陜北一次局地暴雨過程多普勒雷達特征分析

劉天陽李杰李崢張玉源劉宏旺莊品

1、遼寧省興城市氣象局 2、遼寧省葫蘆島市氣象局

利用延安的多普勒天氣雷達，分別從基本反射率因子、組合反射率因子、徑向速度產(chǎn)品以及垂直累積液態(tài)含水量產(chǎn)品分析2017年7月25日08時至26日08時發(fā)生在陜北局部地區(qū)一次暴雨天氣過程的雷達回波特征，并總結(jié)此次暴雨天氣的雷達回波特點。結(jié)果表明，多普勒雷達回波強度出現(xiàn)大于35dBz的回波，并有45～60dBz的強回波帶維持在回波區(qū)域內(nèi)，且回波穩(wěn)定少動有一小時之多，這是產(chǎn)生暴雨的關鍵性原因;雷達徑向速度產(chǎn)品出現(xiàn)明顯逆風區(qū)，是暴雨天氣速度回波的明顯特征;垂直累積液態(tài)水含量產(chǎn)品（VIL）對暴雨天氣的分析有很好的輔助作用。

暴雨；多普勒雷達；反射率因子；徑向速度。

陜北一次局地暴雨過程多普勒雷達特征分析

劉天陽1李杰2李崢1張玉源1劉宏旺1莊品1

1、遼寧省興城市氣象局 2、遼寧省葫蘆島市氣象局

引言

陜北地區(qū)屬于中溫帶干旱大陸性季風氣候，日照充足、氣候多變、溫差較大、氣溫偏寒、雨少不勻。該地區(qū)的主汛期是在七、八月份，而暴雨出現(xiàn)的時間主要集中在七月下旬和八月上旬。在氣象學意義上，局地暴雨是由中小尺度系統(tǒng)影響而造成的，其局地性和突發(fā)性強，因此預報難度較大。

隨著我國新一代多普勒天氣雷達的普遍業(yè)務化運行，其數(shù)據(jù)資料及產(chǎn)品已經(jīng)廣泛應用于短時臨近預報與強對流天氣、暴雨的監(jiān)測分析當中[1]。局地暴雨天氣過程在大尺度天氣圖上表現(xiàn)不明顯或不易被觀察到，而且目前業(yè)務中廣泛應用的數(shù)值天氣預報模式對于中小尺度天氣系統(tǒng)的預報效果欠佳，所以要準確預報出這類災害性天氣的發(fā)生、發(fā)展以及其強度和影響是非常困難的。需要預報員根據(jù)大尺度的天氣背景，充分利用多普勒雷達資料及其產(chǎn)品、衛(wèi)星云圖，加強對中小尺度天氣系統(tǒng)的跟蹤監(jiān)測，從而達到對局地暴雨天氣較為準確的預報[2-3]。

局地暴雨雖然時空尺度小，但是成災概率卻很大，對它的監(jiān)測手段往往更多依賴于多普勒天氣雷達。2017年7月25日08時至26日08時，在陜北地區(qū)出現(xiàn)了暴雨天氣，局地一小時降水量達到91.3mm。本文利用延安多普勒天氣雷達資料及其產(chǎn)品，來分析此次局地暴雨天氣的雷達回波特征，總結(jié)暴雨天氣的雷達回波特點，為今后暴雨預報積累寶貴經(jīng)驗。

1 降水實況和影響系統(tǒng)

2017年7月25日08時至26日08時，陜北地區(qū)出現(xiàn)區(qū)域性大暴雨天氣過程，其中共有29個鄉(xiāng)鎮(zhèn)降水量超過100毫米，降水主要集中在子洲、綏德、橫山、米脂、佳縣、吳堡六個縣區(qū)，綏德四十里鋪鎮(zhèn)、趙家砭鎮(zhèn)、子洲電市鎮(zhèn)、三川口鎮(zhèn)降水量超過了150毫米，子洲縣周鹼鎮(zhèn)、子洲縣城降水量超過了200毫米，最大降水量綏德四十里鋪247.3毫米，最大小時雨強子洲馬岔58.8毫米，山洪站最大小時雨強子洲槐樹岔91.3毫米。

