基于SWAP平臺(tái)的新疆中尺度對(duì)流系統(tǒng)判識(shí)及應(yīng)用

張?jiān)苹?，李建剛，譚艷梅，唐冶

（1.新疆氣象臺(tái)，新疆烏魯木齊 830002；2.中國(guó)氣象局烏魯木齊沙漠氣象研究所，新疆烏魯木齊 830002；3.中亞大氣科學(xué)研究中心，新疆烏魯木齊 830002；4.民航新疆空中交通管理局氣象中心，新疆烏魯木齊 830016）

基于SWAP平臺(tái)的新疆中尺度對(duì)流系統(tǒng)判識(shí)及應(yīng)用

張?jiān)苹?，李建剛2，3，譚艷梅4，唐冶1

（1.新疆氣象臺(tái)，新疆烏魯木齊 830002；2.中國(guó)氣象局烏魯木齊沙漠氣象研究所，新疆烏魯木齊 830002；3.中亞大氣科學(xué)研究中心，新疆烏魯木齊 830002；4.民航新疆空中交通管理局氣象中心，新疆烏魯木齊 830016）

利用近10 a FY-2系列紅外云圖資料、MICAPS常規(guī)資料、新疆105個(gè)基本氣象觀測(cè)站逐小時(shí)降水量資料，參考國(guó)內(nèi)外中尺度對(duì)流系統(tǒng)（MCS）標(biāo)準(zhǔn)，給出了新疆區(qū)域MCS判識(shí)標(biāo)準(zhǔn)。統(tǒng)計(jì)分析新疆35次短時(shí)強(qiáng)降水過程的MCS空間分布及參數(shù)演變特征，總結(jié)新疆不同區(qū)域MCS預(yù)警閾值?；谛l(wèi)星天氣應(yīng)用平臺(tái)（SWAP）平臺(tái)追蹤檢驗(yàn)短時(shí)強(qiáng)降水對(duì)應(yīng)MCS特征參數(shù)變化，表明新疆MCS的TBB預(yù)警閾值下限偏低4℃，上限偏高2～4℃；天山山區(qū)、南疆偏西地區(qū)的TBB梯度為0.3℃·km-1，北疆偏西、巴州北部與我國(guó)中東部一致。短時(shí)強(qiáng)降水發(fā)生在引導(dǎo)氣流方向靠近暖區(qū)一側(cè)的冷云蓋邊緣TBB梯度最大處，TBB梯度圖對(duì)云團(tuán)發(fā)展變化表現(xiàn)更清楚?；赟WAP平臺(tái)定位追蹤對(duì)流云團(tuán)對(duì)下游可能發(fā)生的強(qiáng)降水有2～6 h預(yù)警時(shí)效，且30 min外推預(yù)報(bào)與實(shí)況基本一致，對(duì)新疆強(qiáng)降水短臨預(yù)報(bào)預(yù)警有一定的指示意義。

衛(wèi)星天氣應(yīng)用平臺(tái)（SWAP）；中尺度對(duì)流系統(tǒng)（MCS）；短時(shí)強(qiáng)降水；應(yīng)用技術(shù)

短時(shí)強(qiáng)降水及其造成的災(zāi)害是我國(guó)主要自然災(zāi)害之一，中尺度對(duì)流系統(tǒng)（MCS）是其主要成因[1-2]。衛(wèi)星在中尺度對(duì)流系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)和研究方面具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，可以監(jiān)測(cè)小到單個(gè)對(duì)流云團(tuán)、大到行星尺度天氣系統(tǒng)的發(fā)生、發(fā)展和演變[3]，并且在人煙稀少和地面氣象資料缺乏地區(qū)，衛(wèi)星資料可作為重要補(bǔ)充。FY-2系列靜止衛(wèi)星可以提供60 min/次（汛期觀測(cè)模式為30 min/次）的可見光、紅外和水汽圖像，以及TBB（相當(dāng)黑體亮溫）產(chǎn)品，可以滿足中尺度監(jiān)測(cè)和分析預(yù)報(bào)的要求。

