衛(wèi)星云圖、雷達(dá)回波在暴雨分析預(yù)報(bào)中的應(yīng)用

范蘭艷 黃英華

摘要 針對(duì)1995年7月到2009年6月每年出現(xiàn)的暴雨和大暴雨的天氣，對(duì)每一次暴雨天氣過(guò)程的預(yù)報(bào)都充分利用衛(wèi)星云圖及暴雨預(yù)報(bào)中所積累的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，摸索出了利用衛(wèi)星云圖、云系特征及雷達(dá)回波與天氣形勢(shì)相結(jié)合預(yù)報(bào)強(qiáng)降水的做法，歸納出了特大暴雨前的云場(chǎng)模式，提高了暴雨預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率。

關(guān)鍵詞 衛(wèi)星云圖；雷達(dá)回波；暴雨；應(yīng)用

中圖分類號(hào) P457.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-5739（2016）04-0226-02

暴雨突發(fā)性強(qiáng)，預(yù)報(bào)難度大，能夠準(zhǔn)確預(yù)報(bào)強(qiáng)降水過(guò)程，對(duì)提高氣象部門的知名度和降低人們生命財(cái)產(chǎn)的損失具有重要作用。在預(yù)報(bào)實(shí)踐中，充分利用衛(wèi)星云圖分析及暴雨研究預(yù)報(bào)中所積累的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，摸索出了利用衛(wèi)星云圖、云系特征及雷達(dá)回波與天氣形勢(shì)相結(jié)合預(yù)報(bào)強(qiáng)降水的做法，歸納出了特大暴雨前的云場(chǎng)模式，提高了對(duì)暴雨預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率。1995年7月到2009年5月本站共發(fā)生5次暴雨、1次大暴雨天氣過(guò)程，都予以準(zhǔn)確預(yù)報(bào)。現(xiàn)針對(duì)衛(wèi)星云圖、雷達(dá)回波在暴雨分析預(yù)報(bào)中的應(yīng)用進(jìn)行探討。

1 利用衛(wèi)星云圖與天氣形勢(shì)結(jié)合預(yù)報(bào)強(qiáng)降水

1.1 利用紅外及可見光云圖上云帶中特別白亮的云團(tuán)預(yù)報(bào)未來(lái)24 h暴雨中心區(qū)

這對(duì)于單一變化不快的天氣系統(tǒng)預(yù)報(bào)效果非常好。由增強(qiáng)顯示云圖或亮云團(tuán)中的測(cè)站在當(dāng)時(shí)自動(dòng)站中的1 h雨量實(shí)況可以估計(jì)暴雨的中心強(qiáng)度[1-2]。例如：2005年7月11日的大暴雨天氣過(guò)程具有局地性降水過(guò)程開始急、結(jié)束快、雨強(qiáng)大、強(qiáng)降水持續(xù)時(shí)間短的特點(diǎn)，朝陽(yáng)出現(xiàn)了雷雨大風(fēng)冰雹的強(qiáng)對(duì)流天氣，強(qiáng)降水時(shí)間是15：50—17：52，降水量為124.7 mm，根據(jù)降水量自記顯示16：00—17：00降水量達(dá)104.5 mm，16：19風(fēng)速可達(dá)19 m/s，16：27—16：29降雹，冰雹直徑為8 mm。

衛(wèi)星云圖顯示：副熱帶高壓邊緣西南暖濕氣流中的不穩(wěn)定云系與短波槽前阻塞高壓后的南北向穩(wěn)定云系相遇，構(gòu)成大拐彎狀態(tài)的云系。在拐角點(diǎn)處有新的白亮云團(tuán)發(fā)展，其位置在朝陽(yáng)南部，即暴雨區(qū)的發(fā)生范圍。冷空氣南下過(guò)程比較復(fù)雜，利用云圖分析高低空急流的配置做暴雨預(yù)報(bào)，不同的地區(qū)經(jīng)歷了鋒生與鋒消的過(guò)程，冷鋒中段出現(xiàn)了3次冷空氣的分股擴(kuò)散，激發(fā)了對(duì)流性降水的出現(xiàn)。

