2019年夏季三江源局地?zé)釋?duì)流云宏微觀(guān)特征的初步分析

賈爍 楊潔帆 韓輝邦 馬學(xué)謙 雷恒池 王田田,3

（1 中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所云降水物理與強(qiáng)風(fēng)暴重點(diǎn)試驗(yàn)室（LACS），北京 100029；2 青海省人工影響天氣辦公室，西寧 810000；3 甘肅省人工影響天氣辦公室，蘭州 730020）

0 引言

三江源地區(qū)位于我國(guó)青海省南部，是青藏高原的腹地，平均海拔3500～4800 m，為長(zhǎng)江、黃河和瀾滄江的源頭匯水區(qū)，行政區(qū)域涉及玉樹(shù)、果洛、海南、黃南四個(gè)藏族自治州的16個(gè)縣和格爾木市的唐古拉鄉(xiāng)。區(qū)內(nèi)氣候?qū)偾嗖馗咴瓪夂蛳到y(tǒng)，具有干濕兩季分明、雨熱同期、日溫差大、輻射強(qiáng)烈等氣候特征。其獨(dú)特的天氣氣候特點(diǎn)對(duì)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境及下游地區(qū)天氣氣候都有重要影響。

自20世紀(jì)70年代以來(lái)，國(guó)內(nèi)外針對(duì)青藏高原獨(dú)特的天氣氣候特點(diǎn)開(kāi)展了大量外場(chǎng)科學(xué)試驗(yàn)，認(rèn)為青藏高原大氣熱源對(duì)局地與下游區(qū)域云降水過(guò)程、水汽輸送流型等均有顯著影響。第三次青藏高原大氣科學(xué)試驗(yàn)（TIPEX-Ⅲ）對(duì)陸面—邊界層過(guò)程、云—降水物理過(guò)程及對(duì)流層—平流層交換過(guò)程進(jìn)行了系統(tǒng)的觀(guān)測(cè)，Ka波段云雷達(dá)探測(cè)數(shù)據(jù)表明，青藏高原夏季云主要集中在6 km以上和4 km以下，初生的積云和層云常常出現(xiàn)在3 km高度上；利用C波段連續(xù)波雷達(dá)的特征參數(shù)可以將西藏那曲地區(qū)對(duì)流降水云分為深厚對(duì)流降水云和淺薄對(duì)流降水云，二者有明顯的垂直結(jié)構(gòu)特征差異；研究還表明青藏高原云—降水微物理過(guò)程不同于平原地區(qū)。

三江源地區(qū)具有同青藏高原相似的氣候特征和地形分布，同時(shí)作為主要河流的源頭匯水區(qū)，近年來(lái)相關(guān)研究已經(jīng)從水汽輸送、天氣背景、云系宏微觀(guān)結(jié)構(gòu)及發(fā)展機(jī)制等方面對(duì)該地區(qū)各類(lèi)云系開(kāi)展了詳細(xì)分析。如利用再分析資料研究三江源地區(qū)空中主要水汽來(lái)源；針對(duì)降水云系開(kāi)展機(jī)載云物理觀(guān)測(cè)和數(shù)值模擬，研究云系微物理特征及降水機(jī)制；分析研究黃河上游地區(qū)主要降水云系的雨滴譜特征等。但是，上述研究對(duì)象多是層狀云或積層混合云，其中關(guān)于對(duì)流云的環(huán)境場(chǎng)特征分析、宏微觀(guān)結(jié)構(gòu)的觀(guān)測(cè)及降水機(jī)制的研究則多是針對(duì)發(fā)展旺盛的強(qiáng)對(duì)流云或組織化的中尺度對(duì)流系統(tǒng)（MCS）。