對(duì)于新疆強(qiáng)降水，楊蓮梅等[4]、史玉光等[5]總結(jié)了1960—2009年新疆強(qiáng)降水領(lǐng)域的主要研究成果，從大尺度環(huán)流背景、天氣尺度和中尺度系統(tǒng)、水汽特征對(duì)新疆強(qiáng)降水進(jìn)行了分類概括。提出了待解決的問題：引發(fā)強(qiáng)降水的中尺度系統(tǒng)特征及其發(fā)生、發(fā)展的物理機(jī)制；造成新疆地區(qū)暴雨的水汽源匯結(jié)構(gòu)和接力輸送機(jī)制；典型暴雨過程與高、中、低緯大范圍水汽輸送異常之間的關(guān)系等問題。曾勇等[6]、張?jiān)苹莸萚7-8]對(duì)中亞低渦背景下新疆短時(shí)強(qiáng)降水特征分析指出，短時(shí)強(qiáng)降水出現(xiàn)在低渦前強(qiáng)西南氣流、低渦底部強(qiáng)鋒區(qū)及消亡期低渦后部西北氣流中，這些基礎(chǔ)理論和預(yù)報(bào)方法的研究，在一定程度推進(jìn)了新疆短期天氣預(yù)報(bào)的發(fā)展。王鳳梅[9]、王旭等[10]統(tǒng)計(jì)新疆中尺度對(duì)流系統(tǒng)時(shí)空分布特征表明，新疆有兩個(gè)明顯的MCS集中區(qū)在伊犁河谷東部天山山脈的迎風(fēng)坡和西天山背風(fēng)的阿克蘇西南部，張?jiān)苹莸萚11]分析的新疆暴雨、冰雹及雷電氣象災(zāi)害高發(fā)區(qū)與其一致。

自國(guó)家衛(wèi)星氣象中心2013年下發(fā)衛(wèi)星天氣應(yīng)用平臺(tái)（SWAP）以來，該平臺(tái)為新疆區(qū)、地、縣級(jí)氣象臺(tái)站一線業(yè)務(wù)人員提供了追蹤強(qiáng)對(duì)流交互判識(shí)的分析工具，SWAP能夠快速追蹤對(duì)流云團(tuán)并實(shí)時(shí)自動(dòng)預(yù)警，對(duì)新疆強(qiáng)對(duì)流短臨預(yù)報(bào)預(yù)警有很好的指導(dǎo)作用。但是因新疆特殊的氣候背景及復(fù)雜地形，新疆區(qū)域短時(shí)強(qiáng)降水的中尺度云團(tuán)參數(shù)特征與我國(guó)中東部有一定的差別[12-13]。為此，本文在以往FY-2系列云圖研究基礎(chǔ)上，分析新疆短時(shí)強(qiáng)降水的中尺度對(duì)流系統(tǒng)（MCS）參數(shù)特征，總結(jié)基于SWAP平臺(tái)的新疆強(qiáng)降水MCS預(yù)警指標(biāo)，為全疆預(yù)報(bào)人員提供參考。

1 資料與方法

通過國(guó)家衛(wèi)星中心網(wǎng)站下載2005—2016年FY-2系列衛(wèi)星紅外云圖，空間分辨率為0.1°×0.1°的AWX格式TBB資料和SWAP平臺(tái)顯示的HDF格式標(biāo)稱半球資料，時(shí)間間隔均為1 h，并收集整理同期新疆區(qū)域105個(gè)國(guó)家基本氣象站5—9月逐小時(shí)降水量等資料。按照中國(guó)氣象局規(guī)定：對(duì)于某個(gè)站點(diǎn)小時(shí)降水量R≥20 mm為短時(shí)強(qiáng)降水，由于新疆地域遼闊，本文界定受同一影響系統(tǒng)產(chǎn)生的短時(shí)強(qiáng)降水為一次過程，因此將新疆短時(shí)強(qiáng)降水時(shí)間限定為24 h之內(nèi)。對(duì)FY-2靜止衛(wèi)星TBB產(chǎn)品處理方法為：先對(duì)云圖進(jìn)行數(shù)值增強(qiáng)處理并選擇合適的底圖以突出其中的對(duì)流云團(tuán)，并根據(jù)判定依據(jù)對(duì)影響強(qiáng)降水的MCS特征進(jìn)行普查，包括面積、形狀、形心、狀態(tài)、移動(dòng)方向、TBB最低值/平均值/梯度、橢圓率等，在此基礎(chǔ)上，基于SWAP平臺(tái)反查追蹤MCS的參數(shù)變化。

2 新疆區(qū)域MCS判識(shí)標(biāo)準(zhǔn)

