4次大暴雨過(guò)程雷達(dá)徑向速度和超低空西南急流特征分析

刁秀廣，侯淑梅

(山東省氣象臺(tái)，山東 濟(jì)南 250031)

4次大暴雨過(guò)程雷達(dá)徑向速度和超低空西南急流特征分析

刁秀廣，侯淑梅

(山東省氣象臺(tái)，山東 濟(jì)南 250031)

利用多普勒天氣雷達(dá)VWP資料，結(jié)合探空資料和降水實(shí)況，對(duì)4次大暴雨降水過(guò)程雷達(dá)徑向速度和超低空西南急流特征進(jìn)行了分析。4次強(qiáng)降水過(guò)程有3次屬于低槽冷鋒類，1次屬于切變線類，K值較大，850 hPa與500 hPa溫差較小，較弱的垂直風(fēng)切變，中低層具有充沛水汽。低層具有相似的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)，徑向速度上零速度線表現(xiàn)為“S”型，即暖平流結(jié)構(gòu)。上游超低空風(fēng)速≥10 m·s-1，上下游雷達(dá)之間出現(xiàn)≥5 m·s-1的風(fēng)速差之后，兩部雷達(dá)之間出現(xiàn)小時(shí)雨量30 mm以上的強(qiáng)降水；上游超低空急流達(dá)到12 m·s-1以上，并且上下游超低空風(fēng)速差超過(guò)15 m·s-1，降水強(qiáng)度進(jìn)一步加強(qiáng)并維持。超低空急流的建立與維持，同時(shí)上下游雷達(dá)之間的超低空強(qiáng)輻合，為降水風(fēng)暴的發(fā)展與維持提供了能量、水汽與動(dòng)力條件，對(duì)強(qiáng)降水的形成與持續(xù)具有重要作用。

超低空急流； 強(qiáng)降水； 暖平流

引言

暴雨產(chǎn)生的主要物理?xiàng)l件是充足的源源不斷的水汽、強(qiáng)盛而持久的氣流上升運(yùn)動(dòng)和大氣層結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定。低空急流和超低空急流[1-6]在輸送暖濕氣流的同時(shí)，使大氣產(chǎn)生不穩(wěn)定層結(jié)，產(chǎn)生強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)，有利于暴雨形成。張家國(guó)等[7]利用多普勒天氣雷達(dá)資料對(duì)2008年7月22日湖北省襄樊特大暴雨過(guò)程中尺度特征分析表明，強(qiáng)降雨與東北風(fēng)中尺度超低空急流的建立及其南部低渦東側(cè)強(qiáng)偏南暖濕氣流的向北發(fā)展有密切關(guān)系。姚晨等[8]利用多普勒天氣雷達(dá)資料對(duì)滁州地區(qū)不同類型特大暴雨過(guò)程對(duì)比分析表明，超低空急流的增強(qiáng)對(duì)暴雨尤其是夜間暴雨的形成有提示作用。徐珺等[9]對(duì)2012年7月7日黃淮一次典型暖區(qū)大暴雨過(guò)程分析中指出，低層垂直風(fēng)切變和超低空急流在對(duì)流觸發(fā)和維持中可能有重要作用。對(duì)山東而言，大范圍或區(qū)域性的暴雨甚至是極端性的強(qiáng)降雨天氣時(shí)常發(fā)生[10-16]，造成了嚴(yán)重氣象災(zāi)害，例如2007年7月18日濟(jì)南大暴雨、2011年7月25日乳山大暴雨等都與大尺度低空急流相關(guān)。但有些過(guò)程在天氣圖上分析不出低空或超低空急流，增大了對(duì)暴雨預(yù)報(bào)的難度。

山東暴雨影響系統(tǒng)分為4類：低槽冷鋒、溫帶氣旋、低渦與切變線、熱帶氣旋及中低緯度系統(tǒng)相互作用[17]。所選4次強(qiáng)降水均位于南北(上下游)兩部雷達(dá)站之間的區(qū)域，4次大暴雨過(guò)程有3次屬于低槽冷鋒類，即2015年8月2—3日、2016年8月18—19日和2016年8月24—25日強(qiáng)降雨過(guò)程，1次屬于低渦與切變線類，即2015年7月30—31日強(qiáng)降雨過(guò)程。利用南北兩部雷達(dá)探測(cè)產(chǎn)品資料，結(jié)合天氣實(shí)況，對(duì)4次大暴雨過(guò)程強(qiáng)降雨期間的超低空急流演變特征進(jìn)行了分析，希望為今后強(qiáng)降雨短時(shí)臨近預(yù)報(bào)預(yù)警業(yè)務(wù)提供一些有意義的參考。