已有研究表明青藏高原東部河曲地區(qū)6—9月白天出現(xiàn)積雨云頻率較高（49%～61%），濃積云也達(dá)36%，積雨云降水次數(shù)與云出現(xiàn)次數(shù)比例為58%，且多數(shù)為弱對(duì)流云降水。另外，三江源地區(qū)河南縣7—9月低云出現(xiàn)頻率達(dá)80%以上，以對(duì)流云為主，且在地形熱力和動(dòng)力作用下易發(fā)展為濃積云。以上結(jié)果均表明有必要對(duì)三江源地區(qū)局地形成的弱對(duì)流云開(kāi)展研究，分析其形成的天氣背景場(chǎng)，地形熱力、動(dòng)力作用對(duì)其形成的影響，以及降水產(chǎn)生的物理機(jī)制。

由于三江源地區(qū)特殊的自然環(huán)境，常規(guī)氣象觀(guān)測(cè)站點(diǎn)稀疏，前述研究采用的常規(guī)氣象資料、雷達(dá)衛(wèi)星資料、再分析資料因其分辨率等原因很難滿(mǎn)足局地?zé)釋?duì)流云的研究需要。在中國(guó)氣象局西北人影工程項(xiàng)目的支持下，中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所聯(lián)合青海省人影辦在三江源地區(qū)增設(shè)了X波段雙偏振多普勒雷達(dá)，針對(duì)高原局地?zé)釋?duì)流云開(kāi)展觀(guān)測(cè)。本文首先介紹了試驗(yàn)概況、觀(guān)測(cè)設(shè)備及數(shù)據(jù)處理方法，然后利用X波段雙偏振雷達(dá)體掃數(shù)據(jù)對(duì)某日局地生成高原熱對(duì)流云的移動(dòng)特點(diǎn)、宏微觀(guān)特征進(jìn)行分析，研究其物理機(jī)制，同時(shí)將衛(wèi)星觀(guān)測(cè)對(duì)流云特征與雷達(dá)回波進(jìn)行對(duì)比，分析二者的時(shí)間空間一致性和差異。

1 試驗(yàn)地點(diǎn)、觀(guān)測(cè)設(shè)備和數(shù)據(jù)

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)和設(shè)備

本試驗(yàn)的觀(guān)測(cè)地點(diǎn)選擇易出現(xiàn)局地?zé)釋?duì)流云的三江源地區(qū)澤庫(kù)縣，該地區(qū)平均海拔高度3600 m（圖1），北部的雜瑪日崗山海拔最高（4971 m）。試驗(yàn)區(qū)以X-波段雙偏振多普勒雷達(dá)站（35°N，101.49°E，海拔3623 m）為中心，澤庫(kù)國(guó)家級(jí)地面氣象站（站號(hào)：52968）位于其西北向4 km，包括地面溫度、壓強(qiáng)、相對(duì)濕度、風(fēng)向風(fēng)速、降水量等常規(guī)氣象要素的觀(guān)測(cè)。試驗(yàn)區(qū)還分布了79個(gè)自動(dòng)氣象站，觀(guān)測(cè)常規(guī)地面氣象要素。

圖1 （a）試驗(yàn)區(qū)地形分布圖（五角星代表雷達(dá)站位置，紅圈為雷達(dá)半徑50km范圍）；（b）714XDP車(chē)載X波段雙偏振多普勒雷達(dá)Fig. 1 (a) Topographic distribution in experimental area(star denoting radar station and red circle denoting aradius of 50 km);(b) 714XDP on-board X-band dual-polarization doppler radar

利用714XDP車(chē)載X波段雙偏振多普勒雷達(dá)（簡(jiǎn)稱(chēng)“714XDP雷達(dá)”）對(duì)三江源地區(qū)局地?zé)釋?duì)流云開(kāi)展觀(guān)測(cè)。該雷達(dá)波長(zhǎng)較常規(guī)S、C波段業(yè)務(wù)雷達(dá)更短，因此更易捕捉云系弱回波，它的有效探測(cè)范圍為100 km。714XDP雷達(dá)采用固態(tài)發(fā)射機(jī)，具有同時(shí)發(fā)射和接收水平、垂直方向偏振波的能力，可探測(cè)得到基本反射率（

