蒙 軍，楊 靜，徐良軍，葉 幫

(1.貴州省安順市氣象局，貴州 安順 561000；2.貴州省氣象臺，貴州 貴陽 550002；3.貴州省鎮(zhèn)寧縣氣象局,貴州 鎮(zhèn)寧 561200)

貴州一次短時強降水雷達演變特征分析

蒙 軍1，楊 靜2，徐良軍1，葉 幫3

(1.貴州省安順市氣象局，貴州 安順 561000；2.貴州省氣象臺，貴州 貴陽 550002；3.貴州省鎮(zhèn)寧縣氣象局,貴州 鎮(zhèn)寧 561200)

利用貴陽多普勒雷達資料及自動站觀測資料對2012年7月16日影響貴州大部且持續(xù)時間長的短時強降水天氣進行詳細分析。研究表明：短時強降水出現開始階段，雷達回波顯示出強度為35 dBz，且回波局地性強、回波頂高<8 km、垂直液態(tài)水含量>5 kg/m2；短時強降水大面積發(fā)展階段，回波發(fā)展迅速并不斷合并成片，回波頂高達到10～12 km，且垂直液態(tài)水含量>1.8 kg/m2，配合超低空急流形成大面積強度為40～45 dBz的回波；短時強降水趨于結束階段，片狀回波逐漸減弱分散，但仍存在強度為40 dBz、回波頂高8 km、垂直液態(tài)水含量>1.8 kg/m2的小塊狀回波。

短時強降水；回波頂高；超低空急流；垂直液態(tài)水含量

1 引言

暴雨災害具有區(qū)域小、降雨時段集中、過程雨量大、短歷時降雨強及引發(fā)次生災害特別重[1]，其中短歷時強降水因突發(fā)性和局地性強等特點，預報難度大，新一代天氣雷達能實時監(jiān)測天氣系統，提供豐富的產品，通過分析回波特征，可以對產生短時強降水的回波特征進行總結。劉洪恩[2]利用多普勒雷達資料研究了低空急流、暖平流、冷切變、逆風區(qū)等暴雨中尺度系統的回波特征，指出這些中尺度系統對暴雨臨近預報有明確的指示意義；夏文梅[3]等利用冷暖平流和輻散輻合風場疊加的多普勒速度特征，對一次連續(xù)性大暴雨風場進行了研究；周雨華[4]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，得到了很多有意義的結論；一些學者[5-10]對短時強降水的回波特征進行分析總結，得出的結論對短時臨近預報具有很好的指導作用。萬雪麗[11]等對低空急流對貴州夏季暴雨的作用進行的了分析，得出貴州夏季暴雨的產生幾乎都伴有低空急流的影響；池再香[12]等對西部典型暴雨進行了研究，得出中小尺度天氣系統演變對貴州西部地區(qū)的暴雨落區(qū)有重要的指示意義；張艷梅[13]等對貴州中西部區(qū)域性暴雨成因進行分析，得出暴雨發(fā)生前期上升運動的變化對暴雨的產生有指示作用。多普勒雷達資料具有常規(guī)觀測資料高時空分辨率的優(yōu)勢，利用多普勒雷達研究貴州短時強降水特征，對短時臨近預報預警有更好的指導意義。

本文利用多普勒雷達產品、ECMWF0.75×0.75再分析資料、Micaps常規(guī)觀測資料及地面自動站觀測資料對2012年7月16日貴州省短時強降水天氣進行了分析，探討短時強降水的詳細演變及對應的雷達回波特征，分析短時強降水發(fā)展過程與雷達回波強度、垂直液態(tài)水含量、回波頂高等演變的關系，以期進一步認識類似過程，提高短時強降水的臨近預報服務能力。

2 降雨實況

2012年7月15日20時—16日20時，貴州出現大暴雨7縣站(雷山、織金24 h降水量超過150 mm)，暴雨18縣站；根據區(qū)域自動站降水資料顯示，特大暴雨5鄉(xiāng)鎮(zhèn)(桂果鄉(xiāng)24 h降水量超過300 mm)，大暴雨111鄉(xiāng)鎮(zhèn)，暴雨310鄉(xiāng)鎮(zhèn)。根據中國氣象局《全國短時、臨近預報業(yè)務規(guī)定》(氣辦發(fā)[2010]19號文)中規(guī)定：1 h降水量≥20 mm的降水即定義為短歷時強降水。15日20時—16日20時貴州省內共計出現短歷時強降水454站次，其中16日01—12時短歷時強降水站數298站次，16日09時短歷時強降水站數達到35站次(圖1)；1 h降水量超過50 mm有29站次，1 h降水量超過70 mm有6站次(圖2)，最大小時雨強為100.7 mm/h(畢節(jié)桂果鄉(xiāng)16日0時)；由桂果鄉(xiāng)小時降水演變圖(圖3)可以看出，在整個降水過程中，桂果經歷了兩次強降水階段，分別為16日00—02時和16日15—16時，24 h累計降水量達到383.2 mm，有明顯的對流性降水特點。

