2014年濟(jì)源市強對流天氣雷達(dá)回波分類特征及預(yù)警服務(wù)分析

胡玉梅 張鵬飛 徐林澤 盧彬 衛(wèi)科

摘 要：對2014年濟(jì)源市發(fā)生的22次強對流天氣雷達(dá)資料進(jìn)行分類分析，結(jié)果表明：影響濟(jì)源的強對流天氣有三個途徑，在時空分布上具有不均勻性。由山西陽城或濟(jì)源本地境內(nèi)生成，系統(tǒng)自北向南東移南壓，在濟(jì)源系統(tǒng)略有加強，回波強度一般在40-55DBZ之間;經(jīng)洛陽孟津和焦作孟州或在其境內(nèi)生成并發(fā)展的系統(tǒng)自南向北移動，西北方向進(jìn)入濟(jì)源后，受地形抬升作用，回波強度要強于自北向南的系統(tǒng)回波強度，達(dá)到60DBZ以上。分析徑向速度，21次過程中均存在逆風(fēng)區(qū)，短時強降水類型逆風(fēng)區(qū)面積、持續(xù)時間、厚度大于一般雷陣雨的逆風(fēng)區(qū)面積、持續(xù)時間和厚度;一般雷暴的逆風(fēng)區(qū)被正速度包圍的負(fù)速度最大值在5-15m/s之間，強雷雨大風(fēng)的逆風(fēng)區(qū)被正速度包圍的負(fù)速度最大值達(dá)30m/s以上，逆風(fēng)區(qū)的面積、走向與地面出現(xiàn)狂風(fēng)暴雨的地方一致。強對流天氣過程回波頂高均在8km以上，強雷雨大風(fēng)的回波頂高在14-15km，其走向、范圍、面積均與地面出現(xiàn)狂風(fēng)暴雨的地方相對應(yīng)。

關(guān)鍵詞：強對流天氣;回波特征;分類;預(yù)報服務(wù)

中圖分類號：P458 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）08-0222-03

0 引言

濟(jì)源市地處豫西北，境內(nèi)80%以上的的面積為山區(qū)和丘陵，地勢北高南低、西高東低，天氣復(fù)雜多變。雷雨大風(fēng)、短時強降水、冰雹等強對流天氣是濟(jì)源夏季主要災(zāi)害性天氣，它的特點是空間尺度小、生命史短、突發(fā)性強、發(fā)展演變迅速、破壞力大，常造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，而因此備受關(guān)注。局地短時暴雨、冰雹、強雷雨大風(fēng)等強對流天氣均與中尺度強對流系統(tǒng)密切相關(guān)，用常規(guī)天氣觀測網(wǎng)很難捕捉到。近年來在省臺以牛淑貞、張一平[1]老師為首的短臨預(yù)報專家以及江西[2]、福建[3]、甘肅[4]、寧夏[5]、重慶[6]等地的氣象科技人員，對當(dāng)?shù)孬@取的天氣雷達(dá)資料進(jìn)行了分析研究，得出了強對流天氣在本地的演變規(guī)律，這些工作明顯提高了本地短時災(zāi)害性天氣的監(jiān)測、預(yù)報能力。本文將2014年濟(jì)源市天氣雷達(dá)資料進(jìn)行了統(tǒng)計分類，特別是對中尺度強對流天氣進(jìn)行了細(xì)化，得出了在濟(jì)源出現(xiàn)的強對流天氣雷達(dá)回波特征。以期建立濟(jì)源市中尺度強對流天氣雷分析系統(tǒng)，提高濟(jì)源天氣雷達(dá)資料在預(yù)報業(yè)務(wù)中的利用率，增強強對流天氣的監(jiān)測、預(yù)報能力，在局地短時暴雨、強雷雨大風(fēng)、冰雹等天氣監(jiān)測、預(yù)報過程中，發(fā)揮關(guān)鍵作用，為濟(jì)源市決策、公益氣象服務(wù)、專業(yè)氣象服務(wù)、人工影響天氣、防雷、防災(zāi)減災(zāi)等提供更密集、精細(xì)、準(zhǔn)確、及時的短時預(yù)報產(chǎn)品，以更好地為地方經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)服務(wù)。

