謝玉華，蔡 菁，賴巧珍

（龍巖市氣象局，福建 龍巖 364000）

引 言

短時(shí)暴雨是世界多數(shù)國(guó)家的氣象災(zāi)害之一，短時(shí)暴雨的精細(xì)化預(yù)報(bào)也是預(yù)報(bào)中的難點(diǎn)。國(guó)內(nèi)外氣象學(xué)者基于雷達(dá)資料對(duì)短時(shí)暴雨的臨近預(yù)報(bào)的研究工作取得了很多成果。其中章國(guó)材［1］編著的《強(qiáng)對(duì)流天氣分析與預(yù)報(bào)》中就有對(duì)短歷時(shí)強(qiáng)降水的天氣形勢(shì)分類、雷達(dá)識(shí)別和臨近預(yù)報(bào)方法研究；曹曉崗［2］等總結(jié)了在不同降水類型下不同回波強(qiáng)度造成每小時(shí)20、35mm 降雨所需要的時(shí)間；伍志方［3］等統(tǒng)計(jì)了不同回波強(qiáng)度、移速和液態(tài)含水量下強(qiáng)降水的出現(xiàn)幾率。但是他們的研究基于不同的個(gè)例和地區(qū)，而事實(shí)上不同地區(qū)的強(qiáng)對(duì)流還是有不同的雷達(dá)回波特征的。氣象學(xué)者對(duì)暴雨也進(jìn)行過(guò)很多的研究。賴巧珍［4］等對(duì)龍巖兩次局地性暴雨進(jìn)行了對(duì)比分析得出了不同的影響機(jī)制下暴雨的落區(qū)不同。陳秋萍［5］等對(duì)登陸福建的熱帶氣旋短時(shí)強(qiáng)降水進(jìn)行了研究，揭示登陸福建臺(tái)風(fēng)短時(shí)強(qiáng)降水規(guī)律。在另一方面，也有很多學(xué)者對(duì)暴雨的雷達(dá)特征方面進(jìn)行過(guò)研究，如覃靖［6］等分析了2016年5月桂北地區(qū)一次對(duì)流性暴雨過(guò)程中也提到在對(duì)流性暴雨在雷達(dá)回波圖上表現(xiàn)為低質(zhì)心、高效率的“列車效應(yīng)”。羅思澤［7］等對(duì)前汛期發(fā)生在梧州地區(qū)的各類強(qiáng)對(duì)流天氣在梧州多普勒天氣雷達(dá)上的表現(xiàn)特征進(jìn)行分析得出：短時(shí)強(qiáng)降雨回波常表現(xiàn)為塊狀回波，回波頂?shù)耐庑伪容^平滑整齊，回波中心的強(qiáng)度在45d Bz以上；在速度特征上，在徑向速度圖上常出現(xiàn)逆風(fēng)區(qū)。楊新［8］等對(duì)兩次副高邊緣特大暴雨進(jìn)行分析得出兩次特大暴雨為局地性強(qiáng)降水，雷達(dá)回波均表現(xiàn)為強(qiáng)的反射率因子，回波發(fā)展迅速且移動(dòng)緩慢?？v觀很多學(xué)者的研究得出結(jié)論，在不同的地區(qū)和不同的降水類型下，雷達(dá)回波會(huì)反映出不同的特征。閩西地處內(nèi)陸山區(qū)，地形復(fù)雜，尤其是突發(fā)性的短時(shí)暴雨的影響，可造成嚴(yán)重的洪澇、山洪、山體滑坡等次生災(zāi)害，給人民的生命和財(cái)產(chǎn)帶來(lái)嚴(yán)重?fù)p失。例如“2015.5.19”長(zhǎng)汀、連城北部部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現(xiàn)大暴雨，局地短時(shí)降水集中，強(qiáng)度強(qiáng)，累積雨量大，受災(zāi)嚴(yán)重；“2015.7.22”連城出現(xiàn)大暴雨，屬于混合型降水，縣城成一片澤國(guó)，造成了嚴(yán)重災(zāi)情。兩次暴雨過(guò)程雷達(dá)回波有不同特征。并且這種短時(shí)強(qiáng)降水往往只能靠臨近預(yù)報(bào)進(jìn)行跟蹤服務(wù)，因此雷達(dá)的應(yīng)用就顯得極為重要。覃秋忠［9］就曾針對(duì)新一代天氣雷達(dá)資料在縣級(jí)氣象預(yù)報(bào)中的應(yīng)用作過(guò)探討。通過(guò)多年預(yù)報(bào)服務(wù)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出龍巖地區(qū)的致災(zāi)性短時(shí)暴雨的標(biāo)準(zhǔn)為 60mm·h-1、100mm·（3h）-1， 再利用天氣雷達(dá)資料和自動(dòng)站資料，尋找出了龍巖地區(qū)的不同類型致災(zāi)性短時(shí)暴雨與雷達(dá)資料特征的關(guān)系，為預(yù)報(bào)致災(zāi)性短時(shí)暴雨提供參考依據(jù)。