圖1 2012年7月15日20時—16日20時逐 小時短歷時強降水站次Fig.1 Hourly precipitation times of short duration during 20∶00 BT 15 July to 20∶00 BT 16 July 2012

圖2 2012年7月15日20時—16日20時逐小時降 雨量≥50 mm及70 mm站次Fig.2 Hourly rainfall is greater than or equal to 50mm or 70mm during 20∶00 BT 15 July to 20∶00 BT 16 July

圖3 2012年15日20時—16日20時畢節(jié)市 織金縣桂果鄉(xiāng)降水量Fig.3 Precipitation in Zhijin County, Bijie City during 20∶00 BT 15 July to 20∶00 BT 16 July 2012

根據此次短時強降水隨時間的演變特點，本文將此次過程分為3個階段：開始階段、發(fā)展階段、結束階段。開始階段定義為短歷時強降水站點數≤20站次，時間為15日20時—16日00時；發(fā)展階段定義為短歷時強降水站點數≥20站次，時間為16日00—13時；結束階段定義短歷時強降水站點數≤20站次，時間為16日13—20時。

3 影響系統及環(huán)境參數

7月15日08時200 hPa上南壓高壓脊線穩(wěn)定于27°N附近；500 hPa上四川東部和云南東部均有小槽(圖略)。 15日20時，700 hPa貴州上空為6～8 m/s的西南氣流，廣西北部為12 m/s的西南急流，16日08時廣西北部—湖南加強為8～12 m/s的西南氣流，且云貴高原東部有人字型切變線存在(圖略)。 15日08時，850 hPa上四川東部—貴州北部有“人”字型切變存在，四川東部有-2 ℃的24 h顯著降溫區(qū)，表明低層有弱冷空氣入侵，廣西—湖南為8 m/s的西南氣流；15日20時，西南氣流加強為12～14 m/s，人字型切變維持在四川東部—貴州北部(圖略)。15日08時，地面圖上，貴州北部有輻合線存在；15日20時，地面輻合線南壓到貴州中部偏南位置；16日08時，地面輻合線稍北抬至貴州中部，呈東—西向；16日20時，地面輻合線仍維持在貴州(圖略)，有利于強降水的持續(xù)。

在降水最強時段，16日02時，700 hPa(圖4a)貴州西南部受8～10 m/s偏西氣流和切變影響，貴州西北部處于12 g/kg的比濕中心東部，暖舌控制貴州中西部，到08時(圖4c)比濕中心分布在東、西兩處，且中心值維持在12 g/kg，貴州西部及東部邊緣處于高濕中心，切變北抬至貴州中部一線呈西北—東南向，溫度脊位于云南東北部—貴州西北部。16日02時，850 hPa(圖4b)低渦位于貴州西北部，貴州大部比濕在16 g/kg以上，貴州東南部處于18 g/kg的高比濕中心，冷舌影響貴州東北部，到08時850 hPa(圖4b)除西部地區(qū)外，其余地區(qū)比濕均在16 g/kg以上，低渦有所增強，切變略有南壓，廣西—湖南的西南急流有所增強并北抬，冷舌伸至貴州中部。低渦切變維持增強，高層暖濕氣流與低層冷空氣在急流的配合下交匯，使貴州16日凌晨到上午出現了范圍大、強度強的短時強降水天氣。

圖4 比濕(實線，單位：g/kg)、溫度場(虛線，單位：℃)、風場(風標，單位：m/s)；700 hPa:(a)16日02時， (c)16日08時；850 hPa:(b)16日02時，(d)16日08時Fig.4 Specific humidity (solid line, unit:g/kg), temperature (dashed line, unit:℃ ) , wind (Vane, unit: m/s); 700 hPa:(a)02∶00 BT 16 July，(c)08∶00 BT 16 July；850 hPa:(b)02∶00 BT 16 July，(d)08∶00 BT 16 July

