基于多源探測資料的一次廣州局地強(qiáng)對流垂直結(jié)構(gòu)分析

曾琳，張羽，李懷宇，李浩文，高美譚，梁之彥

(廣州市氣象臺, 廣東 廣州 511430)

1 引 言

局地強(qiáng)對流是一種深對流天氣過程，主要包括冰雹、雷暴大風(fēng)、短時強(qiáng)降水和龍卷等，具有發(fā)展迅速、局地性強(qiáng)、天氣劇烈、破壞性大等特點(diǎn)。由于氣象學(xué)界對強(qiáng)對流天氣生消物理過程的認(rèn)識度遠(yuǎn)不如其他災(zāi)害性天氣過程（如寒潮、臺風(fēng)等）那樣清晰，因此局地強(qiáng)對流的預(yù)報準(zhǔn)確率相對較低、有效預(yù)警能力也略顯不足[1]。

隨著雷達(dá)技術(shù)的不斷進(jìn)步，新一代天氣雷達(dá)在強(qiáng)對流天氣的預(yù)報預(yù)警服務(wù)中發(fā)揮了重要作用，同時也總結(jié)了大量揭示不同類型強(qiáng)對流過程形成的機(jī)理和演變規(guī)律[2-4]。后來偏振多普勒雷達(dá)技術(shù)不斷發(fā)展，Seliga 等[5]提出了通過測量水平和垂直偏振差分反射率（ZDR）來改善降水的估測，之后張貴付[6]提出了差分相位（ΦDP）的測量，并衍生出差分相移率（KDP）。雷達(dá)偏振參量的研究和應(yīng)用可以獲得更多的雨滴譜和粒子相態(tài)信息，在提高定量降水估測精度及粒子相態(tài)識別等工作中發(fā)揮了重要作用[7-9]。傳統(tǒng)多普勒雷達(dá)監(jiān)測范圍廣，但受制于時空分辨率及“低空靜錐區(qū)”，對中小尺度天氣系統(tǒng)監(jiān)測能力不足。

近年來基于城市精細(xì)化預(yù)報服務(wù)發(fā)展的實(shí)際需求，圍繞氣象業(yè)務(wù)深化改革，廣州相繼布設(shè)了相控陣?yán)走_(dá)、激光廓線雷達(dá)、微波輻射計、毫米波云雷達(dá)等多類型新型遙感探測設(shè)備并投入科研和業(yè)務(wù)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了高頻次、精細(xì)化的立體觀測，為更好地開展局地強(qiáng)對流天氣的研究提供了新的重要技術(shù)，同時也為廣州城市精細(xì)化預(yù)報預(yù)警服務(wù)提供了更有利的數(shù)據(jù)支撐。

