地面觀測(cè)資料及SWAN短時(shí)臨近預(yù)報(bào)系統(tǒng)在一次短時(shí)強(qiáng)降水天氣中的應(yīng)用

[摘 要]：本文利用SWAN系統(tǒng)提供的組合反射率、垂直液態(tài)含水量、閃電、回波頂高和雷達(dá)報(bào)警產(chǎn)品，結(jié)合地面自動(dòng)站觀測(cè)資料地面溫度、地面風(fēng)場(chǎng)和本站氣壓資料對(duì)發(fā)生在2011年9月9日午后到夜間的強(qiáng)降水過(guò)程進(jìn)行分析。結(jié)果表明：（1）強(qiáng)降水天氣發(fā)生前，地面出現(xiàn)溫度中心，有較明顯的溫度對(duì)比，有利地面中尺度輻合系統(tǒng)的形成、發(fā)展與維持；（2）當(dāng)有對(duì)流天氣發(fā)生時(shí)，不穩(wěn)定區(qū)域出現(xiàn)持續(xù)較低氣壓值，對(duì)判斷對(duì)流發(fā)生的強(qiáng)度有一定指示意義；（3）雷達(dá)反射率因子增強(qiáng)、停留，速度圖中輻合輻散、逆風(fēng)區(qū)的出現(xiàn)以及地面中尺度輻合系統(tǒng)的發(fā)展與維持與強(qiáng)降水的形成、維持、減弱關(guān)系密切；（4）強(qiáng)核心發(fā)展高度較低、接地，表明強(qiáng)回波以強(qiáng)降水天氣為主。

[關(guān)鍵詞]：地面觀測(cè)資料 SWAN 短時(shí)強(qiáng)降水

引言

江西省上饒市地處江西省東北部，居于閩、浙、皖、贛四省結(jié)合部，地形復(fù)雜，以丘陵山地為主。其東鄰浙江，南連武夷山脈，天氣時(shí)常具有明顯的局地性特征，是江西暴雨中心之一。2011年9月9日下午到晚上，上饒南部的玉山、廣豐、橫峰、弋陽(yáng)等地出現(xiàn)了一次明顯的局地強(qiáng)降水過(guò)程，從下午17-23時(shí)，玉山3站4點(diǎn)、廣豐6站5點(diǎn)、上饒縣6站6點(diǎn)先后出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水，其中玉山國(guó)家基準(zhǔn)站小時(shí)內(nèi)出現(xiàn)2次強(qiáng)降水。本文利用常規(guī)資料、物理量診斷以及多普勒雷達(dá)產(chǎn)品對(duì)這次強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程進(jìn)行了天氣學(xué)分析，揭示了主要的物理量變化及雷達(dá)回波特征與短時(shí)強(qiáng)降水之間的關(guān)系，以期對(duì)縣級(jí)臺(tái)站預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)有所幫助。

圖1 9月9日15～03時(shí)12小時(shí)單站最大降水量（單位：毫米）

1、 強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生條件綜合分析

從08時(shí)、20時(shí)天氣圖上看（圖2），對(duì)流層中高層為副高控制區(qū)（圖略），低層850hpa以下有冷空氣侵入，其中上饒受暖舌控制，西側(cè)則受較強(qiáng)冷平流影響，低層冷空氣強(qiáng)烈抬升其前方暖空氣，而發(fā)生強(qiáng)對(duì)流天氣，期間，地面中尺度渦旋一直維持，動(dòng)力抬升條件較好。同時(shí)，低層水汽充足。CAPE 顯示該地區(qū)有一定的不穩(wěn)定能量積累，在500J/kg 以上。

圖2 9月9日08時(shí)（a）、20時(shí)（b）850hpa高度場(chǎng)

（藍(lán)色實(shí)線(xiàn)為高度場(chǎng)、紅色虛線(xiàn)為溫度場(chǎng)，綠色點(diǎn)區(qū)為濕區(qū)）

2、 地面自動(dòng)站觀測(cè)資料分析

2．1 地面溫度分析

利用地面自動(dòng)氣象站逐小時(shí)地面溫度資料，對(duì)比短時(shí)強(qiáng)降水發(fā)生前后地表溫度變化場(chǎng)，從而找出強(qiáng)降水落區(qū)與地面溫度分布特征和規(guī)中律。