由貴陽15日20時、16日08時、16日20時的探空可知(圖略)：K指數由42 ℃下降為36 ℃后又增至39 ℃，SI指數由-1.18 ℃增至0.82 ℃后又降至-0.12 ℃，CAPE值由836.9 J/kg降至585.2 J/kg后繼續(xù)降至294.9 J/kg，θse(500-850)由 -2.9 ℃降至-4.7 ℃后繼續(xù)降至-8 ℃。說明15日20時大氣很不穩(wěn)定，且具有很高的不穩(wěn)定能量，在強降水期間大氣始終處于不穩(wěn)定狀態(tài)，有利于對流性降水出現。

4 雷達回波特征分析

4.1 開始階段

15日20—23時(圖略)，貴州西部、南部和東南部有最大強度小于35 dBz的零星小塊狀回波，最大回波頂高小于8 km。隨時間演變，畢節(jié)附近移入的回波不斷合并成片，且移速緩慢，羅甸境內回波塊北上擴大，平塘、都勻等地有小塊狀回波生成，黔東南境內不斷生成零星塊狀回波。16日00時04分(圖5a)，貴州西部、南部出現40 dBz以上的塊狀回波，平塘縣境內最大回波頂到達11 km(圖5b)，垂直液態(tài)水含量達到5 kg/m2(圖5d)；桂果鄉(xiāng)附近的回波最大強度達到45 dBz(圖5c)，最大回波頂高接近12 km(圖5b)，回波仍在向上伸展,與16日00時桂果1 h降水量達到100.7 mm有較好的對應關系。

4.2 發(fā)展階段

16日00—12時，短歷時強降水站數為300站次，占此次過程總站數66.1%，1 h雨量≥50 mm的站點數為24站次，占此次過程總站數71.4%(圖2)。16日01—02時、16日09—10時分別是本階段內兩次相對強短歷時強降水(1 h降水量≥50 mm站點數在4站次以上)過程。

圖5 2012年7月16日00時04分貴陽雷達0.5°仰角基本反射率因子(a)、回波頂高(b)、反射率因子剖面(c)、垂直液態(tài)水含量(d)Fig.5 The elevation of 0.5°in Guiyang basic reflectivity factor at 00∶04 BT 16 July 2012 (a),Echo top height(b),Reflectivity profile(c),Vertical liquid water content(d)

4.2.1 第1次較強降水過程 16日01—02時(圖6a、圖6b)，畢節(jié)、安順境內回波合并成片狀，40 dBz回波面積擴大，黔南境內回波面積擴大合并加強；黔東南與黔南交界處回波合并成面積較小的片狀,最強回波為平塘附近的40 dBz；結合圖7a看出，地面輻合中心位于貴州西北部與重慶交界處， 此時出現了23站次短歷時強降水，畢節(jié)、黔東南、黔南出現了50 mm/h以上的強降水，大風洞1 h降雨量達到了80.5 mm，強輻合促使對流發(fā)展，這是本階段內出現的第1次較強的短歷時強降水過程。

4.2.2 強降水緩和期 6日03時(圖6c)，畢節(jié)、安順境內回波合并影響貴陽，黔東南、黔南境內回波合并成東北—西南向帶狀，40 dBz以上回波主要分布在貴州中西部及南部；04時(圖6d)，畢節(jié)、安順境內回波合并成大塊狀，貴州東部帶狀回波向片狀發(fā)展，黔西南、黔南境內形成兩條40 dBz以上的小帶狀回波；05時(圖6e)，畢節(jié)、安順、貴陽以及黔南北部回波合并成更大片狀，黔東南、黔南帶狀回波發(fā)展為片狀，回波有所擴大，此時40 dBz強回波中心位于貴陽、雷山附近，結合圖7b看出，貴州西北部到四川交界處有弱輻合，貴州中部—西北部流線氣旋性曲率較大，說明氣流輻合引導回波合并；06時(圖6f)，畢節(jié)、安順、黔東南、黔南的回波合并，覆蓋面積明顯增大，回波塊之間的界限模糊，安順南部、遵義境內出現15～25 dBz的零星小塊狀回波；07—08時(圖6g、圖6h)，遵義境內回波北上移出雷達探測范圍，其余回波合并成片，40 dBz的強回波區(qū)域明顯增大，結合圖7c，地面輻合線位于貴州東北部，貴州大部受到輻合線西南側的東南氣流影響，促使回波合并加強。