1 資料及方法

文中利用2011-2015年間龍巖地區(qū)的自動(dòng)站雨量資料，統(tǒng)計(jì)龍巖地區(qū)出現(xiàn)60mm·h-1的個(gè)例有71 個(gè)，100mm·（3h）-1的個(gè)例有 82 個(gè)，再將個(gè)例根據(jù)降水類型分類的定義［10］通過(guò)雷達(dá)回波回放進(jìn)行分類，即強(qiáng)對(duì)流型降水：對(duì)于對(duì)流云陣性降水，通常降水范圍較小，且強(qiáng)度較大，PPI上由許多分散的回波單體所組成，水平尺度較小，緊密、邊界清晰、棱角分明，回波強(qiáng)度強(qiáng)，且最大回波強(qiáng)度中心和其周圍點(diǎn)的回波梯度較大，持續(xù)時(shí)間變化大，水平尺度從幾公里到幾十公里，單體中可能包含許多尺度更小的回波泡。如圖1a（見(jiàn)彩頁(yè)），2015年7月17日16-17時(shí)，對(duì)流型單體造成連城縣梅村頭村小時(shí)雨量65.7mm，對(duì)流單體反射率較大，最大達(dá)到57dBz以上，并且單體尺度較小，呈團(tuán)狀，單體的反射率因子梯度也較大?；旌闲徒邓和ǔＪ菍釉坪蛯?duì)流云降水的混合，降水范圍大，并且存在著很多對(duì)流單體，且降水強(qiáng)度較大，其PPI特征為范圍大，回波中夾有一個(gè)個(gè)結(jié)實(shí)的團(tuán)塊，強(qiáng)度可達(dá)40dBZ或以上，有時(shí)強(qiáng)回波團(tuán)塊可形成一條短帶，偶爾還會(huì)出現(xiàn)零度層亮圈。如圖1b（見(jiàn)彩頁(yè)），2013年5月19日5時(shí)到8時(shí)混合型回波造成永定縣多個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)3小時(shí)雨量超過(guò)100mm，回波中可清楚分辨出夾雜有對(duì)流單體，并且單體呈現(xiàn)帶狀分布，單體周圍是大片反射率較均勻的穩(wěn)定性回波。熱帶型降水：較好判斷，通常由熱帶氣旋靠近或熱帶輻合帶系統(tǒng)附近造成的降水，動(dòng)態(tài)PPI圖上表現(xiàn)為有一定旋轉(zhuǎn)性，且降水面積較大。如圖1c（見(jiàn)彩頁(yè)），2014年8月12日18時(shí)到21時(shí)熱帶輻合帶云系造成上杭湖洋3小時(shí)雨量達(dá)167.8mm，回波呈現(xiàn)一定的螺旋性，穩(wěn)定型降水：通常降水范圍為幾百公里，且強(qiáng)度不大，PPI上分片成片，面積較大，回波強(qiáng)度一般在20dBZ左右，通常不會(huì)超過(guò)35dBZ。如圖1b（見(jiàn)彩頁(yè)）右上角大片反射率均勻的的回波即為穩(wěn)定型降水。根據(jù)分類型降水，對(duì)雷達(dá)的反射率特征、回波形狀特征、速度特征、VIL特征和回波頂特征進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 致災(zāi)性短時(shí)暴雨與雷達(dá)反射率的關(guān)系

