青海東部兩次大暴雨天氣過程衛(wèi)星云圖產(chǎn)品對比分析

張婷華 李昌玉 辛秋玲

摘 要：利用常規(guī)氣象觀測資料與衛(wèi)星探測資料及產(chǎn)品對青海東部地區(qū)2013年8月21日、2018年8月2—4日兩次大暴雨過程進行對比分析。結果表明：紅外云圖上兩次降水過程的降水集中時段的云頂亮溫（TBB）梯度大值區(qū)與強降水中心基本一致;水汽云圖上兩次降水過程的水汽均是來自副高外圍SW-NE向水汽輸送帶，降水出現(xiàn)時段水汽圖像上有明顯的白亮區(qū)域;云系的分布與各層的物理量場有很好的對應關系。

關鍵詞：青海東部;大暴雨;衛(wèi)星云圖;對比分析

中圖分類號：P4文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2021）01-0138-03

Abstract： Based on the conventional meteorological observation data and satellite observation data and products， the two heavy rain processes in eastern Qinghai on August 21， 2013 and August 2-4， 2018 were compared and analyzed. The results show that： in the infrared cloud image， the cloud top brightness temperature （TBB） gradient in the precipitation concentration period of the two precipitation processes is basically consistent with the heavy precipitation center; in the water vapor cloud image， the water vapor of the two precipitation processes comes from the SW-NE water vapor transport belt around the subtropical high， and there is an obvious white bright area in the water vapor image during the precipitation period; the distribution of cloud system is well matched with the physical quantity field of each layer We should pay attention to the relationship.

Keywords： eastern Qinghai;heavy rain;satellite cloud image;comparative analysis

暴雨、冰雹和雷暴大風等強對流災害性天氣發(fā)生于中小尺度天氣系統(tǒng)，變化快、生命短、強度大，用常規(guī)的觀測資料難以抓住它，因此，對這類天氣系統(tǒng)的分析和預報一直是大氣科學研究的一個重要問題。使用時空分辨率較高的衛(wèi)星云圖，不僅可以觀測大范圍云系分布，而且可以觀測中小尺度云系的發(fā)生、發(fā)展、成熟和消散演變的全過程[1]。鑒于衛(wèi)星云圖資料在暴雨預報中的重要作用，許多專家學者都對此進行了深入研究。例如，陳靜等人利用氣象衛(wèi)星云圖、MICAPS資料、地面觀測資料以及天氣學原理等方法，對發(fā)生在鄂爾多斯地區(qū)的一次暴雨天氣過程進行分析。結果表明，內(nèi)蒙古鄂爾多斯一次暴雨過程主要是活躍的暖鋒云系及鑲嵌在其底部中γ尺度暴雨云團共同作用的結果[2]。張霞等人利用FY-2E衛(wèi)星資料結合自動站逐小時降水量對2011年7月2—3日豫西北出現(xiàn)局地暴雨的中尺度特征進行分析。結果表明，這次暴雨過程中存在明顯的中尺度云團自組織現(xiàn)象，強降水是組織、合并后的一個中α尺度對流云團內(nèi)部兩個中β尺度的強雨團直接造成的[3]?？祶沟热送ㄟ^分析2005—2010年6—9月四川地區(qū)暴雨天氣的衛(wèi)星云圖，指出四川暴雨天氣過程基本上是由中高緯西風帶云系、中緯度云系以及低緯度熱帶云系相互作用的結果[4]。

青藏高原夏季由于受熱力的影響，常常在午后形成對流云團，中小尺度對流云團是青藏高原夏季常見的云系之一[5]。通過查閱相關資料可知，當前關于青海省大到暴雨的衛(wèi)星云圖特征的研究較少[6-7]，因此，本文主要使用衛(wèi)星云圖分析兩次暴雨過程中對流云團發(fā)生發(fā)展過程的圖像特征，總結青海東部地區(qū)兩次暴雨過程的衛(wèi)星云圖演變規(guī)律，積累暴雨過程分析預報經(jīng)驗，進一步提高對暴雨的預測預警能力。

1 天氣實況

2013年8月21—22日，青海省西寧市大通縣橋頭鎮(zhèn)出現(xiàn)大暴雨，降水量達144.9 mm，最大小時雨強出現(xiàn)在21日19：00，為29.9 mm。此次暴雨過程不僅創(chuàng)該站有氣象記錄以來歷史日降水量極大值，同時也創(chuàng)青海省單站日降水量歷史極大值。

2018年8月2—4日，青海省海東市樂都縣中壩鄉(xiāng)中壩水庫出現(xiàn)大暴雨，2日08：00至3日08：00降水量為133.4 mm，3日08：00至4日08：00降水量為116.9 mm，日降水量均接近青海省有氣象記錄以來的全省日降水量極值，過程降水量合計為282.8 mm，最大小時雨強出現(xiàn)在2日凌晨04：00—05：00，為18.6 mm，此次降水過程為穩(wěn)定性降水伴有短時強降水性質(zhì)。

