牡丹江一次局部對流天氣雷達回波特征分析

徐明偉，李春艷，路平平

（牡丹江市氣象局，黑龍江牡丹江 157009）

牡丹江一次局部對流天氣雷達回波特征分析

徐明偉，李春艷，路平平

（牡丹江市氣象局，黑龍江牡丹江 157009）

本文利用新一代天氣雷達觀測到的回波強度、回波速度等產(chǎn)品來判斷分析，得出牡丹江地區(qū)此次局部對流天氣的雷達回波，具有移動速度緩慢、高度高、中心強度強、速度場上有明顯的逆風區(qū)結構、垂直風切變明顯等特征，利用這些回波特征是判斷此次局地短時暴雨的重要指標。

對流天氣；雷達回波；逆風區(qū)；垂直風切變；中小尺度氣旋

1 引言

新一代天氣雷達是監(jiān)測與預警災害性天氣的重要手段。由于其探測資料的時空尺度分辨率較高,其資料的應用對研究各種尺度天氣發(fā)生、發(fā)展的內在機理也有著十分重要的作用[1]。因對流天氣時間、空間尺度較小，應用常規(guī)的探測手段難以監(jiān)測到其運動、變化的全過程，而連續(xù)工作的新一代天氣雷達能探測到其發(fā)展、變化的全部，強對流天氣是指冰雹、雷雨大風和對流性短時暴雨，通常尺度為幾千米到幾十千米的強對流云單體，生命史一般約幾十分鐘。本文選取了2005年7月28日牡丹江市新一代天氣雷達觀測到的強降水過程和自動氣象站資料，來分析本次局部對流天氣的變化過程。

2 天氣實況

2005年7月28日牡丹江地區(qū)局部出現(xiàn)了對流性短時暴雨天氣,其中，林口、東寧、海林、寧安出現(xiàn)了雷雨大風，部分地區(qū)出現(xiàn)了冰雹，雷達站東北五林鎮(zhèn)3 h降雨69.9 mm，逐時降雨量分別為7.5 mm、23.8 mm、38.6 mm，24 h降雨73.5 mm，柳樹鎮(zhèn)3 h降雨90.1 mm，逐時降雨量分別為52.3 mm、34.8 mm、4.0 mm，24 h降雨114.0 mm。據(jù)不完全統(tǒng)計，這次暴雨過程導致了柳樹鎮(zhèn)大量房屋、樹木、電桿、橋梁等倒塌，大部分路面被沖毀，部分農(nóng)田決產(chǎn)。

3 大尺度環(huán)流形勢背景

2005年7月28日08 時，500 hPa、700 hPa和850 hPa的影響系統(tǒng)均是向東緩慢移動的高空槽，高空槽位于哈爾濱西南和吉林省西部，地面水分充足，渤海低壓北上與高空槽配合強烈發(fā)展，哈爾濱西南從低層到高層為深厚強烈的上升運動。高空有冷平流，低渦后部不斷有冷空氣甩下來，500 hPa和850 hPa溫差為28℃，整個環(huán)流背景形勢有利于產(chǎn)生強烈的對流天氣。

4 雷達回波強度特征分析

2005年7月28日13 時30分-18時30分，牡丹江的東北方向有回波新生，從幾塊10 dBz的小單體逐漸發(fā)展成長約30 km、寬約15 km的回波帶并逐漸加強?；夭◣а匾龑饬鞣较颍驏|北移動并不斷加強，14時43分在五林鎮(zhèn)附近有一較強的回波單體生成，在形成的過程中逐漸向東北方向移動，50 min后部分強回波單體移出五林鎮(zhèn)并開始逐漸消散，在其右方又有新的單體生成，16時07分在整條回波帶移動方向的右下側的回波單體不斷加強（中心強度為56 dBz，高度為7.0 km），在北抬的過程中，強回波單體不斷的融入到回波帶中，此時系統(tǒng)處于成熟階段，位于雷達站東北側的柳樹鎮(zhèn)形成了大暴雨，回波帶的強中心從15時57分到16時07分僅維持10 min左右，然后回波強度開始減弱，減弱5～10 dBz,回波強度維持在45 dBz以上大約1 h左右，從16時18分以后演變成層狀云降水向東北移動。強中心柳樹鎮(zhèn)從16-19時降雨90.1 mm。云中最大反射率因子隨時間的演變（圖1），從14時20分到16時20分，回波強中心強度大部分時間都在50 dBz以上，最強時段達到56 dBz，在16時20分之后回波強度逐漸減弱。

圖1 云中最大反射率因子隨時間的演變

綜觀回波的演變全過程，從14時17分到18時13分在牡丹江東北側有一條東北向的回波生成、發(fā)展，由多個對流單體形成了一條回波帶，在整個過程中不斷有新生的單體回波生成、發(fā)展、消亡。

5 回波速度分布特征

5.1 逆風區(qū)