針對(duì)2011-2015年龍巖地區(qū)致災(zāi)性短時(shí)暴雨個(gè)例，進(jìn)行降水類型分類別統(tǒng)計(jì)主要分為三類：對(duì)流型、混合型、熱帶型，穩(wěn)定型幾乎沒(méi)有出現(xiàn)。兩種致災(zāi)性短時(shí)暴雨的分類中每種類型所占比例有所區(qū)別（表1）?？梢钥吹皆?0mm·h-1的個(gè)例中對(duì)流型所占比例最大，在100mm·（3h）-1的個(gè)例中混合型所占比例最大，兩種個(gè)例中熱帶型所占比例都最小。通過(guò)經(jīng)驗(yàn)可以得知這和實(shí)際降水情況是吻合的。對(duì)流型降水往往降水強(qiáng)度強(qiáng)但是在同一地點(diǎn)維持的時(shí)間不長(zhǎng)，因此在同一地點(diǎn)容易出現(xiàn)60mm·h-1的降水，但是要在同一地點(diǎn)維持3小時(shí)達(dá)到100mm是比較困難的，反而混合型的降水在同一地點(diǎn)維持的時(shí)間容易達(dá)到較長(zhǎng)時(shí)間，因此，混合型降水在同一地點(diǎn)造成100mm·（3h）-1降水是容易的，另外熱帶型的降水特征往往較平緩， 要造成 60mm·h-1和 100mm·（3h）-1降水都是比較困難的。綜合以上，得出造成致災(zāi)性短時(shí)暴雨的降水類型中混合型所占比率最高，對(duì)流型次之，熱帶型最少。

通過(guò)以上對(duì)降水類型進(jìn)行分類別統(tǒng)計(jì)后，再對(duì)各種降水類型的雷達(dá)回波特征進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。首先對(duì)雷達(dá)反射率進(jìn)行分類別統(tǒng)計(jì)得出：同樣時(shí)間造成同樣降水所需反射率是60mm·h-1個(gè)例中對(duì)流型最強(qiáng)，混合型次之，熱帶型最小。這和曹曉崗等（2008）總結(jié)了在不同降水類型下不同回波強(qiáng)度造成每小時(shí)20、35mm降雨所需要的時(shí)間得出的結(jié)論較為一致，曹小崗等得出的結(jié)論是同樣回波強(qiáng)度產(chǎn)生20、35mm·h-1所需要的時(shí)間分別是對(duì)流型降水時(shí)間最長(zhǎng)，混合型降水次之，熱帶型降水用時(shí)最少。100mm·（3h）-1的個(gè)例中雖然混合型和熱帶型的反射率因子相差不大，但也大體可以表現(xiàn)出對(duì)流型降水效率較低、而混合型和熱帶型降水效率較高的特征。另外一個(gè)造成對(duì)流型降水的反射率較高而降水效率較低的原因可能和反射率受0℃層亮帶和冰雹影響很大有關(guān)，因?yàn)樵趶?qiáng)反射率對(duì)流型降水中往往夾雜有冰雹，而冰雹反應(yīng)的反射率特征就是反射率強(qiáng)而降水效率不高，因此造成相同時(shí)間相同降水量的回波特征是對(duì)流型的反射率最高。如圖1a（見(jiàn)彩頁(yè)）中經(jīng)過(guò)連城縣梅村頭村的回波平均反射率達(dá)到54dBz，而圖1b（見(jiàn)彩頁(yè)）中造成永定多個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)3小時(shí)雨量超過(guò)100mm的回波平均反射率為43dBz左右，圖1c（見(jiàn)彩頁(yè)）中熱帶型降水回波造成上杭湖洋鄉(xiāng)3小時(shí)167.8mm平均反射率才41dBz左右，說(shuō)明熱帶型降水回波降水效率非常大。