相控陣天氣雷達(dá)利用數(shù)字波束形成技術(shù)，掃描更為靈活迅速、空間探測精度更高，同時可極大地彌補(bǔ)傳統(tǒng)多普勒雷達(dá)在空間分辨率和低空探測盲區(qū)方面的不足，具備了快速獲取中小尺度、快變天氣系統(tǒng)詳細(xì)信息的能力，在探測天氣系統(tǒng)內(nèi)部完整、精細(xì)的結(jié)構(gòu)上具有極大的優(yōu)勢。然而X 波段雷達(dá)信號相對弱，強(qiáng)降水時受衰減影響會引起較大誤差[10]，因此在業(yè)務(wù)中將X 波段相控陣?yán)走_(dá)與S 波段雙偏振雷達(dá)進(jìn)行優(yōu)勢互補(bǔ)，能夠更快撲捉到強(qiáng)對流云微物理特征，更精確地探測冰雹、短時強(qiáng)降水、地面大風(fēng)、龍卷等局地快變、強(qiáng)致災(zāi)性超級單體的短時演變，有效提高了強(qiáng)對流天氣的短臨預(yù)警能力[11-12]。同時，風(fēng)廓線雷達(dá)、微波輻射計、毫米波云雷達(dá)等新型探測設(shè)備通過遙感探測獲取到超高時空分辨率大氣風(fēng)速風(fēng)向、溫度、濕度等垂直廓線和云雨垂直結(jié)構(gòu)，為開展中小尺度強(qiáng)對流結(jié)構(gòu)變化特征研究提供了新的重要手段[13]。風(fēng)廓線雷達(dá)可以獲取全天候的單點(diǎn)大氣連續(xù)垂直風(fēng)場，可用于監(jiān)測低空急流、短波波動、中氣旋等系統(tǒng)影響下大氣風(fēng)場的連續(xù)精細(xì)變化，彌補(bǔ)常規(guī)探空站時空分辨率的不足[14-15]。微波輻射計能夠提供連續(xù)的垂直大氣層結(jié)信息，有利于從溫濕、穩(wěn)定度等方面進(jìn)行天氣分析[16-17]。云也是影響降水的一個重要因子，毫米波云雷達(dá)不僅能夠獲得云的宏觀微觀結(jié)構(gòu)，還能分析云內(nèi)微物理過程的演變特征，探測結(jié)果可靠，為云的研究提供了良好基礎(chǔ)[18-19]。在實(shí)際觀測中，上述新型觀測設(shè)備受降水影響明顯，例如降水時微波輻射計天線罩上會形成液態(tài)水導(dǎo)致亮溫測值偏高給反演結(jié)果帶來較大的系統(tǒng)偏差[20]，風(fēng)廓線雷達(dá)底層探測有效率會減小，但對邊界層中層影響不大[21]。

本文結(jié)合各類新型遙感探測設(shè)備的優(yōu)勢，對2021 年9 月廣州一次局地強(qiáng)對流過程的大氣熱力、動力、云物理結(jié)構(gòu)以及局地快變對流云團(tuán)垂直方向精細(xì)化的結(jié)構(gòu)和演變進(jìn)行了綜合探測分析。

2 數(shù)據(jù)與方法

本研究主要使用了微波輻射計、廣州邊界層風(fēng)廓線雷達(dá)、激光風(fēng)廓線雷達(dá)、毫米波云雷達(dá)、X波段相控陣?yán)走_(dá)（XPAR-D）等新型遙感探測資料，以及S 波段雙偏振雷達(dá)（CINRAD/SA-D）、常規(guī)天氣圖資料（來源于MICAPSE 系統(tǒng)）和地面觀測站資料。其中，微波輻射計采用廣州國家基本氣象站（59287）微波輻射計資料，反演產(chǎn)品來自于自身的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法和線性/非線性回歸算法。風(fēng)廓線雷達(dá)參考了廣州花都、從化、黃埔、南沙4部風(fēng)廓線雷達(dá)數(shù)據(jù)，分別位于強(qiáng)對流發(fā)生區(qū)域的北部、東部和南部。激光廓線雷達(dá)位于廣州番禺，是一種小型、全自動、無環(huán)境電磁干擾的相干多普勒激光廓線雷達(dá)，位于強(qiáng)對流南側(cè)約10 km 處。毫米波云雷達(dá)位于番禺，工作于Ka波段，可觀測20 km 高度范圍內(nèi)非降水云、弱降水云、弱降水等氣象目標(biāo)，并通過反演算法生成云底高、云頂高、云厚、積分云量、云中液態(tài)水含量、云粒子相態(tài)等二次數(shù)據(jù)產(chǎn)品。XPAR-D 和CINRAD/SA-D 同位于番禺，兩部雷達(dá)相距約3 km，CINRAD/SA-D 探測時空精度為6 min、250 m，XPAR-D 探測時空精度為1 min、30 m。強(qiáng)降水發(fā)生在各觀測設(shè)備有效探測范圍內(nèi)且不在觀測站點(diǎn)位置，觀測數(shù)據(jù)沒有直接受降水影響。

