雷達及衛(wèi)星云圖產(chǎn)品在昌吉州短時強降水中的特征及應(yīng)用分析

摘 要：采用新疆氣象信息中心資料庫數(shù)據(jù)質(zhì)量控制的2015—2019年6—8月（簡稱汛期）短時強降水高發(fā)期新疆昌吉州地區(qū)國家基本氣象站和區(qū)域自動站逐時降水資料，篩選出35場短時強降水天氣過程，并分析了烏魯木齊市新一代天氣雷達反演產(chǎn)品和國家衛(wèi)星氣象中心Fy－2G亮溫產(chǎn)品在短時強降水中的應(yīng)用及特征。結(jié)果表明 按照影響系統(tǒng)的分類及定義，分別概括了3類主要影響系統(tǒng)，即中亞低槽型、西西伯利亞低槽型和西北氣流型；從35場短時強降水天氣衛(wèi)星云圖TBB分析來看，TBB值一般為-36～57 ℃，在降水大值出現(xiàn)2 h前，云宏觀參量TBB會出現(xiàn)數(shù)值上的躍增；根據(jù)天氣雷達衍生產(chǎn)品統(tǒng)計特征分析，得出有利于強降水發(fā)生的閾值條件，如回波強度一般為45～55 dBz，回波頂高一般在5.0～6.0 km，具有反氣旋特征，0～6 km垂直風(fēng)切變風(fēng)速為12～16×10-3/s。

關(guān)鍵詞：雷達；衛(wèi)星產(chǎn)品；短時強降水；西北氣流

中圖分類號：P456.1 文獻標(biāo)志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）08–0-04

短時強降水是指歷時短、降水效率高的對流性降水，許多學(xué)者對短時強降水天氣進行了研究，并取得了諸多研究成果。例如，段鶴等[1-3]分別從滇西、重慶、遼寧等地分析了短時強降水的時空分布特征及短時暴雨及大暴雨變化特征，從不同角度不同地域得出具有本地特點的短時強降水概念模型；于碧馨

等[4-5]則從短時強降水的中尺度特征進行了深入分析，總結(jié)出造成短時強降水中尺度條件是低空急流、低空切變線或輻合線及地面中尺度高壓前的輻合線等因子，而影響甘肅隴南地區(qū)的短時強降水中尺度概念模型主要有低渦切變型、西北氣流低槽東移型、副高外圍西南氣流型；劉艷杰等[6-10]分別從一次或幾場強對流天氣中雷達回波結(jié)構(gòu)及特征進行分析，總結(jié)得出超級單體風(fēng)暴一般發(fā)生在地面中尺度輻合線附近，中層短波槽前，高空有中空急流的環(huán)境下，觸發(fā)的對流云團向偏東方向移動中，在不穩(wěn)定層結(jié)和較強的垂直風(fēng)切變作用下，對流風(fēng)暴發(fā)生分裂且右移性對流風(fēng)暴發(fā)展加強，分裂后右移風(fēng)暴伴有深厚持久的中

氣旋。

基于以上分析，在實際工作中，除了應(yīng)用雷達資料對短時強降水進行判識，還需配合衛(wèi)星資料進行判識。張鵬亮等[11-14]研究表明，受不同地域、氣候影響，云宏微觀特征參量有很大差異，同時也受緯度、海拔、季節(jié)影響。7、8月是高原東部中尺度對流系統(tǒng)（MCS）生成最活躍的季節(jié)，能夠東移出高原的MCS（V－MCS）比不能移出的MCS（N－MCS）生命史更長，觸發(fā)更早，短生命史個例占比更低。同時，利用葵花衛(wèi)星（Himawari）TBB亮溫資料，計算最低亮溫、亮溫梯度、紅外與水汽亮溫差及其隨時間變化率、低亮溫區(qū)面積及其隨時間變化率等特征參量，來確定短時暴雨的衛(wèi)星參數(shù)閾值。以上分析研究，為本地短時強降水預(yù)報研究提供了依據(jù)，為提高當(dāng)?shù)胤罏?zāi)減災(zāi)氣象服務(wù)工作質(zhì)量奠定了基礎(chǔ)。