1.2 利用衛(wèi)星云圖[1]的急流云系特征確定高低空急流軸的位置

由700 hPa或850 hPa上的風(fēng)場(chǎng)定出低空急流軸的位置，再根據(jù)高低空急流軸的配置（平行或交叉）的模式可以做暴雨預(yù)報(bào)。例如：2008年7月14日的局地暴雨，實(shí)況雨量本站23.3 mm，四合當(dāng)和溝門子鎮(zhèn)雨量分別為70.5 mm和75.0 mm。紅外云圖上西南-東北走向的副熱帶急流卷云線的出現(xiàn)并向北伸展到華北西北部，這是急流加強(qiáng)的表示，這條急流卷云線即代表高空急流軸，當(dāng)它和低空急流軸趨于平行時(shí)，這是暴雨可能出現(xiàn)的征兆。根據(jù)紅外云圖和可見光云圖相重的白亮云區(qū)，配合天氣圖上700 hPa（或850 hPa）低空急流軸的位置可以確定暴雨區(qū)的大致位置、走向和路徑。暴雨區(qū)位于低空急流軸的左側(cè)，走向與低空急流軸一致，且位于低空急流中心的前方和高空急流中心的右方高低空急流軸的區(qū)域。暴雨區(qū)的未來(lái)路徑沿著高空急流軸即云圖上急流卷云線的方向。這次暴雨在其副高邊緣的積云帶就是東南水汽輸送帶的形象反映，它在云圖上非常清楚，高低空的急流配置對(duì)于暴雨區(qū)的預(yù)報(bào)也有著一定的參考價(jià)值。

1.3 從中低緯系統(tǒng)的相互作用分析大暴雨的產(chǎn)生

朝陽(yáng)大暴雨主要與中低緯系統(tǒng)[2]的相互作用有關(guān)，而參與中低緯系統(tǒng)主要是臺(tái)風(fēng)與低壓。這在衛(wèi)星云圖上反映清楚，故云圖是分析中低緯系統(tǒng)相互作用的有力工具。但由于相互作用的過(guò)程比較復(fù)雜，故又不能單純地依靠云圖，最好是衛(wèi)星云圖、天氣圖和物理量分布圖綜合使用，以達(dá)到更好的暴雨預(yù)報(bào)效果。例如，1996年6月19日降水量52.8 mm，個(gè)別鄉(xiāng)鎮(zhèn)洪水成災(zāi)（因?yàn)楫?dāng)時(shí)無(wú)雨量點(diǎn)），臺(tái)風(fēng)減弱成低壓后往往與北方冷鋒云帶相結(jié)合，這時(shí)減弱的臺(tái)風(fēng)云系加強(qiáng)。在臺(tái)風(fēng)附近或它的北側(cè)，氣流輻合最明顯，垂直運(yùn)動(dòng)也最強(qiáng)，加之有冷暖空氣的溫度對(duì)比，而且與冷鋒相聯(lián)系的高空西風(fēng)急流正好位于臺(tái)風(fēng)的北方，為暴雨區(qū)提供了有利的輻散條件。因此在冷鋒云系與臺(tái)風(fēng)云系相交的地方，產(chǎn)生強(qiáng)烈的降水，主要降水區(qū)位于臺(tái)風(fēng)的北側(cè)或東北側(cè)[3-4]。

2 利用云系特征與天氣形勢(shì)結(jié)合預(yù)報(bào)強(qiáng)降水

（1）當(dāng)天氣圖上出現(xiàn)大的降水的可能形勢(shì)時(shí)，用局地云系特征以及其他形勢(shì)場(chǎng)的發(fā)展演變，以確定未來(lái)24 h內(nèi)本地有無(wú)強(qiáng)降水系統(tǒng)影響