3 天氣實(shí)況及大氣環(huán)流背景

2021 年9 月10 日，副熱帶高壓主體位于西北太平洋地區(qū)，西部西伸至青藏高原以西，我國長江以南至華南地區(qū)都處于副熱帶高壓控制范圍；與此同時，“康森”和“燦都”雙臺風(fēng)分別在南海和西北太平洋洋面上發(fā)展（圖1）。廣州受臺風(fēng)外圍下沉氣流和副高邊緣偏東氣流控制，天氣晴熱高溫為主，全市高溫黃色預(yù)警信號持續(xù)生效中。

圖1 10日08時天氣圖（500 hPa形勢場、850 hPa風(fēng)場（單位：℃）、925 hPa風(fēng)場和露點(diǎn)溫度差（單位：℃））

午后大氣熱力條件有利，廣州中心城區(qū)有局地回波生成并快速發(fā)展，帶來局地短時強(qiáng)降水、短時大風(fēng)和強(qiáng)雷電等強(qiáng)對流天氣(圖2)。其中，越秀區(qū)梅花村福今路錄得最大累積雨量71 mm，最大小時雨強(qiáng)70.5 mm/h，以及最大陣風(fēng)27 m/s（10級）。此次過程具有局地性強(qiáng)、發(fā)展快、雨強(qiáng)大、地面大風(fēng)明顯等特征。由于強(qiáng)對流主要影響廣州中心城區(qū)并出現(xiàn)在下班高峰期前，因此對下班交通造成了較大影響。

圖2 10日14時30分—17時30分降水(a)和極大風(fēng)(b)實(shí)況

4 基于多源遙感觀測的大氣垂直結(jié)構(gòu)及演變分析

10日08時廣東清遠(yuǎn)和香港探空站訂正資料顯示珠三角地區(qū)午后大氣能量充沛，具有“上干下濕”的喇叭口層結(jié)，有利于對流的發(fā)展，但兩個探空站所在區(qū)域均未出現(xiàn)明顯降水，強(qiáng)降水主要出現(xiàn)在廣州中西部區(qū)域。為了進(jìn)一步研究該次局地強(qiáng)降水觸發(fā)區(qū)域局地大氣潛勢條件，本研究利用廣州布設(shè)的多源高時空分辨率垂直探測資料，深入分析強(qiáng)降水發(fā)生前后的大氣熱力、動力、水汽條件等。

4.1 局地大氣熱力及水汽條件演變特征

微波輻射計資料可研究廣州局地大氣熱力及水汽潛勢變化特征。對比08時廣州微波輻射計與清遠(yuǎn)探空站溫度和相對濕度廓線，二者數(shù)值上雖有差異，但其垂直變化趨勢一致，說明微波輻射計探測資料可信，且CAPE、LI、SI等關(guān)鍵指數(shù)顯示廣州局地能量條件明顯優(yōu)于清遠(yuǎn)探空站所在地（圖略）。圖3 給出10 日白天微波輻射計觀測的對流層溫度和邊界層溫度時間序列。T85 為23 ℃，午后近地面溫度超過35 ℃，近地層溫度垂直遞減率大，能量充沛。16時左右降水逐漸趨于明顯，近地面溫度明顯下降，18 時后在邊界層中層出現(xiàn)形成了逆溫層，該逆溫層也導(dǎo)致大氣趨于穩(wěn)定，抑制對流繼續(xù)發(fā)展。

