卜清軍，孫密娜，靳振華

(1.天津市濱海新區(qū)氣象局 天津300457；2.天津市氣象臺 天津300074)

0 引 言

隨著我國衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展，衛(wèi)星監(jiān)測在災害性天氣特別是強降水監(jiān)測預報中發(fā)揮著越來越重要的作用，尤其是在短時暴雨預報中，具有明顯優(yōu)勢。衛(wèi)星監(jiān)測具有較大的空間覆蓋率和時間分辨率，可以快速對大范圍降水的分布做出全面監(jiān)測，已經(jīng)成為監(jiān)測和預報降水的重要手段之一。研究表明氣象衛(wèi)星資料應用在天氣分析與研究方面都取得了大量成果，衛(wèi)星云圖為降水估計提供了非常有用的幫助[1-5]，然而當前業(yè)務臺站對衛(wèi)星資料的應用水平還不高，衛(wèi)星云圖僅僅是常規(guī)天氣分析和預報的輔助資料。張晶晶等[6]通過對長江流域三次暴雨過程衛(wèi)星云圖釋用，研究了衛(wèi)星云圖與天氣形勢場及各種物理量要素場的配置關(guān)系，以及云系變化與物理量之間的聯(lián)系情況；韋惠紅等[7]通過暴雨云團的演變特征建立了衛(wèi)星云圖短時暴雨預報模型；曹艷華等[4]通過衛(wèi)星云圖研究颮線在云圖上常見特征。TBB資料以其高時空分辨率能夠很好地反映強天氣系統(tǒng)的發(fā)生、發(fā)展和消亡，尤其能定量指示對流云的發(fā)展高度[8-9]，每 3h的 TBB場分析可為暴雨的逐 3h預報提供參考[10]。利用 TBB等值線的分布及梯度特征，可以診斷預報可能伴隨的天氣現(xiàn)象及落區(qū)。前人大量的工作多是集中在強對流天氣系統(tǒng)下衛(wèi)星云圖的演變特征分析，因為不同的影響系統(tǒng)、不同的區(qū)域所對應的對流云團的云型、強度不同。本文利用 FY2衛(wèi)星云圖及 TBB資料、地面加密自動站資料及常規(guī)氣象觀測資料，分析了2016年7月24日天津沿岸極端短時強降水發(fā)生時的對流云團特征及 TBB變化，使得預報員可以更加清楚地識別出不同衛(wèi)星云圖所反映出的不同天氣學意義，為衛(wèi)星資料在日常天氣預報業(yè)務工作中的應用提供更多的參考。

1 天氣實況

2016年 7月 24日下午，受切變線影響，天津自西南向東北出現(xiàn)強對流天氣，各地雨量分布不均，極端短時強降水集中時段為 14：00～15：00，小時雨強50mm/h以上的有4站，最大小時雨強為95.0mm/h，出現(xiàn)在濱海新區(qū)南部區(qū)域自動站A2604，強降水時伴有短時大風，極大風速 20.7m/s(圖 1)。如此高強度的短時強降水對城市的交通和排水系統(tǒng)都是嚴峻的考驗，當日出現(xiàn)了比較嚴重的城市內(nèi)澇，城區(qū)積水嚴重，造成交通阻塞。

圖1 2016年 7月 24日 14：00～15：00時天津自動站小時雨強≥50mm/h極端短時強降水分布Fig.1 Distribution of more than 50mm/h short-time heavy rainfall in Tianjin from 14：00 to 15：00 on 24 July, 2016

2 環(huán)流背景演變

此次極端短時強降水發(fā)生在高空深厚冷渦的大尺度背景下。7月 24日 08：00 500hPa，我國中東部維持北低南高形勢，其中冷渦位于黑龍江北部，中心為 560，副熱帶高壓控制中東部地區(qū)，呈東北—西南帶狀分布，588線位于天津南部濱海新區(qū)一帶，北脊點在朝鮮北部一帶達到 40N附近。14：00副高加強西伸北抬，588線位于天津北部與河北交界，冷渦與副高之間的梯度加大，濱海新區(qū)處于副高外圍的西南暖濕氣流中。700hPa系統(tǒng)與500hPa基本一致，24日08：00冷渦位于黑龍江北部，中心為 296，西南急流貫穿中東部地區(qū)，最大風速18m/s。850hPa冷渦中心位置較 500hPa偏南，位于黑龍江中北部，中心為136，西南急流最大風速達 18m/s。925hPa系統(tǒng)與850hPa基本一致，24日08：00冷渦位于黑龍江中北部，中心為 64，西南急流最大風速 16m/s。700～925hPa天津至河北南部均處于低空急流風速輻合區(qū)，與極端短時強降水區(qū)域極為對應。500～700hPa及 850～925hPa形成兩段近乎垂直的低渦柱，產(chǎn)生強烈的上升運動，利于強降水的發(fā)生。24日 08：00 400hPa及其以上，天津地區(qū)氣流有明顯的發(fā)散，表明高層存在強烈的輻散，而 500～925hPa河北中南部為氣流輻合區(qū)，且位置基本重合，中低層氣旋性輻合而高層強烈地輻散，這種高層輻散低層輻合的配置利于上升運動的加強和維持。地面圖上，24日11：00中東部受東北-西南向的低壓帶控制，天津處于低壓倒槽頂部，14：00低壓倒槽逐漸東移北頂，區(qū)域站A2604附近有冷空氣入侵，冷暖空氣交匯，有利于產(chǎn)生極端短時強降水(圖2)。