4.2.3 第2次較強降水過程 到09時(圖6i)，40 dBz回波區(qū)域繼續(xù)擴大，呈帶狀分布，09時短歷時強降水的站數達到本次過程最大值(35站次)；10時(圖6j)，40 dBz的回波分布在安順、黔南、銅仁境內，10時的短歷時強降雨站數為32站次，安順、黔南、銅仁共有5站次1 h降水量≥50 mm；11—12時(圖6k、圖6l)，整片回波緩慢東移，40 dBz的零星回波塊面積有所減小，說明回波強度減弱，結合圖7 d，貴州中部偏南地區(qū)有強輻合中心，回波總面積基本維持，降水范圍仍然較大。

由圖8a可以看出，16日10時凱口附近垂直液態(tài)水含量為1.8～5 kg/m2，整片回波約2/3區(qū)域垂直液態(tài)水含量在1.8 kg/m2以上，都勻、平塘境內有小塊狀區(qū)域回波，頂高在7～8 km之間(圖8b)，凱口附近回波頂高達10 km；凱口附近最大回波強度超過45 dBz(圖8c),40 dBz回波區(qū)域寬廣且高達8 km；由圖8d 看出，9時03分—10時，0.3～2.1 km高度一直有風向隨高度的順時針偏轉，2.1～4.5 km高度維持有8～10 m/s的西風。由于較高的垂直液態(tài)水含量，加上低層不斷有暖平流為降水區(qū)域提供能量以及中層的強氣流為降水提供動力抬升條件，使凱口出現了短時強降水天氣,1 h降水量達到72.7 mm。

圖6 2012年7月16日貴陽雷達站1.5°仰角基本反射率因子 (a)01時01分,(b)02時03分,(c)03時00分,(d)04時04分,(e)05時01分,(f)06時06分,(g)07時02分, (h)08時00分,(i)09時03分, (j)10時00分,(k)11時02分,(l)12時00分Fig.6 The elevation of 1.5°in Guiyang basic reflectivity factor at at 16 July 2012 (a)01∶01,(b)02∶03,(c)03∶00,(d)04∶04,(e)05∶01,(f)06∶06,(g)07∶02,(h)08∶00,(i)09∶03, (j)10∶00,(k)11∶02,(l)12∶00

圖7 2012年7月16日02—11時地面流線 16日02時(a)、16日05時(b)、16日08時(c)、16日11時(d)Fig.7 Surface flow line during 02∶00 to 11∶00 BT 16 July 2012(a)02∶00.(b)05∶00,(c)08∶00,(d)11∶00

圖8 2012年7月16日10時垂直液態(tài)水含量(a)、回波頂高(b)、黔南凱口附近反射率因子剖面圖(c)， 9時03分—10時風廓線顯示(d)Fig.8 Vertical liquid water content at 10∶00 BT 16 July 2012(a),Echo top height(b),Reflectivity profile near the Kaikou, Qiannan(c),The vwp during 09∶03 to 10∶00 BT

4.2.4 強降水減弱期 到11時、12時短歷時強降水站點數分別為31站次和26站次；13時后僅三都、關嶺附近回波強度大于40 dBz，回波片狀結構仍然很完整,13時的短歷時強降水站點數為19站次。

結合分析徑向速度變化(圖略)，16日03時西南急流(8～12 m/s)在安順建立，并維持到05時，05—06時急流減弱消失，10時急流(12～14 m/s)重新在安順東部—黔南西部建立，在12—18時不斷加強，19—20時急流減弱消失，說明受到兩次超低空急流影響，強降水出現強—弱—強—弱的變化過程。

4.3 結束階段

16日13—14時，整片回波有分散趨勢，黔東南境內回波邊緣開始消散，僅鎮(zhèn)寧附近有40 dBz的小塊狀回波；15—17時黔東南、黔南境內回波明顯減弱消散，安順、畢節(jié)境內的回波仍保持完整片狀結構，織金、鎮(zhèn)寧附近仍有強度為40 dBz的小塊狀回波，對應16時短歷時強降水站點數為18站次，畢節(jié)長壩1 h降水量達到73.9 mm；18時安順、畢節(jié)境內片狀回波開始斷裂，六枝附近仍有強度為40 dBz的小回波塊，對應 18時短歷時強降水站點數降至12站次，畢節(jié)、六盤水出現1 h降水量在50 mm以上的站點共3站次,說明即使在回波減弱結束階段，40 dBz的回波附近仍能產生較強降水(圖略)。