表1 不同降水類型個(gè)例分布

3 致災(zāi)性短時(shí)暴雨的回波形狀特征

對(duì)短時(shí)暴雨與回波形狀特征如圖2（見(jiàn)彩頁(yè)）給出了各種特征對(duì)應(yīng)的個(gè)例，進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)得出，在60mm/h個(gè)例中，對(duì)流型降水塊狀回波出現(xiàn)的幾率最高，混合型和熱帶型降水片狀出現(xiàn)的幾率最高；在100mm/3h個(gè)例中對(duì)流型降水帶狀出現(xiàn)的幾率最高，混合型降水片狀出現(xiàn)幾率最高，熱帶型降水塊狀和片狀出現(xiàn)的幾率相當(dāng)。這很顯然的，降水量和降水持續(xù)時(shí)間有關(guān)，降水持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，降水量越大，而片狀面積是最大的，在同一地能夠持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間，因此，混合型和熱帶型降水片狀出現(xiàn)短時(shí)暴雨的幾率最高，而對(duì)于對(duì)流型降水，本身出現(xiàn)片狀對(duì)流型降水的幾率就小，塊狀就能夠維持較長(zhǎng)時(shí)間，但是對(duì)流型降水一般都不會(huì)超過(guò)1小時(shí)，因此要產(chǎn)生100mm·（3h）-1降水的對(duì)流型回波可以通過(guò)帶狀，即“列車效應(yīng)”，強(qiáng)降水單體先后經(jīng)過(guò)同一地點(diǎn)，才導(dǎo)致長(zhǎng)時(shí)間的大的雨量，因此帶狀出現(xiàn)的幾率是最大的。如陳軍［11］等分析的一次貴州暖區(qū)持續(xù)性區(qū)域大暴雨就是由對(duì)流單體“列車效應(yīng)”造成的。龍巖地區(qū)也經(jīng)常出現(xiàn)，如圖2b中的回波呈現(xiàn)帶狀，并且回波走向與系統(tǒng)走向平行，強(qiáng)回波連續(xù)經(jīng)過(guò)武平縣的象洞、上杭縣中都等各鄉(xiāng)鎮(zhèn)，造成多個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)3小時(shí)雨量超過(guò)100mm。

4 致災(zāi)性短時(shí)暴雨的速度場(chǎng)特征

在徑向速度圖上，速度場(chǎng)表現(xiàn)出很多種特征（圖3，見(jiàn)彩頁(yè)）。常見(jiàn)的有逆風(fēng)區(qū)型如圖3a（見(jiàn)彩頁(yè)）：造成武平縣桃溪2012年8月18日15-16時(shí)小時(shí)雨量超過(guò)60mm的回波速度特征呈現(xiàn)很明顯的逆風(fēng)區(qū)型，即在徑向速度負(fù)速度區(qū)包含著正速度區(qū)，或在正速度區(qū)中包含著負(fù)速度區(qū)，正、負(fù)速度區(qū)之間有一個(gè)零速度過(guò)度帶。中尺度輻合型是指尺度在20-200km的輻合，或零速度線向內(nèi)氣旋式彎曲、正速度區(qū)在內(nèi)凹處、負(fù)速度在外凸出處，如圖3b（見(jiàn)彩頁(yè)）速度圖中，零速度線向正速度區(qū)彎曲，并且負(fù)速度的最大值達(dá)到-27m·s-1，而正速度的最大值僅為15m·s-1左右，說(shuō)明不僅有風(fēng)向的輻合，而且還存在風(fēng)速的輻合，這種輻合形勢(shì)造成永定湖山等多個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)1小時(shí)雨量超過(guò)60mm，3小時(shí)雨量超過(guò)100mm。中尺度切變型又分為暖切型和冷切型，如圖3c（見(jiàn)彩頁(yè)）即為冷切變型，2015年7月22日，低層切變南壓經(jīng)過(guò)連城縣，速度圖上能清楚分析出切變線呈東北-西南向，切變形勢(shì)造成連城縣城縣大部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)雨量3小時(shí)超過(guò)100mm，連城縣城也成了一片澤國(guó)，造成連城巨大經(jīng)濟(jì)損失。暖平流型指速度零線呈現(xiàn)正S型彎曲的速度場(chǎng)，如圖3d（見(jiàn)彩頁(yè)），2015年8月31日永定幾個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)1小時(shí)雨量超過(guò)60mm，3小時(shí)雨量超過(guò)100mm的回波速度圖就呈現(xiàn)明顯的正S型，說(shuō)明有暖平流存在。其他類型中包含大風(fēng)區(qū)型、小尺度輻合型、中尺度輻散型和沒(méi)有明顯特征的。不同的速度場(chǎng)特征對(duì)降水的持續(xù)有一定的指示性意義，陳銳［12］等對(duì)柳州市強(qiáng)對(duì)流暴雨的閃電和雷達(dá)回波特征研究表明徑向速度不均勻風(fēng)場(chǎng)結(jié)構(gòu)的存在有利于對(duì)流回波的發(fā)展，屈梅芳［13］對(duì)廣西一次連續(xù)性暴雨過(guò)程進(jìn)行分析得出逆風(fēng)區(qū)和中小尺度輻合的出現(xiàn)都有利于暴雨的產(chǎn)生，陳關(guān)青［14］通過(guò)對(duì)貴州銅仁暴雨和冰雹雷達(dá)回波特征對(duì)比分析指出短時(shí)強(qiáng)降水發(fā)生在逆風(fēng)區(qū)邊緣地帶、徑向速度輻合最大的區(qū)域。從表2可以看到，無(wú)論是 60mm·h-1和 100mm·（3h）-1個(gè)例中，對(duì)流型降水的速度場(chǎng)特征都表現(xiàn)得不是很清楚，這和對(duì)流型降水表現(xiàn)出的分散性和局地性有一定關(guān)系。混合型降水個(gè)例中中尺度切變型表現(xiàn)得最為清楚，并且通過(guò)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)短時(shí)暴雨的地點(diǎn)容易出現(xiàn)在切變線附近，熱帶型降水輻合型所占比率最多。而兩種個(gè)例總和中也是切變型所占比例較多，而有很大一部分在速度場(chǎng)上沒(méi)有明顯特征。