Z

）、多普勒速度（

V

）、譜寬（

S

）、差分反射率（

Z

）、差分傳播相移（

Φ

）、差分傳播相移率（

K

）和零滯后互相關(guān)系數(shù)（

ρ

）等回波物理量，用于分析云系宏微觀(guān)特征。714XDP雷達(dá)具有平面-位置掃描（PPI）、距離-高度掃描（RHI）、體掃（VOL）和扇掃（SEC）四種掃描方式。具體性能參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 714XDP車(chē)載X波段雙偏振多普勒雷達(dá)主要性能參數(shù)Table 1 Performance parameters of 714XDP on-boardX-band dual-polarization doppler radar

1.2 觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)和處理方法

2019年8月1日—9月8日利用714XDP雷達(dá)對(duì)以雷達(dá)站為中心半徑100 km區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)的對(duì)流云進(jìn)行連續(xù)體掃觀(guān)測(cè)（垂直12層或14層），記錄對(duì)流云初始回波出現(xiàn)的時(shí)間、位置，并進(jìn)行編號(hào)。

基于714XDP雷達(dá)體掃基數(shù)據(jù)采用風(fēng)暴單體識(shí)別與跟蹤算法（SCIT），首先根據(jù)選定的反射率閾值進(jìn)行水平識(shí)別，形成二維閉合單元，然后沿垂直方向上進(jìn)行識(shí)別，形成三維單元體，并進(jìn)行標(biāo)識(shí)；根據(jù)特征相似、距離優(yōu)先、最大速度限制等原則對(duì)連續(xù)體掃中識(shí)別的回波單元進(jìn)行追蹤，用相對(duì)于雷達(dá)站的方位角和徑向距離標(biāo)記各時(shí)次回波位置，記錄對(duì)流云回波初生、發(fā)展、成熟、消散過(guò)程和移動(dòng)路徑。

回波識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)如下：強(qiáng)中心第一次出現(xiàn)大于15 dBz回波認(rèn)為云體初生，大于15 dBz的回波消失認(rèn)為云體消散。成熟階段強(qiáng)中心回波強(qiáng)度大于30 dBz認(rèn)為是對(duì)流云，并利用體掃數(shù)據(jù)選擇15 dBz作為閾值確定回波頂高。

利用714XDP雷達(dá)體掃基數(shù)據(jù)計(jì)算熱對(duì)流云的回波頂高、最大回波強(qiáng)度、強(qiáng)回波所在高度、垂直積分液水含量；對(duì)各熱對(duì)流云持續(xù)時(shí)間、最大回波強(qiáng)度、最大回波頂高、強(qiáng)回波所在高度等發(fā)展演變特征進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析；另一方面利用各雷達(dá)回波物理量如基本反射率、差分反射率、相關(guān)系數(shù)、差分傳播相移率等識(shí)別熱對(duì)流云各高度層粒子相態(tài)。

同時(shí)，收集雷達(dá)觀(guān)測(cè)期間風(fēng)云4A（簡(jiǎn)稱(chēng)“FY-4A”）衛(wèi)星觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)，利用FY-4A多通道掃描成像輻射計(jì)（簡(jiǎn)稱(chēng)“AGRI”）L1數(shù)據(jù)計(jì)算可見(jiàn)光通道云反射率和云頂有效粒子半徑，與714XDP雷達(dá)觀(guān)測(cè)熱對(duì)流云回波物理量進(jìn)行對(duì)比。

2 初步分析結(jié)果

2.1 天氣背景分析

8月9日14時(shí)（北京時(shí)，下同）亞歐天氣圖上，500 hPa中高緯為兩槽兩脊的天氣形勢(shì)，588線(xiàn)位于青海省西南部，青海東部受反氣旋西北氣流控制，有冷平流沿西北氣流下滑；700 hPa青海省位于高溫高壓中心邊緣，試驗(yàn)區(qū)有暖平流（圖2），高低空配置為對(duì)流形成提供了一定的動(dòng)力條件。結(jié)合8月9日08時(shí)西寧站探空（圖3），500～700 hPa溫度和露點(diǎn)溫度隨高度升高而降低，600 hPa以下相對(duì)濕度較大，說(shuō)明試驗(yàn)區(qū)具備對(duì)流形成的熱力不穩(wěn)定條件。