由圖9a看出，16日18時04分，貓場村附近垂直液態(tài)水含量在1.8～5 kg/m2之間，僅普定、六枝附近回波頂高大于5 km(圖9b)，回波頂高大于4 km的區(qū)域分布零散且面積較小，大部分回波頂高在3 km以下；貓場村附近(圖9c)的回波最大伸展高度仍在8 km以上，40 dBz的回波高度在4 km以下，強回波面積呈減小趨勢。由圖9d看出，16日17時07分—18時04分0.3～3.0 km高度有8～12 m/s的急流維持，風隨高度在3.0～5.7 km順時針偏轉，說明當回波伸展高度在8 km以上，配合較高的垂直液態(tài)水含量、高層暖平流以及低層急流仍能出現強降水天氣，貓場村18時的1 h降水量就達到了64.6 mm。

圖9 2012年7月16日18時04分垂直液態(tài)水含量(a)、回波頂高(b)、六盤水貓場村附近反射率因子剖面圖(c)， 17時07分—18時04分風廓線顯示(d)Fig.9 Vertical liquid water content at 18∶04 BT 16 July 2012(a),Echo top height(b),Reflectivity profile near the Maochang village, Liupanshui(c),The vwp during 17∶07 to 18∶04 BT

5 結論

本文利用貴陽多普勒雷達資料對2012年7月16日貴州省大范圍短歷時強降水天氣進行詳細分析，結果顯示本次短時強降水過程在低渦切變系統、高濕、強急流的有利條件下呈現出3個(開始、發(fā)展、結束)典型階段，每個階段特征如下：

①開始階段回波分布為零散塊狀，大部分回波強度在35 dBz以下，局地回波強度達到40～45 dBz，回波頂高達到8 km以上，雖然超低空急流還沒有建立，也能產生局地強短時強降水天氣。在短時臨近預報中，大范圍降水發(fā)生前期可關注局地高值強回波區(qū)的強度、回波頂高、垂直液態(tài)水含量，以判斷回波是否有增強發(fā)展擴大的趨勢。

②發(fā)展階段回波有明顯合并加強成片的特點，大于40 dBz以上的回波區(qū)域明顯增大，垂直液態(tài)水含量能達到5 kg/m2以上，垂直液態(tài)水含量在1.8 kg/m2以上回波范圍廣，40 dBz以上的強回波單體高達8 km且面積大，超低空急流呈建立—減弱—增強—減弱態(tài)勢，導致本階段降水呈現出兩次較明顯強降水過程。強降水期間，如回波開始出現以上特征，則應關注大范圍持續(xù)時間長的短時強降水。

③結束階段強回波面積縮減，片狀回波逐漸消散，垂直液態(tài)水含量在1.8 kg/m2區(qū)域減小，回波頂高在8 km以下，局地仍有大于40 dBz的回波，超低空急流此時并未完全消失，局地仍能發(fā)生短時強降水，說明即使是回波消散過程，局地強回波仍能產生短時強降水天氣，片狀回波開始消散，說明降水過程趨于減弱結束。

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A short-time strong rainfall evolution characteristicsanalysis of radar in Guizhou

MENG Jun1，YANG Jing2，XU Liangjun1，YE Bang3

(1.Anshun Meteorological Service of Guizhou Province, Anshun 561000, China; 2.Guizhou Meteorological Observatory,Guiyang 550002, China; 3.Zhenning Meteorological Service of Guizhou Province, Zhenning 561200, China)

The data of Guiyang Doppler radar and the data of automatic station observation on July 16, 2012 were used to analyze in detail the heavy rain weather with long duration. Research has shown that: When short-term heavy rain began to appear, the echo strength is 35 dBz and the echo top height is less than 8 km locally, the VIL more than 5 kg/m2is locally too; in the short-time strong rainfall development phase, the echo is developing rapidly and constantly merger and echo top height energy to 10～12 km, most of the VIL is greater than 1.8 kg/m2, combined with a low-level jet, large area strength of 40～45 dBz echo can be formed; The stage of short-time strong rainfall tends to end, patchy echo weakened gradually dispersed, but there is still a strength of 40 dBz, high echo top 8 km, the VIL is greater than 1.8 kg/m2echo of small patches.

short-time strong rainfall; echo top height; low-level jet; VIL

1003-6598(2017)01-0008-08

2015-05-14

蒙軍(1989—)，女，助工，主要從事氣象預報預測工作，E-mail:460248283@qq.com。

P458.1+21.1

A