（2）當(dāng)降水系統(tǒng)已向本區(qū)移來(lái)，局地已由高云發(fā)展為中云，根據(jù)云系的宏觀物理特征，診斷云系的降水能力，做出未來(lái)24 h的雨量趨勢(shì)預(yù)報(bào)。受冷空氣和副熱帶高壓的共同影響，朝陽(yáng)市在7月5日出現(xiàn)了入汛以來(lái)影響區(qū)域最廣、強(qiáng)度較大的一場(chǎng)區(qū)域性大到暴雨天氣過(guò)程。各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的降水量都超過(guò)了50 mm，其中四官營(yíng)子鎮(zhèn)降水67.3 mm。4日下午，從1次/h的衛(wèi)星云圖及本地的云系發(fā)現(xiàn)自西南向東北方向有一降水云團(tuán)緩緩移來(lái)，因此就報(bào)出了未來(lái)24 h將有一次比較大的降水過(guò)程。4日21：00大到暴雨的蹤跡顯露無(wú)疑，于是進(jìn)一步明確了大到暴雨的準(zhǔn)確落區(qū)。5日2：00大到暴雨的“先頭部隊(duì)”抵達(dá)了朝陽(yáng)市的邊緣，西部地區(qū)開始降雨，緊接著本站降水開始。部分雨量站出現(xiàn)大雨，其中5個(gè)地方的降水量已經(jīng)超過(guò)了50 mm，6：48，根據(jù)云系的宏觀物理特征，診斷云系的降水能力，作出未來(lái)6 h內(nèi)還將出現(xiàn)20～30 mm的降水，并發(fā)布預(yù)警信號(hào)。

（3）條件允許時(shí)，用本區(qū)的常規(guī)云狀、云量資料分析云場(chǎng)強(qiáng)度，據(jù)此做出未來(lái)6～12 h暴雨落區(qū)預(yù)報(bào)（用于發(fā)布暴雨預(yù)警信號(hào)）。2003年6月9日的暴雨，實(shí)況雨量50.7 mm，就是根據(jù)（1）與（2）2點(diǎn)監(jiān)視一個(gè)華北氣旋的活動(dòng)發(fā)布了朝陽(yáng)暴雨預(yù)報(bào)，2008年7月14日用本方法做了一次局地暴雨預(yù)報(bào)，均取得良好的效果。

3 利用雷達(dá)回波與天氣形勢(shì)結(jié)合預(yù)報(bào)強(qiáng)降水

3.1 低渦[3]的產(chǎn)生和發(fā)展造成大暴雨

2001年 7月4日的暴雨，雨量52.8 mm，此天氣過(guò)程是由低渦所造成，該低渦的產(chǎn)生和發(fā)展造成暴雨。在低渦生成階段，低渦的東北部有數(shù)塊大小不均，強(qiáng)度不等的回波，呈弧形排列，向北突出。在低渦的發(fā)展階段，開始形成近5條近似平行，強(qiáng)度不等的弧狀對(duì)流回波帶。其后隨著回波帶的迅速發(fā)展合并，形成2個(gè)主要回波帶，它們具有明顯的氣旋性旋轉(zhuǎn)特征，并進(jìn)而合并為一體，成為一明顯的渦旋狀回波。同時(shí)在主要回波帶的南部，出現(xiàn)2～3條近似平行，長(zhǎng)100～200 km、寬20 km或40 km左右，呈東北-西南向的對(duì)流性回波，沿高空氣流移動(dòng)并不斷補(bǔ)充到主要回波帶內(nèi)，這對(duì)于主要回波帶的發(fā)展和持續(xù)有一定的作用。與主要回波帶相對(duì)應(yīng)，暴雨出現(xiàn)在低渦移動(dòng)的右前方，即低渦的偏南氣流里，而低渦中心所經(jīng)地區(qū)的雨量很大[5]。

