夏季風(fēng)廓線雷達在雷州半島強對流天氣過程的應(yīng)用

文彬，梁文全，鄺家豪

夏季風(fēng)廓線雷達在雷州半島強對流天氣過程的應(yīng)用

文彬1，梁文全2，鄺家豪1

（1.湛江市氣象局，廣東湛江 524001；2.雷州市氣象局，廣東雷州 524300）

利用風(fēng)廓線雷達產(chǎn)品、常規(guī)氣象資料對雷州半島夏季2次強對流天氣個例進行了分析。分析表明，雷雨云團移動到觀測點前，低空急流向下不斷擴展并增強，產(chǎn)生雷雨大風(fēng)。暴雨發(fā)生發(fā)展前后，并不一定有低空急流的配合，風(fēng)廓線產(chǎn)品風(fēng)場信息顯示出強降水發(fā)生前有明顯的冷暖平流，上冷下暖的大氣層結(jié)的建立為降水提供了不穩(wěn)定條件，有利于強降水的發(fā)生發(fā)展。

天氣學(xué)；風(fēng)廓線雷達；強對流；夏季；雷州半島

風(fēng)廓線雷達是一種新型高空大氣探測系統(tǒng)，能夠無人值守24 h連續(xù)提供大氣水平風(fēng)場、垂直氣流、大氣折射率結(jié)構(gòu)常數(shù)等的垂直分布情況，同時具有較高的時間分辨、空間分辨率和實時性好的特點。目前天氣預(yù)報使用的高空觀測數(shù)據(jù)空間間距100～200 km，每天僅有2次。風(fēng)廓線雷達則可以彌補探空資料在時空密度上特別是時間密度上的局限性，是除探空雷達之外高空探測風(fēng)資料最直接的一種來源，這對研究天氣尺度系統(tǒng)的演變和中小尺度天氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)有著重要價值。

國內(nèi)多個地區(qū)都對風(fēng)廓線雷達在天氣過程中的應(yīng)用進行過一定的研究［1-3］，探討其在各種天氣過程中的特征變化。Mitchell等［4］利用風(fēng)廓線雷達研究了美國大平原天氣過程中低空急流出現(xiàn)的高度以及維持時間，提升了當(dāng)?shù)氐臑?zāi)害性天氣預(yù)報的水平。顧映欣等［5］利用UHF風(fēng)廓線雷達資料，對1989年夏季北京地區(qū)3次降水過程進行分析，對風(fēng)廓線雷達資料的應(yīng)用做了初步的研究，通過溫度平流的計算，說明風(fēng)廓線雷達探測資料在短時預(yù)報中存在的廣闊應(yīng)用前景。劉淑媛等［6］利用風(fēng)廓線雷達資料，研究低空急流與暴雨的關(guān)系，認(rèn)為風(fēng)廓線雷達可以揭示西南季風(fēng)中和行星邊界層中與暴雨相聯(lián)系的中尺度現(xiàn)象；汪學(xué)淵等［7］發(fā)現(xiàn)風(fēng)廓線雷達資料在臺風(fēng)蘇拉登陸過程中會有明顯的特征變化。李峰等［8］研究發(fā)現(xiàn)利用風(fēng)廓線雷達探測產(chǎn)品能夠較好地診斷和判別多相態(tài)天氣的轉(zhuǎn)變過程。

本研究意在分析雷州半島夏季強對流天氣過程中風(fēng)廓線雷達資料的特征變化，加強風(fēng)廓線雷達產(chǎn)品在本地區(qū)強對流天氣預(yù)報預(yù)警中的應(yīng)用，為天氣預(yù)報預(yù)警提供參考。

1 資料與方法

使用位于湛江東海島的CFL-08型對流層風(fēng)廓線雷達資料。對流層風(fēng)廓線雷達是以大氣湍流為探測目標(biāo)，利用脈沖多普勒雷達測速原理和數(shù)據(jù)處理獲得大氣湍流信息的新型測風(fēng)遙感設(shè)備，能夠不間斷地提供探測150 m～8 km垂直高度范圍內(nèi)的大氣水平風(fēng)場，垂直氣流大氣折射率結(jié)構(gòu)常數(shù)Cn2等要素隨高度的分布。該風(fēng)廓線雷達采用固定式5波束指向的固態(tài)有源相控陣脈沖多普勒全相參雷達體制，由天饋分系統(tǒng)、發(fā)射機分系統(tǒng)、接收機分系統(tǒng)等組成。風(fēng)廓線雷達發(fā)射出的電磁輻射在大氣中遇到漂移的湍流體時，會產(chǎn)生后向散射，其與湍流體的物理性質(zhì)有關(guān)，且若湍流的尺度與雷達半波長尺度相當(dāng)?shù)脑?，波強度最大。通過對多普勒頻移的測量以及數(shù)據(jù)處理便可以得到大氣的風(fēng)場信息。