中尺度對(duì)流系統(tǒng)（MCS）按尺度可以細(xì)分為中-α系統(tǒng)（200～2000 km）、中-β系統(tǒng)（20～200 km）和中-γ系統(tǒng)（2～20 km）[1-2]。關(guān)于MCS的判識(shí)，隨著觀測(cè)密度及手段的不斷改進(jìn)和發(fā)展，對(duì)MCS的認(rèn)識(shí)也在不斷完善中，Maddox[14]、Augustine[15]等在冷云面積、生命史、形狀等對(duì)MCS進(jìn)行了嚴(yán)格的定義并在冷云面積大小方面不斷修正，判定標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 國(guó)際MCS的判識(shí)標(biāo)準(zhǔn)

鄭永光等[12]在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，增加了初生時(shí)刻的標(biāo)準(zhǔn)，并增加了“形心”以期追蹤對(duì)流云團(tuán)的路徑，同時(shí)略微修訂了-32℃冷云區(qū)達(dá)到最大面積時(shí)，中-α尺度持續(xù)伸長(zhǎng)型對(duì)流系統(tǒng)（PECS）和中-β持續(xù)伸長(zhǎng)型對(duì)流系統(tǒng)（MβECS）的橢圓率為0.2～0.6，MCC和中-β圓形對(duì)流系統(tǒng)（MβCCS）的橢圓率≥0.6。

因本文所用衛(wèi)星數(shù)據(jù)空間分辨率為0.1°×0.1°，按照一個(gè)經(jīng)（緯）度大致為100 km計(jì)算，F(xiàn)Y-2系列衛(wèi)星的分辨率大致為10 km×10 km。對(duì)于尺度小于20 km的中-γ尺度MCS，還無(wú)法對(duì)其進(jìn)行追蹤和判別，所以主要關(guān)注中-β尺度及以上的MCS，類型包括MαCS（MCC、PECS），MβCS（MβECS、MβCCS）。

在統(tǒng)計(jì)分析近10 a新疆MCS參數(shù)變化的基礎(chǔ)上，根據(jù)新疆特殊的地理地形環(huán)境，山脈阻擋會(huì)造成MCS變形，因此修正中-β對(duì)流系統(tǒng)（MβCS）最小尺度的面積定義為＞103km2，考慮新疆地形復(fù)雜對(duì)云團(tuán)影響，橢圓率0.6改為0.5，其他標(biāo)準(zhǔn)與MαCS基本一致（表2）。

表2 新疆區(qū)域MCS的判識(shí)標(biāo)準(zhǔn)

3 基于SWAP平臺(tái)的新疆短時(shí)強(qiáng)降水預(yù)警指標(biāo)

3.1 新疆短時(shí)強(qiáng)降水的MCS區(qū)域分布特征

統(tǒng)計(jì)近10 a短時(shí)強(qiáng)降水資料，有38次降水量R≥20 mm·h-1的短時(shí)強(qiáng)降水過程，其中2次無(wú)TBB≤-32℃冷云蓋、1次缺云圖資料，分析FY2紅外云圖TBB資料表明，35次強(qiáng)降水中有8個(gè)MαCS，27個(gè)MβCS，其中有4次過程多站出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水。

從35次強(qiáng)降水的MCS初生、成熟及消散時(shí)期的空間分布可以看到（圖1），影響新疆強(qiáng)降水過程的MαCS主要分布在中天山兩側(cè)，MβCS源地在阿拉套山分布最為密集，其次為巴爾魯克山靠近克拉瑪依市的淺山區(qū)和阿克蘇地區(qū)境內(nèi)的天山南簏（圖1a）。而成熟時(shí)期的MCS較初生期整體向東移動(dòng)，MβCS主要分布在伊犁河谷、博州及北疆沿天山一帶，MαCS分布比較分散，總體北疆多于天山南簏（圖1b）。消散期的MβCS主要位于準(zhǔn)噶爾盆地邊緣戈壁綠洲過渡帶、巴爾魯克山和阿拉套山中間的阿拉山口附近以及阿克蘇地區(qū)中西部（圖1c），MαCS則在準(zhǔn)噶爾盆地和塔里木盆地靠近天山的一側(cè)較為密集，另外還有伊犁河谷的東西兩側(cè)。

圖1 新疆短時(shí)強(qiáng)降水的MCS空間分布

3.2 新疆短時(shí)強(qiáng)降水MCS預(yù)警閾值的確定

分析追蹤35次短時(shí)強(qiáng)降水對(duì)應(yīng)的MCS初生、成熟及消散的紅外云圖參數(shù)變化，得到紅外云圖參數(shù)演變數(shù)據(jù)集，即MCS的形心、面積、圓形度、狀態(tài)、方向、TBB最低值/平均值/梯度、橢圓率等。