1 2014年強對流天氣過程概況

統(tǒng)計分析以三門峽新一代天氣雷達(dá)為中心，重點分析發(fā)生在濟(jì)源區(qū)域內(nèi)的強對流天氣雷達(dá)回波特征。2014年4-9月份發(fā)生在濟(jì)源境內(nèi)的強對流天氣共有22次，其中短時強降水（局地暴雨）3次、強雷雨大風(fēng)天氣2次、一般性雷陣雨天氣17次。強對流天氣最早出現(xiàn)在4月14日，最晚出現(xiàn)在8月26日。本文按短時強降水（局地暴雨）、強雷雨大風(fēng)、一般性雷陣雨進(jìn)行分類，過程統(tǒng)計祥見表1。

2 強對流天氣雷達(dá)回波特征

2.1 組合反射率特征

為了便于分析，雷達(dá)回波強度主要分析了組合反射率因子。

2.1.1 短時強降水（局地暴雨）回波強度特征

出現(xiàn)在濟(jì)源市的短時強降水以局地暴雨為主。綜合分析6月18日、7月22日、8月4日三次濟(jì)源局地短時暴雨組合反射率因子（圖1的A、B、C、D），由山西陽城南壓進(jìn)入濟(jì)源后受地形影響，局地系統(tǒng)加強，回波強度55DBZ以下，持續(xù)時間2-3個體掃后減弱并快速移動。

2.1.2 強雷雨大風(fēng)回波特征

強雷雨大風(fēng)回波的主要特征是帶狀，由大小不等的強對流單體排列而成。

綜合分析7月4日（D）、7月19日（E）這兩次強雷雨大風(fēng)回波特征，帶狀回波由強對流核組合成長達(dá)百余公里的窄帶，前沿比較整齊，系統(tǒng)均為自西南向東北方向移動，進(jìn)入濟(jì)源后，受地形抬升作用，局地加強，回波強度達(dá)60-65DBZ，對應(yīng)對面為狂風(fēng)暴雨天氣。因此，在業(yè)務(wù)工作中應(yīng)注意監(jiān)測帶狀和弓形回波的形成發(fā)展。

2.1.3 一般雷陣雨回波特征

綜合分析17次一般性雷陣雨回波特征，其中9次在山西陽城境內(nèi)生成，4次系統(tǒng)由洛陽孟津和焦作孟州境內(nèi)生成，2次系統(tǒng)經(jīng)山西垣曲進(jìn)入濟(jì)源，2次濟(jì)源本地生成并發(fā)展。由山西陽城境內(nèi)生成的系統(tǒng)南壓東移進(jìn)入濟(jì)源和在濟(jì)源本地生成并加強發(fā)展的系統(tǒng)，回波強度一般在40-50DBZ之間，主要影響濟(jì)源的思禮、克井、五龍口、承留、梨林等鄉(xiāng)鎮(zhèn)，強回波持續(xù)時間一般在2個體掃，系統(tǒng)影響時以雷暴、陣雨天氣為主。由洛陽孟津和焦作孟州附近生成的系統(tǒng)西北方向進(jìn)入濟(jì)源后，主要影響濟(jì)源的坡頭、大峪、承留、軹城、市區(qū)、梨林、五龍口等鄉(xiāng)鎮(zhèn)，回波強度要略強于自北向南的系統(tǒng)回波強度，達(dá)到50-55DBZ。系統(tǒng)影響時主是雷暴伴有短時大風(fēng)天氣。由山西垣曲進(jìn)入濟(jì)源的系統(tǒng)回波主要影響濟(jì)源的邵原、王屋、下冶、大峪等山區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，回波強度較弱，在40-45DBZ之間，系統(tǒng)影響時主要以雷電天氣為主，伴有短時陣雨。

綜合分析2014年22次強對流天氣多普勒天氣雷達(dá)產(chǎn)品發(fā)現(xiàn)，影響濟(jì)源的強對流天氣主要有三個途徑，每次過在時空分布上均具有不均勻性：

在山西陽城境內(nèi)和濟(jì)源本地生成的系統(tǒng)自北向南東移南壓，在濟(jì)源系統(tǒng)略有加強，回波強度一般在40-55DBZ之間（6月19日過程在山西陽城境內(nèi)生成并發(fā)展中心強度為60DBZ，進(jìn)入濟(jì)源后加強至65DBZ，因此除外），主要影響濟(jì)源的思禮、克井、五龍口、承留、梨林等鄉(xiāng)鎮(zhèn)，強回波持續(xù)時間一般在2-5個體掃，系統(tǒng)影響時以雷暴、陣雨天氣為主。此類天氣占54.5%。