圖3 10日08—20時微波輻射計觀測的對流層溫度（a）和邊界層溫度（b）

微波輻射計反演指數(shù)能夠更加直觀地表現(xiàn)局地大氣穩(wěn)定度和能量的變化，黑色虛線表示地面強(qiáng)降水出現(xiàn)時刻（圖4）。抬升指數(shù)LI、沙氏指數(shù)SI可定性判斷對流層中層的熱力不穩(wěn)定層結(jié)，LI、SI為負(fù)且絕對值越大，出現(xiàn)對流天氣的可能性也越大，正值時大氣層結(jié)穩(wěn)定；LI不能反映對流層低層的熱力狀況，SI受日變化的影響相對較??；有效位能CAPE 是一個熱力不穩(wěn)定參量，可指示氣塊勢能轉(zhuǎn)化為動能的能量大小，值越大對流發(fā)展越強(qiáng)烈。根據(jù)結(jié)果分析，強(qiáng)降水前，LI值一直呈現(xiàn)下降態(tài)勢，16—17 時降至最低點(diǎn)約-15 ℃，SI波動增幅加大且整體呈下降趨勢，同時CAPE 快速增加，大氣不穩(wěn)定能量明顯增加；對流過程后LI 和CAPE快速響應(yīng)增大/減小，同時SI 和TTI 也趨于穩(wěn)定。另外，過程前后水汽條件較差，但綜合水汽含量IWV 在降水前總體呈現(xiàn)上升趨勢，降水前一小時突破強(qiáng)降水IWV 閾值63.32 kg/m2，降水結(jié)束后值迅速下降。

圖4 10日08—20時微波輻射計觀測數(shù)據(jù)反演指數(shù)：抬升指數(shù)LI、對流有效位能CAPE、沙氏指數(shù)SI、總指數(shù)TTI、LWP液態(tài)水含量、IWV綜合水汽含量

綜合以上，此次局地強(qiáng)對流過程，微波輻射計反演的對流參數(shù)在對流發(fā)生前表現(xiàn)出不穩(wěn)定能量增加的趨勢，這種趨勢在對流發(fā)生前八小時就已有跡象出現(xiàn)。其中LI、CAPE在降水前后響應(yīng)都很快，IWV降水后響應(yīng)較快。

根據(jù)高美譚等[22-23]提供的閾值指標(biāo)（表1），可以進(jìn)一步分析此次強(qiáng)對流發(fā)生前的熱力及水汽條件變化。此次過程在降水前8 小時，LI、CAPE、SI等對流參數(shù)就達(dá)到并遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了短時強(qiáng)降水的閾值，而且在臨近降水前，層結(jié)仍在往不穩(wěn)定發(fā)展。此次過程層結(jié)高度不穩(wěn)定，過程開始前水汽條件雖然較一般但整體向有利的方向發(fā)展。

表1 強(qiáng)天氣參數(shù)閾值和無天氣參數(shù)常值

4.2 局地大氣動力的垂直結(jié)構(gòu)及其演變特征

利用廣州多部風(fēng)廓線雷達(dá)以及番禺激光廓線測風(fēng)雷達(dá)，可以綜合判斷強(qiáng)對流發(fā)生前后廣州局地大氣垂直動力結(jié)構(gòu)的演變。綜合分析多站點(diǎn)風(fēng)羽圖（圖略），10 日午后廣州上空1～3 km 大致為偏北至偏東風(fēng)，且在14:00—16:00 期間廣州北部風(fēng)速明顯加大。1 km 以下北部（從化、花都站）維持偏北風(fēng)或東北風(fēng)，中部（黃埔）和南部（番禺、南沙）在14:00 后由南向北逐漸轉(zhuǎn)受東南到偏南氣流控制，并在廣州中部地區(qū)形成輻合，近地層上升運(yùn)動逐漸加強(qiáng)，同時南部近地層上升運(yùn)動更加明顯，動力條件有利于強(qiáng)對流發(fā)生（圖5a）。同時，垂直空間上風(fēng)切變的強(qiáng)弱和發(fā)展與強(qiáng)天氣過程有著密切的關(guān)系[24]，利用風(fēng)廓線雷達(dá)連續(xù)輸出的風(fēng)場中識別強(qiáng)烈的風(fēng)切變區(qū)。圖5b給出廣州邊界層垂直風(fēng)切變，整體而言強(qiáng)度較弱，最強(qiáng)時段基本為輕度至中等強(qiáng)度范圍，對于大范圍長時間的強(qiáng)對流發(fā)展不是非常有利。廣州局地對流發(fā)展前，對流層中上層維持著一定的垂直風(fēng)切變，隨著對流發(fā)展，中南部對流層低層垂直風(fēng)切變也隨之加強(qiáng)；對流減弱階段垂直風(fēng)切變也自高空向下逐漸減弱。