35次短時(shí)強(qiáng)降水的影響系統(tǒng)主要分為4類：槽前西南（西）氣流23次、短波槽5次、低渦4次和脊前西北（偏北）氣流3次。對(duì)應(yīng)表3統(tǒng)計(jì)分析35次短時(shí)強(qiáng)降水MCS參數(shù)變化表明，新疆強(qiáng)降水MCS預(yù)警閾值按地域特點(diǎn)可分為4個(gè)區(qū)域：伊犁河谷—博州—石河子以西沿天山一帶（17次）閾值為TBB-36～-60℃、梯度平均0.4℃·km-1、天山山區(qū)（8次）TBB -36～-58℃、梯度平均0.3℃·km-1、南疆偏西地區(qū)（9次）TBB-35～-54℃、梯度平均0.3℃·km-1和巴州北部（1次）TBB-36～-58℃、梯度平均0.4℃·km-1。

3.3 基于SWAP平臺(tái)的預(yù)警閾值檢驗(yàn)

利用SWAP平臺(tái)強(qiáng)對(duì)流交互判識(shí)功能（圖1），SWAP系統(tǒng)默認(rèn)TBB閾值為4檔間隔10℃分別為-32℃、-42℃、-52℃、-62℃，TBB梯度為0.4℃km-1，對(duì)強(qiáng)對(duì)流云團(tuán)有30～60 min（可自定義）的外推預(yù)報(bào)，云圖顯示可以以云團(tuán)亮溫和云團(tuán)梯度兩種方式顯示，云團(tuán)路徑包括歷史路徑和外推路徑及區(qū)域，同時(shí)可以提取追蹤云團(tuán)信息，顯示目標(biāo)云團(tuán)的參數(shù)及外推預(yù)報(bào)變化。

通過檢驗(yàn)上述35次新疆強(qiáng)降水過程SWAP預(yù)警閾值，將系統(tǒng)默認(rèn)TBB閾值4檔間隔10℃：-32、-42、-52、-62℃，TBB梯度0.4℃·km-1，按照新疆不同區(qū)域修訂TBB閾值為北疆4檔間隔8℃：伊犁河谷—博州—石河子以西沿天山一帶和天山山區(qū)為-36、-44、-52、-60℃，伊犁河谷—博州—石河子以西沿天山一帶TBB梯度0.4℃·km-1，天山山區(qū)梯度0.3℃km-1；南疆TBB閾值4檔間隔6℃：南疆偏西地區(qū)為-36、-42、-48、-54℃，梯度0.3℃·km-1，巴州北部為-40、-46、-52、-58℃，梯度0.4℃·km-1。

表3 不同區(qū)域SWAP平臺(tái)預(yù)警閾值

4 基于SWAP平臺(tái)的新疆強(qiáng)降水預(yù)警技術(shù)及應(yīng)用

4.1 2012年6月4日巴州罕見短時(shí)暴雨中尺度對(duì)流云團(tuán)分析

2012年6月4日14 ：00—17：00，巴州北部出現(xiàn)了一次突發(fā)性大暴雨過程，強(qiáng)降水主要出現(xiàn)在庫(kù)爾勒市和和靜縣，15：00—17：00兩站降水量分別達(dá)73.8、75.8 mm，最大雨強(qiáng)分別為46.4、53.2 mm·h-1，突破歷史極值，表現(xiàn)為歷時(shí)短，強(qiáng)度大且降水分布極其不均勻的特點(diǎn)。彭軍等[16]對(duì)此次暴雨的中尺度特征進(jìn)行了分析，指出暴雨發(fā)生在MCS中TBB＜-55℃且長(zhǎng)時(shí)間維持的冷云蓋邊緣。

4日08：00500hPa南疆西部至庫(kù)爾勒受中亞低槽前西南氣流控制，紅外云圖動(dòng)畫可以清楚看到，暴雨前4日13：30阿克蘇東部有兩個(gè)對(duì)流云團(tuán)，TBB最低達(dá)-50℃，15：15兩對(duì)流云團(tuán)發(fā)展加強(qiáng)東移至庫(kù)爾勒上空，TBB最低達(dá)-53℃，15：45兩對(duì)流云團(tuán)合并發(fā)展，面積增大，TBB最低達(dá)-57℃，雨強(qiáng)明顯增強(qiáng)，隨著TBB＜-55℃的冷云中心消失，強(qiáng)降水趨于結(jié)束。暴雨過程中庫(kù)爾勒、和靜對(duì)應(yīng)的冷云中心位置基本穩(wěn)定，但當(dāng)中心移動(dòng)時(shí)，庫(kù)爾勒出現(xiàn)最強(qiáng)降雨，而另一個(gè)冷云中心在略有減弱后再次加強(qiáng)的過程中，和靜縣出現(xiàn)了最強(qiáng)降雨。