1 資料與方法

短時強降水具有較強的突發(fā)性、局地性和致災(zāi)性，常造成嚴(yán)重的洪水、泥石流和城市內(nèi)澇等災(zāi)害，是氣象預(yù)報的重點和難點。昌吉州地處天山北麓，地勢南高北低，受自身獨特的地理環(huán)境影響，短時強降水是該地區(qū)高影響天氣之一，且主要出現(xiàn)在夏季，以山區(qū)居多，常會引發(fā)衍生地質(zhì)災(zāi)害。本文主體研究區(qū)域為昌吉州轄區(qū)內(nèi)分布的所有觀測站點，天氣雷達資料來自距昌吉市35 km處的烏魯木齊市天氣雷達，其覆蓋區(qū)域為昌吉州瑪納斯縣至阜康市，因而主要分析了上述地區(qū)雷達產(chǎn)品特征。

采用新疆氣象信息中心資料庫數(shù)據(jù)質(zhì)量控制的2015—2019年6—8月短時強降水高發(fā)期新疆昌吉州地區(qū)國家基本氣象站和區(qū)域自動站逐時降水資料、MICAPS常規(guī)資料、雷達資料以及Fy－2G衛(wèi)星產(chǎn)品云頂亮溫TBB資料，利用統(tǒng)計學(xué)、天氣學(xué)方法分析35場短時強降水天氣過程及其對應(yīng)的雷達、衛(wèi)星部分產(chǎn)品應(yīng)用特征，為短時強降水臨近預(yù)報預(yù)警提供一定的經(jīng)驗和依據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 短時強降水環(huán)流分型

分析35場短時強降水天氣過程，按照影響系統(tǒng)的分類及定義，分別概述了3類主要影響系統(tǒng)，按其對應(yīng)的短時強降水個例的500 hPa影響系統(tǒng)，將其分為中亞低槽型、西西伯利亞低槽型和西北氣流型。

從表1中可以看出，中亞低槽型共出現(xiàn)21次，占總次數(shù)的60%，主要分布在6、8月；西西伯利亞低槽型出現(xiàn)9次，占總次數(shù)的26%，主要出現(xiàn)在6月；西北氣流出現(xiàn)次數(shù)最少，僅為5次，占總次數(shù)的14%，主要分布在6、7月。由此看出，中亞低槽是昌吉州短時強降水的主要影響系統(tǒng)，其次是西西伯利亞低槽，但各月存在較大的差異。

2.2 黑體亮度溫度分析

TBB等值線分析方法能細致地揭示MCS的形成過程，冷云蓋周圍TBB等值線疏密度所反映的云頂溫度梯度對MCS的發(fā)展有很好的指示意義。阮悅等[15-17]利用衛(wèi)星不同通道亮溫差TBB＜0 ℃的閾值作為強對流云團識別指標(biāo)、追蹤方法等，通過以上研究配合雷達資料，進一步提高了短時強降水的準(zhǔn)確性及精細化程度。基于以上分析研究，結(jié)合本地TBB閾值分析及變化特征，得出預(yù)報指標(biāo)，為強對流天氣、雷電防護及防汛抗?jié)程峁┛茖W(xué)的決策和依據(jù)。

從35場短時強降水對應(yīng)天氣衛(wèi)星云圖Fy－2G中的產(chǎn)品TBB分析來看，得出短時強降水TBB值一般為-57～-36 ℃，降水中心位于TBB大值區(qū)、TBB等值線梯度較大處，或TBB在西部逐漸發(fā)展的時段。在強降水發(fā)生前，云體黑體亮溫都低于-36 ℃，在降水大值出現(xiàn)2 h前，云宏觀參量TBB會出現(xiàn)數(shù)值上的躍增，對強降水有一定的提前指示作用。

3 雷達產(chǎn)品分析

利用烏市多普勒雷達資料，根據(jù)短時強降水發(fā)生時反射率因子回波演變形態(tài)，可將對流單體分為帶狀對流、孤立對流和合并加強3種發(fā)展形勢?；夭ㄌ卣鳎汉喜⒓訌娦捅憩F(xiàn)為由某個方位移入的對流單體受中尺度系統(tǒng)輻合影響，與本地原先存在的塊狀回波合并加強，具有范圍較大，回波強度強，雨強較大的特點；帶狀回波穩(wěn)定少動，呈靜止?fàn)顟B(tài)，雨強相對較弱，持續(xù)時間較長。