2011年9月9日上午，贛東北上空多云，受東風(fēng)擾動(dòng)及地形、地面非均勻加熱影響，在上饒市形成一地面溫度中心，11時(shí)地面溫度中心位于玉山縣境內(nèi)，中心地面溫度進(jìn)一步升高，而贛西北地面受冷空氣南下影響，為一致偏北風(fēng)，地面溫度對(duì)比明顯。由于地面溫度場(chǎng)水平不均勻分布及東風(fēng)擾動(dòng)的影響而產(chǎn)生了偏北和偏東氣流的地面輻合。強(qiáng)降水發(fā)生后，地面溫度中心消失，但仍存在弱的溫度對(duì)比，地面輻合維持，并與中尺度輻合區(qū)相對(duì)應(yīng)。

圖3 9月9日08時(shí)（a）、11時(shí)（b）地面溫度場(chǎng)分布特征

2.2地面自動(dòng)站風(fēng)場(chǎng)特征

2011年9月9日10時(shí)，上饒境內(nèi)出現(xiàn)氣流的輻合，13時(shí)地面輻合有所北抬。強(qiáng)降水發(fā)生前，上饒南部地面西南風(fēng)速進(jìn)一步增強(qiáng)，北部則以偏北氣流為主，17時(shí)地面風(fēng)速增強(qiáng)，玉山橫街出現(xiàn)一小時(shí)34.6mm強(qiáng)降水，18-19時(shí)玉山站小時(shí)內(nèi)連續(xù)出現(xiàn)二次短時(shí)強(qiáng)降水，從18時(shí)自動(dòng)站地面風(fēng)場(chǎng)可以看到，冷暖氣流交匯于此（圖3），此時(shí)玉山四股橋鄉(xiāng)舒村、廣豐下溪鎮(zhèn)、吳村鎮(zhèn)、排山、大南分別出現(xiàn)55.6mm、37.3mm、32.0mm、42.1mm、42.6mm，19時(shí)廣豐的豐溪街道出現(xiàn)35.2mm，20時(shí)上饒縣的石人、玉山的樟村、廣豐的橫山分別出現(xiàn)了42.3mm、30.4mm、37.1mm強(qiáng)降水，21時(shí)上饒縣的湖村、煌固、汪村、橫峰的姚源又出現(xiàn)了31.5mm、47.2mm、45.6mm、 38.3mm的強(qiáng)降水，22時(shí)上饒縣的汪村一小時(shí)強(qiáng)降水達(dá)68.9mm，23時(shí)弋陽(yáng)的清湖鄉(xiāng)、信州區(qū)的秦峰、上饒縣的汪村又出現(xiàn)發(fā)40.9mm、37.0mm、32.7mm強(qiáng)降水。上述自動(dòng)站地面風(fēng)變化場(chǎng)特征表明，地面中尺度輻合線(xiàn)及中尺度渦旋與強(qiáng)降水落區(qū)一致，輻合的維持、加強(qiáng)導(dǎo)致降水強(qiáng)度的加大。從最先出現(xiàn)地面中尺度輻合的區(qū)域發(fā)現(xiàn)，上饒站、玉山站本站氣壓降至1000hpa以下（圖略），直至該站強(qiáng)降水過(guò)程結(jié)束，另強(qiáng)降水發(fā)生前與發(fā)生時(shí)，上述區(qū)域低于1000hpa的氣壓值始終維持，表明該區(qū)域有較強(qiáng)輻合抬升力，對(duì)判別對(duì)流強(qiáng)度有一定指示意義。

圖4 9月9日13時(shí)（a）、15時(shí)（b）、17時(shí)（c）、18時(shí)（d）、20時(shí)（e）、22時(shí)（f）地面自動(dòng)站風(fēng)場(chǎng)特征