本研究使用2014年6月的常規(guī)氣象觀測資料與風(fēng)廓線雷達資料。風(fēng)廓線雷達資料的時間分辨率為6 min，垂直空間尺度為每120 m 1層，資料的時間和空間觀測密集度較高，能比較好地反映湛江上空的風(fēng)場變化情況。

2 強對流天氣過程中風(fēng)廓線產(chǎn)品的特征

2.1 一次雷雨大風(fēng)天氣過程中風(fēng)廓線雷達產(chǎn)品的變化情況

2014年6月5日20：00，500 hPa高空天氣圖上從貴州至中南半島北部有一東北至西南走向的西風(fēng)槽，湛江受槽前偏南氣流影響，850 hPa在廣東中部地區(qū)出現(xiàn)一支低空急流，湛江低層受弱西南風(fēng)場影響。6月6日受高空槽東移影響，一條東北到西南走向的分散雨帶從北部灣向雷州半島移動，凌晨至上午，湛江市各地出現(xiàn)一次明顯的雷雨大風(fēng)過程，共有37個自動站出現(xiàn)7級以上大風(fēng)，其中12個自動站錄得8級陣風(fēng)，最大陣風(fēng)出現(xiàn)在遂溪樂明鎮(zhèn)，風(fēng)速達19.8 m/s。受東移的對流云帶影響，東海島自動站07：14錄得17.0 m/s的陣風(fēng)。

圖1 2014年6月5日08：00北海t-logp圖（距離湛江約100 km）

5日08：00北海探空（圖1）顯示，不穩(wěn)定能量非常充足，整層的CAPE值達到4 239 J/kg，只需抬升條件觸發(fā)，強對流即可發(fā)展。隨著西風(fēng)槽東移，大片強對流云團形成，并隨風(fēng)場移動。從圖2中可知在05：00到08：00期間高層風(fēng)場由西北風(fēng)轉(zhuǎn)為西南風(fēng)，顯示西風(fēng)淺槽過境，但在5 500 m高度上表現(xiàn)不明顯。1 500 m以下風(fēng)速逐漸增大，風(fēng)向由偏南風(fēng)轉(zhuǎn)為西南風(fēng)，同時1 590 m高度的西南風(fēng)在90 min內(nèi)風(fēng)速從6.7 m/s增大至12.7 m/s，形成超低空急流。而1 500至4 000 m高度處的風(fēng)速隨箭頭方向逐漸增大，出現(xiàn)強風(fēng)速帶，形成低空急流，低層風(fēng)速增大使得降水云體快速東移。根據(jù)計算，1 500 m以下高度層在07：30左右開始出現(xiàn)低空急流，表明低空急流開始向底層擴展，這時離降水發(fā)生近20 min。風(fēng)廓線風(fēng)場產(chǎn)品顯示在雷雨大風(fēng)來臨時風(fēng)場有一定程度的加大，低空急流向底層擴展的特征。急流向下擴展，動量下傳影響使得底層風(fēng)速有一定程度的增大。這與金?。?］的研究相似，低空急流強度的大小影響強對流的強弱。偏南急流加強向下伸展，降水強度也隨之增強。

圖2 2014年6月6日05：36至07：54（UTC）風(fēng)場與大氣折射率結(jié)構(gòu)常數(shù)的變化情況

2.2 一次大暴雨降水過程中風(fēng)廓線雷達產(chǎn)品的變化情況

2014年6月10—11日，受低渦與切變線影響，湛江地區(qū)普降暴雨到大暴雨，東海島雷達站24 h降水量達226.2 mm，11日08：00—09：00錄得最大小時雨強86.4 mm（如圖3）。850 hPa切變線處于廣西沿海到茂名一帶，在切變線南側(cè)，不斷有降水云團生成。

圖3 2014年6月11日東海島雷達站降水情況（UTC）

由圖4可知，凌晨03：12前后5 500 m高空以西北風(fēng)為主，03：36開始，2 000至6 500 m的高空風(fēng)向開始轉(zhuǎn)變，由西北風(fēng)轉(zhuǎn)為東到東北風(fēng)，并在中層出現(xiàn)大風(fēng)速區(qū)，3 000至3 500 m風(fēng)向有明顯轉(zhuǎn)變，表明有輻合線經(jīng)過雷達站上空并向北推，同時雷達站西側(cè)的降水云團隨著強偏東風(fēng)向西移動，此時雷達站附近出現(xiàn)一陣小雨的降水。1 500 m以下一直以東南風(fēng)場為主。

圖4 2014年6月11日03：12—06：06（UTC）的風(fēng)場變化情況與05：06風(fēng)向的垂直變化情況

有研究指出暴雨降水常伴有低空急流，而這次大暴雨過程中，并未伴隨明顯的低空急流，04：30降水有所減弱消散，對應(yīng)圖4中高層風(fēng)速轉(zhuǎn)為加大的東北風(fēng)。降水過后低層轉(zhuǎn)為東南風(fēng)場，暖平流向測站輸送，高層為冷平流（如圖4中藍框和紅框），大氣上冷下暖，不穩(wěn)定性不斷增強，為強降水發(fā)生與持續(xù)提供有利條件。同時較長的降水時間，使得降水累計量較大，形成大暴雨。吳蕾［9］研究認(rèn)為，當(dāng)?shù)蛯訛榕搅?，高層為冷平流，冷平流的增強時，會使得降水強度明顯增強。

