■許蘭

（湖北省黃岡市英山縣氣象局 湖北 黃岡438700）

GPS遙感大氣可降水量在暴雨天氣過程分析中的應(yīng)用

■許蘭

（湖北省黃岡市英山縣氣象局 湖北 黃岡438700）

地基GPS遙感大氣水汽是20世紀(jì)末開始發(fā)展起來的一種全新的大氣水汽探測手段。大氣水汽是產(chǎn)生各種天氣的重要參數(shù)，它的時空分布以及由其相變所產(chǎn)生的巨大潛熱，影響著大氣的垂直穩(wěn)定度和天氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和演變，會造成強(qiáng)烈的對流天氣以致產(chǎn)生暴雨。地基GPS水汽遙感技術(shù)可提供常規(guī)氣象觀測資料無法提供的全天候、高精度、高時效的大氣水汽資料，它的應(yīng)用將為改善天氣預(yù)報尤其是中尺度天氣預(yù)報（強(qiáng)對流天氣預(yù)報和強(qiáng)降雨預(yù)報）提供重要的、較為理想的大氣水汽資料。

暴雨天氣GPS遙感過程分析

由于水汽的時空多變性，為較難描述的氣象參數(shù)之一，所以水汽的觀測方式也成為氣象專家學(xué)者關(guān)注的熱點(diǎn)問題。準(zhǔn)確快速地獲取高時空分辨率的水汽觀測資料對于天氣、氣候變化研究和天氣預(yù)報業(yè)務(wù)具有重要的意義。目前氣象部門獲取水汽觀測數(shù)據(jù)的手段主要有常規(guī)探空氣球、水汽微波輻射計、紅外衛(wèi)星遙感、微波遙感和GPS遙感水汽等幾種手段。相比其他幾種水汽探測方式，GPS遙感水汽是利用GPS信號穿過大氣受到大氣折射而產(chǎn)生的延遲來探測大氣中的水汽含量，具有探測精度高、全天候、分辨率高、觀測穩(wěn)定、費(fèi)用低廉和無需校正等優(yōu)點(diǎn)，在氣象領(lǐng)域獲得了廣泛深入的應(yīng)用。

1 資料與方法

利用北京市氣象局2001-2004年受北京市科委重大科研項目“北京地區(qū)地基GPS遙感大氣水汽應(yīng)用研究”、國家科技部政府間中美合作項目“全球定位系統(tǒng)單雙頻地基GPS水汽遙測技術(shù)研究”聯(lián)合資助，在強(qiáng)天氣敏感區(qū)（房山）組建的單、雙頻地基GPS遙測試驗網(wǎng)的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過Burmese軟件解算出時間間隔為30min的大氣總延遲量，計算大氣可降水量。

對北京房山區(qū)地基GPS站網(wǎng)的GPS遙感大氣可降水量的變化曲線的分析表明，各單頻、雙頻站遙感大氣可降水量的變化趨勢基本一致，在量值上差距較小?？紤]閆村站和官道站與房山雨量站的距離最近，經(jīng)過對兩站的有效數(shù)據(jù)的比較，選取官道站為代表站進(jìn)行GPS遙感大氣可降水量與房山站的自記降雨量的比較分析。

在分析天氣系統(tǒng)和大尺度水汽輸送時，利用北京大學(xué)物理學(xué)院大氣科學(xué)系研制的‘客觀分析診斷圖形系統(tǒng)’，插值選用Cressman逐步訂正法，地圖投影選用雙標(biāo)準(zhǔn)蘭勃托正形投影，中心點(diǎn)為115oE，40oN，格點(diǎn)數(shù)為47×35，網(wǎng)格距30km。分別計算地面、高空比濕q、水汽通量Q、水汽通量散度AQ等物理量場。

2 天氣過程中GPS遙感大氣可降水量的變化

2004年7月10日下午-前半夜北京地區(qū)出現(xiàn)暴雨天氣過程，從北京地區(qū)7月10日14：00-20：006小時降雨量為一次暴雨天氣過程，降雨中心主要在城區(qū)，豐臺為另一降雨中心（為96mm）。在城區(qū)17-20時平均降雨量超過50毫米，其中天安門降雨量為87毫米、朝陽門106毫米、龍?zhí)逗?1.5毫米，到21時城區(qū)平均降雨量達(dá)73毫米，23時暴雨雨結(jié)束。