圖2 2019年8月9日14時(shí)500hPa（a）和700hPa（b）亞歐天氣圖（等值線(xiàn)：位勢(shì)高度/gpm，填色：溫度/℃，黑色矩形框：關(guān)注區(qū)域）Fig. 2 Asia-Europe synoptic situation of 500 hPa (a) and 700 hPa (b) (contour line: geopotential height, gpm, coloring:temperature，unit: ℃, black rectangle: area of interest) at 14:00 BT on 9 August 2019

圖3 2019年8月9日08時(shí)西寧站探空（實(shí)線(xiàn)：溫度/℃，虛線(xiàn)：露點(diǎn)溫度/℃）Fig. 3 Radiosonde observation (solid line: temperature/℃,dashed line: dew point temperature/℃) at Xining station at08:00 BT on 9 August 2019

分析8月9日青海省各高度層相對(duì)濕度分布，08—14時(shí)試驗(yàn)區(qū)500 hPa相對(duì)濕度由30%～40%增大至70%～80%，試驗(yàn)區(qū)600 hPa相對(duì)濕度由50%～60%減小至30%～40%。說(shuō)明午后試驗(yàn)區(qū)低層相對(duì)濕度減小，中層相對(duì)濕度增加。

8月9日14時(shí)，試驗(yàn)區(qū)700 hPa和600 hPa輻合，500 hPa和400 hPa輻散，700 hPa輻合較強(qiáng)，500 hPa輻散較強(qiáng)。輻合層和輻散層間厚度較小，可能導(dǎo)致垂直上升運(yùn)動(dòng)發(fā)展受限，對(duì)流云厚度較小。

綜合上述分析，8月9日試驗(yàn)區(qū)具備對(duì)流形成的天氣條件和局地不穩(wěn)定條件，但低層的水汽條件轉(zhuǎn)差，不利于對(duì)流性降水的維持，且中尺度輻合輻散層間厚度較小，不利于對(duì)流的垂直發(fā)展。

2.2 局地?zé)釋?duì)流云回波移動(dòng)及宏微觀(guān)特征研究

8月8日試驗(yàn)區(qū)有系統(tǒng)性降水過(guò)程，區(qū)域內(nèi)9個(gè)地面氣象站平均日降水量為7.14 mm。9日上午太陽(yáng)輻射較強(qiáng)，結(jié)合天氣背景分析和西寧站探空，試驗(yàn)區(qū)具有對(duì)流形成的動(dòng)力條件、熱力不穩(wěn)定條件、一定的水汽條件，16：00起雷達(dá)站西面、北面的山地出現(xiàn)較明顯的熱對(duì)流云。

基于714XDP雷達(dá)體掃觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)8月9日熱對(duì)流云回波進(jìn)行人工識(shí)別追蹤，結(jié)合地形分布進(jìn)行分析（圖4），回波生成源地海拔高度約3400～4400 m，多數(shù)為山地迎風(fēng)坡，回波移動(dòng)方向?yàn)樽晕鞅毕驏|南，與地形的走向呈90°或150°夾角（順時(shí)針?lè)较颍c試驗(yàn)區(qū)500 hPa流場(chǎng)方向基本一致。

圖4 2019年8月9日基于雷達(dá)觀(guān)測(cè)的對(duì)流云回波移動(dòng)軌跡Fig. 4 Moving track of convective clouds based on radarobservation on 9 August 2019

8月9日16—20時(shí)共有9個(gè)熱對(duì)流云回波生成，從雷達(dá)回波組合反射率看，熱對(duì)流云回波直徑＜10 km。利用714XDP雷達(dá)體掃基數(shù)據(jù)計(jì)算回波物理量（表2），最大回波強(qiáng)度在30～48dBz，最大回波頂高4～5km（此處以及后面提到的高度均為距地面的高度），同利用C波段連續(xù)波雷達(dá)得到的“高原夏季淺薄對(duì)流回波頂平均高度為5 km”結(jié)論較一致；強(qiáng)回波所在高度為2～4 km，垂直積分液水含量小于1 kg/m；大部分回波移速較快（＞35 km/h），持續(xù)時(shí)間30～90 min。