3 結(jié)論

利用風(fēng)廓線雷達產(chǎn)品對部分強對流個例進行了簡單的探討。個例分析顯示，雷雨云團移動到觀測點前，低空急流向下不斷擴展并增強，1 500 m以下出現(xiàn)低空急流后20 min即出現(xiàn)降水與雷雨大風(fēng)。暴雨發(fā)生發(fā)展前后，并不一定有低空急流的配合，風(fēng)廓線產(chǎn)品風(fēng)場信息可明顯地看到冷暖平流的變化情況，該次大暴雨降水過程中上冷下暖層結(jié)為降水提供了不穩(wěn)定條件。

通過風(fēng)廓線雷達，可以顯示高低空急流、風(fēng)切變、冷暖平流等大氣情況，但風(fēng)廓線雷達主要以晴空大氣為探測目標(biāo)，且水平風(fēng)是在局地均勻各向同性的假設(shè)條件下計算出來的，強對流發(fā)生時，有時很難達到其探測效果。我國風(fēng)廓線雷達探測產(chǎn)品的應(yīng)用特別是二次產(chǎn)品的研究還處于初步發(fā)展階段，還需進一步開發(fā)更為合理可行的產(chǎn)品，為短時臨近預(yù)報提供參考。

［1］方平治，趙兵科，魯小琴，等.華東沿海地帶臺風(fēng)風(fēng)廓線特征的觀測個例分析［J］.大氣科學(xué)，2013，37（5）：1091-1098.

［2］王柯.基于風(fēng)廓線雷達的塔克拉瑪干沙漠腹地邊界層風(fēng)場研究［D］.烏魯木齊：新疆大學(xué)，2011.

［3］金巍，曲巖，姚秀萍，等.一次大暴雨過程中低空急流演變與強降水的關(guān)系［J］.氣象，2007，33（12）：31-38.

［4］Mitchell M J，Arritt R W，Labas K.A climatology of the warm season great plains Low-Level jet using wind profiler observations［J］.Weather and Forecasting，1995，10（3）：576-591.

［5］顧映欣，陶祖鈺.UHF多普勒風(fēng)廓線雷達資料的初步分析和應(yīng)用［J］.氣象，1991，18（1）：29-34.

［6］劉淑媛，鄭永光，陶祖鈺.利用風(fēng)廓線雷達資料分析低空急流的脈動與暴雨關(guān)系［J］.熱帶氣象學(xué)報，2003，19（3）：285-290.

［7］汪學(xué)淵，李棟，任雍，等.風(fēng)廓線雷達資料在臺風(fēng)蘇拉登陸過程中的應(yīng)用初探［J］.氣象，2013，39（11）：1431-1436.

［8］李峰，施紅蓉.一次多相態(tài)天氣過程的風(fēng)廓線雷達探測資料特征分析［J］.氣象，2014，40（8）：992-999.

［9］吳蕾，董麗萍，王令，等.風(fēng)廓線雷達在強降水監(jiān)測預(yù)警中的應(yīng)用研究［J］.南京大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2014，50（6）：865-872.Application of Wind Profilers in Summertime Severe Convective Weather in Leizhou Peninsula

WEN Bin1，LIANG Wen-quɑn2，KUANG Jiɑ-hɑo1
（1.Meteorological Bureau of Zhanjiang City，Zhanjiang 524001；2.Meteorological Bureau of Leizhou City，Leizhou 524300）

With the products of wind profilers and conventional meteorological data，we studied two cases of summertime severe convective weather over the Leizhou Peninsula.As shown in the analysis，a lowlevel jet stream kept expanding downwards while strengthening to give rise to thunderstorm before its cloud cluster moved to the site of observation.A low-level jet stream is not a necessary condition for the time around the occurrence of heavy rain.As shown in the wind field information of the products，a cold and warm advection was present prior to the heavy rain.The establishment of an atmospheric stratification provides unstable condition for the rain and helps it generate and intensify.

atmospheric measurement；wind profiler；severe convection；summer；Leizhou Peninsula

P44

A

10.3969/j.issn.1007-6190.2016.05.010

2016-03-15

湛江市氣象局項目（2014B01）

文彬（1988年生），男，助理工程師，研究生，主要從事天氣預(yù)報和氣象服務(wù)工作。E-mail：wenbinQZ@163.com

文彬，梁文全，鄺家豪.夏季風(fēng)廓線雷達在雷州半島強對流天氣過程的應(yīng)用［J］.廣東氣象，2016，38（5）：42-44.