SWAP平臺(tái)修訂閾值追蹤對(duì)流云團(tuán)亮溫演變表明，4日13：00—14：00有兩個(gè)對(duì)流云團(tuán)沿中亞低槽前西南氣流自阿克蘇東部向巴州北部移動(dòng)并發(fā)展（圖2a），15：30在庫(kù)爾勒和和靜附近發(fā)展成兩個(gè)MβCS，16：00兩個(gè)MβCS的TBB＜-32℃及＜-52℃的云團(tuán)面積明顯增大并有合并增強(qiáng)的趨勢(shì)（圖2b），16：30兩個(gè)MβCS合并，TBB＜-32℃及＜-52℃的云團(tuán)面積達(dá)最大，而16：00—16：15是庫(kù)爾勒15 min雨強(qiáng)最強(qiáng)時(shí)段，降雨量30.1 mm，16：30～16：45和靜15 min降雨量27.7 mm，是和靜雨強(qiáng)最強(qiáng)時(shí)段，強(qiáng)降水發(fā)生在TBB＜-52℃的冷云蓋東南一側(cè)。而云團(tuán)TBB梯度圖動(dòng)畫可以清楚看到（圖2c/d），強(qiáng)降水發(fā)生在冷云蓋東南側(cè)TBB梯度密集的大值區(qū)一側(cè)。

SWAP顯示阿克蘇東部的兩個(gè)對(duì)流云團(tuán)4日13：00開始逐半小時(shí)自動(dòng)預(yù)警（圖2e、2f），直至18：00云團(tuán)減弱東移降水結(jié)束，可見修訂的閾值對(duì)庫(kù)爾勒強(qiáng)降水有2 h的預(yù)警時(shí)效。

SWAP平臺(tái)定位追蹤影響強(qiáng)降水的對(duì)流云團(tuán)可以看到，TBB＜-32℃及＜-52℃的云團(tuán)面積14：30開始不斷增大，16：30 TBB＜-32℃及＜-52℃的云團(tuán)面積最大分別達(dá)1.4×104km2（圖3a）、1.3×103km2（圖3b），TBB最低值也達(dá)-56℃（圖3c）。對(duì)比逐30 min、60 min云團(tuán)參數(shù)外推預(yù)報(bào)表明，30 min外推預(yù)報(bào)較60 min更接近實(shí)況，尤其17：30對(duì)流云團(tuán)發(fā)展后期TBB＜-52℃的60 min外推預(yù)報(bào)偏強(qiáng)，誤差較大。

4.2 2015年6月9日烏魯木齊短時(shí)強(qiáng)降水中尺度對(duì)流云團(tuán)追蹤

2015年6月9日18 ：30—20：05烏魯木齊出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水，95 min累計(jì)降水量達(dá)20.1 mm，其中19：00—20：00降水量14.7 mm，為烏魯木齊1991年有氣象記錄以來小時(shí)降水量極值，此次降雨表現(xiàn)為強(qiáng)度強(qiáng)、歷時(shí)短、局地性強(qiáng)、災(zāi)害重等特點(diǎn)。

9日08時(shí)500 hPa新疆90°E以西處于高壓脊控制，烏魯木齊以東處于高壓脊前西北氣流控制，烏魯木齊短時(shí)強(qiáng)降水就發(fā)生在脊前西北氣流的環(huán)流背景下。分析烏魯木齊6月9日08：00、14：00及20：00對(duì)流潛勢(shì)參數(shù)變化表明，08：00Δθse850-500為6℃，14：00明顯增強(qiáng)大到15℃，至20：00強(qiáng)對(duì)流發(fā)生時(shí)為10℃，即午后烏魯木齊層結(jié)不穩(wěn)定顯著發(fā)展，K指數(shù)也增大到33℃，SI指數(shù)由08：00的0.78℃降至14：00的-1.8℃，CAPE值08：00為0，14：00則明顯增大為1141 J·kg-1，表明午后對(duì)流有效位能顯著發(fā)展，積蓄了大量不穩(wěn)定能量。云圖分析表明，強(qiáng)降水發(fā)生在局地新生中尺度對(duì)流云團(tuán)西南側(cè)TBB梯度最大處，TBB最低達(dá)-53℃。