表2 2019年8月9日對(duì)流云回波移動(dòng)演變特征統(tǒng)計(jì)表Table 2 Moving and development characters of convectiveclouds radar echo on 9 August 2019

結(jié)合2.1節(jié)天氣背景分析9日局地?zé)釋?duì)流云回波的宏觀(guān)特征，回波垂直發(fā)展高度較小，應(yīng)是由前述“垂直上升運(yùn)動(dòng)受限”造成；根據(jù)探空可知試驗(yàn)區(qū)零度層高度約1.2 km，強(qiáng)回波所在高度說(shuō)明冷云過(guò)程是高原熱對(duì)流云的主要形成機(jī)制，戴進(jìn)等分析高原雷暴弱降水也得出相同結(jié)論；前面分析認(rèn)為14時(shí)試驗(yàn)區(qū)中層水汽條件轉(zhuǎn)好，低層水汽條件轉(zhuǎn)差，因此計(jì)算的回波垂直積分液水含量較小。由于存在上述不利條件，導(dǎo)致熱對(duì)流云水平尺度較小，多數(shù)最大回波強(qiáng)度小于40 dBz，持續(xù)時(shí)間也相對(duì)較短。

選擇8月9日較典型的山地迎風(fēng)坡生成熱對(duì)流云回波（表2中的2號(hào)回波）進(jìn)行具體分析（圖5）。16：14，初始回波強(qiáng)度較小（16 dBz），所在高度約3 km，與劉黎平等分析得出的那曲地區(qū)2014年夏季積云特征比較一致；12 min后（16：26）出現(xiàn)30 dBz的回波中心，回波頂高達(dá)到4 km，強(qiáng)回波所在高度＞3 km，說(shuō)明此時(shí)回波處于發(fā)展階段；16：32回波強(qiáng)度繼續(xù)增加，表現(xiàn)為兩個(gè)回波中心，東側(cè)回波頂高＞西側(cè)；16：39回波強(qiáng)度達(dá)到最大（＞36 dBz，東側(cè)稍＞西側(cè)），強(qiáng)回波所在高度降至2～3 km，回波頂高降至3～4 km；16：45表現(xiàn)為一個(gè)回波中心，結(jié)合地形此時(shí)回波移至山地背風(fēng)坡；下一時(shí)刻回波強(qiáng)度明顯減?。s30 dBz），強(qiáng)回波所在高度和回波頂高均減小，說(shuō)明熱對(duì)流云進(jìn)入減弱階段；之后回波持續(xù)減弱到17：03，與東側(cè)局地生成回波相互影響，回波強(qiáng)度稍有增加，但持續(xù)時(shí)間較短；17：21回波減弱消散。綜合上述分析，該熱對(duì)流云回波頂高和強(qiáng)回波所在高度先發(fā)展至最大，然后回波強(qiáng)度增至最大值，說(shuō)明該熱對(duì)流云發(fā)展過(guò)程動(dòng)力抬升起主要作用，不排除地形抬升對(duì)其發(fā)展的促進(jìn)作用。

圖5 2019年8月9日16：14（a）、16：26（b）、16：39（c）、16：51（d）、17：03（e）、17：15（f）雷達(dá)回波組合反射率（黑圈內(nèi)為2號(hào)熱對(duì)流云回波）Fig. 5 Composite reflectivity of radar echoes at 16:14 (a), 16:26 (b), 16:39 (c), 16:51 (d), 17:03 (e), and 17:15 (f) BT on9 August 2019 (No.2 radar echoes within black circle)