1 降水實(shí)況

受高空槽和切變線共同影響，2015年7月30日15時(shí)—31日08時(shí)，山東中部和南部地區(qū)出現(xiàn)暴雨局部大暴雨(簡(jiǎn)稱0730)，24 h降水量見(jiàn)圖1a。圖1a是30日08:00—31日08:00國(guó)家級(jí)地面氣象觀測(cè)站24 h降水量，有24個(gè)氣象站達(dá)到暴雨，6個(gè)氣象站出現(xiàn)大暴雨，最大降水量149 mm出現(xiàn)在平陰氣象站；國(guó)家級(jí)地面氣象觀測(cè)站最大小時(shí)降水量為95.8 mm， 31日00:00—01:00出現(xiàn)在平陰氣象站，區(qū)域氣象觀測(cè)站小時(shí)最大降水量為112.6 mm， 31日01:00—02:00出現(xiàn)在汶上縣次丘站。最大小時(shí)降水量見(jiàn)圖3a，30日21:00—31日07:00連續(xù)10 h最大小時(shí)降水量都超過(guò)50 mm(包括區(qū)域氣象觀測(cè)站)，對(duì)流系統(tǒng)降水強(qiáng)度大，維持時(shí)間長(zhǎng)。

受低槽冷鋒影響，2015年8月2日12時(shí)—3日08時(shí)，河北南部和山東北部地區(qū)出現(xiàn)暴雨局部大暴雨(簡(jiǎn)稱0802)，24 h降水量見(jiàn)圖1b。圖1b是2日08:00—3日08:00國(guó)家級(jí)地面氣象觀測(cè)站24 h降水量，有14個(gè)站達(dá)到暴雨，7個(gè)站出現(xiàn)大暴雨，最大降水量223 mm出現(xiàn)在惠民站；國(guó)家級(jí)地面氣象觀測(cè)站最大小時(shí)降水量為102.5 mm，2日19:00—20:00出現(xiàn)在惠民站，區(qū)域氣象觀測(cè)站最大降水量為104.1 mm，2日20:00—21:00出現(xiàn)在惠民縣皂戶李站。最大小時(shí)降水量見(jiàn)圖3b，2日16:00—22:00連續(xù)6 h都出現(xiàn)了小時(shí)降水量超過(guò)50 mm的強(qiáng)降水，3日01:00—08:00連續(xù)7 h都出現(xiàn)了小時(shí)降水量超過(guò)50 mm的強(qiáng)降水(包括區(qū)域氣象觀測(cè)站降水量)。

受低槽冷鋒影響，2016年8月18日14時(shí)—19日08時(shí)，河北東南部和山東北部地區(qū)出現(xiàn)暴雨局部大暴雨(簡(jiǎn)稱0818)，24 h降水量見(jiàn)圖1c。圖1c是18日08:00—19日08:00國(guó)家級(jí)地面氣象觀測(cè)站24 h降水量，有12個(gè)站達(dá)到暴雨，1個(gè)站出現(xiàn)大暴雨，最大降水量112 mm出現(xiàn)在慶云站；國(guó)家級(jí)地面氣象觀測(cè)站最大小時(shí)降水量為60.1 mm，19日04:00—05:00出現(xiàn)在德州站，區(qū)域氣象觀測(cè)站最大小時(shí)降水量為77.2 mm，19日05:00—06:00出現(xiàn)在河北境內(nèi)。最大小時(shí)降水量見(jiàn)圖3c，19日03:00—07:00連續(xù)4 h都出現(xiàn)了小時(shí)降水量超過(guò)50 mm的強(qiáng)降水(包括區(qū)域氣象觀測(cè)站降水量)。

受低槽冷鋒影響，2016年8月24日20時(shí)—25日08時(shí)，河北東南部和山東北部地區(qū)出現(xiàn)暴雨局部大暴雨(簡(jiǎn)稱0824)，24 h降水量見(jiàn)圖1d。圖1d是24日08:00—25日08:00國(guó)家級(jí)地面氣象觀測(cè)站24 h降水量，有9個(gè)站達(dá)到暴雨，2個(gè)站出現(xiàn)大暴雨，山東德州寧津降水量104 mm，最大降水量153 mm出現(xiàn)在河北黃驊站；國(guó)家級(jí)地面氣象觀測(cè)站最大小時(shí)降水量為73.5 mm，25日05:00—06:00出現(xiàn)在河北東光站，區(qū)域氣象觀測(cè)站最大小時(shí)降水量為117.7 mm，25日05:00—06:00出現(xiàn)在河北鹽山縣境內(nèi)。最大小時(shí)降水量見(jiàn)圖3d，小時(shí)降水量≥50 mm(包括區(qū)域氣象觀測(cè)站降水量)的持續(xù)時(shí)間7 h，即24日21:00—25日03:00和25日04:00—07:00。