圖5 黃埔（a）、番禺（b）風(fēng)廓線雷達(dá)：垂直速度（a1、b1），垂直風(fēng)切變（a2、b2）填色分別表示風(fēng)速（單位：m/s）和風(fēng)切變值（單位：s-1）

低空急流指數(shù)I 可以更好地研究雨強(qiáng)與低空急流之間的關(guān)系，根據(jù)低空急流指數(shù)I 時序變化（圖6）可以看到黃埔和南沙局地I 無明顯的變化，16:00 前廣州北部從化、花都低空急流指數(shù)I 有較明顯的波動，降水開始后I明顯減弱并逐漸趨于穩(wěn)定，番禺風(fēng)廓線雷達(dá)在15:00—15:30 期間I 出現(xiàn)了時段的脈動，16:00 后伴隨著降水的出現(xiàn)I 也明顯增大，當(dāng)降水結(jié)束后番禺I也減弱至強(qiáng)對流發(fā)展前的平均水平。

圖6 黃埔、番禺、從化、花都、南沙低空急流指數(shù)與對應(yīng)站點(diǎn)5 min降雨量（單位：mm）

綜上分析，廣州大氣動力條件有利于局地強(qiáng)對流過程的發(fā)生。受副高及臺風(fēng)外圍環(huán)流影響，廣州整層大氣為偏北風(fēng)，午后南部漸轉(zhuǎn)偏南風(fēng)，并在廣州中部地區(qū)形成輻合，輻合區(qū)及其南部上升氣流逐漸加強(qiáng)；此外對流發(fā)生前低空急流指數(shù)有所波動，有利于強(qiáng)對流的觸發(fā)，尤其在輻合區(qū)域強(qiáng)對流觸發(fā)條件更為有利。隨著降水結(jié)束大氣動力條件趨于穩(wěn)定。風(fēng)廓線雷達(dá)提供的連續(xù)大氣垂直風(fēng)場能夠很好地顯示出短波波動等天氣系統(tǒng)的連續(xù)變化，彌補(bǔ)了廣州高空資料的稀缺，有助于局地強(qiáng)對流發(fā)生發(fā)展的短臨監(jiān)測和預(yù)警。

5 對流云團(tuán)的精細(xì)結(jié)構(gòu)演變分析

天氣雷達(dá)探測資料能夠清楚地展示局地強(qiáng)對流云團(tuán)的垂直結(jié)構(gòu)和演變特征，本小結(jié)將利用廣州CINRAD/SA-D 和番禺XPAR-D 對局地對流云團(tuán)的發(fā)生發(fā)展和粒子特征等進(jìn)行分析。

在回波發(fā)展初期（15：40前后），廣州海珠區(qū)逐漸有對流單體回波生成并逐漸向西偏北方向發(fā)展加強(qiáng)，同時荔灣區(qū)附近的回波在向西移動的過程中在其后側(cè)（向東）不斷有回波生成，16:00 左右兩個回波合并加強(qiáng)，之后在其東北側(cè)開始有新的回波生成西移并與主體回波合并，形成了類似后向傳播的特征，在廣州市區(qū)形成東西走向的回波短帶，該回波短帶發(fā)展旺盛時，造成了局地短時強(qiáng)降水和雷暴大風(fēng)天氣。