基于

Z

、

Z

、

ρ

和

K

四個(gè)偏振物理量，同時(shí)考慮粒子相態(tài)存在的溫度條件，利用模糊邏輯算法對(duì)熱對(duì)流云發(fā)展階段各高度層粒子相態(tài)進(jìn)行識(shí)別。初生階段（16：14—16：20）回波所在高度約3 km，對(duì)應(yīng)層粒子相態(tài)以冰晶和霰或小雹為主，少量為過(guò)冷水；16：26—16：32回波處于發(fā)展階段，判斷中上層（2.7～3.3 km）粒子相態(tài)為冰晶和過(guò)冷水，以及少量霰或小雹，說(shuō)明此時(shí)具備冰相粒子形成和增長(zhǎng)的條件；16：39中上層（6.4°仰角）識(shí)別粒子相態(tài)同前一時(shí)次（圖6a），稍高于零度層（4°仰角層）識(shí)別粒子相態(tài)為霰或小雹、過(guò)冷水以及少量濕雪（圖6b），零度層以下（2.4°仰角）識(shí)別粒子相態(tài)為濕雪、中雨和毛毛雨（圖6c），說(shuō)明開(kāi)始形成降水粒子。16：45—16：51強(qiáng)回波所在高度層粒子相態(tài)識(shí)別為冰晶和過(guò)冷水，說(shuō)明熱對(duì)流云成熟階段仍有一定過(guò)冷水；17：03零度層以上（1.5 km）回波粒子相態(tài)識(shí)別為霰或小雹、冰晶，說(shuō)明過(guò)冷水減少；到17：09，受附近回波影響，零度層以上（5.1°仰角）識(shí)別粒子相態(tài)為冰晶、干雪和過(guò)冷水（圖6d），零度層以下（2.3°、1.8°仰角）識(shí)別粒子相態(tài)為濕雪、中雨、毛毛雨（圖6e和6f），應(yīng)該主要是由上層冰相粒子下落融化形成。通過(guò)上述各階段粒子相態(tài)的識(shí)別分析，進(jìn)一步驗(yàn)證了熱對(duì)流云通過(guò)冷云冰相過(guò)程形成降水粒子，其發(fā)展成熟階段有一定過(guò)冷水。

圖6 基于雷達(dá)回波物理量的各高度層相態(tài)識(shí)別（a）16：396.4°仰角；（b）16：394.0°仰角；（c）16：392.4°仰角；（d）17：095.0°仰角；（e）17：092.3°仰角；（f）17：091.8°仰角（虛線(xiàn)圈內(nèi)為較強(qiáng)回波區(qū)）Fig. 6 Hydrometeor identification of PPI with different elevations based on radar physical parameters(a)16:39 BT elevation of 6.4°, (b) 16:39 BT elevation of 4.0°, (c) 16:39 BT elevation of 2.4°, (d) 17:09 BT elevation of 5.0°, (e) 17:09 BT elevation of 2.3°, (f) 17:09 BT elevation of 1.8° ( stronger radar echoes in dotted line area)

綜上得出，9日局地生成熱對(duì)流云回波移動(dòng)方向?yàn)樽晕鞅毕驏|南，與地形的走向呈90°或150°夾角（順時(shí)針?lè)较颍?，與試驗(yàn)區(qū)500 hPa流場(chǎng)方向基本一致；其宏觀(guān)特征表現(xiàn)為水平尺度較小，回波強(qiáng)度多＜40 dBz，最大回波頂高4～5 km，強(qiáng)回波所在高度2～4 km，垂直積分液水含量＜1 kg/m，與前述天氣背景分析相呼應(yīng)；大部分回波移速較快（＞35 km/h），持續(xù)時(shí)間30～90 min。對(duì)典型局地?zé)釋?duì)流云個(gè)例的回波生消演變進(jìn)行分析，熱對(duì)流云回波頂高和強(qiáng)回波所在高度先發(fā)展至最大，然后回波強(qiáng)度增至最大值，說(shuō)明該熱對(duì)流云發(fā)展過(guò)程動(dòng)力抬升起主要作用；通過(guò)其各階段粒子相態(tài)的識(shí)別分析，進(jìn)一步驗(yàn)證了局地?zé)釋?duì)流云通過(guò)冷云冰相過(guò)程形成降水粒子，其發(fā)展成熟階段有一定過(guò)冷水。

