望謨X波段雷達(dá)與興義多普勒雷達(dá)暴雨過程中的對(duì)比

孟慶怡，李 陽，范 倩，劉 相，吳 靜

（黔西南州氣象臺(tái)，貴州興義 562400）

貴州省黔西南州望謨縣是黔西南州氣象災(zāi)害較為嚴(yán)重的地區(qū)之一，研究望謨縣暴雨的基本特征，有助于提高業(yè)務(wù)人員對(duì)暴雨及短時(shí)強(qiáng)降水天氣預(yù)測(cè)預(yù)警能力，為政府決策部門的決策提供指導(dǎo)性意見。目前，針對(duì)暴雨的雷達(dá)特征分析和預(yù)警方面，很多專家作了大量的研究工作，杜秉玉等用常規(guī)數(shù)字天氣雷達(dá)研究湘中強(qiáng)對(duì)流天氣和梅雨鋒的雷達(dá)回波特征［1］。項(xiàng)經(jīng)魁、徐雙柱等從回波形態(tài)、運(yùn)動(dòng)等方面總結(jié)了暴雨回波一些形態(tài)和運(yùn)動(dòng)特征［2-3］。胡伯威等曾利用武漢WSR-81S 數(shù)字化雷達(dá)資料分析了湖北省暴雨回波特征和演變規(guī)律［4］。肖艷姣等發(fā)現(xiàn)低層切變線上的擾動(dòng)與地面降水加強(qiáng)有密切的關(guān)系［5］。伍志方等認(rèn)為，沿著輻合帶兩側(cè)不斷有新生單體，并沿著不同方向向輻合區(qū)匯聚加強(qiáng)，從而形成暴雨［6］。劉洪恩等利用多普勒雷達(dá)資料研究了低空急流、暖平流等暴雨中尺度系統(tǒng)的雷達(dá)回波特征［7］。夏文梅等利用冷暖平流和輻散輻合風(fēng)場(chǎng)疊加的多普勒速度特征［8］。周雨華等對(duì)幾次副高邊緣暴雨的多普勒雷達(dá)資料進(jìn)行了對(duì)比分析總結(jié)［9］。

興義雷達(dá)探測(cè)范圍大，但容易受到地形阻礙、地球曲率和雷達(dá)波束寬度等帶來的影響，存在一定的探測(cè)盲區(qū)，而望謨X 波段雷達(dá)對(duì)小尺度的局部對(duì)流云系的探測(cè)更為清晰，具有更高的探測(cè)靈敏度，更適用于一些地形復(fù)雜的山區(qū)等一些處于新一代天氣雷達(dá)探測(cè)盲區(qū)但又容易生成局地降水的地點(diǎn)，很好地彌補(bǔ)了興義多普勒雷達(dá)的缺陷。因而對(duì)比望謨X 波段天氣雷達(dá)和興義多普勒雷達(dá)在暴雨過程中所展現(xiàn)的差異性，對(duì)臨近預(yù)警預(yù)報(bào)工作具有有效的指導(dǎo)作用。

1 天氣背景

2017年7月8—9日，黔西南州出現(xiàn)了12站大暴雨（降水量大于100 mm），其中望謨打易鎮(zhèn)151 mm，打易中學(xué)鎮(zhèn)141 mm，打巖鎮(zhèn)137 mm，觀文鎮(zhèn)129 mm，打尖鎮(zhèn)103 mm，坡架鎮(zhèn)109 mm，另有92 站出現(xiàn)暴雨（降水量在50～100 mm）。此次天氣過程受短波槽、低層切變線、干傾入、低空急流和地面弱冷空氣的共同影響，其相互作用誘發(fā)了地面輻合線鋒生。暴雨發(fā)生初期，水汽條件和不穩(wěn)定能量滿足暴雨的啟動(dòng)條件，地面輻合線和冷鋒南下觸發(fā)云團(tuán)發(fā)展，且移動(dòng)緩慢，導(dǎo)致出現(xiàn)大暴雨天氣。