圖7 給出了CINRAD/SA-D 最大反射率因子CR、最大反射率因子高度DBZM HT、液態(tài)含水量VIL、回波頂高TOPS 以及對應(yīng)站點(diǎn)5 分鐘雨量時間序列。對流云團(tuán)初始的發(fā)展大約從2 km 左右高度開始，之后DBZM HT 和TOPS 都快速上升，最高升至6 km 左右，并維持大約半小時，這一時段地面出現(xiàn)強(qiáng)降水。16:50—16:55 出現(xiàn)了最大5分鐘雨強(qiáng)15.2 mm，對應(yīng)DBZM HT 的驟降，之后持續(xù)維持在較低的水平，但TOPS 仍然維持較高，并繼續(xù)維持了近20 分鐘，17:00 前后降水趨于結(jié)束，TOPS 明顯下降，對流發(fā)展結(jié)束。同時CR 和VIL 的變化與降水也有很好的對應(yīng)關(guān)系，降水開始前CR 和VIL 都逐漸上升，并在降水期間較穩(wěn)定地維持在較高的水平，隨著降水的結(jié)束CR 和VIL快速下降。

序列圖反應(yīng)回波發(fā)展旺盛期間CINRAD/SAD 探測DBZM HT 與TOPS 高度基本一致，這是受雷達(dá)探測盲區(qū)所致，CINRAD/SA-D 最高仰角為19.5 °，在距離雷達(dá)18 km 附近區(qū)域最大探測高度約為6.3 km，因此無法探測到更大高度回波情況。而毫米波云雷達(dá)垂直探測能夠觀測到雷達(dá)上空整層云體的垂直結(jié)構(gòu)及發(fā)展性質(zhì)，廣州番禺毫米波云雷達(dá)觀測實(shí)況可以看到午后局地強(qiáng)對流云團(tuán)最大發(fā)展高度可至15 km 左右，高含水區(qū)最高發(fā)展至10 km 左右，此次過程在毫米波云雷達(dá)上表現(xiàn)出強(qiáng)的對流性，可以與天氣雷達(dá)探測數(shù)據(jù)互為補(bǔ)充（圖略）。

16 時30 分前后，強(qiáng)回波在廣州越秀區(qū)、天河區(qū)快速發(fā)展，對比分析CINRAD/SA-D 1.5 °仰角和XPAR-D 2.4 °仰角16:24—16:36 基本反射率因子變化特征（圖8）。期間CINRAD/SA-D 共有3個觀測時次，16:24 主要回波位于越秀、荔灣區(qū)域，天河有小范圍回波發(fā)展，16:30 天河回波向西與越秀、荔灣的回波鏈接并繼續(xù)發(fā)展，16:36 強(qiáng)回波仍然在原地維持，強(qiáng)度略有加強(qiáng)，但受限于觀測密度較低，無法判斷強(qiáng)回波的發(fā)展細(xì)節(jié)與趨勢。XPAR-D 共有12 個觀測時次，廣州中心城區(qū)的局地強(qiáng)回波隨環(huán)境風(fēng)場向西南方向移動，在其東北側(cè)越秀區(qū)域不斷有回波發(fā)展，抵消了回波向西移動的分量，形成了“后向傳播”特征，使回波短帶在廣州中心城區(qū)滯留，并且強(qiáng)度有所加強(qiáng)。

圖8 16：24—16：36 CINRAD/SA-D逐6分鐘1.5 °仰角(a)和XPAR-D逐1分鐘2.7 °仰角(b)回波反射率因子（單位：dBZ）

此外，CINRAD/SA-D 低仰角反射率因子圖上連續(xù)多個時次出現(xiàn)了狹窄的弱回波帶自強(qiáng)回波區(qū)逐漸向南移動（圖9），強(qiáng)度為15～20 dBZ，但由于XPAR-D雷達(dá)靈敏度較低，對弱回波的探測能力低于CINRAD/SA-D 雷達(dá)，該特征在XPAR-D 上并沒有顯示[25]。該回波的出現(xiàn)是由于強(qiáng)烈的下沉氣流導(dǎo)致的冷密度流而表現(xiàn)出的陣風(fēng)鋒特征。陣風(fēng)鋒經(jīng)過的區(qū)域容易激發(fā)起新的對流發(fā)展或激發(fā)新生雷暴[26]，但由于當(dāng)時大氣整體趨向穩(wěn)定，已經(jīng)不利于局地強(qiáng)對流的繼續(xù)發(fā)展，因此該陣風(fēng)鋒并沒有帶來更大范圍的強(qiáng)對流發(fā)展。XPAR-D 低仰角速度圖大風(fēng)核出現(xiàn)的區(qū)域與地面大風(fēng)有很好的一致性，同時CINRAD/SA-D低仰角陣風(fēng)鋒也對地面大風(fēng)有較好的指示意義，二者形成優(yōu)勢互補(bǔ)。