表2 降水類型速度場(chǎng)特征

5 致災(zāi)性短時(shí)暴雨的回波頂高、垂直累積液態(tài)水含量（VIL）特征

通過(guò)分析降水回波的回波頂高特征得出，強(qiáng)降水的回波頂高差異很大，低的回波頂高僅4km，高的可達(dá)14km以上，但平均而言，對(duì)流型降水回波的回波頂高最高，達(dá)10km，混合型降水回波頂高在8km左右，熱帶型降水回波頂高在7km左右。

垂直累積液態(tài)水含量數(shù)值的大小對(duì)強(qiáng)降水的反映并不十分敏感，分析個(gè)例中發(fā)現(xiàn)，大的VIL值都能產(chǎn)生大的降水，但有時(shí)即使很小的VIL值也能產(chǎn)生大的降水量。因此綜合以上，回波頂高和VIL值對(duì)于判斷是否產(chǎn)生短時(shí)暴雨不是很好的指標(biāo)，只能作為輔助判據(jù)。

6 總結(jié)

通過(guò)統(tǒng)計(jì)2011-2015年個(gè)例發(fā)現(xiàn)，造成龍巖地區(qū)致災(zāi)性短時(shí)暴雨的降水類型主要分為三類：對(duì)流型、混合型、熱帶型，穩(wěn)定型幾乎沒(méi)有出現(xiàn)。對(duì)流型降水最容易造成60mm·h-1致災(zāi)性短時(shí)暴雨，混合型降水最容易造成100mm·（3h）-1致災(zāi)性短時(shí)暴雨。

要達(dá)到60mm·h-1降水，對(duì)流型降水所需平均雷達(dá)反射率為48dBz，混合型降水為46dBz，熱帶型為45dBz；達(dá)到 100mm·（3h）-1降水，對(duì)流型降水所需平均雷達(dá)反射率為47dBz，混合型降水為42dBz，熱帶型為43dBz。因此，當(dāng)發(fā)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的降水類型達(dá)到相應(yīng)的反射率標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，要關(guān)注是否會(huì)造成致災(zāi)性短時(shí)暴雨。

在60mm·h-1個(gè)例中，對(duì)流型降水塊狀回波出現(xiàn)的幾率最高，混合型和熱帶型降水片狀出現(xiàn)的幾率最高；在100mm·（3h）-1個(gè)例中對(duì)流型降水帶狀出現(xiàn)的幾率最高，混合型降水片狀出現(xiàn)幾率最高，熱帶型降水塊狀和片狀出現(xiàn)的幾率相當(dāng)。因此，當(dāng)各降水類型出現(xiàn)相應(yīng)回波形狀特征時(shí)也要關(guān)注是否會(huì)造成致災(zāi)性短時(shí)暴雨。

在速度場(chǎng)中，對(duì)流型降水較難通過(guò)速度場(chǎng)判斷是否出現(xiàn)短時(shí)暴雨，而混合型短時(shí)暴雨大多出現(xiàn)在中尺度切變型速度場(chǎng)中，并且通過(guò)判斷回波所經(jīng)過(guò)之地的時(shí)間長(zhǎng)短可以大致判斷所經(jīng)之地是否出現(xiàn)短時(shí)暴雨。

回波頂高和VIL值對(duì)于判斷是否產(chǎn)生短時(shí)暴雨不是很好的指標(biāo)，只能作為輔助判據(jù)。

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