎮(zhèn)雨量超過250mm，其中內(nèi)陸地區(qū)共有25縣（市、區(qū)）155個鄉(xiāng)鎮(zhèn)超過500mm，以建寧櫻桃?guī)X的857.7mm最大。3個雨量集中區(qū)分別在武夷山至光澤一帶、建寧至泰寧一帶和順昌至南平一帶。

此次連續(xù)性暴雨天氣過程有5個特點：持續(xù)時間長，連續(xù)13d暴雨；過程雨量多：21個縣（市、區(qū)）偏多2倍以上，5個縣（市、區(qū)）偏多3倍以上；范圍廣，64個縣市暴雨日大于等于1d，59個縣市暴雨日大于等于2d，43個縣市暴雨日大于等于4d；（4）降水強度大，閩北順昌、武夷山和延平3個縣（市、區(qū)）最大的日降水量突破有氣象記錄以來最高值；強降水區(qū)域集中，大暴雨和特大暴雨主要集中在南平和三明兩地市。過程總雨量超過600mm的16個縣市中有13個縣市集中在南平和三明市。

2 β中尺度暴雨回波基本特征

2.1 暴雨回波的形態(tài)、強度、結(jié)構(gòu)特征

暴雨是一種中尺度現(xiàn)象，它是由組織化中尺度對流系統(tǒng)產(chǎn)生。雷達觀測的放射率因子在一定程度能夠放映中尺度系統(tǒng)的活動。因此，從雷達觀測上，對暴雨回波基本特征的認(rèn)識有助于暴雨β中尺度系統(tǒng)的監(jiān)測預(yù)警。根據(jù)對福建省2010年6月14～26日連續(xù)性暴雨中主要降水時段降水區(qū)域的暴雨回波特征分析，歸納出此次暴雨回波的形態(tài)、強度、結(jié)構(gòu)等基本特征。

從表1可見，此次連續(xù)性暴雨中暴雨回波主要表現(xiàn)為：β中尺度的帶狀暴雨回波，主要表現(xiàn)為二種形式：一是由單體構(gòu)成的帶狀，二是由回波團構(gòu)成的帶狀；β中尺度的團狀暴雨回波，其中包括密實性團狀暴雨回波和離散型團狀暴雨回波；多條平行帶。

帶狀暴雨回波較團狀降水回波產(chǎn)生的大暴雨的幾率大，日大暴雨站次大于等于3站的5d中，主要影響回波有4d為帶狀暴雨回波，1d為團狀、帶狀混合暴雨回波。而在暴雨方面，帶狀暴雨回波與團狀暴雨回波所產(chǎn)生的站次幾率無明顯差異，這與帶狀回波與移向夾角、團狀回波的范圍大小相關(guān)。

從水平結(jié)構(gòu)上可以發(fā)現(xiàn)此次暴雨回波具有多尺度特征，較大的β中尺度回波團或帶內(nèi)，常鑲嵌著若干較小的γ中尺度的對流單體或較小的β中尺度對流回波團。不同尺度的回波生命史有很大差異，如較大的β中尺度有較長的生命史，而鑲嵌其中的若干較小的γ中尺度的對流單體生命史短。在垂直結(jié)構(gòu)上，多為層積混合性降水，對流回波頂高不高，回波強度不強，回波強度多為30～45dBz之間，各別達50dBz，但范圍廣，強回波集中在對流層中下層。這種結(jié)構(gòu)與產(chǎn)生冰雹、雷雨大風(fēng)的強風(fēng)暴強烈的上升運動多達到對流層中高層有著顯著的差異。在實際業(yè)務(wù)工作中，不同于冰雹回波著重于單體識別，暴雨回波的識別和臨近預(yù)報關(guān)鍵需引起注意的是要抓住較大的β中尺度回波系統(tǒng)的活動，從整體上把握β

表1 暴雨回波形態(tài)強度結(jié)構(gòu)基本特征一覽

中尺度暴雨回波系統(tǒng)的發(fā)生發(fā)展過程，而不是從局部來分析研究一個對流單體的演變。

2.2 暴雨回波系統(tǒng)的走向、移動與持續(xù)性強降水的關(guān)系

降雨量是雨強對時間的積分。因此，暴雨回波要有一定的強度和尺度。以Doswell給出的暴雨的走向、移動與降水的關(guān)系圖結(jié)合此次連續(xù)性暴雨過程中暴雨回波來定性討論暴雨回波降水的特點（圖1）。以帶狀暴雨回波為例，持續(xù)性強降水除與回波帶的強度、尺度、移動速度有關(guān)外，還與回波帶上的單體或回波團的移動與回波帶的夾角有關(guān)，夾角越小強降水持續(xù)時間越長。圖1a兩者夾角幾乎為90°，強降水持續(xù)時間短，暴雨多為單峰型，總雨量相對較少（以下稱為a型帶狀回波）；圖1b夾角較小，強降水持續(xù)時間長，暴雨多為多峰型（以下稱為b型帶狀回波）；圖1c除夾角小外且有層狀云降水，雨強雖不大，但因持續(xù)時間長總雨量也較大（以下稱為c型帶狀回波）；圖1d夾角基本為零，多個強單體的強降水回波經(jīng)過同一地區(qū)，又稱“火車型”回波，由于雨強大持續(xù)時間長，易造大暴雨或特大暴雨（以下稱為d型帶狀回波）。