經(jīng)洛陽孟津和焦作孟州以及洛陽新安或在其境內(nèi)生成并發(fā)展的系統(tǒng)自南向北移動，西北方向進(jìn)入濟(jì)源后，受地形抬升作用，回波強度要強于自北向南的系統(tǒng)回波強度，達(dá)到60DBZ以上，主要影響濟(jì)源的坡頭、大峪、承留、軹城、市區(qū)、梨林、五龍口等鄉(xiāng)鎮(zhèn)，系統(tǒng)影響時主是雷暴伴有短時大風(fēng)天氣。此類系統(tǒng)占36.3%。

系統(tǒng)經(jīng)山西垣曲進(jìn)入濟(jì)源，回波主要影響濟(jì)源的邵原、王屋、下冶、大峪等山區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，回波強度較弱，在40-45 DBZ之間，系統(tǒng)影響時主要以雷電天氣為主，伴有短時陣雨。此類系統(tǒng)占9.2%。

2.2 徑向速度場特征

多普勒天氣雷達(dá)的徑向速度回波產(chǎn)品反映了降水粒子群相對于雷達(dá)的平均徑向速度。以下根據(jù)不同分類的強對流天氣過程對多普勒徑向速度回波特征進(jìn)行分析。

2.2.1 短時強降水（局地暴雨）速度特征

綜合分析，7月22日雷達(dá)回波自低層到高層均存在逆風(fēng)區(qū)，被正速度區(qū)包圍的最大負(fù)速度區(qū)最大負(fù)速度值在5-15m/s之間，8月5日在1.5°仰角在濟(jì)源大峪槐姻一帶出現(xiàn)一中氣旋，中氣旋持續(xù)時為2個體掃，之后正速度區(qū)包圍小片負(fù)速度區(qū)（逆風(fēng)區(qū)）。逆風(fēng)區(qū)和中氣旋持續(xù)時間、持續(xù)面積范圍基本和出現(xiàn)短時強降水時間、面積相吻合。

2.2.2 強雷雨大風(fēng)回波特征

分析7月4日和7月19日兩次強雷雨大風(fēng)過程，自低層到高層均存在逆風(fēng)區(qū)，被正速度區(qū)包圍的最大負(fù)速度區(qū)，最大負(fù)速度值均達(dá)30m/s以上。這種形勢有利于中尺度垂直環(huán)流的形成，垂直環(huán)流有利于水汽的垂直輸送，也有利于降水粒子的降落， 此次天氣以短時大風(fēng)為主，并伴有短時強降水。逆風(fēng)區(qū)形成的時間，持續(xù)面積范圍基本和出現(xiàn)短時大風(fēng)時間面積相吻合。

2.2.3 一般雷暴回波特征

分析一般雷暴回波特征，0.5°仰角探測到正速度區(qū)有負(fù)速度存在，持續(xù)時一般在7-9個體掃，1.5°仰角正速度區(qū)雖然也存在負(fù)速度，但是面積很小，且持續(xù)時間一般為4-7個體掃之間。2.4°和3.4°仰角均無逆風(fēng)區(qū)存在。

綜合分析21次強對流天氣的徑向速度（6月19日過程除外），共同點是均存在逆風(fēng)區(qū)，不同點是短時強降水類型和強雷雨大風(fēng)型的逆風(fēng)區(qū)面積、持續(xù)時間、厚度相當(dāng)，均大于一般雷陣雨的逆風(fēng)區(qū)面積、持續(xù)時間和厚度;短時強降水型的逆風(fēng)區(qū)被正速度包圍的負(fù)速度最大值在5-15m/s之間，強雷雨大風(fēng)的逆風(fēng)區(qū)被正速度包圍的負(fù)速度最大值達(dá)30m/s以上，逆風(fēng)區(qū)的面積、走向與地面出現(xiàn)狂風(fēng)暴雨的地方一致。

2.3 回波頂高特征

回波頂（ET）可以通過對云頂高度的定位反映雷暴云的發(fā)展程度。根據(jù)以往工作經(jīng)驗，當(dāng)回波頂高升至8～9km時將會出現(xiàn)雷電天氣，14km以上出現(xiàn)小冰雹的天氣可能性大。因此，本文對回波頂高產(chǎn)品也進(jìn)行了對比分析。

綜合分析回波頂高，不論是一般雷陣雨天氣、短時強降水（局地暴雨）還是強雷雨大風(fēng)天氣，回波頂高均在8km以上，短時強降水、強雷雨大風(fēng)的回波頂高在14-15km，其走向、范圍、面積均與地面出現(xiàn)狂風(fēng)暴雨的地方相對應(yīng)。

