衛(wèi)星資料在西藏暴雪天氣中的應(yīng)用

德慶　代華光

摘 要：文章利用micaps常規(guī)資料和風(fēng)云2E氣象衛(wèi)星資料，對西藏西南部的四次災(zāi)害性暴雪天氣環(huán)流做了對比分析，著重結(jié)合衛(wèi)星反演資料，對TBB、OLR、云導(dǎo)風(fēng)和降水估計(jì)做了較為詳細(xì)的分析描述，以探索衛(wèi)星反演資料在西藏暴雪天氣過程中的指示意義，為更好地預(yù)報(bào)暴雪天氣尋找有利的預(yù)報(bào)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：西藏；衛(wèi)星；暴雪

引言

近年來隨著我國航天技術(shù)的飛速發(fā)展，氣象衛(wèi)星取得了舉世矚目的發(fā)展和應(yīng)用，衛(wèi)星資料具有直觀、時(shí)空分辨率高、受地形影響小等特點(diǎn)， 同時(shí)大大彌補(bǔ)了高原大地測站稀少，大片的無人區(qū)沒有資料可參考的預(yù)報(bào)上的缺陷，可以說衛(wèi)星資料在西藏天氣預(yù)報(bào)中的作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了其他的許多預(yù)報(bào)工具。

西藏高原，地形復(fù)雜，天氣系統(tǒng)多變，數(shù)值模式的穩(wěn)定性相對較差，雷達(dá)的應(yīng)用局限性很大，如何正確、有效地把大量的衛(wèi)星資料應(yīng)用到西藏天氣預(yù)報(bào)分析中是當(dāng)前面臨的重要問題，目前我區(qū)對衛(wèi)星的應(yīng)用主要是看云圖了解云系分布和移動發(fā)展情況，基本上局限于單一應(yīng)用，不能發(fā)揮衛(wèi)星反演資料的優(yōu)勢，不僅浪費(fèi)了寶貴的大量衛(wèi)星資料，也無法了解和反映這些資料在西藏地區(qū)的應(yīng)用情況。在數(shù)值預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)上，如果能充分利用衛(wèi)星反演資料，對更好地把握測站稀少的西藏地區(qū)的災(zāi)害性天氣落區(qū)和強(qiáng)度有至關(guān)重要的意義，而暴雪是西藏最主要的災(zāi)害性天氣，暴雪給當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)牧業(yè)和人民生活帶來了嚴(yán)重的影響和極大的財(cái)產(chǎn)損失，據(jù)此，文章應(yīng)用衛(wèi)星資料，結(jié)合西藏西南部地區(qū)的四次暴雪天氣過程，探索衛(wèi)星資料在西藏暴雪天氣過程中的指示意義。

1 資料及方法

1.1 說明

西藏西南部地區(qū)包括阿里地區(qū)南部和日喀則地區(qū)的西南部地區(qū)，涉及多個(gè)縣，雖然范圍廣，但缺少觀測站點(diǎn)，自動站又無法記錄固態(tài)降水，有人值守的觀測站只有普蘭和聶拉木，所以只能通過兩個(gè)站的六小時(shí)人工觀測的降水強(qiáng)度作為一個(gè)切入點(diǎn)來探討。

選用四次過程時(shí)段（2012年02月07日08時(shí)至09日08時(shí)；2013年01月17日08時(shí)至20日08時(shí)；2013年02月04日08時(shí)至08日08時(shí)；2013年02月15日08時(shí)至18日08時(shí)）國家氣象局下發(fā)的FY2E的TBB、OLR、云導(dǎo)風(fēng)和降水估計(jì)，用雙線性二次插值方法插值得到聶拉木和普蘭的站點(diǎn)值。降水量采用地面人工觀測的08時(shí)14時(shí)20時(shí)和02時(shí)六小時(shí)降水量。TBB六小時(shí)六張圖，在六小時(shí)內(nèi)云的發(fā)展情況很復(fù)雜，一些云增強(qiáng)或減弱，亮溫有很大變化，為了更好地描述[1]，六小時(shí)內(nèi)最低TBB值選作和六小時(shí)降水量對應(yīng)時(shí)次的TBB值；OLR六小時(shí)兩張圖，和六小時(shí)降水量對應(yīng)時(shí)同樣選較低的OLR值；云導(dǎo)風(fēng)和降水估計(jì)是每六小時(shí)一張圖，和六小時(shí)降水量有對應(yīng)關(guān)系。