此次降水過程房山站處于豐臺降水中心的南部，房山站過程雨量為35mm，對房山區(qū)官道GPS站遙感大氣可降水量PWV官的變化曲線與房山站自計雨量的比較表明：在降水前24小時的9日16時開始PWV官開始逐漸增加，10日14時30分開始，也就是在降水出現(xiàn)的前2-3小時PWV官開始明顯增加，增到10日17時開始降雨，18時PWV官達(dá)最大值為58.5mm，降水量最大為11.7mm/1小時。從整個降水過程的PWV官的變化看，△（PWV官）最大值時刻-開始增加時刻=22.2mm（從36.3mm增到58.5mm），△（PWV官）降水前3=7.0mm。

PWV大于某閾值（56mm）后出現(xiàn)較強(qiáng)降水。一般情況下當(dāng)3h、4hPWV增量大于某閾值（≥7.0），當(dāng)3h、4hPWV累計增量達(dá)到最大值，就會出現(xiàn)降水，或者在半小時-2.5小時出現(xiàn)降水。4hPWV累計增量達(dá)到最大值后的2-4小時出現(xiàn)最大降水量/小時。但PWV值及增量的大小與降水量的大小沒有明顯的關(guān)系。

3 水汽輸送與GPS遙感大氣可降水量的變化關(guān)系

通過以上分析可以看出，大雨、暴雨以上降雨過程的大氣水汽的增長方式受當(dāng)?shù)靥鞖庀到y(tǒng)的支配和制約，一種表現(xiàn)為：大尺度水汽輸送天氣系統(tǒng)輻合、水汽聚集的過程，而另一種僅僅是天氣系統(tǒng)輻合、水汽聚集的過程。以大尺度水汽輸送天氣系統(tǒng)輻合、水汽聚集為水汽增長方式的強(qiáng)降雨過程，是有利的大尺度天氣系統(tǒng)和中尺度天氣系統(tǒng)的共同影響所造成。在有利的地面、高空天氣系統(tǒng)影響下，如，地面北京處于氣旋、冷鋒、倒槽前部東南或偏東氣流控制，有利于東南暖濕空氣的輸送，大濕度區(qū)移到北京，在北京形成等比濕線密集區(qū)，與地面相配合高空（850、700hPa）處于低渦低槽前的偏南氣流中，濕舌由西南明顯北伸，大氣水汽持續(xù)增加，具體表現(xiàn)為PWV會出現(xiàn)連續(xù)增加的現(xiàn)象（ΔPWV官24h≥20.0mm）。當(dāng)?shù)孛?、高空有輻合系統(tǒng)東移或生成，或有中小尺度天氣系統(tǒng)影響時，北京處于西南-東北方向水汽通道大值區(qū)，并且位于水汽輻合區(qū)或中心，具體表現(xiàn)為在降雨前3～4小時，PWV會出現(xiàn)激增的現(xiàn)象（ΔPWV官3～4h≥7.0mm）；以天氣系統(tǒng)輻合、水汽聚集為水汽增長方式的強(qiáng)降雨天氣過程，可能并不存在大尺度水汽輸送，只是在地面、高空有輻合系統(tǒng)東移或生成，或有中小尺度天氣系統(tǒng)影響時，產(chǎn)生的水汽輻合和聚集，表現(xiàn)為PWV在降雨前的幾個小時出現(xiàn)激增。

在大氣可降水量應(yīng)用于降雨天氣預(yù)報過程中，應(yīng)與天氣系統(tǒng)和風(fēng)場及濕度場的分布，以及測站的氣壓、溫度、濕度的變化相結(jié)合，可為強(qiáng)降雨預(yù)報提供有用的信息。另外，GPS遙感大氣可降水量數(shù)據(jù)在實際天氣預(yù)報應(yīng)用過程中，還應(yīng)分析比較有降雨和無降雨天氣的大氣可降水量的變化特征的差異，針對各種不同天氣系統(tǒng)類型分析大氣可降水量的變化特征，通過分析尋找量化指標(biāo)，為準(zhǔn)確預(yù)報天氣提供客觀方法。

[1]李青春，張朝林，楚艷麗，張京江.GPS遙感大氣可降水量在暴雨天氣過程分析中的應(yīng)用[J].氣象，2007，06：51-58.

[2]李國平.地基GPS遙感大氣可降水量及其在氣象中的應(yīng)用研究[D].西南交通大學(xué)，2007.

[3]黃振，李萬彪，梁軍.GPS遙感大氣可降水量在降水天氣過程分析中的應(yīng)用[J].氣象與環(huán)境學(xué)報，2013，04：31-36.

P4文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-12-416-1