2 衛(wèi)星云圖分析

黔西南州望謨縣打易鎮(zhèn)的短時(shí)強(qiáng)降水主要集中在2017 年7 月9 日2:00、5:00、8:00，從衛(wèi)星紅外云圖上看到，7 月9 日1:30，如圖1（a），黔西南上空有一偏南-北向的帶狀對(duì)流云團(tuán)A，其冷中心在黔西南州中西部，且發(fā)展旺盛，此時(shí)望謨上空的對(duì)流云系淺薄且強(qiáng)度不強(qiáng)，云頂亮溫在220 K 左右，此時(shí)短時(shí)強(qiáng)降水達(dá)最大，1:00—2:00 達(dá)到了38 mm。2:45，云體A 與B 合并后分裂成南北兩個(gè)單體C 和D，如圖1（b），北面的單體C向東南移動(dòng)至打易鎮(zhèn)附近，云頂亮溫在210 K 左右，降水迅速減弱。4:45 時(shí)，如圖1（c），D 對(duì)流中心減弱消散，C 對(duì)流強(qiáng)中心強(qiáng)度減弱，面積減小，此時(shí)打易鎮(zhèn)恰位于趨于減弱的C 對(duì)流強(qiáng)中心的南側(cè)，云頂亮溫在200 K 左右，對(duì)應(yīng)的地面降水3:00—4:00 為3.5 mm，4:00—5:00為29.7 mm。5:00—7:00，強(qiáng)中心基本維持，打易鎮(zhèn)上空的云頂溫度明顯升高，云頂溫度在210 K 左右，期間降水量較小，7:30 如圖1（d），E 強(qiáng)中心減弱東移，打易鎮(zhèn)處在亮溫梯度的大值區(qū)，降水明顯增加，之后整個(gè)云團(tuán)東移出黔西南州，降水趨于結(jié)束。

3 望謨雷達(dá)與興義雷達(dá)回波對(duì)比

分析望謨X 波段雷達(dá)發(fā)現(xiàn)，7 月9 日1:17（圖2），基本反射率在40 dBZ 左右，最大可達(dá)50 dBZ，此時(shí)為混合性降水回波，對(duì)應(yīng)時(shí)次的剖面圖上可以看到強(qiáng)中心高度從地面到4 km 左右，相對(duì)移動(dòng)方向呈現(xiàn)前傾趨勢(shì)，且中低層的回波強(qiáng)度在45 dBZ 左右。2:46 回波向東北方向移動(dòng)，打易鎮(zhèn)上空在30 dBZ 左右，強(qiáng)中心逐漸減弱消失，中低層回波強(qiáng)度也逐漸減弱，小時(shí)雨強(qiáng)迅速減弱。4:22，云團(tuán)結(jié)構(gòu)密實(shí)但范圍減小，反射率基本在 45 dBZ 左右，5 km 以下的回波也在45 dBZ 左右，且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)應(yīng)小時(shí)雨強(qiáng)大。6:58，看到黔西南州中西部云體繼續(xù)緩慢東移，主體維持在黔西南-黔南一帶，此時(shí)回波強(qiáng)度在45 dBZ 左右，回波高度減小至3 km 附近，但仍然維持在45 dBZ 左右，降水強(qiáng)度并沒有明顯減弱，但降水過程趨于結(jié)束。整體分析可知，過程中小時(shí)雨強(qiáng)接近 30 mm·h-1的階段，反射率在45 dBZ 左右，屬于層狀云積狀云混合性質(zhì)降水，在降水趨于結(jié)束時(shí)小時(shí)雨強(qiáng)雖然大，但中低層強(qiáng)回波高度明顯降低。

圖2 望謨具打易鎮(zhèn)9 日1:17 雷達(dá)基本反射率及對(duì)應(yīng)的剖面圖

從速度場(chǎng)發(fā)現(xiàn)（圖3a），9 日1:17，望謨縣上空多為正速度區(qū)，說明大尺度系統(tǒng)正在減弱消散階段，但是在打易鎮(zhèn)附近出現(xiàn)了一對(duì)正、負(fù)速度對(duì)，為明顯的中氣旋，但是氣流處于輻散的狀態(tài)，此中氣旋強(qiáng)度不強(qiáng)，有減弱消亡的趨勢(shì)，這也與云圖及地面降水實(shí)況相對(duì)應(yīng)。垂直累計(jì)液態(tài)含水量（VIL）可知（圖3b），其發(fā)生發(fā)展與基本反射率趨勢(shì)基本一致。1:17 望謨縣打易鎮(zhèn)上空 的 含 水 量 在2～11 kg·m-2，最 大VIL 10.55 kg·m-2，40～45 dBZ 所 對(duì) 應(yīng) 的VIL 在1～5 kg·m-2，回 波 強(qiáng) 度中心與最大VIL 中心對(duì)應(yīng)關(guān)系并不好。2:46，反射率20～40 dBZ 對(duì)應(yīng)的VIL 在1～2 kg·m-2，40～45 dBZ 所對(duì)應(yīng)的VIL 在5 kg·m-2左右，此時(shí)降水明顯減小。2:00—4:00 期間，打易鎮(zhèn)的VIL 基本在0～2 kg·m-2，轉(zhuǎn)為弱的陣性降水。4:22，VIL 大值區(qū)與強(qiáng)回波中心依然沒有對(duì)應(yīng)，到6:58，打易鎮(zhèn)南部出現(xiàn)大于 45 dBZ 的地方VIL 在3 kg·m-2左右。整個(gè)強(qiáng)降水過程中，VIL 強(qiáng)度小，基本在2～5 kg·m-2，與反射率的大值區(qū)沒有很好的對(duì)應(yīng)，這與多普勒天氣雷達(dá)中VIL 的特征有很大差別。

