楊秀莊,李 鵬,汪 超

(1.貴州省氣象臺,貴州 貴陽 550002;2.黑龍江省人工影響天氣辦公室,黑龍江 哈爾濱 150030)

2008年貴州兩次大暴雨過程雷達回波演變特征分析

楊秀莊1,李 鵬2,汪 超1

(1.貴州省氣象臺,貴州 貴陽 550002;2.黑龍江省人工影響天氣辦公室,黑龍江 哈爾濱 150030)

利用新一代多普勒天氣雷達資料,分析貴州 2008年 2次典型的大暴雨過程。分析表明,這 2次大暴雨過程呈現(xiàn)雨量大、雨強強,降水成片等特點,其回波演變特征出現(xiàn)了低質(zhì)心回波、逆風(fēng)區(qū)、低空急流等一般暴雨的雷達回波演變特征。降水直接影響系統(tǒng)為中尺度對流系統(tǒng) (MCS),在雷達回波圖上表現(xiàn)為對流型降水和混合云降水,混合云降水貢獻相對較大。

貴州;大暴雨;回波特征

1 引言

暴雨是引發(fā)我國自然災(zāi)害的主要天氣現(xiàn)象之一,特別是大暴雨,其造成的災(zāi)害程度大,死亡人數(shù)多,是關(guān)注的重點。人們對環(huán)流背景及在環(huán)流背景上發(fā)展起來的直接造成暴雨的中尺度系統(tǒng)已經(jīng)有了比較深入的認識,近年來又開始利用多普勒雷達資料對一些暴雨及大暴雨過程進行研究。多普勒天氣雷達具有較高的時間和空間分辨率,是探測暴雨中尺度系統(tǒng)非常有效的遙感工具,國內(nèi)許多專家對暴雨天氣的多普勒雷達特征進行了分析和總結(jié),為暴雨的預(yù)報和研究提供新的探測信息和預(yù)報思路,取得了若干有意義的成果。劉洪恩[1]利用多普勒雷達資料研究了低空急流、暖平流、冷切變、逆風(fēng)區(qū)等暴雨中尺度系統(tǒng)的雷達回波特征,指出這些中尺度系統(tǒng)對暴雨臨近預(yù)報有明確的指示意義 ;夏文梅[2]等利用冷暖平流和輻散輻合風(fēng)場疊加的多普勒速度特征,對一次連續(xù)性大暴雨風(fēng)場進行了研究;周雨華[3]等對幾次副高邊緣暴雨的多普勒雷達資料進行了對比分析總結(jié)。貴州地處我國西南部,夏季受西南季風(fēng)的影響,是暴雨多發(fā)地帶,研究貴州省暴雨及大暴雨的雷達回波演變特征,對其短時臨近預(yù)報預(yù)警有一定的指導(dǎo)意義。

2 天氣實況與資料介紹

2008年 5月 26日夜間,受高空槽影響,貴州西南部出現(xiàn)中尺度對流云團,云團發(fā)展過程中緩慢向東移動,在安順地區(qū)普降暴雨。主要降雨時段:27日 01—06時,出現(xiàn)暴雨 6站,大暴雨 1站:安順 116.4 mm。2008年 8月 15日夜間,受高空槽及低層切變共同影響,貴州中部一帶出現(xiàn)兩對流云團,兩云團發(fā)展過程中合并加強,給貴州中部地區(qū)造成暴雨及大暴雨。降雨主要時段:15日 23—16日 05時,出現(xiàn)暴雨 24站,大暴雨 6站:貴定 185.4 mm、印江 124.3 mm、余慶123.4 mm、貴陽 113.3 mm、花溪 104.4 mm、石阡101.1 mm。這兩次暴雨過程都是成片暴雨,出現(xiàn)總降水量大、雨強強、持續(xù)時間長的特點。5月 27日 03時安順市 1h降雨量達到 47mm的極大值。

本文主要利用新一代多普勒雷達 pup產(chǎn)品,對這兩次過程進行分析總結(jié)。選取雷達為貴陽 C波段新一代多普勒天氣雷達 (106.7°E,26.6°N,CH INA/CD),海拔高度為 1 254m。主要利用的雷達pup產(chǎn)品:組合反射率 (CR)、徑向速度 (V)、回波頂高 (ET)、垂直液態(tài)水含量 (V IL)。

3 雷達演變特征分析

通常造成暴雨的兩個關(guān)鍵因素,一個是降水率,另外一個是持續(xù)時間。降水率與雷達回波反射率相關(guān),降水時間則與降水單體的移速以及降水單體的生消有關(guān)。已有的研究證明了暴雨的常見雷達回波演變特征,如低質(zhì)心降水回波、“逆風(fēng)區(qū)”、輻合線、“牛眼”特征的低空急流等[4]。下面分別利用雷達的幾種 pup產(chǎn)品分析這兩次過程的回波情況,得出貴州地區(qū)暴雨過程的雷達回波演變特征。