圖1 24 h降水量(單位：mm) (a.2015年7月30日08:00—31日08:00,b. 2015年8月2日08:00—3日08:00, c.2016年8月18日08:00—19日08:00, d.2016年8月24日08:00—25日08:00)Fig.1 Accumulated precipitation(unit:mm)(a.from 08:00 BST 30 Jul. to 08:00 BST 31 Jul. 2015, b.from 08:00 BST 2 Aug. to 08:00 BST 3 Aug. 2015, c.from 08:00 BST 18 Aug. to 08:00 BST 19 Aug. 2016, d.from 08:00 BST 24 Aug. to 08:00 BST 25 Aug. 2016)

4次強(qiáng)降雨相比，共同特征是持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，都在12 h以上，降水強(qiáng)度較大，均連續(xù)數(shù)小時(shí)出現(xiàn)小時(shí)降水量超過(guò)50 mm的強(qiáng)降水。0730過(guò)程影響區(qū)域最大，0802過(guò)程持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)。0818和0824兩次過(guò)程持續(xù)時(shí)間、影響范圍和總降水量大致相當(dāng)。

2 環(huán)境物理量

4次強(qiáng)降雨過(guò)程對(duì)應(yīng)探空站的環(huán)境物理量詳見(jiàn)表1，探空站位置見(jiàn)圖1。環(huán)境物理量主要包括K指數(shù)、抬升指數(shù)(LI)、850 hPa與500 hPa 溫差(Δt)、對(duì)流有效位能(CAPE)、低層比濕(q)、垂直風(fēng)切變和低層風(fēng)向風(fēng)速等?？梢钥闯?，4次強(qiáng)降水過(guò)程具有較大的K指數(shù)值(34～42 ℃)，較低的Δt(22～28 ℃)，較小的LI(-8.2～-1.2 ℃)，低層(925～850 hPa)比濕較大，至少有一層比濕>15 g·kg-1，水汽充沛，0～6 km高度垂直風(fēng)切變較弱，這些特征表明利于強(qiáng)降雨的產(chǎn)生。CAPE差別較大，最大4 000 J·kg-1，最小為0 J·kg-1。2016年8月24日20:00章丘探空CAPE為0 J·kg-1,對(duì)0824強(qiáng)降雨過(guò)程沒(méi)有指示意義。強(qiáng)降雨范圍最大、小時(shí)雨量也最大的0730強(qiáng)降雨過(guò)程，CAPE也并不太高，CAPE對(duì)強(qiáng)降雨的指示性并不是太好。

探空資料顯示，4次過(guò)程中0730和0802兩次過(guò)程在強(qiáng)降水開(kāi)始之前就存在低空和超低空急流，其它2次過(guò)程探空站均沒(méi)有低空和超低空急流出現(xiàn)。2015年7月30日08:00自湖南懷化至江蘇徐州探空站一線存在低空和超低空急流，徐州探空站850 hPa和925 hPa風(fēng)速分別為15 m·s-1和16 m·s-1，20:00急流減弱，徐州探空站850 hPa和925 hPa風(fēng)速分別為9 m·s-1和12 m·s-1。 2015年8月2日08:00自湖南懷化經(jīng)山東章丘、遼寧沈陽(yáng)至黑龍江嫩江探空站一線存在天氣尺度低空和超低空急流，章丘探空站850 hPa和925 hPa風(fēng)速分別為13 m·s-1和14 m·s-1，20:00急流仍維持，但整體略東移，章丘探空站850 hPa和925 hPa風(fēng)速分別為13 m·s-1和11 m·s-1，青島探空站出現(xiàn)急流，850 hPa和925 hPa風(fēng)速分別為12 m·s-1和14 m·s-1。

表14次強(qiáng)降雨過(guò)程環(huán)境物理量

Table 1 The environmental parameters of four torrential rain processes

時(shí)間探空站K指數(shù)/℃溫差Δt/℃抬升指數(shù)LI/℃對(duì)流有效位能CAPE/(J·kg-1)低層比濕q/(g·kg-1)低層風(fēng)速/(m·s-1)/風(fēng)向/(°)垂直風(fēng)切變/(m·s-1)700hPa850hPa925hPa700hPa850hPa925hPa0～6km0～2km20150730T20:00徐州3426-2.98306.316.314.97/2559/22012/2057.42.220150730T20:00章丘4023-1.958410.318.419.24/254/58/26514.17.120150802T20:00章丘3926-6.36809.015.319.16/28513/23011/2154.05.820150802T20:00邢臺(tái)3928-8.2400011.810.318.04/2606/2208/1956.13.920160818T20:00章丘3424-1.22009.612.616.96/2657/2458/19013.86.220160818T20:00邢臺(tái)4224-2.792011.819.621.68/2854/2504/17512.44.020160824T20:00章丘35221.1010.315.314.92/2803/2401/1856.32.020160824T20:00邢臺(tái)4223-4.5203011.817.320.34/2705/1854/756.07.6