3.1 有利的短時強降水發(fā)生時對應(yīng)雷達特征

根據(jù)天氣雷達衍生產(chǎn)品中的反射率因子、徑向速度、回波頂高、垂直累積液態(tài)水含量等PUP產(chǎn)品的回波特征統(tǒng)計分析，總結(jié)出有利于短時強降水發(fā)生的短臨預(yù)報預(yù)警指標(biāo)?？傮w概括如下：

短時強降水回波強度較冰雹云弱，組合反射率（CR）一般為45～55 dBz，最大達65 dBz，最小40 dBz；回波頂高（ET）一般為5.0～6.0 km，最高8.0 km，最低3.0 km；液態(tài)含水量（VIL）一般大于普通雷暴，垂直累積液態(tài)含水量為3～6 kg/m2，最大10 kg/m2，最小3 kg/m2。短時強降水強回波中心伸展高度平均3.0 km，最高5.0 km，最低1.0 km；徑向速度（V）圖上一般具有反氣旋特征，有逆風(fēng)區(qū)；垂直風(fēng)廓線圖上0～6 km垂直風(fēng)切變（VWF）風(fēng)速為12～16×10-3/s，中低層有明顯風(fēng)速和風(fēng)向的切變。

3.2 典型個例分析

基于2016年6月4日昌吉市廟爾溝短時強降水分析，從烏市雷達CR來看，6月4日20：01在昌吉市上游西北方有一東北－西南向的狹長帶狀回波發(fā)展，同時昌吉市本站周邊覆蓋了大片＞45 dBz的強回波；20：50，隨著西北方的狹長帶狀回波東移南下，強度略有增強，于21：03與昌吉市本站覆蓋的帶狀回波合并發(fā)展加強，中心強度達60～65 dBz，位于昌吉市南部地區(qū)，此時在21：00、22：00昌吉廟爾溝站分別出現(xiàn)了15.8 mm、18.1 mm的短時強降水。

20：07～20：52，從2.4°仰角V圖上可以看出有氣旋式輻合流場特征，低層有暖平流，并且有逆風(fēng)區(qū)的存在，說明在逆風(fēng)區(qū)附近有明顯的水平風(fēng)向的垂直風(fēng)切變，處于逆風(fēng)區(qū)內(nèi)的對流單體發(fā)展劇烈，有利于低層暖濕空氣向上輸送。

基于垂直風(fēng)廓線分析，20：07～20：57，8.5～10.5 km高空西南急流較強，且5.2～9.1 km為冷平流，中低層2.4～3.7 km為暖平流，并有風(fēng)向切變存在（西北－偏東），0～6 km VWF為12～14×10-3/s。從該時段對應(yīng)的強回波中心剖面圖來看，回波為低質(zhì)心結(jié)構(gòu)對流單體，55 dBz的強回波在2 km以下接地，45 dBz回波頂高垂直伸展高度在4 km。

4 結(jié)論

（1）總結(jié)了短時強降水個例的500 hPa影響系統(tǒng)，大致可將其分為中亞低槽型、西西伯利亞低槽和西北氣流型。

（2）從衛(wèi)星云圖TBB分析來看，TBB值一般在-57～-37 ℃，降水中心位于TBB大值區(qū)、TBB等值線梯度較大處，或TBB在西部逐漸發(fā)展的時段。

（3）根據(jù)短時強降水發(fā)生時反射率因子回波演變形態(tài)，可將對流單體分為帶狀、孤立對流和合并加強3種發(fā)展形勢。根據(jù)天氣雷達衍生產(chǎn)品中的基本反射率、組合反射率、基本速度、回波頂高、垂直累積液態(tài)水含量等統(tǒng)計分析得出，回波強度一般為45～55 dBz，最大達65 dBz，最小40 dBz；回波頂高一般在5.0～6.0 km，

最高8.0 km，最低3.0 km；垂直累積液態(tài)含水量為3～

6 kg/m2，最大10 kg/m2，最小3 kg/m2，強中心所在高度平均3.0 km；最高5.0 km，最低1.0 km，0～6 km垂直風(fēng)切變風(fēng)速在12～16×10-3/s，中低層有明顯風(fēng)速和風(fēng)向的切變。

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