3.1 雷達組合反射率 (CR)分析

3.1.1 2008年 5月 27日大暴雨過程 5月 26日23時云圖(圖略)上可以看到貴州西南部地區(qū)出現(xiàn)對流云團,同時貴陽雷達上也開始出現(xiàn)零星回波,這時并沒有降水,對流單體處于初生階段,上升氣流占主導(dǎo)地位,個別單體開始出現(xiàn)云滴或雨滴。圖1是 5月 27日不同時刻的雷達回波組合反射率因子演變圖,a、b、c 3張圖分別簡單代表了對流云團不同階段。圖 1a顯示,貴州西南部地區(qū)出現(xiàn)大面積混合型降水回波,以層狀云降水回波為主,強度為 20～35dBz,但在其中也存在回波強度 >35 dBz的對流單體降水回波,呈塊狀,主要分布在畢節(jié)東南部及黔南的北部地區(qū),最大強度為 53 dBz?？偨邓枯^大的安順地區(qū)回波約為 20 dBz,系統(tǒng)仍處于發(fā)展階段。隨著系統(tǒng)的演變,如圖 1b所示,回波總體向東移動,面積更大,安順地區(qū)出現(xiàn)了比較明顯的強回波區(qū),最強回波強度為 56 dBz,呈塊狀分布,45 dBz以上的回波基本集中在此地,此時安順地區(qū)的降水屬于對流性單體降水,降水率很高,02-03時 1h雨量達 47 mm。對圖 1b中安順地區(qū)強回波區(qū)沿黑線作剖面 (RCS)分析,>40 dBz的回波基本在 2～7 Km高度,且大部在 6 Km以下,而當天 0℃層高度約為 5.2 Km,-10℃層高度約為 7 Km,因此單體降水雨滴主要是暖云雨滴及部分過冷水雨滴,回波屬于低質(zhì)心降水回波,這與已研究得出的結(jié)論大致相同。圖 1c中回波總面積減小,但安順地區(qū)仍為強回波區(qū),分析 01—05時每隔 6min的組合反射率圖可以看到,安順地區(qū)回波強度始終維持 40 dBz以上的回波,強對流單體長時間停留在這一帶,也是造成這一地區(qū)明顯的暴雨和大暴雨主要原因之一。

3.1.2 2008年 8月 16日大暴雨過程 從云圖 (圖略)的演變情況來看,15日 22時在貴州安順地區(qū)和黔南州北部地區(qū)出現(xiàn)比較明顯的兩個對流云團,對流云團不斷發(fā)展壯大,開始出現(xiàn)比較明顯的強對流單體回波,但降水不強,16日 00時左右合并為一個比較典型的中尺度對流云團。圖 2是 8月 16日不同時刻雷達組合反射率因子演變圖。圖 2a顯示 (00時 04分CR圖),貴陽市附近有明顯的對流性降水回波,最強回波強度為 51 dBz,呈塊狀分布,其余的回波強度都較弱,為 20 dBz左右,表明對流系統(tǒng)在貴陽一帶發(fā)展最旺盛,強對流單體發(fā)展迅速。對圖 2a強回波區(qū)沿黑線作剖面 (RCS)分析,>40 dBz的回波強度都在6.0 K m以下,而當天 0℃層高度約為 5.5 K m,-10℃層高度約為 7.3 K m,因此單體降水雨滴主要是暖云雨滴及極少部分過冷水雨滴,回波屬于低質(zhì)心降水回波,雨強大,降水率高。圖 2b,2c分別是 02時 07分和 04時 00分的組合反射率圖,從圖中可以看到,降水系統(tǒng)的總回波面積加大,貴陽一帶 >30 dBz的回波面積也加大,但 >45 dBz的回波卻大范圍減弱,最大回波強度也減小,分別是 47 dBz和 49 dBz,此時的降水主要屬于混合云降水,強對流單體降水很少。分析00-06時貴陽附近每 6min組合反射率圖可以看到,此地區(qū)回波強度一直維持 30dBz以上,前期主要為雨強較強的對流性降水,后期主要為混合云降水,降水回波長時間停留,造成了這一地區(qū)的暴雨和大暴雨。

兩次過程比較詳見表 1。

表 1 CR分析二次大暴雨過程比較

3.2 雷達徑向速度 (V)分析

3.2.1 2008年 5月 27日大暴雨過程 圖 3是 5月27日貴陽雷達仰角為 2.4°不同時刻多普勒徑向速度圖。圖 3a(01時 21分 V圖)顯示,零速度線呈典型“S”型,在貴陽 RAD處為南風(fēng),到第 1個距離圈高度轉(zhuǎn)為西南風(fēng),再到第 2個距離圈高度風(fēng)向轉(zhuǎn)變?yōu)槲黠L(fēng),表明風(fēng)隨高度順時針旋轉(zhuǎn),雷達有效探測范圍內(nèi)有暖平流存在。從圖中還可以看到在雷達的第一個距離圈有明顯的“牛眼”特征,即在約 2 Km高度附近存在低空急流,急流入口處 (貴陽南面50 Km處)徑向速度達 15～20 m/s,急流出口處 (貴陽北面 50 Km處)徑向速度達 10～15 m/s,低空急流的形成為降水提供了源源不斷的水汽和不穩(wěn)定能量,非常利于暴雨及大暴雨的產(chǎn)生。圖 3b顯示,“牛眼”特征更為明顯,低空急流區(qū)加大,徑向速度加強,急流區(qū)的最大徑向速度達 20 m/s,降水得以長時間維持。圖 3c中安順附近大片負速度區(qū)出現(xiàn)比較弱的“逆風(fēng)區(qū)”,但“牛眼”特征變得不明顯,低空急流減弱,回波總面積也減少,系統(tǒng)進入減弱消亡階段。從圖 3a-3c,徑向速度圖都顯示出“牛眼”特征,低空急流的長時間存在,也為大暴雨的發(fā)生提供了必要條件。