圖9 16:42—17:18 CINRAD/SA-D 0.5 °仰角反射率因子圖

基于XPAR-D 更加精細(xì)的探測數(shù)據(jù)，進(jìn)一步詳細(xì)分析旺盛階段的各參量特征（圖10）。在對流發(fā)展旺盛階段雷雨云團(tuán)表現(xiàn)出明顯超級單體特征，XPAR-D 速度圖上高仰角存在一個直徑約為3.5 km 的弱中氣旋，平均高度約3.5 km，對應(yīng)云團(tuán)4～5 km附近高度質(zhì)心開始逐漸發(fā)展加強(qiáng)，隨著降水的加強(qiáng)質(zhì)心下落并觸地，ZH最大值超過60 dBZ。中層仰角速度圖位于中氣旋西南側(cè)距離雷達(dá)北偏西方向約13 km 處1～4 km 高度有明顯的輻合并維持多個時次，有利于云團(tuán)發(fā)展。低層仰角表現(xiàn)出明顯輻散特征，并且徑向風(fēng)速有所增大，對應(yīng)區(qū)域地面大風(fēng)加強(qiáng)。0.9 °仰角出現(xiàn)最大-18 m/s 的大風(fēng)區(qū)，高度約0.19 km，之后地面出現(xiàn)8～10級大風(fēng)實(shí)況。

超級單體前側(cè)反射率因子低仰角存在入流缺口，對應(yīng)ZDR低仰角表現(xiàn)形似帶狀分布的ZDR大值區(qū)（ZDR弧），ZDR弧是對流對粒子分選的表現(xiàn)，說明這時段超級單體仍然在持續(xù)發(fā)展。在ZDR弧后側(cè)是KDP大值區(qū)，與最大反射率因子一致。KDP大值區(qū)的強(qiáng)度和位置都與地面降水強(qiáng)度有很好的對應(yīng)關(guān)系，對應(yīng)實(shí)況當(dāng)?shù)蛯覭DP值超過7 °/km 時，地面可能出現(xiàn)超過9 mm 的5 min 雨強(qiáng)，其中最大5 min 雨量為15.2 mm。中高仰角ZDR和KDP大值區(qū)位置也存在一定的偏差，ZDR大值區(qū)基本位于KDP大值區(qū)前側(cè)風(fēng)速輻合處，說明該超級單體上升氣流區(qū)和主降水區(qū)分離，有利于對流發(fā)展的維持。另外，在各高度仰角反射率因子圖回波后側(cè)都表現(xiàn)出V 型缺口特征，其前側(cè)與ZDR大值區(qū)或KDP大值中心徑向?qū)?yīng)，是由于強(qiáng)回波造成雷達(dá)信號衰減所致，V 型缺口的存在也可以輔助判斷最強(qiáng)回波中心所在的位置。