3 風(fēng)暴演變與徑向速度特征

3.1 0730強(qiáng)降雨

0730過(guò)程強(qiáng)降水主要出現(xiàn)在商丘雷達(dá)站和濟(jì)南雷達(dá)站之間，兩站相距約280 km。2015年7月30日濟(jì)南雷達(dá)反射率因子產(chǎn)品顯示，15:00前后回波位于濰坊的昌邑至昌樂(lè)一帶，之后逐漸向西傳播、發(fā)展，20:00前后影響商河、濟(jì)南至沂源一帶，同時(shí)，在泰安至聊城一帶又有新的對(duì)流激發(fā)，21:00前后形成大范圍強(qiáng)降雨回波，主要回波帶在沂源至莘縣之間。之后，回波帶逐步南壓，影響魯中南部和魯南區(qū)域，造成短時(shí)強(qiáng)降雨(圖略)。商丘雷達(dá)反射率因子產(chǎn)品顯示，31日5:00前后開(kāi)始影響魯、豫、皖、蘇交界區(qū)域，同時(shí)回波強(qiáng)度減弱(圖略)。30日15:02商丘雷達(dá)2.4°仰角V26產(chǎn)品顯示，低層(1 km以下)基本為南風(fēng)，徑向速度絕對(duì)值在10 m·s-1以下(圖2a1),21:03出現(xiàn)-19～-15 m·s-1的徑向速度中心，對(duì)應(yīng)高度為0.4～1.2 km(圖2a2)，說(shuō)明低空和超低空出現(xiàn)較強(qiáng)西南急流。徑向速度圖上零速度線呈“S”型，為暖平流結(jié)構(gòu)。在回波影響雷達(dá)站之前，基本維持這種結(jié)構(gòu)。

3.2 0802強(qiáng)降雨

0802過(guò)程強(qiáng)降水主要出現(xiàn)在濟(jì)南雷達(dá)站和滄州雷達(dá)站之間，兩站相距約165 km。濟(jì)南雷達(dá)反射率因子產(chǎn)品顯示，2015年8月2日13:00前后河北東光至黃驊一帶出現(xiàn)對(duì)流單體，回波形成后向東偏北方向移動(dòng)，沒(méi)有影響山東，16:00前后，河北海興至山東慶云一帶又有新的對(duì)流風(fēng)暴生成、發(fā)展，之后逐漸形成帶狀對(duì)流雨帶，緩慢南壓,18:00—22:00之間處于強(qiáng)盛階段(圖略)，23:00之后對(duì)流雨帶減弱并逐漸消散，而在德州至滄州之間又有新的對(duì)流單體生成。2日13:03濟(jì)南雷達(dá)2.4°仰角V26產(chǎn)品顯示，低層(1 km以下)基本為南偏西風(fēng)，徑向速度絕對(duì)值在10 m·s-1以下(圖2b1), 徑向速度圖上零速度線呈“S”型，為暖平流結(jié)構(gòu)。18:59在0.6～0.8 km高度出現(xiàn)-19～-15 m·s-1的徑向速度中心，說(shuō)明超低空出現(xiàn)較強(qiáng)西南急流(圖2b2)。22:00之后，低層徑向速度值迅速減小。3日05:00—08:00之間，武城至沾化一帶又有新的對(duì)流系統(tǒng)發(fā)展成熟，產(chǎn)生第二階段強(qiáng)降雨(圖略)，同時(shí)強(qiáng)降雨階段0.6～0.8 km高度維持-19～-15 m·s-1的徑向速度中心(圖2b4)，08:00之后又迅速減弱。降水期間，濟(jì)南雷達(dá)徑向速度圖上零速度線基本呈“S”型，為暖平流結(jié)構(gòu)。