3 預(yù)報服務(wù)分析

隨著社會的不斷進(jìn)步，高時效性數(shù)據(jù)設(shè)備天氣雷達(dá)、自動氣象站、鄉(xiāng)鎮(zhèn)雨量站等在業(yè)務(wù)中的廣范應(yīng)用，大大提高了預(yù)報監(jiān)測能力。為了更好做好預(yù)報服務(wù)，提高天氣雷達(dá)資料在預(yù)報業(yè)務(wù)中的利用率，增強強對流天氣的監(jiān)測、預(yù)報服務(wù)能力，本文對2014年度強對流天氣服務(wù)情況進(jìn)行了評估分析。

2014年22次強對流天氣過程中，強對流天氣預(yù)警平均提前服務(wù)量僅為8.4分鐘。雷電預(yù)警提前發(fā)布的共有12次，其中提前10分鐘發(fā)布的共有9次。發(fā)生后才發(fā)布的共有10次，發(fā)生10分鐘后才發(fā)布預(yù)警的共有7次，7次中有1次為上午，4月份3次以及在濟(jì)源本地生成2次的強對流天氣均未提前發(fā)布。4次短時強降水預(yù)警服務(wù)中雖然作為強對流天氣在雷電預(yù)警中進(jìn)行了服務(wù)，但是作為暴雨（局地單點）預(yù)警服務(wù)兩次漏發(fā)，1次空發(fā)。統(tǒng)計中還發(fā)現(xiàn)，在整個強對流天氣預(yù)報服務(wù)過程中，作為服務(wù)的主題預(yù)報員，責(zé)任心強的在值班過程中大多均能提前進(jìn)行發(fā)布。

由此可見，加強短時強降水監(jiān)測預(yù)測，關(guān)注上午以及濟(jì)源本地生成發(fā)展的強對流天氣和春季雷暴的發(fā)生，同時增強工作責(zé)任心，是提高濟(jì)源強對流天氣過程服務(wù)質(zhì)量與水平的關(guān)鍵。

4 結(jié)語

（1）綜合分析2014年22次強對流天氣多普勒天氣雷達(dá)產(chǎn)品發(fā)現(xiàn)，影響濟(jì)源的強對流天氣主要有三個途徑，每次過程時空分布上均具有不均勻性。

（2）綜合分析21次強對流天氣的徑向速度，共同點是均存在逆風(fēng)區(qū)，逆風(fēng)區(qū)的面積、走向與地面出現(xiàn)狂風(fēng)暴雨的地方一致。

（3）分析回波頂高，不論是一般雷陣雨天氣、短時強降水（局地暴雨）還是強雷雨大風(fēng)天氣，回波頂高均在8km以上，強雷雨大風(fēng)的回波頂高在14-15km，其走向、范圍、面積均與地面的狂風(fēng)暴雨相對應(yīng)。

（4）加強短時強降水監(jiān)測預(yù)測，關(guān)注上午以及濟(jì)源本地生成發(fā)展的強對流天氣和春季雷暴的發(fā)生，同時增強工作責(zé)任心，是提高濟(jì)源強對流天氣過程服務(wù)質(zhì)量與水平的關(guān)鍵。

參考文獻(xiàn)

[1] 張一平，王新敏，牛淑貞，等.河南省強雷暴地閃活動與雷達(dá)回波的關(guān)系探析[J].氣象，2010，36（2）：54-61.

[2] 應(yīng)冬梅，許愛華，黃祖輝，等.江西冰雹、大風(fēng)與短時強降水的多普勒雷達(dá)產(chǎn)品對比分析[J].氣象，2007（03）：48-53.

[3] 陳秋萍，黃東幸，余建華，等.閩北前汛期短時強降水與雷達(dá)回波特征[J].氣象，2001，27（8）：52-55.

[4] 張鴻發(fā)，龔乃虎，等.平?jīng)龅貐^(qū)強對流鉤狀回波特征的觀沒研究[J].大氣科學(xué)，1997，17（3）：401-412.

[5] 徐陽春，陸曉靜，沈陽，等.2003-2004年強對流災(zāi)害性天氣多普勒天氣雷達(dá)產(chǎn)品特征分析[J].干旱氣象，2005（03）：39-44.

[6] 江玉華，丁明星，陳群，等.重慶地區(qū)強對流天氣雷達(dá)回波統(tǒng)計特征[J].氣象，2015（03）：36-40.