選取超級單體發(fā)展最旺盛的一個時刻（16:35）穿過最強(qiáng)中心做剖面（圖11），可以看到最強(qiáng)反射率因子ZH呈斜升狀，超過50 dBZ 的最大高度接近5 km，與之對應(yīng)位置的KDP剖面上存在強(qiáng)度超過2.4 °/km 的KDP柱，KDP柱以降水粒子為主[27]，其下方與強(qiáng)降水中心位置對應(yīng)。在KDP柱南側(cè)存在形態(tài)相似但位置分離的ZDR柱，ZDR柱大于1 dB 的區(qū)域延展至5 km 左右高度，最強(qiáng)中心超過4 dB，ZDR柱與上升氣流相關(guān)[27]，其內(nèi)存在著非常大的雨滴粒子，可以較好地判斷雷暴云團(tuán)的上升增長區(qū)域[28]。KDP柱和ZDR柱可以表征降水強(qiáng)度和上升氣流等重要信息，為判斷雷暴云團(tuán)的發(fā)展程度和預(yù)警提供重要信息。

圖11 16:35 X波段相控陣?yán)走_(dá)ZH(a)、KDP(b)、ZDR(c)垂直剖面

此次局地快變強(qiáng)對流過程的雷達(dá)資料清晰地展示出大XPAR-D 在局地快變強(qiáng)對流發(fā)展過程中各自的探測優(yōu)勢和不足，通過優(yōu)勢互補(bǔ)對不同雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合應(yīng)用能夠更好地探測和研究局地強(qiáng)對流云團(tuán)的生消機(jī)理和快變特征，提高強(qiáng)對流天氣的短臨預(yù)報預(yù)警技術(shù)。

6 小 結(jié)

（1）結(jié)合多源高時空分辨率新型遙感探測資料優(yōu)勢，能夠精細(xì)地分析局地強(qiáng)對流過程的大氣熱力、動力以及局地快變對流云團(tuán)垂直方向精細(xì)化的結(jié)構(gòu)和演變，為更好地開展局地強(qiáng)對流天氣的研究提供了新的重要技術(shù)，同時也為廣州城市精細(xì)化預(yù)報預(yù)警服務(wù)提供了更有利的數(shù)據(jù)支撐。

（2）微波輻射計能夠詳細(xì)地觀測到對流層內(nèi)溫度濕度的垂直分布變化。強(qiáng)對流前8 小時，局地LI、CAPE、SI 等對流參數(shù)就達(dá)到并遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了雷雨大風(fēng)或者短時強(qiáng)降水的閾值；臨近降水大氣層結(jié)仍在往不穩(wěn)定方向發(fā)展，水汽條件向有利的方向發(fā)展。降水后近地層出現(xiàn)逆溫層，抑制對流繼續(xù)發(fā)展。

（3）風(fēng)廓線雷達(dá)能夠提供連續(xù)精細(xì)的風(fēng)場信息。午后廣州中心城區(qū)附近局地形成風(fēng)輻合，上升氣流有所加強(qiáng)，低空表現(xiàn)出弱的垂直風(fēng)切變和低空急流脈動，對強(qiáng)對流發(fā)生的動力條件有一定的指示意義。

（4）利用毫米波云雷達(dá)能夠直觀地描述云體的回波強(qiáng)度、垂直速度和含水量等觀測實(shí)況信息，可以更好地判斷出局地云團(tuán)結(jié)構(gòu)及發(fā)展性質(zhì)。此次過程在毫米波云雷達(dá)上表現(xiàn)出強(qiáng)的對流性，可以與天氣雷達(dá)探測數(shù)據(jù)或?yàn)檠a(bǔ)充。

（5）S 波 段 雙 偏 振 雷 達(dá)CR、DBZM HT、TOPS、VIL 等變化與強(qiáng)降水和地面大風(fēng)的發(fā)展有很好的對應(yīng)關(guān)系，同時低層風(fēng)場觀測到陣風(fēng)鋒特征；X 波段相控陣?yán)走_(dá)更高時空分辨率的探測能夠精細(xì)地描繪局地強(qiáng)對流的快變特征，在對流發(fā)展旺盛階段也可清晰地觀測到V 型缺口以及ZDR弧、KDP柱、ZDR柱等典型的強(qiáng)對流偏振特征，為判斷雷暴云團(tuán)的發(fā)展程度和預(yù)警提供重要信息。