1.2 插值方法與原理

按照雙線性二次插值方法，在緯向上進(jìn)行插值之后再經(jīng)向插值。

2 實(shí)況及災(zāi)情

2013年01月17日至02月17日期間出現(xiàn)的三次過程降水總量聶拉木和普蘭分別為222mm和96mm，1970年至2010年的同期平均值分別為51mm和11mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出同期平均值，同時(shí)普蘭2013年1月18日的38mm和聶拉木2012年2月8日的92mm突破了日降水量歷史極值。

這幾次的暴風(fēng)雪天氣造成普蘭至聶拉木一帶嚴(yán)重雪災(zāi)，給交通、牧業(yè)生產(chǎn)、城市供電、通訊網(wǎng)絡(luò)等造成了嚴(yán)重的影響。2013年的三次強(qiáng)降雪造成阿里、日喀則地區(qū)15個(gè)縣78個(gè)鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）、335個(gè)村、24007戶96978人不同程度受災(zāi)；死亡牲畜104694頭（只、匹）；造成阿里、日喀則、山南、林芝和拉薩等地部分國省干線公路和農(nóng)村公路持續(xù)遭災(zāi)、反復(fù)斷通，累計(jì)受災(zāi)里程5679公里（其中國道2078公里、省道893公里、農(nóng)村公路2708公里），造成12個(gè)縣、35個(gè)鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）、75個(gè)行政村交通中斷。

3 暴雪天氣500hPa環(huán)流

2012年02月08日中高緯地區(qū)經(jīng)向度大，烏拉爾山地區(qū)為高壓脊，貝加爾湖至鄂霍茨克海為一寬廣的低值區(qū)，里海附近有一深厚的低壓環(huán)流，里海附近的低壓分裂冷空氣影響，高原西側(cè)長波槽東移南壓上高原，我區(qū)大部受西南氣流控制；2013年1月18日烏山地區(qū)受弱脊控制，整個(gè)西伯利亞為低值區(qū)；201年2月5日烏山以東西伯利亞為長波脊區(qū)，貝湖附近是深厚的低值區(qū)；2013年2月17日烏山為長波脊區(qū)，東西伯利亞至貝湖地區(qū)受低值區(qū)控制。

這幾次過程整體上相似度很高，做了環(huán)流平均發(fā)現(xiàn)：烏山以東地區(qū)為長波脊區(qū)，貝加爾湖至鄂霍茨克海為一寬廣的低值區(qū)，兩高較強(qiáng)，伊高有利于引導(dǎo)冷空氣南下高原，副高有利于南支槽的加深和維持。由于高原上存在南支槽是直接的影響系統(tǒng)，文章把560線作為南支槽特征線做了對比，此類過程中高度場560線位置在在35°N以南，2012年02月08日560線位置最偏南，降水強(qiáng)度最強(qiáng)，超過了歷史同期極值。

4 暴雪天氣云圖和影響系統(tǒng)

氣象衛(wèi)星主要是利用不同大氣粒子對不同波段輻射吸收特性的不同而進(jìn)行檢測，就數(shù)據(jù)產(chǎn)品而言，可分為云圖產(chǎn)品及導(dǎo)出產(chǎn)品。云圖產(chǎn)品如紅外云圖、可見光云圖、水汽圖等，它主要是利用云對各種光譜段反射、輻射和散射特性的不同而形成[2]。

四次暴雪過程從紅外云圖上分析，阿里地區(qū)西北部云系明顯，前期高原主體和孟灣地區(qū)基本為晴空區(qū)，高原西北部的強(qiáng)云系在東移過程中不斷影響高原，但四次過程主要影響云系是從阿拉伯海經(jīng)印度半島移至西藏西南部。隨著過程的開始從阿拉伯海不斷有云系移至聶拉木地區(qū)，此時(shí)西北的云系也已進(jìn)入高原主體，南北兩支云系大概都在西藏西南部的普蘭一帶開始匯合，我區(qū)自普蘭開始出現(xiàn)降雪。在90°E以西兩支云系完全匯合在一起，聶拉木就屬于兩支云系完全匯合后形成的云系的最強(qiáng)影響落區(qū)，匯合后的云系開始往東北方向移動，降水落區(qū)也從西南部向東北方向轉(zhuǎn)移。

5 暴雪天氣衛(wèi)星反演產(chǎn)品分析

衛(wèi)星云圖導(dǎo)出產(chǎn)品是指對氣象衛(wèi)星遙感探測的數(shù)據(jù)進(jìn)行反演計(jì)算得到的各種產(chǎn)品，如云導(dǎo)風(fēng)、射出長波輻射、降水估計(jì)、相當(dāng)黑體溫度等等。

5.1 TBB

利用TBB等值線的分布及梯度特征，可以診斷預(yù)報(bào)可能伴隨的天氣現(xiàn)象和落區(qū)，在短期和短時(shí)臨近預(yù)報(bào)中有重要的應(yīng)用前景[3]。

