青?；ブ淮尉值貜?qiáng)降水天氣多普勒雷達(dá)回波分析

曹曉敏，張 雄，金 凱

(1.青海省氣象臺(tái)，青海 西寧810001;2.銅川市氣象局，陜西 銅川727031)

0 引言

局地暴雨是在有利的天氣形勢下的中小尺度天氣過程[1]，進(jìn)入夏季后有利于暴雨的天氣背景隨之產(chǎn)生，此時(shí)受下墊面加熱及地形等因素的影響便容易產(chǎn)生局地暴雨。常規(guī)資料因受觀測站點(diǎn)時(shí)空分布密度的限制，對局地短時(shí)暴雨的分析研究不夠全面和深入，而多普勒天氣雷達(dá)具有高時(shí)空分辨率特點(diǎn)，且探測產(chǎn)品豐富，能較為細(xì)致的反映降水區(qū)的詳細(xì)信息[2]。2011年7月2日晚互助出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水，降水正值第十屆環(huán)青海湖國際公路自行車賽開幕式在互助舉行，對此次強(qiáng)降水天氣的雷達(dá)回波分析，為今后大型戶外活動(dòng)的天氣保障提供參考。

1 降水實(shí)況

2011年7月2日晚互助縣出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水，降水的局地性很強(qiáng)，互助本站降水持續(xù)約4小時(shí)，降水量為16.1mm，其中21～22時(shí)，1小時(shí)降水達(dá)到12mm，隨后降水迅速減弱并逐漸停止。形成鮮明對比的是互助站周邊的幾個(gè)測站降水量卻很少甚至未出現(xiàn)降水，這也說明了此次短時(shí)強(qiáng)降水的局地性非常強(qiáng)。表1給出了互助及周邊測站降水時(shí)段的逐小時(shí)降水量。

表1 2011年7月2～3日互助及周邊測站降水量/mm

2 天氣背景

從2日08時(shí)500hPa圖上來看(圖1a)，貝加爾湖以北至新疆有一大槽，青海省東北部有此大槽底部分裂小槽，588線位于福建一帶，副高外圍西南暖濕氣流和上述分裂小槽的槽前西南氣流匯合共同影響互助地區(qū)。到2日20時(shí)(圖1b)，500hPa副高位置變化不大，但在西藏東南部有閉合584高壓中心生成，促使南部系統(tǒng)向北發(fā)展，互助位于高壓脊前西北氣流中。

圖1 2011年7月2日08時(shí)和20時(shí)500hPa高度場

從互助單點(diǎn)的相對濕度時(shí)間剖面上看(圖2)，2日08時(shí)互助地區(qū)500hPa附近是一個(gè)相對濕度大于90%的高濕區(qū)，到2日20時(shí)700～500hPa仍然是大于80%的高濕區(qū)，良好的濕度條件和上述暖濕氣流和相對干燥氣流的在互助附近的交匯為短時(shí)強(qiáng)降水提供了必要條件。

圖2 互助單點(diǎn)相對濕度的時(shí)間剖面圖(101.9°E，36.8°N)

3 多普勒雷達(dá)回波資料分析

3.1 回波強(qiáng)度

由于西寧雷達(dá)站周圍有一定的擋角，且通常造成短時(shí)暴雨的回波頂高不明顯，所以用某一仰角的反射率因子資料不能很好的反映降水的實(shí)際情況，故采用CR產(chǎn)品即組合反射率因子資料[3]。7月2日下午18時(shí)左右互助西北方向開始產(chǎn)生回波，到20:04(圖3a)大片混合性回波位于互助北部并緩慢東移南壓，21:04(圖3b)雖然回波中心強(qiáng)度有所減弱但回波范圍增大形成一條西北－東南向的多單體強(qiáng)回波帶，大于50dbz的回波前沿已經(jīng)抵達(dá)互助，強(qiáng)降水陡然開始。21:18(圖3c)強(qiáng)回波中心移入互助，互助的雨強(qiáng)達(dá)到最大，回波范圍進(jìn)一步加大，此后強(qiáng)回波帶逐漸南壓減弱，到22:48(圖3f)形成穩(wěn)定的層狀云降水并漸停。

3.2 徑向速度

從7月2日基本徑向速度圖上可以看到(圖4)，20:35的1.5°仰角圖上，互助西北方向存在一條顯著的輻合帶，大片的負(fù)速度區(qū)向雷達(dá)站方向移動(dòng)，互助以北這一線吹北風(fēng)，在2.4°仰角圖上互助北部已經(jīng)能看到逆風(fēng)區(qū)，到20:58，1.5°仰角上互助地區(qū)也出現(xiàn)了小的逆風(fēng)區(qū)，2.4°仰角上逆風(fēng)區(qū)進(jìn)一步加大(由于地形阻擋看上去不夠明顯)，以往研究表明當(dāng)多個(gè)仰角上同時(shí)出現(xiàn)逆風(fēng)區(qū)時(shí)說明上升下沉氣流共存系統(tǒng)加強(qiáng)，隨后互助立即出現(xiàn)的強(qiáng)降水也說明系統(tǒng)的確得到加強(qiáng)[5－6]。到21:40逆風(fēng)區(qū)消失但輻合仍然強(qiáng)烈，2.4°仰角圖上25km以內(nèi)為東風(fēng)，后逐漸轉(zhuǎn)為北風(fēng)，在50km范圍內(nèi)正速度區(qū)面積大于負(fù)速度區(qū)面積，且負(fù)速度多為－5m/s，正速度多為1m/s，即負(fù)速度面積仍將增大入流氣流仍大于出流氣流，也就是仍存在風(fēng)速輻合，強(qiáng)降水仍然持續(xù)。在22:27左右正速度區(qū)面積開始增大，入流氣流逐漸減少，風(fēng)速趨于輻散，降水隨后結(jié)束。