SWAP平臺(tái)修訂閾值追蹤對(duì)流云團(tuán)演變可以看到，9日17：30烏魯木齊周圍250 km范圍內(nèi)有2個(gè)明顯的中尺度對(duì)流云團(tuán)（圖4a、4c），最強(qiáng)的位于距烏魯木齊西北方向200 km左右的石河子以北區(qū)域，該對(duì)流云團(tuán)為不規(guī)則的橢圓形MβCS，TBB最低達(dá)-50℃，對(duì)流云團(tuán)在高壓脊前西北氣流下，沿引導(dǎo)氣流東移發(fā)展。18：30石河子對(duì)流云團(tuán)移動(dòng)緩慢強(qiáng)度不變但面積增大，其前方在昌吉—米泉—烏魯木齊以東新生一東西向扁圓型MβCS，TBB最低也達(dá)-50℃，烏魯木齊位于對(duì)流云團(tuán)西南側(cè)，此后約20 min降水開始。19：30烏魯木齊附近的MβCS迅速發(fā)展加強(qiáng)成標(biāo)準(zhǔn)橢圓形，烏魯木齊位于該MβCS西南側(cè)TBB梯度最大處（圖4b、4d）。云團(tuán)TBB及其梯度圖動(dòng)畫顯示可以明顯看到，強(qiáng)降水發(fā)生在TBB＜-52℃的冷云蓋西南側(cè)且TBB梯度密集區(qū)內(nèi)。

圖2 2012年6月4日巴州北部暴雨對(duì)流云團(tuán)SWAP平臺(tái)云圖（紅點(diǎn)為庫(kù)爾勒）

圖3 2012年6月4日巴州北部暴雨對(duì)流云團(tuán)SWAP追蹤結(jié)果

圖4 2015年6月9日17：30-19：30烏魯木齊對(duì)流云團(tuán)

SWAP顯示在9日17：00開始逐半小時(shí)自動(dòng)預(yù)警（圖4e/f），直到兩個(gè)對(duì)流云團(tuán)合并加強(qiáng)東移影響烏魯木齊以東地區(qū)的強(qiáng)降水。此例說明修訂的閾值對(duì)小時(shí)雨強(qiáng)＜20 mm的烏魯木齊短時(shí)強(qiáng)降水有2 h的預(yù)警時(shí)效，同時(shí)預(yù)警也為MCS繼續(xù)東移發(fā)展造成的下游強(qiáng)降水預(yù)報(bào)預(yù)警提供有效參考和指導(dǎo)。

SWAP對(duì)流云團(tuán)定位追蹤表明（圖5），影響烏魯木齊強(qiáng)降水的對(duì)流云團(tuán)一部分來自局地新生，另一部分來自石河子以北區(qū)域的對(duì)流云團(tuán)東移與之合并加強(qiáng)，因此，9日19：00之前追蹤的TBB＜-32℃云團(tuán)面積為石河子以北區(qū)域的對(duì)流云團(tuán)，烏魯木齊局地對(duì)流云團(tuán)19：00開始生成（圖5a），在1 h內(nèi)快速合并發(fā)展影響烏魯木齊短時(shí)強(qiáng)降水。20：00 TBB＜-32℃及＜-52℃的云團(tuán)面積分別達(dá)4.3×103km2、150 km2，TBB最低為-54℃，30 min、60 min云團(tuán)外推預(yù)報(bào)TBB＜-32℃的云團(tuán)面積與實(shí)況接近（圖5a～5c），而20：00—21：00對(duì)流云團(tuán)發(fā)展后期外推預(yù)報(bào)TBB＜-52℃的面積及TBB最低值均偏強(qiáng)，可見30 min外推預(yù)報(bào)對(duì)短臨預(yù)報(bào)預(yù)警有很好的參考價(jià)值。

4.3 2016年6月17日伊犁河谷短時(shí)強(qiáng)降水對(duì)流云團(tuán)特征

2016年6月17日伊犁河谷出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水，小時(shí)雨強(qiáng)＞20 mm的有11個(gè)雨量站，過程降雨量7站超過96 mm，強(qiáng)降雨時(shí)段分散，伊寧麻扎鄉(xiāng)博爾博松區(qū)域站最強(qiáng)降水44.3 mm·h-1，降雨主要集中在6月17日00：00—14：00。