在這四次暴雪過程中聶拉木和普蘭的TBB變化情況如圖：聶拉木在過程初期TBB均在250K以上，過程開始12～18h時(shí)，TBB在250～225K之間，在過程開始18～40h內(nèi)，TBB持續(xù)保持最低狀態(tài)，其值在230～215K，但最低不會超過215K，過程開始48h后TBB明顯開始上升，當(dāng)過程結(jié)束時(shí)TBB值為260K。普蘭整體變化情況和聶拉木相似，但普蘭過程開始前TBB明顯比聶拉木低，TBB均在240K以下，在強(qiáng)降水集中時(shí)段TBB最低值能達(dá)到210K，這個(gè)值也比聶拉木低。

總體而言，過程初期TBB都在較高的位置，隨著降水臨近TBB迅速下降，到了強(qiáng)降水集中時(shí)段，TBB開始持續(xù)保持低值狀態(tài)，當(dāng)過程結(jié)束時(shí)TBB開始上升，其中聶拉木過程初期TBB值在250K以上，而普蘭在230K左右，在強(qiáng)降水時(shí)段，聶拉木最低值不超過215K，普蘭能達(dá)到210K。

從四次過程中挑選了降水量≥2mm的所有時(shí)次作為樣本，得到如下關(guān)系：隨著降水量增大，TBB值呈逐步下降趨勢。聶拉木降水量≤8mm時(shí)，TBB大多落在240～255K之間，降水量≥8mm時(shí)TBB開始回落，當(dāng)降水量為20mm左右時(shí)TBB為最低值215K，隨后降水量逐漸上升，但TBB不會超過215K，反而有一次回升，當(dāng)降水量為40mm時(shí)，TBB在230K左右。普蘭降水量≤8mm時(shí)，TBB大多落在210～225K之間，降水量≥8mm后TBB保持在210K左右，但也有一個(gè)略為回升的趨勢。

在暴雪過程中，降水量≤8mm時(shí)TBB和降雪量有正比關(guān)系，降水量在8～16mm之間時(shí)TBB保持最低狀態(tài)，降水量≥16mm后，TBB和降雪量有反比關(guān)系，但TBB不會超過230K。

5.2 OLR

OLR是指地球大氣系統(tǒng)在大氣層頂向外空輻射出去的所有波長的電磁波能量密度，其大小主要由下墊面發(fā)射的溫度決定。

四次暴雪過程的OLR變化情況看（圖略）：每次過程的變化情況不太一致，在過程中OLR波動明顯，兩站在過程開始18～36h之間有達(dá)到最低值的情況存在，另外從OLR低值區(qū)的移動情況來看，降雪最強(qiáng)落區(qū)的的變化情況較為一致，既OLR低值區(qū)能反映云系移動方向，云系移動方向就是降雪落區(qū)的轉(zhuǎn)移方向[4]。

四次過程中挑選了降水量≥2mm的所有時(shí)次作為樣本，得到如下關(guān)系，如圖8所示。

降雪量≥2mm時(shí)，聶拉木OLR值在130～215W/m2之間，普蘭在110～160W/m2之間，降雪量大小和OLR值有一定的正比關(guān)系，即整體而言，降雪量越大，OLR在呈下降趨勢。聶拉木降雪量≥8mm時(shí)OLR基本在160 W/m2以下，普蘭降雪量≥8mm時(shí)OLR接近100 W/m2。

很明顯普蘭的OLR在這四次過程中遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于聶拉木，這種現(xiàn)象在TBB變化情況中也存在，TBB低于聶拉木30K左右，OLR低于60 W/m2左右，由此也聯(lián)想到系統(tǒng)的發(fā)展變化，普蘭在四次過程中是冷暖空氣交匯的初始地點(diǎn)，從云圖上分析北邊的云系大范圍影響到普蘭，普蘭上空的云明顯比聶拉木強(qiáng)，在地形抬升作用下，對流開始強(qiáng)烈發(fā)展，隨著暴雪系統(tǒng)逐步成熟和穩(wěn)定，落區(qū)開始東移南壓到了聶拉木一帶，所以較強(qiáng)的降水出現(xiàn)在聶拉木而TBB和OLR普蘭更低。

5.3 云導(dǎo)風(fēng)

云導(dǎo)風(fēng)是指用連續(xù)幾幅靜止氣象衛(wèi)星圖像追蹤圖像塊（示蹤云）的位移，并計(jì)算示蹤云所代表的云或水汽特征所在高度的層次，以獲得這些層次上風(fēng)的估算值，云導(dǎo)風(fēng)產(chǎn)品在很大程度上增加了測站稀少地區(qū)探空資料的密度，尤其是很大程度上填補(bǔ)了海洋、沙漠和高寒山區(qū)探空資料的空缺[4][5]，它對云系形成的環(huán)流系統(tǒng)表現(xiàn)較為直觀。