3.3 0818強(qiáng)降雨

0818過(guò)程強(qiáng)降水主要出現(xiàn)在濟(jì)南雷達(dá)站和滄州雷達(dá)站之間，兩站相距約165 km。滄州雷達(dá)反射率因子產(chǎn)品顯示，2016年8月18日22:00前后，石家莊至天津一線有對(duì)流單體形成，由冷鋒觸發(fā)?；夭ň徛弦七^(guò)程中逐漸發(fā)展成西南—東北向帶狀回波，19日02:00—07:00處于旺盛階段，回波長(zhǎng)度約300 km，07:00之后逐漸減弱(圖略)?；夭ㄐ纬汕凹盎夭ㄐ纬伞⑼㈦A段，濟(jì)南雷達(dá)2.4°仰角V26產(chǎn)品上表現(xiàn)為暖平流結(jié)構(gòu)(圖2c1、c2)，回波旺盛階段0.3～1.0 km高度出現(xiàn)-19～-15 m·s-1的徑向速度中心(圖2c2)。19日01:00前后影響山東，06:00前后回波影響濟(jì)南雷達(dá)站，同時(shí)低層徑向速度減小，在-14～-10 m·s-1之間。

3.4 0824強(qiáng)降雨

0824過(guò)程強(qiáng)降水主要出現(xiàn)在濟(jì)南雷達(dá)站和天津雷達(dá)站之間，兩站相距約265 km。24日18:30前后在河北新海至武強(qiáng)一帶出現(xiàn)對(duì)流單體，21:00前后發(fā)展成長(zhǎng)度約350 km、西南—東北向?qū)α鲙?，緩慢東移南壓。25日03:00前后影響山東，08:00前后開(kāi)始減弱?；夭ㄐ纬汕凹盎夭ㄐ纬伞⑼㈦A段，濟(jì)南雷達(dá)2.4°仰角V26產(chǎn)品上表現(xiàn)為暖平流結(jié)構(gòu)(圖2d1、d2)，同時(shí)低層徑向速度值逐漸增大，05:00—07:00階段0.5～1.0 km高度維持-19～-15 m·s-1的徑向速度中心(圖2d2)。25日07:00之后，低層徑向速度減弱，中心值在-14～-10 m·s-1之間，回波影響雷達(dá)站時(shí)低層徑向速度進(jìn)一步減小。

0730強(qiáng)降水風(fēng)暴系統(tǒng)移動(dòng)路徑及整體結(jié)構(gòu)與其他3次存在明顯差別，0730降水系統(tǒng)前期向西傳播發(fā)展，后期又南壓，先后影響濰坊、淄博、濟(jì)南、泰安、萊蕪、臨沂、濟(jì)寧等地，風(fēng)暴結(jié)構(gòu)較為零亂，呈現(xiàn)“多點(diǎn)開(kāi)花”局面，其他3次降水系統(tǒng)基本上南壓并緩慢東移，風(fēng)暴呈帶狀分布。

4次過(guò)程降雨區(qū)前方西南氣流區(qū)，低層具有相似的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)，徑向速度圖上零速度線表現(xiàn)為“S”型，即暖平流結(jié)構(gòu)。風(fēng)暴形成、發(fā)展和旺盛階段低層徑向速度中心值逐漸增大，旺盛階段均出現(xiàn)-19～-15 m·s-1的徑向速度中心。

圖2 2.4°仰角平均徑向速度(V26)(a1、a2.2015年7月30日15:02、21:03 商丘雷達(dá),b1、b2.2015年8月2日13:03、18:59濟(jì)南雷達(dá)，b3、b4.2015年8月3日01:01、05:24濟(jì)南雷達(dá)，c1、c2.2016年8月18日20:01和8月19日03:06濟(jì)南雷達(dá),d1、d2.2016年8月24日21:00和8月25日06:05濟(jì)南雷達(dá))Fig.2 Mean radial velocity at 2.4° elevation(V26)(a1,a2.15:02 and 21:03 BST 30 Jul. 2015, Shangqiu radar,b1,b2.13:03 and 18:59 BST 2 Aug. 2015,Jinan radar, b3,b4.01:01 and 05:24 BST 3 Aug. 2015,Jinan radar,c1,c2,20:01 BST 18 Aug. and 03:06 BST 19 Aug. 2016, Jinan radar,d1,d2.21:00 BST 24 Aug. and 06:05 BST 25 Aug. 2016, Jinan radar)

4 超低空西南急流演變特征

圖3是4次強(qiáng)降水過(guò)程最大小時(shí)降水量與天氣雷達(dá)VWP顯示的超低空(300～600 m)風(fēng)速對(duì)應(yīng)關(guān)系，灰色柱狀體為兩部雷達(dá)之間區(qū)域的最大小時(shí)降水量，VWP顯示的風(fēng)向如果為偏南風(fēng)則表示為正值，偏北風(fēng)則表示為負(fù)值。