7月24日20時河套地區(qū)西部有一淺槽東移，同時在該地區(qū)有一切變線生成；副熱帶高壓持續(xù)北抬，25日08時588線位于陜西省南部，對流層中層500hPa圖上淺槽繼續(xù)東移，接近河套地區(qū)。200hPa有大于等于20*10^5/s的散度中心，700hPa有大于等于40*10^5/s的正渦度中心。與此同時，700hPa存在水汽通量散度輻合中心與比濕值大于等于12g/kg的高濕區(qū)。低層切變線位于榆林、靖邊、吳起一線，風速風向輻合明顯，持續(xù)時間較長，直到26日凌晨結(jié)束。此次過程是由500hPa高空槽和低空切變形成的暴雨過程，結(jié)合以上條件，由于受西北路弱冷空氣和西南暖濕氣流的共同影響為強降水提供了重要的水汽和能量條件，加之低空垂直切變，有利于降水的發(fā)展和維持，造成了陜北地區(qū)出現(xiàn)局地暴雨天氣。

2 資料選取

使用2017年7月22日至28日micaps數(shù)據(jù)資料、7月25日和26日延安多普勒天氣雷達資料及其產(chǎn)品（反射率因子、組合反射率因子、徑向速度產(chǎn)品、垂直累積液態(tài)含水量產(chǎn)品）、該降水時段內(nèi)部分陜北地區(qū)區(qū)域自動氣象站雨量資料。

3 多普勒雷達產(chǎn)品的分析

3.1 組合反射率因子的演變

降水回波自7月25日11時起，由南向北影響陜北地區(qū)，主要形勢以局地強對流天氣為主，局地回波強度可達64dBz，但影響時間不長。25日14時安塞北部、延安北部、子長東南部生成回波，回波中心強度60dBz，并逐漸北抬影響延安北部與榆林地區(qū)。25日19時，受西北路弱冷空氣影響，靖邊西北部出現(xiàn)回波，截至22時，兩路回波于志丹、榆林一線徹底合并并加強。隨后由于副高的暫時回落與西北氣流的影響，回波整體開始自西向東移動。至此，本次天氣過程的主要降水時段開始。26日01時左右,在吳堡、子洲、綏德、靖邊一線有一強度為45～55dBZ的強中心帶,回波帶移動緩慢且強度較強,致使子洲、綏德、米脂、吳堡出現(xiàn)了大暴雨;26日02時回波強中心帶強度略有減弱，影響范圍略有縮小，并且繼續(xù)移動開始影響延安北部局地?；夭ㄕw移動緩慢,強度在40～50dBZ之間,局部達55dBZ；26日06時回波主體強度有所減弱,并繼續(xù)向偏東方向移動,榆林與延安西部地區(qū)強降水暫告結(jié)束。與此同時，子洲縣一帶生成較強回波，回波強度45～55dBZ，局地可達60dBZ，但是該強回波持續(xù)時間短、東移過程中減弱速度快。26日8時，本次降水回波基本移出陜北地區(qū)，并繼續(xù)向東移動，宣告著此次降水過程的結(jié)束（圖1）。

圖1 本次過程發(fā)生期間不同時次的組合反射率因子

3.2 多仰角反射率因子

從本次過程中幾個時次的不同基本反射率因子圖像可以清楚地看到，由初期西南方向與西北方向的多個對流性單體回波，逐漸合并發(fā)展，于25日22時發(fā)展成覆蓋范圍大、結(jié)構(gòu)密實的強回波。并且在26日01時至02時這個時間段內(nèi)，各仰角圖上強回波帶基本維持在吳堡、子洲、綏德、靖邊一線，也再次印證了回波穩(wěn)定、少動的特點，同時造成了局地的暴雨天氣[4]。