2.3 FY-4A衛(wèi)星觀(guān)測(cè)反演產(chǎn)品與雷達(dá)回波對(duì)比

可見(jiàn)光反射率主要反映云的光學(xué)厚度（是指云系在整個(gè)路徑上的消光總和），云光學(xué)厚度越大，反射率就越大。本文用可見(jiàn)光反射率（＞0.4）為閾值判別對(duì)流單體。云粒子有效半徑（

Re

）是指假設(shè)云層水平均一且較厚的條件下云頂粒子的有效半徑，可用于進(jìn)行云中平均粒子大小的判斷，反映云發(fā)展旺盛的程度。對(duì)正在發(fā)展的對(duì)流云而言，云發(fā)展得越高，

Re

越大，當(dāng)達(dá)到一個(gè)閾值（14 μm）時(shí)，云中可產(chǎn)生降水性粒子。將F Y-4 A衛(wèi)星觀(guān)測(cè)反演對(duì)流云特征與前述714XDP雷達(dá)觀(guān)測(cè)熱對(duì)流云回波進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)對(duì)比研究。由前述分析9日16：45編號(hào)為2的熱對(duì)流云回波較前一時(shí)刻回波強(qiáng)度減?。ɑ夭◤?qiáng)度為36 dBz，所在高度為2.2 km），西側(cè)同時(shí)有局地生成回波發(fā)展，其最大回波強(qiáng)度（38 dBz）和強(qiáng)回波所在高度（3.2 km）均大于2號(hào)回波，之后西側(cè)回波短暫加強(qiáng)，而2號(hào)回波持續(xù)減弱（圖7a）。對(duì)應(yīng)時(shí)刻的衛(wèi)星可見(jiàn)光反射率圖上（圖7b），只在西側(cè)回波對(duì)應(yīng)位置有可見(jiàn)光反射率大于0.4的像素點(diǎn)。對(duì)于衛(wèi)星反演

Re

（圖7c），同樣只在西側(cè)回波對(duì)應(yīng)位置有大于18 μm的像素點(diǎn)。

圖7 2019年8月9日16：45雷達(dá)回波組合反射率（a）、可見(jiàn)光通道反射率（b）和云粒子有效半徑（c）Fig. 7 Composite reflectivity of radar echoes (a), reflectivity of visible channel (b), and effective particle radius of cloudtop (c) at 16:45 BT on 9 August 2019

17：03編號(hào)為2的熱對(duì)流云回波強(qiáng)度持續(xù)減小（圖8a），最大回波強(qiáng)度和強(qiáng)回波所在高度均是東側(cè)大于西側(cè)。對(duì)應(yīng)時(shí)刻衛(wèi)星可見(jiàn)光反射率圖（圖8b），相應(yīng)位置有可見(jiàn)光反射率大于0.6和0.7的像素點(diǎn)，且東側(cè)大于西側(cè)。對(duì)于衛(wèi)星反演

Re

（圖8c），相應(yīng)位置出現(xiàn)大于14 μm和小于16 μm的像素點(diǎn)，且東側(cè)大于西側(cè)。

圖8 2019年8月9日17：03雷達(dá)回波組合反射率（a）、17：00可見(jiàn)光通道反射率（b）和云粒子有效半徑（c）Fig. 8 Composite reflectivity of radar echoes at 17:03 BT (a) and reflectivity of visible channel (b), effective particle radiusof cloud top (c) at 17:00 BT on 9 August 2019

綜合上述分析，衛(wèi)星可見(jiàn)光反射率是自上而下得到整層云的光學(xué)厚度，雷達(dá)是自下而上對(duì)云體的觀(guān)測(cè)，此外對(duì)流云發(fā)展過(guò)程可能伴隨垂直切變，云體存在傾斜，所以前述分析組合反射率的大值（較弱）中心對(duì)應(yīng)的可見(jiàn)光反射率較小（較大），且位置可能存在偏差。衛(wèi)星反演Re代表云發(fā)展的旺盛程度和云頂粒子的大小，所以當(dāng)雷達(dá)回波較強(qiáng)或強(qiáng)回波所在高度較高時(shí)，對(duì)應(yīng)像素點(diǎn)的Re也較大，二者比較一致。