3.2.2 2008年 8月 16日大暴雨過程 圖 4為 8月16日貴陽雷達仰角為 2.4°不同時刻徑向速度圖。圖 4a(00時 04分時 V圖)顯示,零速度線呈“弓”型,分布在息烽—開陽—龍里一線,零速度線西面主要為負速度區(qū),東面為正速度區(qū)。分析零速度線高度處的氣流情況,可以看到息烽—開陽—龍里一線 1.5 Km高度有輻散存在。貴陽有一小塊正速度區(qū)被大片負速度區(qū)包圍 ,即存在所謂的“逆風(fēng)區(qū)”,已有的研究證明“逆風(fēng)區(qū)”通常是暴雨出現(xiàn)的一個典型回波特征。在第 3個距離圈高度 4.5 Km以上,徑向速度較大,最大達 15 m/s,此高度存在西南急流。圖 4b(01時 58分 V圖)可以明顯看到,隨著系統(tǒng)的東移,“逆風(fēng)區(qū)”消失,但在貴定一帶北面存在比較強的正速度區(qū),強度為 10～15 m/s,南面存在 5～10 m/s的負速度區(qū),形成一條比較明顯的輻合線。零速度線呈反“S”型,風(fēng)隨高度逆時針旋轉(zhuǎn),雷達探測有效范圍內(nèi)存在冷平流。貼近地面 0.5 Km高度,有很弱“牛眼”特征。圖 4c(04時 08分 V圖)可以看到,輻合線還存在于貴定地區(qū),強度有所減弱。低空的“牛眼”特征更為明顯,存在比較弱的低空急流。零速度線仍成反“S”型。在第 3個距離圈到第 5個距離圈高度,負速度區(qū)和正速度區(qū)都出現(xiàn) 15 m/s的徑向速度大值區(qū),表明此高度上存在西南急流。

兩次過程比較見表 2。

表 2 雷達徑向速度分析兩次大暴雨過程比較

3.3 雷達回波頂高分析 (ET)和垂直液態(tài)水含量(V IL)分析

分析貴陽雷達 5月 27日不同時刻回波頂高(ET)圖 (圖略)。從整個降水過程來看,開始回波頂高較大的地區(qū)很多,但比較分散,最大回波頂高為 16.8 Km,對流發(fā)展非常旺盛,且對流單體也比較多。系統(tǒng)發(fā)展到穩(wěn)定成熟階段,安順地區(qū)的回波頂高一直很高,最大回波頂高為 15.2 Km,其他地區(qū)的回波頂高減弱,表明安順地區(qū)一直是對流性降水,其他地區(qū)開始為對流性降水,之后轉(zhuǎn)變?yōu)榛旌显平邓?/p>

分析 8月 16日不同時刻貴陽回波頂高圖 (圖略)。整個降水過程回波頂高都不高,大片為混合云降水,但貴陽南部“逆風(fēng)區(qū)”或輻合線附近回波頂高較高,最大回波頂高達 19.8 Km,對流旺盛,降水率很高。

從兩次過程的垂直液態(tài)水含量 (V IL)來看 (圖略),5月 27日這次降水過程液態(tài)含水量偏低,最大液態(tài)含水量為 31 kg/m2,而 8月 16日過程液態(tài)含水量稍微大些,最大達 41 kg/m2,非常利于降水,造成了普遍的大暴雨。兩次過程中出現(xiàn)的西南急流帶來了源源不斷的水汽,因而不會因為液態(tài)含水量低而使降水減弱。

4 結(jié)論

[1] 劉洪恩 .單多普勒天氣雷達在暴雨臨近預(yù)報中的應(yīng)用[J].氣象,2001,27(12):17-22.

[2] 夏文梅,張亞萍,湯達章,等 .暴雨多普勒天氣雷達資料的分析[J].南京氣象學(xué)院學(xué)報,2002,25(6):788-794.

[3] 周雨華,黃小玉,黎祖賢,等 .副高邊緣暴雨的多普勒雷達回波特征[J].氣象,2006,32(1):12-17.

[4] 俞小鼎,姚秀萍,熊廷南,等 .多普勒天氣雷達原理與業(yè)務(wù)應(yīng)用[M].北京:氣象出版社,2005.

P406

B

1003-6598(2010)06-0010-04

2010-05-18

楊秀莊 (1983-),男,助工,主要從事中短期天氣預(yù)報及短時臨近預(yù)報工作。

中國氣象局武漢暴雨研究所開放基金項目(IHR2006K03)。