圖3 9 日1:17 雷達(dá)速度場(chǎng)和垂直液態(tài)含水量（VIL）

對(duì)比興義多普勒天氣雷達(dá)發(fā)現(xiàn)，在整個(gè)強(qiáng)降水持續(xù)期間，回強(qiáng)的強(qiáng)度為20～35 dBZ，結(jié)構(gòu)松散。分析圖4a（均1.5°仰角）發(fā)現(xiàn)，1:16，打易鎮(zhèn)附近為積狀云降水回波，強(qiáng)度約為30 dBZ，與望謨縣雷達(dá)掃描到的強(qiáng)度相比明顯減弱，面積減少，2:46 回波減弱為層狀云降水回波，與之對(duì)應(yīng)的地面降水也明顯減弱，4:20，回波增強(qiáng)，約為35 dBZ，對(duì)應(yīng)的地面降水加強(qiáng)，6:59，回波又減弱為層狀云降水，此時(shí)對(duì)應(yīng)的地面降水明顯減弱。二部雷達(dá)在回波生消趨勢(shì)上較為一致，均能正確反映出降水的強(qiáng)弱變化，但是較之望謨本地X 波段雷達(dá)，興義多普勒雷達(dá)的探測(cè)效果明顯不足，興義位于東經(jīng)105°、北緯25.08°，海拔1 299 m，望謨縣城海拔僅有567 m，望謨雷達(dá)所在位置海拔，且距離興義直線距離達(dá)121 km，加上望謨縣南北海拔落差大，地形復(fù)雜，空間上的距離加上海拔的明顯落差是導(dǎo)致興義雷達(dá)在望謨本地探測(cè)效果明顯變差的主要原因。

圖4 興義多普勒雷達(dá)基本反射率

4 結(jié)論

1）云圖顯示此次過程的云系為單一帶狀云系，其基本特征是發(fā)展階段、減弱后再加強(qiáng)階段造成了望謨縣的強(qiáng)降水天氣，其產(chǎn)生的疊加效應(yīng)導(dǎo)致望謨出現(xiàn)了多點(diǎn)大暴雨。

2）分析望謨雷達(dá)的基本反射率可知，在強(qiáng)降水階段，回波屬于層狀云積狀云混合性回波，同時(shí)在降水最強(qiáng)的階段（38 mm·h-1）可以觀測(cè)到中氣旋生成，在降水趨于結(jié)束的時(shí)候小時(shí)雨強(qiáng)雖然大，但中低層強(qiáng)回波高度明顯降低。VIL 回波上看到，整個(gè)過程中，VIL 基本在 2～5 kg·m-2，基本反射率的大值區(qū)沒有得到很好的對(duì)應(yīng)，但VIL 的大值區(qū)反射率在45 dBZ 左右，在望謨地區(qū)出現(xiàn)的短時(shí)強(qiáng)降水與VIL 指標(biāo)不是很好。

3）對(duì)比兩部雷達(dá)在望謨地區(qū)的回波強(qiáng)度可知，二者在回波生消趨勢(shì)上較為一致，均能正確反映出降水的強(qiáng)弱變化，但是較之望謨本地X 波段雷達(dá)，興義多普勒雷達(dá)的探測(cè)效果明顯不足，地形復(fù)雜，空間上的距離加上海拔的明顯落差是導(dǎo)致興義雷達(dá)在望謨縣探測(cè)效果明顯變差的主要原因。