圖3 2011年7月2日組合反射率因子演變圖

圖4 7月2日基本徑向速度圖

3.3 垂直風(fēng)廓線(VWP)

圖5 2011年7月2日20:30～22:37多普勒天氣雷達(dá)垂直風(fēng)廓線圖

從7月2日20:30～22:37垂直風(fēng)廓線來看(圖5)，2.4km以上(西寧雷達(dá)站海拔為2446.7m，故2.4km以下全為“ND”)風(fēng)隨高度逆轉(zhuǎn)，為冷平流。從20:43開始3.4km為偏東風(fēng)，6.1km為偏西風(fēng)，存在風(fēng)向垂直切變，到21:24，5.5km以下全為偏東風(fēng)，以上全是偏西風(fēng)，并且21:24～22:37在5.5～5.8km處一直存在一個(gè)靜風(fēng)層，說明在5.5～5.8km這一層有強(qiáng)烈的垂直風(fēng)切變，即有強(qiáng)的不穩(wěn)定能量的積聚。之后風(fēng)向逐漸轉(zhuǎn)為低層到高層一致偏東風(fēng)，切變逐漸減弱，降水趨于結(jié)束?？梢哉f明，當(dāng)環(huán)境風(fēng)垂直切加大，對流增強(qiáng)，雨強(qiáng)增大;環(huán)境風(fēng)垂直切變減小，對流減弱，雨強(qiáng)減小[7]。

3.4 回波頂高(ET)

圖6 2011年7月2日回波頂高圖

回波頂高可以反映出對流風(fēng)暴的發(fā)展程度，頂高越高說明對流體發(fā)展越旺盛，可能造成更劇烈的天氣現(xiàn)象[8－9]。7月2日20:58降水開始前(圖6a)互助地區(qū)回波頂高約為6km，到強(qiáng)降水持續(xù)時(shí)(圖6b，6c)互助附近回波頂高維持在8km，雖然對流云體發(fā)展不是很旺盛但其強(qiáng)度的維持和在互助地區(qū)的長時(shí)間停滯是造成本次強(qiáng)降水的主要原因[10]。之后回波頂高迅速減小，云團(tuán)消散，降水停止。

3.5 垂直累計(jì)液態(tài)含水量(VIL)

對互助強(qiáng)降水的VIL進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)降水集中時(shí)段的VIL并不大，且雨強(qiáng)均勻，最大VIL僅為12kg/m2，但強(qiáng)降水的維持是造成此次短時(shí)暴雨的重要原因[11]。

4 結(jié)論

(1)中心強(qiáng)度大于50dbz的強(qiáng)回波帶影響時(shí)，可以預(yù)報(bào)短時(shí)強(qiáng)降水的出現(xiàn)，如果其在一地維持，可造成該地短時(shí)暴雨天氣[12]。

(2)這次強(qiáng)降水在徑向速度圖上沒有觀測到中氣旋活動(dòng)，但在強(qiáng)降水出現(xiàn)前及強(qiáng)降水持續(xù)中都存在強(qiáng)烈的風(fēng)向風(fēng)速輻合，且在高低不同仰角上都能觀察到明顯的逆風(fēng)區(qū)，逆風(fēng)區(qū)出現(xiàn)時(shí)間比強(qiáng)降水出現(xiàn)時(shí)間提前約30分鐘，可以作為預(yù)報(bào)強(qiáng)降水的一個(gè)指標(biāo)[13]。

(3)垂直風(fēng)廓線圖能看出風(fēng)向隨高度的變化情況，強(qiáng)降水持續(xù)時(shí)，在中層存在一個(gè)明顯的靜風(fēng)區(qū)，靜風(fēng)區(qū)上下有強(qiáng)烈的風(fēng)向切變，即有大量不穩(wěn)定能量積聚，隨著不穩(wěn)定能量的釋放，即風(fēng)向垂直切變的消失(上下層轉(zhuǎn)為一致的風(fēng)向)，強(qiáng)降水趨于結(jié)束[14]。

(4)回波頂高越高說明對流云體發(fā)展越旺盛，有可能造成劇烈的天氣[15]。

(5)這次強(qiáng)降水的VIL不大，結(jié)合以往研究，認(rèn)為強(qiáng)對流時(shí)的VIL往往較小，也可作為預(yù)報(bào)參考。

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