2 影響系統(tǒng)

2013年8月21日08：00，500 hPa環(huán)流形勢表明，貝湖以東有低渦，低渦底部不斷分裂冷空氣和短波槽東移南下;西太平洋副熱帶高壓西脊點位于西北地區(qū)東部35°N，104°E附近，青海省大部位于副高外圍，在584 gpm線控制范圍內(nèi)，青海東部受副高邊緣的偏南暖濕氣流影響;西亞大槽后部的西北氣流攜帶冷空氣東移南下，青海省北部地區(qū)有短波槽緩慢東移，冷暖氣流在青海省東部交匯，造成此次強降水天氣。

2018年8月2日08：00，500 hPa環(huán)流形勢表明，貝加爾湖底部至蒙古地區(qū)有一深厚的低槽，槽底不斷分裂短波槽攜帶冷空氣東移南下影響青海省。青海省東部地區(qū)有一低渦，低渦及其底部的短波槽緩慢東移南壓，且東部地區(qū)位于584 gpm線外圍，西南氣流攜帶水汽輸送到青海省東部地區(qū)，冷暖空氣在東部地區(qū)交匯，短波槽的東移成為暴雨天氣的觸發(fā)機制，此后，584 gpm線開始東西擺動，降水持續(xù)。

3 衛(wèi)星云圖產(chǎn)品特征

3.1 紅外衛(wèi)星云圖和云頂亮溫

氣象衛(wèi)星紅外通道的觀測值，是云頂和無云及少云區(qū)的地球表面向太空發(fā)射的輻射，通常將它用相當黑體溫度（Black Body Temperature，TBB）來表示，又稱為“云頂亮溫”[8]。云頂亮溫資料以其高時空分辨率能夠很好地反映強天氣系統(tǒng)的發(fā)生、發(fā)展和消亡，TBB溫度越低，表明云頂越高，對流越旺盛[9]。從2013年8月21日08：00開始，青南高原就不斷有對流云系開始發(fā)展，并且沿著西南氣流不斷移向青海東部地區(qū)，表現(xiàn)為大小不一且分離的對流單體。18：30后，大通和門源交界處有對流單體生成，伴隨有降水出現(xiàn)，該對流云團不斷發(fā)展，云團形狀為團狀，結構緊實，云頂亮溫較低。至19：30后（圖略），云團覆蓋大通大部地區(qū)，云頂亮溫為220 K，出現(xiàn)短時強降水，強降水發(fā)生在云頂亮溫梯度最大處。

從2018年8月2日08：00起，青海省東南部有對流云沿西北—東南方向不斷移向青海省東部，對流云帶中不斷有中小尺度對流云發(fā)展并移向海東市，受對流云團影響，海東市有降水出現(xiàn)，降水于19：00以后逐漸減小。至8月2日21：00（圖略），位于甘肅省與青海省東部交界處的對流云團不斷生成并發(fā)展，該云團沿西南氣流緩慢移動，隨后覆蓋海東市東部地區(qū)，此時云頂亮溫由之前的240 K降低至228 K。相應的，22：00和23：00，海東市樂都區(qū)中壩鄉(xiāng)的累計降水量達到14.6 mm，此后不斷有對流云團自甘肅省南部緩慢移入海東市南部。隨著東移短波槽的增強，有一條帶狀的對流云系自西南向東北擴展，偏南氣流發(fā)展旺盛，降水云系的不斷東移發(fā)展造成列車效應，發(fā)生此次暴雨天氣。此次暴雨為穩(wěn)定性降水伴有短時強降水性質(zhì)。

3.2 水汽衛(wèi)星云圖

水汽圖主要反映了大氣中上層的水汽分布。水汽圖上水汽區(qū)的活動、干濕區(qū)邊界、暗區(qū)等都與強對流的發(fā)生發(fā)展有著密切關系。從水汽圖像上來看（圖略），2013年8月21日18：00，副熱帶高壓控制的下沉區(qū)為大片的暗區(qū)，其西側邊緣位于青海省東部和南部有一白亮區(qū)域，水汽發(fā)展旺盛;19：30（圖略），該白亮區(qū)域面積增大，逐漸覆蓋大通中部和北部地區(qū)，且顏色變得更白，說明中高層水汽充沛;至22日04：00后（圖略），白亮區(qū)域逐漸變暗，降水趨于結束。