此處只是對(duì)一個(gè)典型個(gè)例進(jìn)行對(duì)比分析，后續(xù)可通過(guò)更多個(gè)例研究衛(wèi)星可見(jiàn)光反射率對(duì)局地?zé)釋?duì)流云的預(yù)報(bào)指示作用，驗(yàn)證衛(wèi)星反演Re與回波發(fā)展程度的一致性。

3 結(jié)論

本文基于青海三江源地區(qū)714XDP雷達(dá)體掃觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)分析研究高原局地?zé)釋?duì)流云的宏微觀(guān)特征，同時(shí)將觀(guān)測(cè)期間FY-4A衛(wèi)星反演產(chǎn)品與熱對(duì)流云回波進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)對(duì)比，分析探討兩者的異同。主要結(jié)論如下：

1）2019年8月9日試驗(yàn)區(qū)天氣背景、相對(duì)濕度分布及溫濕度層結(jié)為局地?zé)釋?duì)流云的形成提供了動(dòng)力條件、熱力條件和一定的水汽條件。

2）局地?zé)釋?duì)流云回波的識(shí)別追蹤顯示，多數(shù)高原熱對(duì)流云形成于山地迎風(fēng)坡一側(cè)，回波移動(dòng)方向?yàn)樽晕鞅毕驏|南，與地形的走向呈90°或150°夾角（順時(shí)針?lè)较颍?，與試驗(yàn)區(qū)500 hPa流場(chǎng)方向基本一致，多數(shù)回波移速＞35 km/h。

3）歸納總結(jié)高原局地?zé)釋?duì)流云的宏觀(guān)物理特征，最大回波強(qiáng)度多為30～40dBz，最大回波頂高4～5 km；強(qiáng)回波所在高度為2～4 km，主要為冷云過(guò)程，垂直積分液水含量＜1 kg/m；由于天氣背景存在不利條件，所以9日觀(guān)測(cè)到的高原局地?zé)釋?duì)流云垂直發(fā)展不高，回波強(qiáng)度較小，持續(xù)時(shí)間較短。

4）具體分析一個(gè)典型局地?zé)釋?duì)流云回波的發(fā)展演變，回波生成于山地迎風(fēng)坡，發(fā)展階段持續(xù)25 min，回波頂高和強(qiáng)回波所在高度先發(fā)展至最大，然后回波強(qiáng)度增至最大值，說(shuō)明有利的動(dòng)力、熱力條件促進(jìn)高原熱對(duì)流云的形成。對(duì)各發(fā)展階段進(jìn)行粒子相態(tài)識(shí)別分析認(rèn)為該熱對(duì)流云發(fā)展成熟階段零度層以上以冰晶、過(guò)冷水、霰或小雹為主。

5）由于衛(wèi)星與雷達(dá)對(duì)云觀(guān)測(cè)方式的差異，加上對(duì)流云發(fā)展過(guò)程云體可能存在傾斜，所以衛(wèi)星反演可見(jiàn)光反射率較大的像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的回波強(qiáng)度較小，且位置存在偏差；衛(wèi)星反演Re較大（＞16 μm）的像素點(diǎn)與回波強(qiáng)度較大或強(qiáng)回波所在高度較高的位置較一致。

致謝：三江源地區(qū)局地?zé)釋?duì)流云觀(guān)測(cè)是西北區(qū)域人工影響天氣能力建設(shè)項(xiàng)目（ZQC-R18209）外場(chǎng)試驗(yàn)的組成部分，在此感謝項(xiàng)目組、青海省人影辦對(duì)外場(chǎng)觀(guān)測(cè)試驗(yàn)的支持、組織和配合。