圖5 2015年6月9日17∶30—19∶30烏魯木齊對(duì)流云團(tuán)SWAP追蹤結(jié)果

圖6 2016年6月17日SWAP平臺(tái)伊犁河谷MCS預(yù)警判識(shí)（紅點(diǎn)為伊犁河谷北部）

16日20 ：00 500 hPa隨著里、咸海高壓脊繼續(xù)向北發(fā)展，中亞低槽東移，伊犁河谷受槽前西南氣流影響，700 hPa伊寧由西風(fēng)8 m·s-1轉(zhuǎn)為西北風(fēng)4m·s-1，850 hPa伊寧由東南風(fēng)轉(zhuǎn)為西風(fēng)，風(fēng)速均為6 m·s-1，比濕增大到11 g·kg-1，伊犁河谷開始出現(xiàn)對(duì)流性降水。17日08：00中亞低槽受到西西伯利亞低壓外圍冷空氣南下的補(bǔ)充并東移，850 hPa有一支12～16 m·s-1偏西急流攜帶濕冷空氣先進(jìn)入河谷，700 hPa在4 h后由弱西南風(fēng)也轉(zhuǎn)為偏西急流，冷暖交匯劇烈，造成短時(shí)強(qiáng)降水。

SWAP平臺(tái)修訂閾值追蹤對(duì)流云團(tuán)參數(shù)演變可以看到（圖6a～6f），6月16日20：00前后，伊犁河谷上游中亞低槽前西南氣流上就有多個(gè)對(duì)流云團(tuán)發(fā)展，TBB最低達(dá)-45℃。22：00有一個(gè)MβCS進(jìn)入伊犁河谷西南部，強(qiáng)度減弱，TBB由-45℃升至-40℃；23：00開始有4個(gè)MβCS沿低槽前西南引導(dǎo)氣流向伊犁河谷北部加強(qiáng)，即4個(gè)MβCS形成列車效應(yīng)不斷影響伊犁河谷北部；24：00開始有2個(gè)MβCS合并發(fā)展，強(qiáng)度增強(qiáng)，影響伊犁河谷北部的短時(shí)強(qiáng)降水。強(qiáng)降水發(fā)生在對(duì)流云團(tuán)西南側(cè)TBB梯度最大處（圖6e～6f），SWAP平臺(tái)16日23：00開始自動(dòng)預(yù)警（圖6g）。

定位追蹤影響伊犁河谷短時(shí)強(qiáng)降水的對(duì)流云團(tuán)演變表明（圖7），伊犁河谷強(qiáng)降水時(shí)段無(wú)TBB＜-52℃的冷云蓋，16日24：00伊犁河谷北部的兩個(gè)MβCS合并，開始有云團(tuán)外推預(yù)報(bào)，17日01：00云團(tuán)發(fā)展，TBB＜-32℃的云團(tuán)面積明顯增大到2.2×103km2（圖7a），TBB最低為-45℃（圖7b），17日03：30 TBB＜-32℃的云團(tuán)面積達(dá)3.4×103km2，TBB最低值-52℃，對(duì)流云團(tuán)明顯發(fā)展造成伊犁河谷短時(shí)強(qiáng)降水。逐30 min、60 min云團(tuán)外推預(yù)報(bào)與實(shí)況略有偏差，但總體趨勢(shì)一致，對(duì)短時(shí)強(qiáng)降水短臨預(yù)報(bào)有較好的指導(dǎo)作用。

圖7 2016年6月17日伊犁河谷對(duì)流云團(tuán)追蹤結(jié)果

以上個(gè)例檢驗(yàn)表明，修訂的TBB預(yù)警閾值及云團(tuán)外推預(yù)報(bào)對(duì)新疆強(qiáng)對(duì)流短時(shí)臨近預(yù)報(bào)預(yù)警有較好的參考價(jià)值，可提前2～6 h實(shí)時(shí)自動(dòng)預(yù)警。

4 結(jié)論與討論

（1）利用近10 a FY-2系列紅外云圖資料、新疆105個(gè)基本氣象觀測(cè)逐小時(shí)降水量資料，參考國(guó)內(nèi)外中尺度對(duì)流系統(tǒng)（MCS）標(biāo)準(zhǔn)，給出了新疆區(qū)域MCS判識(shí)標(biāo)準(zhǔn)。統(tǒng)計(jì)分析新疆35次強(qiáng)降水過程MCS參數(shù)演變特征，如生命史、形狀大小、面積、云頂亮溫及梯度等參數(shù)變化，給出新疆不同區(qū)域MCS預(yù)警閾值。