3.2 低壓及切變線[4]造成大暴雨進(jìn)行雷達(dá)回波分析

2005年7月11日的局地暴雨實(shí)況雨量本站75.1 mm。進(jìn)行雷達(dá)回波監(jiān)測(cè)，在鋒前暖區(qū)中出現(xiàn)的中尺度低壓和切變線，當(dāng)有雷達(dá)回波相配合時(shí)，回波易增強(qiáng)發(fā)展而產(chǎn)生暴雨；當(dāng)有雷達(dá)回波帶通過(guò)中尺度低壓及切變線時(shí)，可在低壓和切變線附近突然誘發(fā)出對(duì)流單體，發(fā)生合并，使回波強(qiáng)烈發(fā)展并迅速停滯，造成的局地暴雨。利用這種形勢(shì)可對(duì)局地暴雨作出短時(shí)效的估計(jì)分析。2003年6月9日的暴雨降水50.7 mm，雷達(dá)探測(cè)表明，中尺度低壓發(fā)生在鋒前暖區(qū)內(nèi)，這一中尺度低壓，加強(qiáng)了濕空氣的上升運(yùn)動(dòng)和空中云雨的合并，促使了降水性質(zhì)的轉(zhuǎn)化和降水量的增強(qiáng)。

另外，根據(jù)筆者的工作經(jīng)驗(yàn)，并根據(jù)觀測(cè)云的宏觀物理特征，提出一個(gè)特大暴雨前的云場(chǎng)模式[5]（圖1）。

第1階段不是特大暴雨所特有的云系。第2階段是大范圍大暴雨的特征云系。第3階段是大范圍特大暴雨落區(qū)位置的特征云系。以上3個(gè)階段在單站時(shí)可觀測(cè)到，而在云場(chǎng)分析上則最清晰，最明確。當(dāng)特大暴雨云場(chǎng)第2階段出現(xiàn)時(shí)可發(fā)布大范圍大暴雨預(yù)報(bào)，平均預(yù)報(bào)時(shí)效約24 h，第3階段出現(xiàn)時(shí)可報(bào)特大暴雨落區(qū)，時(shí)效6～12 h。

暴雨是一種中尺度現(xiàn)象，它的生成是不同尺度運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)相互作用的結(jié)果，天氣尺度系統(tǒng)為暴雨提供大尺度環(huán)境條件，即引起中間尺度或中尺度擾動(dòng)生成，在中尺度擾動(dòng)中產(chǎn)生暴雨團(tuán)，暴雨團(tuán)又由許多降水單體組成。但目前常用的方法是做好形勢(shì)預(yù)報(bào)，然后按照分型做暴雨預(yù)報(bào)。但即使大形勢(shì)報(bào)得準(zhǔn)，如果對(duì)觸發(fā)暴雨的中尺度系統(tǒng)沒有抓住，仍無(wú)法預(yù)報(bào)出暴雨。因此除了上述這3種基本的方法外，還有中、小尺度系統(tǒng)分析、動(dòng)力學(xué)診斷分析、數(shù)值模擬和數(shù)值預(yù)報(bào)等等。

4 結(jié)語(yǔ)

提高暴雨預(yù)報(bào)水平是預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)面臨的一項(xiàng)永恒的任務(wù)，在目前的數(shù)值預(yù)報(bào)水平下，適應(yīng)預(yù)報(bào)精細(xì)化要求不斷提高的形勢(shì)，以數(shù)值預(yù)報(bào)為基礎(chǔ)，綜合應(yīng)用多種氣象信息和預(yù)報(bào)技術(shù)做出暴雨預(yù)報(bào)，使暴雨預(yù)報(bào)不漏報(bào)、不空?qǐng)?bào)，并善于從預(yù)報(bào)的失誤中找出新的預(yù)報(bào)思路和方法，使暴雨預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率更高。

5 參考文獻(xiàn)

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