（雙實(shí)線(xiàn)表示中尺度輻合，圈實(shí)線(xiàn)表示中尺度渦旋，實(shí)線(xiàn)箭頭表示風(fēng)速輻合）

SWAN產(chǎn)品分析應(yīng)用

2011年9月9日，受東風(fēng)擾動(dòng)、地面增溫以及低層冷空氣侵入影響，15時(shí)玉山境內(nèi)地面出現(xiàn)偏北—偏東向中尺度輻合(圖4)，對(duì)應(yīng)SWAN雷達(dá)監(jiān)測(cè)表明，9日15時(shí)（圖5a～d），玉山境內(nèi)負(fù)閃開(kāi)始頻密，15時(shí)42分對(duì)流降水回波迅速發(fā)展，強(qiáng)度40dbz，最強(qiáng)反射率因子達(dá)55dbz，剖面圖上最強(qiáng)反射率強(qiáng)度在6km以下，強(qiáng)核心接地，垂直液態(tài)含水量VIL達(dá)15～25kg.cm-3，回波頂高ET達(dá)10～14km，表明以強(qiáng)降水為主。16時(shí)18分雷達(dá)發(fā)出1級(jí)報(bào)警，17時(shí)06分（圖5e～f），強(qiáng)回波范圍迅速增大，入流槽口加深（黑實(shí)箭頭所示），表明回波發(fā)展旺盛，雷電負(fù)閃更加密集，最大回波頂高達(dá)到15km，0.5仰角徑向速度場(chǎng)上表現(xiàn)為一輻合帶（圖略），此時(shí)玉山的橫街出現(xiàn)一小時(shí)34.6mm強(qiáng)降水。18時(shí)12分回波強(qiáng)度進(jìn)一步增強(qiáng)，徑向速度場(chǎng)出現(xiàn)逆風(fēng)區(qū)，對(duì)應(yīng)同時(shí)次閃電產(chǎn)品可以看到，負(fù)閃更加密集，范圍擴(kuò)大，18～19時(shí)玉山出現(xiàn)3站4點(diǎn)、廣豐出現(xiàn)4站4點(diǎn)一小強(qiáng)降水。20～23時(shí)地面中尺輻合帶維持，且穩(wěn)定少動(dòng)，雷達(dá)持續(xù)發(fā)出1級(jí)報(bào)警，該時(shí)段內(nèi)廣豐、玉山、上饒縣先后再次出現(xiàn)強(qiáng)降水，其中20～22時(shí)，上饒縣境內(nèi)又形成一中γ尺度渦旋（圖4e～f），造成上饒縣的汪村一小時(shí)強(qiáng)降水達(dá)68.9mm，綜合上述強(qiáng)降水發(fā)生區(qū)域的冰雹指數(shù)、垂直液態(tài)含水量及密度，均達(dá)到判別發(fā)生強(qiáng)降水的指標(biāo)條件。23時(shí)后，上述強(qiáng)降水區(qū)域中尺度輻合明顯減弱或消失，降水強(qiáng)度趨于減弱，地面氣壓升高，偏北風(fēng)控制上述區(qū)域。

圖5 9月9日15時(shí)42分CR （a）、VIL（b）、閃電產(chǎn)品（c）、ET（d）

9月9日17時(shí)06分CR（e）、VIL（f）、閃電產(chǎn)品（g）、ET（h）、強(qiáng)回波剖面（n）

9月9日18時(shí)12分CR （i）、VIL（j）、閃電產(chǎn)品（k）、ET（m）

4 結(jié)語(yǔ)

4.1 強(qiáng)降水發(fā)生前，對(duì)流層中高層為副高控制的輻散場(chǎng)，低層850hpa以下有冷空氣侵入，地面圖上中尺度輻合維持，動(dòng)力抬升條件較好，同時(shí)低層水汽充足，且上述地區(qū)濕有效位能在500J/kg 以上，有一定的不穩(wěn)定能量積累，利于強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)生。

4.2 強(qiáng)降水發(fā)生前，上饒市、玉山站出現(xiàn)地面溫度中心，溫度對(duì)比較明顯。受地面冷空氣侵入和東風(fēng)擾動(dòng)的影響出現(xiàn)了偏北和偏東氣流的地面中尺度輻合，而溫度梯度的存在有利于地面中尺度輻合的發(fā)展和維持，且輻合區(qū)穩(wěn)定少動(dòng)，造成上述地區(qū)強(qiáng)降水天氣的連續(xù)發(fā)生。

4.3 強(qiáng)降水發(fā)生區(qū)域地面氣壓值低于1000hpa，表明地面輻合抬升較強(qiáng)，對(duì)判斷對(duì)流強(qiáng)度有一定指示意義。

4.4 SWAN提供的雷達(dá)報(bào)警產(chǎn)品對(duì)判別不穩(wěn)定區(qū)域有很好幫助。當(dāng)出現(xiàn)報(bào)警時(shí)，一般小時(shí)降水量在20mm上下，應(yīng)加密監(jiān)測(cè)報(bào)警區(qū)域，同時(shí)結(jié)合其它觀測(cè)資料和產(chǎn)品（如：VIL、ET、HI等）進(jìn)行綜合判別有無(wú)災(zāi)害性天氣的出現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]張培昌，杜秉義，戴鐵丕.雷達(dá)氣象學(xué).北京：氣象出版社.

[2]許愛(ài)華，應(yīng)冬梅，黃祖輝.江西兩種典型強(qiáng)對(duì)流天氣的雷達(dá)回波特征分析. 氣象與減災(zāi)研究.

[3]郭艷，彭義峰.江西局地強(qiáng)對(duì)流天氣的多普勒天氣雷達(dá)產(chǎn)品特征.氣象與減災(zāi)研究.

[4]丁一匯.高等天氣學(xué). 北京：氣象出版社.