以下給出四次降雪過程500hPa風(fēng)場和云導(dǎo)風(fēng)的疊加圖，云導(dǎo)風(fēng)描述有高低空風(fēng)場和中高空，結(jié)合西藏實(shí)際，文章分析了中高空云導(dǎo)風(fēng)（紅色風(fēng)）。

四次過程而言，從云導(dǎo)風(fēng)明顯看到其冷暖空氣的移動路徑，北部云導(dǎo)風(fēng)表現(xiàn)為咸里海地區(qū)東移南下的西北風(fēng)，另一路是源自阿拉伯海經(jīng)印度半島移至西藏西南部地區(qū)的西南風(fēng)，兩中系統(tǒng)的發(fā)展變化可以從云導(dǎo)風(fēng)的情況來推斷，由于高空風(fēng)一天只觀測兩次，尤其是在短臨預(yù)報(bào)中，云導(dǎo)風(fēng)在西藏測站稀少的地區(qū)有著不可低估的應(yīng)用前景。

5.4 降水估計(jì)

衛(wèi)星降水估計(jì)一天下發(fā)四個(gè)時(shí)次。在此選取的20次樣本中，漏報(bào)一次，空報(bào)兩次，有7次預(yù)報(bào)是是比實(shí)際降雪偏少，偏少都在4mm以上，最大偏少31mm，有8次預(yù)報(bào)比實(shí)際偏多，偏多在2mm以上，但大多數(shù)時(shí)只偏多5mm左右，只有一次是偏多12mm，還有3次過程是和實(shí)況吻合，誤差接近零。

衛(wèi)星降水估計(jì)中，空報(bào)漏報(bào)，偏多偏少以及和實(shí)況基本一致的情況都存在，其中偏多偏少的情況居多，而偏少的幅度大于偏多的幅度，所以在預(yù)報(bào)應(yīng)用中還要結(jié)合其他降水模式預(yù)報(bào)或物理量等情況來綜合考慮。

6 結(jié)束語

（1）500hPa環(huán)流上烏拉兒山以東地區(qū)為長波脊區(qū)，貝加爾湖至鄂霍茨克海為一寬廣的低值區(qū)，兩高較強(qiáng)，伊高有利于引導(dǎo)冷空氣南下高原，副高有利于南支槽的加深和維持，高原西側(cè)的南支槽很深， 560線位置均在35°N以南。

（2）暴雪過程有南北兩個(gè)系統(tǒng)配合，先是有北邊系統(tǒng)影響高原，即有充足的冷空氣上高原，然后趕上南邊的系統(tǒng)，，即阿拉伯海水汽沿著槽前西南氣流能夠輸送到高原；從紅外云圖上很清晰地看到阿拉伯海的云系起關(guān)鍵作用。

（3）過程初期TBB都在較高的位置，隨著降水臨近，TBB迅速下降，到了強(qiáng)降水集中時(shí)段，TBB開始持續(xù)保持低值狀態(tài)，聶拉木最低值不超過215K，普蘭達(dá)到210K。當(dāng)過程結(jié)束時(shí)TBB開始上升到260K附近。從OLR低值區(qū)的移動情況來看，降雪最強(qiáng)落區(qū)的的變化情況較為一致。

（4）兩個(gè)站在暴雪過程中降水量≤8mm時(shí)TBB和降雪量有正比關(guān)系，降水量≥16mm后，TBB和降雪量有反比關(guān)系。降雪量大小和OLR值有一定的正比關(guān)系，即整體而言，降雪量越大，OLR在呈下降趨勢。普蘭的OLR和TBB在這四次過程中都明顯低于聶拉木，TBB低于聶拉木30K左右，OLR低于60W/m2左右。

（5）在沒有測站地區(qū)，完全可以通過云導(dǎo)風(fēng)來預(yù)測和判斷其降水形式和發(fā)展趨勢，從云導(dǎo)風(fēng)明顯看到其冷暖空氣的移動路徑，由于探空一天只觀測兩次，在短臨預(yù)報(bào)中，云導(dǎo)風(fēng)在西藏測站稀少的地區(qū)有著不可低估的應(yīng)用前景。

（6）衛(wèi)星降水估計(jì)中，空報(bào)漏報(bào)，偏多偏少以及和實(shí)況基本一致的情況都存在，其中偏多偏少的情況居多，而偏少的幅度大于偏多的幅度，所以在預(yù)報(bào)應(yīng)用中還要結(jié)合其他降水模式預(yù)報(bào)或物理量等情況來綜合考慮。

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