速度場上的逆風區(qū)結構，是暴雨的一個較好的判斷因子。所謂逆風區(qū)，就是在大片暴雨回波區(qū)的負（正）徑向速度區(qū)中出現(xiàn)一塊正（負）速度區(qū)。從這種逆風區(qū)風場結構可看出，風場的一側是輻合氣流，另一側為輻散，形成了閉合的循環(huán)氣流。逆風區(qū)常對應著強降水區(qū)，可作為暴雨識別指標，并且有一定的提前量[2]。在16時54分的徑向速度圖上，存在明顯的“逆風區(qū)”。在這段時間內，導致柳樹鎮(zhèn)強烈暴雨過程回波不僅伴有速度最大值，還出現(xiàn)了“逆風區(qū)”，即在大片正速度為6 m/s的區(qū)域中，出現(xiàn)了一塊封閉的負速度為6 m/s的區(qū)域，水平尺度3～4 km。逆風區(qū)的出現(xiàn)表明此處的風向發(fā)生了劇烈的變化，產(chǎn)生了強烈的風向切變，具有明顯的輻合和輻散特征。逆風區(qū)的位置剛好和災害性天氣發(fā)生區(qū)對應。當回波進入逆風區(qū)時，發(fā)展更加強盛，造成了雷雨大風，因此逆風區(qū)的出現(xiàn)可以作為此次短時強對流天氣預報的一項重要指標。

5.2 中小尺度氣旋特征

中小尺度氣旋往往可用理想垂直軸對稱氣旋環(huán)流的藍金模式來模擬，在某一個小區(qū)域內有一對最大入流出流速度中心（表現(xiàn)為正負徑向速度中心）距雷達是等距離時，表示該區(qū)域有中小尺度氣旋的旋轉存在,沿雷達徑向方向若負徑向速度中心位于左側，表示為氣旋性旋轉,反之為反氣旋性旋轉。

在15時52分觀測到的速度圖上，可分析出五林鎮(zhèn)附近一較小區(qū)域呈現(xiàn)氣旋的徑向速度風場特征：一對較小的正負徑向速度極值呈方位對稱，極值中心相距9 km，零速度線平行于徑線，且正速度區(qū)、正速度中心位于其右側，負速度區(qū)、負速度中心位于其左側。由正負徑向速度的極植6 m/s,可計算出此處的最大轉動速度平均值（Vmax=[|Vrmax|+|Vrmin|]/2）為6 m/s。根據(jù)中尺度氣旋的劃分標準，可確定這是一個弱的中小尺度氣旋性旋轉。

5.3 垂直風切變

垂直風切變是指水平風（包括大小和方向）隨高度的變化。如果風切變較弱，相對風暴氣流就不可能增強到足以攜帶降水遠離風暴的上升氣流區(qū)。在這種情況下，降水就通過上升氣流降落，并進入風暴低層的入流區(qū)，從而導致上升氣流中水負載明顯增加，最終使得風暴核消失。中等到強的垂直風切變有利于相對風暴氣流的發(fā)展，氣塊攜帶著降水遠離風暴的入流區(qū)或上升區(qū)。中等到強的垂直風切變能夠產(chǎn)生與陣鋒風相匹配的風暴運動，使得暖濕氣流源源不斷的輸送到發(fā)展的上升氣流中去。在這種風切變環(huán)境下，有利于組織完好的對流風暴發(fā)展。在此次對流天氣發(fā)展的過程中，風速大小和方向一直隨著高度不斷的變化，整個風場形成了有組織的對流，這一指標可以很好的用來判斷暴雨及其對流性天氣的發(fā)生。

5.4 強回波移動與地面輻合輻散的關系分析

這次短時局地暴雨，強回波中心移動即強降水區(qū)域的移動與地面的輻合輻散運動有密切關系[3]。一般情況下，強回波中心的移動朝著輻合區(qū)方向，在速度圖上，位于測站東北部存在著一個氣旋性切變，在氣旋性切變的上側存在著明顯的輻合區(qū)，根據(jù)測高公式算得這一輻合區(qū)的厚度達3～4 km，如此深厚的輻合區(qū)則說明輻合強度很大，當時，這一區(qū)域并沒有很強的回波區(qū)，強回波區(qū)位于輻合區(qū)的前方，并且該強回波區(qū)朝著輻合區(qū)移動。強回波中心稍稍滯后于輻合區(qū)，并向輻合區(qū)移動，造成了該區(qū)域附近出現(xiàn)強降水。

6 結論

（1）產(chǎn)生局部對流天氣的大尺度環(huán)流形勢：在高低空存在著一深厚的前傾槽系統(tǒng)，高低空存在風向風速的垂直切變，大氣層結不穩(wěn)定。

（2）雷達回波是由多個單體構成的回波帶，并不斷有新的對流單體生成、發(fā)展、消亡，一個單體達到成熟階段，另一個單體還處于新生發(fā)展階段。每個單體整個生命史約為25～45 min。

（3）強回波中心朝著輻合區(qū)方向運動，中小尺度氣旋和逆風區(qū)是造成此次局地大暴雨的主要原因。

[1]鄭媛媛,俞小鼎.一次典型超級單體風暴的多普勒雷達觀測分析[J].氣象學報，2004，62（3）：317-328.

[2]夏文梅，張亞萍，湯達章.暴雨多普勒天氣雷達資料的分析[J].南京氣象學院學報，2002，25（6）：787-794.

[3]王川,壽紹文.一次青藏高原東側大暴雨過程的診斷分析[J].氣象,2003,29（7）:7-12.

P458.3

A

1002－252X（2012）01－0017－02

2011－12－6

徐明偉（1977-），男，黑龍江省肇東市人，東北大學，碩士生，工程師.