4.1 0730強(qiáng)降雨雷達(dá)VWP特征

2015年7月30日08:00前后，商丘雷達(dá)VWP顯示900 m高度西南風(fēng)12 m·s-1左右(300 m和600 m無(wú)數(shù)據(jù))，1 500 m高度西偏南風(fēng)12 m·s-1左右，而11:00之后900 m高度南偏西風(fēng)6 m·s-1左右，1 500 m高度西南風(fēng)4 m·s-1左右，說(shuō)明低空和超低空西南急流迅速減弱；徐州雷達(dá)VWP顯示12:00前后低空和超低空西南急流也迅速減弱， 600 m和1 500 m高度由14 m·s-1左右減弱到8 m·s-1左右(徐州和商丘雷達(dá)基本為東西分布，相距約140 km)。商丘雷達(dá)風(fēng)廓線產(chǎn)品顯示(圖3a紅色折線)，16:00之后，超低空西南風(fēng)開(kāi)始增大，至20:00，風(fēng)速由6 m·s-1增大到12 m·s-1，之后至31日05:00，基本維持在15 m·s-1左右；31日05:00之后降水回波逐漸影響雷達(dá)站，風(fēng)向發(fā)生轉(zhuǎn)變，由西南風(fēng)轉(zhuǎn)為東北風(fēng)。濟(jì)南雷達(dá)VWP顯示(圖3a藍(lán)色折線)，16:00—20:00之間風(fēng)速較小，4～5 m·s-1，風(fēng)向?yàn)槲髂巷L(fēng)，20:00—22:00轉(zhuǎn)為偏北風(fēng)；22:00—次日04:00，雷達(dá)周圍一直存在降水風(fēng)暴，受降水風(fēng)暴影響，22:00之后轉(zhuǎn)為東南風(fēng)，而且風(fēng)速迅速增大，之后又逐漸減小，04:00之后又轉(zhuǎn)為西南風(fēng)(圖3a綠色折線為東南風(fēng)時(shí)間段)。

強(qiáng)降水開(kāi)始前期，上游區(qū)域的山東西南部地區(qū)超低空西南氣流逐漸加強(qiáng)，之后基本維持在15 m·s-1左右；強(qiáng)降水開(kāi)始時(shí)濟(jì)南與商丘雷達(dá)之間超低空風(fēng)速差迅速增大，說(shuō)明低空輻合迅速加強(qiáng)，上升運(yùn)動(dòng)也迅速加強(qiáng)；22:00—次日04:00雖然是強(qiáng)勁的東南氣流，但與上游的西南急流仍是輻合流場(chǎng)結(jié)構(gòu)。超低空西南急流的建立與維持，近地層輻合的加強(qiáng)，是強(qiáng)降水形成與持續(xù)的主要因素之一。

圖3 最大小時(shí)降水量與天氣雷達(dá)VWP超低空風(fēng)速(a.2015年7月30日15:00—31日08:00,b.2015年8月2日11:00—3日10:00,c.2016年8月18日19:00—19日09:00,d. 2016年8月24日19:00—25日11:00) Fig.3 Ultra-low-level wind speed from radar VWP product and maximum hourly precipitation (a.from 15:00 BST 30 Jul. to 08:00 BST 31 Jul. 2015, b.from 11:00 BST 2 Aug. to 10:00 BST 3 Aug. 2015, c. from 19:00 BST 18 Aug. to 09:00 BST 19 Aug. 2016, d. from 19:00 BST 24 Aug. to 11:00 BST 25 Aug. 2016)