圖1 對流回波帶走向與對流單體移動之間的關(guān)系

從表1中可見，在13d的連續(xù)性暴雨過程中，b型、c型、d型帶狀回波由于影響的時間較長，造成的大暴雨站數(shù)也相對較多，團狀回波造成的大暴雨站數(shù)次之，a型帶狀回波由于影響時間較短，造成的大暴雨站數(shù)最少。

圖2 6月23日11時20分建陽雷達回波及建寧縣23日00～13時逐小時雨量

圖3 6月23日08時56分龍巖雷達回波及清流縣21日06～17時逐小時雨量

本文分別選取了兩個典型帶狀暴雨回波過程，圖2為d型帶狀回波，圖3為a型帶狀回波。從逐小時雨量圖中可見，圖2有3個峰值，且持續(xù)時間長達13h，雨量達201.3mm，而圖3僅有一個峰值，雖然峰值較圖2峰值大，但由于持續(xù)時間短，僅5h，雨量相對較少達61.5mm。

2.3 VIL產(chǎn)品在暴雨回波中的分析

垂直積分液態(tài)水含量VIL（Vertically Integrated Liquid water content）的值是單位面積氣柱內(nèi)的液態(tài)水總量，VIL與強對流回波的強度及伸展的高度有關(guān)，是一個放映風(fēng)暴三維特征的物理量。對整個福建“6.14～26”持續(xù)性暴雨回波統(tǒng)計表明（表1），此次對流性暴雨回波統(tǒng)計表明對應(yīng)的VIL大多在5～10kg/m2，個別高中心可以達到20kg/m2。過程中無明越升，變化平緩，較冰雹大風(fēng)回波有著明顯差異。

3 暴雨回波發(fā)生及發(fā)展

在此次持續(xù)性暴雨天氣過程暴雨回波分析中，可以發(fā)現(xiàn)：暴雨回波易在弱回波區(qū)域邊緣發(fā)生，一般降水區(qū)域可以看成是一個冷區(qū)，無降水區(qū)特別是在西南暖濕氣流活動的無降水區(qū)可以看成一個暖區(qū)，交界處則可以看成一個中尺度鋒面，此時在交界處有中尺度的對流系統(tǒng)發(fā)生發(fā)展；暴雨回波易在兩個或多個回波系統(tǒng)匯合的地方加強，這主要源于近地面不同來向的氣流匯合導(dǎo)致邊界輻合的加強；對流單體群發(fā)展，并逐漸匯合的時候，可能有暴雨回波系統(tǒng)發(fā)展。

4 結(jié)語

（1）福建省2010年6月14～26日連續(xù)性暴雨中暴雨回波主要表現(xiàn)為β中尺度的帶狀暴雨回波、β中尺度的團狀暴雨回波、多條平行帶暴雨回波。帶狀暴雨回波較團狀降水回波產(chǎn)生的大暴雨的幾率大，而在暴雨方面，帶狀暴雨回波與團狀暴雨回波所產(chǎn)生的站次幾率無明顯差異。

（2）水平結(jié)構(gòu)上發(fā)現(xiàn)此次暴雨回波具有多尺度特征，較大的β中尺度回波團或帶內(nèi)，常鑲嵌著若干較小的γ中尺度的對流單體或較小的β中尺度對流回波團。在垂直結(jié)構(gòu)上，多為層積混合性降水，對流回波頂高不高，回波強度不強。

（3）暴雨回波系統(tǒng)的走向、移動與降水密切相關(guān)。通過對此次暴雨回波的統(tǒng)計，移動方向與回波帶的夾角越小降水持續(xù)時間越長，峰值相對越多，總降雨量越大。

（4）對流性暴雨回波的VIL大多值較低，過程中無明越升，變化平緩，較冰雹大風(fēng)回波有著明顯差異。

（5）暴雨回波易在弱回波區(qū)域邊緣發(fā)生，在兩個或多個回波系統(tǒng)匯合的地方加強，對流單體群發(fā)展，并逐漸匯合的時候，可能有暴雨回波系統(tǒng)發(fā)展。

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