從2018年8月2日08：00的水汽圖上來看（圖略），副熱帶高壓西側邊緣有一條來自南西—北東向的水汽輸送帶經(jīng)云南省、四川省、甘肅省，從南向北輸送水汽。水汽輸送帶靠近副熱帶高壓的一側邊界清晰，且這條水汽帶在青海東部有一白亮區(qū)域，說明中高層水汽發(fā)展旺盛，此時海東市的降水開始。至18：00，有新的白亮區(qū)域移入海東市南部，并且沿西南氣流方向緩慢移動，白亮區(qū)域覆蓋整個海東市，說明對流層中上層水汽發(fā)展旺盛，此時降水量增加，與降水集中時段相吻合。至4日09：00（圖略），白亮區(qū)域逐漸變暗，本次降水過程結束。

4 衛(wèi)星云圖與物理量

4.1 水汽圖像和垂直速度

水汽是大氣運動的示蹤物，水汽圖像能較好地反映其所在層的大氣環(huán)流和垂直運動，因此可以通過垂直運動、渦度和散度來分析水汽帶的動力特征[10]。由2013年8月21日20：00的水汽圖像和500h Pa垂直速度疊加來看（圖略），大通縣對流云團的白亮區(qū)域與500 hPa的上升速度區(qū)位置一致，上升速度的大值中心也與白亮云團的云頂亮溫的低值中心相對應。

由2018年8月2日20：00的水汽圖像和500 hPa垂直速度疊加來看（圖略），海東市500 hPa的上升速度區(qū)和水汽圖像的白亮位置基本一致，云頂亮溫處的低值中心也基本與上升速度的大值中心相對應，與降水時間段也較吻合。至8月4日08：00，白亮區(qū)域已基本移出海東市，500 hPa上垂直速度也基本為下沉氣流，降水趨于結束。

4.2 紅外云圖和假相當位溫

假相當位溫（[θse]）是表征大氣溫濕參量的物理量[11]。從2013年8月21日20：00 500 hPa假相當位溫和紅外云圖疊加可以看出（圖略），大通縣由于在副高邊緣，因此附近存在一個顯著的假相當位溫大值區(qū)，對應的紅外云圖上可以看到大通縣有塊狀對流云存在，并且大的假相當位溫密集帶與云帶走向基本一致。

從2018年8月2日20：00 500 hPa假相當位溫和紅外云圖疊加可以看出（圖略），副高西伸，北方干冷空氣與西南暖濕氣流在青海省東部地區(qū)交匯，在海東市上空形成了大的假相當位溫梯度區(qū)，海東市附近假相當位溫達到80 ℃，紅外云圖上也有對流云團存在，假相當位溫梯度的大值區(qū)與對流云的位置基本對應，與降水集中時段也較吻合。至4日08：00，隨著對流云團移出海東市，假相當位溫梯度也逐漸減小，降水結束。

4.3 紅外云圖和冷暖平流

冷暖空氣的交匯是成云致雨的重要條件。在實際預報工作中，除了參照常規(guī)的地面觀測資料外，通過衛(wèi)星云圖找出冷暖空氣的活動軌跡也十分重要。從2013年8月21日20：00 700 hPa溫度平流與紅外云圖的疊加圖上可以看出（圖略），大通縣降水云帶位置附近700 hPa有明顯的冷平流中心，而500 hPa有明顯的暖平流，且冷暖平流梯度最大區(qū)域位于云帶后部，對應云系發(fā)展最旺盛、云頂最高區(qū)域。

從2018年8月2日20：00 700 hPa溫度平流與紅外云圖的疊加圖上可以看到（圖略），海東市處于冷平流區(qū)域，而500 hPa暖平流的梯度大值區(qū)處于對流云帶后部，對應有對流云團不斷發(fā)展，且云頂亮溫較低，冷暖平流梯度最大區(qū)域位于云帶后部，該區(qū)域對應降水最為顯著。

5 結論

①從紅外云圖看，兩次降水過程中，降水集中時段的云頂亮溫（TBB）均較低，在220～235 K，TBB低值中心和梯度大值區(qū)與強降水中心基本一致。

②從水汽云圖可以看出，兩次降水過程的水汽均是來自副高外圍SW～NE向水汽輸送帶，且降水出現(xiàn)時段水汽圖像上有明顯的白亮區(qū)域，說明對流層中上層水汽發(fā)展旺盛。

③云系的分布與各層的物理量場有很好的對應關系，降水的大值區(qū)出現(xiàn)在水汽發(fā)展旺盛和上升速度的大值區(qū)，降水集中地區(qū)存在[θse]大值區(qū)，大的假相當位溫密集帶與云帶走向基本一致;兩次降水過程中降水集中地區(qū)附近700 hPa和500 hPa有明顯的冷、暖平流中心。

④衛(wèi)星云圖與各種物理診斷量場的分布關系密切，利用高時空分辨率的衛(wèi)星云圖觀測，可以較好地彌補探空觀測時間間隔長、空間分布稀疏的不足。

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