4.2 0802強(qiáng)降雨雷達(dá)VWP特征

強(qiáng)降水分為2個(gè)階段，2日16:00—23:00和3日02:00—10:00。濟(jì)南雷達(dá)VWP顯示，2日08:00前后600 m高度西南風(fēng)14 m·s-1左右，1 500 m高度西南風(fēng)12 m·s-1左右，與章丘08:00探空所顯示急流大致相當(dāng)；而11:00之后600 m高度西南風(fēng)減弱到8 m·s-1左右，而1 500 m高度西南急流仍維持在12 m·s-1左右。13:00前后600 m高度超低空風(fēng)速逐漸增大，由8 m·s-1左右增大到10 m·s-1左右,15:00之后增大到12 m·s-1左右,18:00—21:00維持在14 m·s-1左右(圖3b紅色折線)。16:00之前滄州雷達(dá)所測(cè)風(fēng)速在4～6 m·s-1，方向基本為西南風(fēng)，16:00之后轉(zhuǎn)為偏北風(fēng)，風(fēng)力較小(圖3b藍(lán)色折線)。濟(jì)南雷達(dá)超低空西南風(fēng)達(dá)到10 m·s-1之后，強(qiáng)降水開(kāi)始，強(qiáng)降水維持期間濟(jì)南雷達(dá)和滄州雷達(dá)之間一直維持較大的風(fēng)速差(≥14 m·s-1)。濟(jì)南雷達(dá)超低空西南風(fēng)減小到10 m·s-1以下之后，強(qiáng)降水明顯減弱。3日02:00之后濟(jì)南雷達(dá)超低空西南風(fēng)又迅速增大，同時(shí)滄州雷達(dá)仍是偏北風(fēng)，新一輪強(qiáng)降水又開(kāi)始并持續(xù)9 h。第二階段強(qiáng)降水期間濟(jì)南雷達(dá)超低空西南急流大于第一階段，同時(shí)超低空風(fēng)速差也大于第一階段，說(shuō)明第二階段的強(qiáng)降水具有更強(qiáng)的動(dòng)力條件。

4.3 0818強(qiáng)降雨雷達(dá)VWP特征

濟(jì)南雷達(dá)和滄州雷達(dá)VWP產(chǎn)品顯示，18日白天超低空一直有較大的偏南風(fēng)，濟(jì)南雷達(dá)VWP基本在6～10 m·s-1，滄州雷達(dá)VWP基本在8～12 m·s-1，兩部雷達(dá)之間超低空是輻散結(jié)構(gòu)，沒(méi)有降雨產(chǎn)生。濟(jì)南雷達(dá)風(fēng)廓線產(chǎn)品顯示(圖3c紅色折線)，20:00前后開(kāi)始，超低空西南風(fēng)由8 m·s-1增大到11 m·s-1，之后逐漸增大，19日01:00—06:00之間維持在15～17 m·s-1,06:00之后降水系統(tǒng)逐漸靠近雷達(dá)站，超低空西南風(fēng)迅速減小并轉(zhuǎn)為偏北風(fēng)。滄州雷達(dá)風(fēng)廓線產(chǎn)品(圖3c藍(lán)色折線)顯示，19日00:00之后轉(zhuǎn)為偏北風(fēng)，而且風(fēng)速逐漸增大。18日23:00之后濟(jì)南和滄州之間的超低空風(fēng)速差迅速增大，18日23:00—19日01:00風(fēng)速差由5 m·s-1左右迅速增大到17 m·s-1左右,02:00—07:00速度差維持在20 m·s-1以上，同時(shí)降水系統(tǒng)也逐漸發(fā)展，降水強(qiáng)度逐漸增大，02:00—07:00之間最大小時(shí)降水量都在50 mm以上。

4.4 0824強(qiáng)降雨雷達(dá)VWP特征

濟(jì)南雷達(dá)VWP產(chǎn)品顯示，24日白天超低空一直為西南風(fēng)，風(fēng)速在4～6 m·s-1，18:00之后開(kāi)始逐漸增大，20:00之后超低空西南風(fēng)增大到10 m·s-1左右(圖3d紅色折線),24日22:00—25日07:00基本維持在12～14 m·s-1，25日07:00之后降水系統(tǒng)逐漸靠近濟(jì)南雷達(dá)站，偏南風(fēng)迅速減弱，并轉(zhuǎn)為偏北風(fēng)。天津雷達(dá)風(fēng)廓線產(chǎn)品顯示，22:00之前為較弱的偏南風(fēng)，風(fēng)速4 m·s-1左右,22:00之后逐漸轉(zhuǎn)為偏北風(fēng)，而且風(fēng)速逐漸增大，25日06:00—10:00期間達(dá)到12 m·s-1以上，出現(xiàn)北風(fēng)急流。降水期間，濟(jì)南雷達(dá)和天津雷達(dá)之間超低空存在風(fēng)速輻合，21:00風(fēng)速差達(dá)到6 m·s-1，同時(shí)強(qiáng)降水(小時(shí)雨量50 mm以上)開(kāi)始出現(xiàn)，之后風(fēng)速差進(jìn)一步增大，輻合強(qiáng)度也進(jìn)一步加強(qiáng)，強(qiáng)降水繼續(xù)維持。

4次大暴雨過(guò)程中都是超低空西南風(fēng)達(dá)到10 m·s-1或以上，同時(shí)上下游之間有明顯的超低空輻合，以致出現(xiàn)小時(shí)雨量30 mm以上的降水；上游超低空西南急流達(dá)到12 m·s-1以上，并且上下游超低空風(fēng)速差超過(guò)15 m·s-1，說(shuō)明風(fēng)暴低層動(dòng)力、熱力及水汽條件進(jìn)一步發(fā)展或加強(qiáng)，使得降水強(qiáng)度進(jìn)一步加強(qiáng)并維持。