（2）基于SWAP平臺(tái)追蹤分析新疆區(qū)域35次強(qiáng)降水過程對(duì)應(yīng)的MCS參數(shù)演變特征，表明新疆區(qū)域MCS的TBB 4檔閾值間隔較我國(guó)中東部偏低2～4℃；預(yù)警閾值下限偏低4℃，上限偏高2～4℃；TBB梯度天山山區(qū)、南疆偏西為0.3℃·km-1，北疆偏西、巴州北部與我國(guó)中東部一致；短時(shí)強(qiáng)降水發(fā)生在引導(dǎo)氣流方向靠近暖區(qū)一側(cè)的冷云蓋邊緣TBB梯度最大處，TBB梯度圖對(duì)云團(tuán)發(fā)展變化表現(xiàn)更清楚。

（3）實(shí)踐檢驗(yàn)表明基于SWAP平臺(tái)定位跟蹤目標(biāo)云團(tuán)，可以掌握云團(tuán)參數(shù)變化趨勢(shì)，自動(dòng)預(yù)警對(duì)于下游可能發(fā)生的強(qiáng)降水有2～6 h時(shí)效，且30 min外推預(yù)報(bào)與實(shí)況基本一致，對(duì)短時(shí)強(qiáng)降水短臨預(yù)警有較好的參考價(jià)值，在2016年夏季新疆強(qiáng)降水短臨預(yù)報(bào)中應(yīng)用，有一定的指示意義。

由于新疆地域遼闊，地形復(fù)雜，本文重點(diǎn)分析新疆天山山區(qū)及其兩側(cè)強(qiáng)對(duì)流多發(fā)區(qū)域短時(shí)強(qiáng)降水的MCS預(yù)警閾值，下一步將繼續(xù)開展多區(qū)域分類型的強(qiáng)對(duì)流天氣MCS預(yù)報(bào)預(yù)警研究。另外，新疆尤其是偏西地區(qū)對(duì)流云團(tuán)投影的形狀有變形拉長(zhǎng)現(xiàn)象，對(duì)MCS強(qiáng)度及形狀的判斷有一定影響。

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Early Warning Technology and Application of Short-term Heavy Rainfall in Xinjiang Based on SWAP

ZHANG Yunhui1，LI Jiangang2，3，TAN Yanmei4，TANG Ye1
（1.Xinjiang Meteorological Observatory，Urumqi 830002，China;2.Institute of Desert Meteorology，CMA，Urumqi 830002，China;3.Center of Central Asian Atmospheric Science Research，Urumqi 830002，China; 4.Meteorological Center of Xinjiang Air Traffic Management Bureau，Urumqi 830016，China）

Based on infrared cloud image data of FY-2 series nearly 10 years and MICAPS data, hourly precipitation data of 105 basic synoptic stations,as well as the international and domestic standards of mesoscale convective system（MCS）,the corresponding MCS standards of Xinjiang was given in this study.Meanwhile,the level thresholds of TBB over different part of Xinjiang were analyzed on the basis of spacial distribution of MCS and the changing characteristics of relevant parameters during 35 short-time-range heavy rainfall in Xinjiang traced by SWAP.It is showed that four level thresholds of TBB in Xinjiang was 2℃to 4℃lower than the counterpart in the Middle East of China.The low level of warning threshold was less than 4℃,and high level was greater than 2℃to 4℃；TBB gradient was 0.3℃·km-1in Tianshan Mountains and the west region of southern Xinjiang,which is consistent with center China.Tracking the convective cloud cluster by SWAP platform has 2-6 h warning efficiency before the occurrence of possible heavy rain in the down flow, extrapolation forecast in 30 min is almost the same with the truth,which thus has some instruction significance in weather nowcasting in Xinjiang.

SWAP；mesoscale convective system（MCS）；short-term heavy rainfall；warning technology

P445

B

1002-0799（2017）03-0038-09

張?jiān)苹?，李建剛，譚艷梅，等.基于SWAP平臺(tái)的新疆中尺度對(duì)流系統(tǒng)判識(shí)及應(yīng)用[J].沙漠與綠洲氣象，2017，11（3）：38-46.

10.12057/j.issn.1002-0799.2017.03.006

2017-02-04；

2017-03-13

中國(guó)氣象局預(yù)報(bào)員專項(xiàng)（CAMYBY2017-084）；中國(guó)沙漠氣象科學(xué)研究基金（sqj2014008）；中國(guó)氣象局氣象關(guān)鍵技術(shù)集成與應(yīng)用項(xiàng)目（CMAGJ2015M69）共同資助。

張?jiān)苹荩?968-），女，高級(jí)工程師，主要從事中亞低渦及新疆暴雨（雪）研究。E-mail：715208285@qq.com