同時，分析26日01:04的0.5°、1.5°、2.4°、3.4°仰角反射率因子，可以看出，本次過程不存在弱回波區(qū)，也就意味著低層斜升氣流不強，與低層存在正渦度中心，高層有散度中心，上升氣流強度不大相對應（圖2）。

圖2 本次過程01:04各仰角反射率因子

3.3 雷達回波徑向速度特征

通常暴雨的產(chǎn)生一定伴隨著特殊的大氣環(huán)流背景，有利的風場條件是產(chǎn)生暴雨天氣的必要條件[5]。多普勒雷達徑向速度產(chǎn)品表征大氣風場的狀態(tài)，在徑向速度產(chǎn)品上出現(xiàn)的強烈風場輻合、風切變、逆風區(qū)等特征都是暴雨產(chǎn)生的關鍵原因。由圖3可見，26日2:18、2:24在綏德、米脂、子洲、佳縣一帶存在逆風區(qū)，逆風區(qū)的存在，說明大氣中風場有明顯的風向突變現(xiàn)象。這種徑向速度回波是典型的中小尺度對流性降水的特點[6]。

圖3 本次過程發(fā)生期間不同時次的徑向速度

3.4 垂直積累液態(tài)水含量（VIL）

假定反射率因子完全是由液態(tài)水反射得到的，將反射率因子數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成等價的液態(tài)水值就稱之為垂直積累液態(tài)水含量（VIL）[6]。此次暴雨期間，00:58、1:27、3:04 的 VIL與反射率因子的大值區(qū)有很好的對應關系。強降水過程中在VIL產(chǎn)品上顯示數(shù)值較大，有較好的指示意義。

4 結(jié)論

本文主要利用延安多普勒天氣雷達資料及產(chǎn)品對2017年7月25至26日發(fā)生在陜北地區(qū)的局地暴雨天氣過程進行了分析,得到如下幾點結(jié)論。

（1）本次過程天氣形勢較為復雜，25日白天主要受副熱帶高壓的控制，其西側(cè)的西南氣流誘發(fā)的小擾動影響陜北地區(qū)。而自25日夜間到26日08時，主要受西北路冷空氣和西南暖濕氣流的共同影響，榆林以及延安北部地區(qū)出現(xiàn)局地大暴雨天氣。

（2）多普勒雷達回波強度出現(xiàn)大于35dBz的回波區(qū)，并有45～55dBz的強回波帶持續(xù)出現(xiàn)在回波區(qū)域范圍內(nèi)，且回波強度穩(wěn)定、少動有一小時之久，這是產(chǎn)生暴雨天氣的關鍵原因。多仰角基本反射率因子再次印證回波穩(wěn)定、少動的特點，也證明本次過程回波不存在弱回波區(qū)。

（3）多普勒雷達徑向速度產(chǎn)品上出現(xiàn)逆風區(qū)，是暴雨天氣速度回波圖的明顯特征。垂直累積液態(tài)含水量產(chǎn)品（VIL）對暴雨天氣的分析可以起到很好的輔助作用，因此在工作中要綜合分析考慮各種產(chǎn)品。

[1]王愛軍,楊春榮,王洪麗.一次局地暴雨天氣多普勒雷達的資料分析[J].安徽農(nóng)業(yè)科學,2012，40(01):411～413+466.

[2]張培昌,杜秉玉,戴鐵丕.雷達氣象學[M].北京:氣象出版社,2000.11.

[3]胡明寶,高太長,湯達章.多譜勒天氣雷達資料分析與應用[M].北京:解放軍出版社,2000.01.

[4]何彩芬,朱龍彪,董杏燕,等.寧波夏季強對流性短時暴雨和臺風短時暴雨的雷達回波特征對比分析[J].氣象,2006(11):67～72．

[5]張培昌,杜秉玉.雷達氣象學[M].北京:氣象出版社,2000．

[6]俞小鼎,姚秀萍,熊廷南.新一代天氣雷達講義[Z].北京:中國氣象局培訓中心,2000．

劉天陽，男，1993年生，天津?qū)氎婵h人，理學學士，助理工程師，研究方向：短期預報與服務工作。