4次過(guò)程強(qiáng)降雨開(kāi)始前超低空西南風(fēng)有明顯增大現(xiàn)象，強(qiáng)盛階段達(dá)到急流標(biāo)準(zhǔn)。超低空西南急流時(shí)間尺度和空間尺度相對(duì)較小，屬于中尺度超低空急流。超低空中尺度西南急流的建立與維持，同時(shí)上下游雷達(dá)之間的超低空強(qiáng)輻合，為降水風(fēng)暴的發(fā)展與維持提供了能量與動(dòng)力條件，對(duì)強(qiáng)降水的形成與持續(xù)具有重要作用。

5 結(jié)論

1)4次大暴雨過(guò)程降水系統(tǒng)持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，降水強(qiáng)度大。0730過(guò)程屬于切變線類，其他3次屬于低槽冷鋒類。環(huán)境物理量表明，K指數(shù)值較大，850 hPa與500 hPa溫差較小，中低層水汽充沛，較弱的垂直風(fēng)切變，利于強(qiáng)降水的產(chǎn)生。

2)演變特征存在不同。0730降水系統(tǒng)前期具有向西傳播發(fā)展、后期南壓的演變特征，降水風(fēng)暴分布較為零亂，呈現(xiàn)“多點(diǎn)開(kāi)花”局面，其他3次降水系統(tǒng)呈帶狀分布，回波帶具有南壓過(guò)程中緩慢東移的演變特征。

3)4次強(qiáng)降雨過(guò)程上游區(qū)域低層具有相似的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)，徑向速度圖上零速度線表現(xiàn)為“S”型，即暖平流結(jié)構(gòu)。風(fēng)暴旺盛階段低層均出現(xiàn)-19～-15 m·s-1的徑向速度中心。

4)超低空西南急流的建立與維持，同時(shí)上下游雷達(dá)之間的超低空強(qiáng)輻合，為降水風(fēng)暴的發(fā)展與維持提供了能量與動(dòng)力條件，對(duì)強(qiáng)降水的形成與持續(xù)具有重要作用。超低空西南風(fēng)達(dá)到10 m·s-1或以上,同時(shí)上下游之間有明顯的超低空輻合，是強(qiáng)降雨開(kāi)始的重要特征。上游超低空急流達(dá)到12 m·s-1以上，并且上下游超低空風(fēng)速差超過(guò)15 m·s-1，降水強(qiáng)度進(jìn)一步加強(qiáng)并維持。

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Analysisonradialvelocityandultra-low-leveljetcharacteristicsoffourtorrentialrainprocesses

DIAO Xiuguang, HOU Shumei

(ShandongProvincialMeteorologicalObservatory,Jinan250031,China)

Using the Doppler weather radar data, combined with the sounding data and precipitation data, the mean radial velocity and ultra-low-level jet characteristics of four torrential rain processes were analyzed. The results show that four torrential rain processes had higher K value, smaller temperature difference between 850 hPa and 500 hPa, abundant water vapor and weaker vertical wind shear in middle and lower layers. Similar flow field structure in low-level and “S” type zero radial velocity contour of four torrential rain processes indicated that warm air advection was occurring.30 mm or more hourly rainfall occurred when the ultra-low-level wind speed (from radar VWP products) reached 10 m·s-1or above and wind speed difference between upstream and downstream radar exceeded 5 m·s-1.The ultra-low-level wind speed reached 12 m·s-1or more and wind speed difference between upstream and downstream radar exceeded 15 m·s-1, the precipitation intensity furtherly strengthened and maintained. The establishment and maintenance of the ultra-low-level jet,and the ultra-low-altitude convergence between the upstream and downstream radar provide the energy, water vapor and dynamic conditions for the development and maintenance of the precipitation storm, and play an important role in the formation and persistence of the heavy rainfall.Keywordsultra-low-level jet; heavy rainstorms; warm advection

10.19513/j.cnki.issn2096-3599.2017.03.006.(in Chinese)

2017-06-06；

：2017-08-02

山東省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(ZR2016DM20)；山東省氣象局科研項(xiàng)目(2012sdqxz05，2016sdqxz01)

刁秀廣(1964—)，男，研究員級(jí)高級(jí)工程師，主要從事天氣雷達(dá)應(yīng)用研究工作，radardxg@126.com。

P458.1211

： A

： 2096-3599(2017)03-0046-08

10.19513/j.cnki.issn2096-3599.2017.03.006

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