圖2 2016年7月24日天氣形勢場Fig.2 Weather situation on 24 July，2016

3 衛(wèi)星云圖演變分析

從逐30min的紅外云圖(圖3)演變來看，產(chǎn)生極端短時強降水的云團具有中尺度對流系統(tǒng)MCS的特征，位于河北中部的對流云團 A沿副高外圍引導氣流東移，并入天津中南部對流云團 B，加強為對流云團 C，影響濱海新區(qū)產(chǎn)生強降水。13：00天津南部(B)及與河北交界附近(A)有塊狀的中尺度對流云團生成，強度梯度較大，云團邊界清晰；14：00中尺度對流云團 A、B均發(fā)展加強，范圍不斷擴大，云頂亮溫逐漸增大，且云團 A 逐漸東移；14：30 A、B 兩個對流云團合并加強為圓形的對流云團 C，700～925hPa低空急流風速輻合同時地面冷空氣入侵，對C云團的發(fā)展起到促進作用，A2604附近最大亮溫-45℃；15：00合并后的對流云團 C進一步加強，A2604附近最大亮溫繼續(xù)增大至-40℃，說明云頂高度較高，是發(fā)展旺盛、高度較高的強對流云系，對應為對流性降水，極端短時強降水發(fā)生在對流云團合并加強之后；15：30～16：00時，中尺度對流云團略有減弱。

圖3 2016年7月24日13：30～16：00紅外云圖Fig.3 Infrared cloud chart from 13：30 to 16：00 on 24 July，2016

水汽可以作為大氣運動的示蹤物，預報員通過觀察水汽云圖，能夠跟蹤中上層天氣系統(tǒng)的運動和變化，從而彌補因常規(guī)氣象觀測資料時空尺度不足而造成的不便。從水汽云圖上可明顯看出，對流云團邊界非常明顯，副高西北側(cè)的大量水汽在低空急流及輻合氣流的作用下，有一個明顯變亮的過程，說明有較強的上升運動在這一帶維持。紅外云團的邊界與水汽圖中白亮區(qū)的邊界基本重合，這也說明本次過程中濕層較厚，上升運動較強。

利用可見光云圖能更好地捕捉到小尺度對流云團，對局地對流天氣的預報意義非凡。通過分析強降水時段的可見光圖像可見如下特征：從 13：30開始在天津南部及與河北交界附近有白亮密實的塊狀降水云團生成；14：00，色調(diào)白亮的位置與紅外云圖云頂亮溫大值區(qū)相吻合，隨著系統(tǒng)東移，白亮密實的云團范圍越來越大，云團色調(diào)逐漸變暗；至 14：30云團范圍繼續(xù)增大，色調(diào)又轉(zhuǎn)為白亮；15：00時白亮密實的云團范圍緩慢增大；15：30后白亮密實的降水云團色調(diào)越來越暗。

4 TBB值與極端短時強降水的關(guān)系

4.1 TBB梯度與強降水關(guān)系

降水與相當黑體亮溫 TBB值有很好的相關(guān)性[11-14]，TBB 越低，表明云頂越高，對流越旺盛[15]。分析 7月 24日 13：00～16：00 TBB值發(fā)展演變趨勢，隨著冷渦的東移北縮，副熱帶高壓西進，在副高邊緣產(chǎn)生了大量中尺度對流云團。13：00天津南部及與河北交界附近存在2個TBB低值中心為-5.15℃；14：00 2個TBB低值中心逐漸合并，冷云面積擴大，TBB 梯度也較大，TBB低值中心迅速下降為-59.5℃，說明云團厚度增厚，云頂高度較高，對流發(fā)展旺盛，強降水潛勢很大；15：00 TBB低值中心合并，冷云面積迅速擴大，天津中部至河北南部呈現(xiàn)一個圓形的 TBB低值中心，TBB最低值保持不變；16：00冷云面積繼續(xù)擴大，TBB梯度略有減小(圖 4)。此次過程中極端短時強降水發(fā)生在 TBB低值中心合并、梯度加大之后。由圖中強降水點的位置可知，TBB低值帶與極端短時強降水發(fā)生的區(qū)域相對應，強降水落區(qū)位于 TBB低值區(qū)內(nèi)，即云團強烈發(fā)展的中心位置，此位置云團向上強烈發(fā)展，對流旺盛，對短時強降水的發(fā)生較為有利。

4.2 單站逐小時TBB值與強降水對比分析

圖4 2016年7月24日13：30～16：00時FY2G相當黑體亮溫(k)Fig.4 Quite black body light from 13：30 to 16：00 on 24 July，2016(k)

為了進一步分析 TBB值與強降水的關(guān)系，選取最大小時雨強發(fā)生地 A2604的 TBB值逐時資料具體分析(圖5)。13：00 TBB值為-5℃；14：00 TBB值迅速下降至-63℃，1h下降了 58℃，對流發(fā)展達到最旺盛時期；15：00 TBB達最低值-72℃，與小時雨強最大值對應，結(jié)合 TBB值大小及強降水變化得出極端短時強降水是發(fā)生在對流發(fā)展最旺盛期后的能量釋放過程中，相對 TBB值最大變率在演變趨勢上有一定的滯后性；16：00 TBB值略有上升。

圖5 2016年 7月 24日 A2604站 13：30-16：00 逐時TBB值及小時雨強Fig.5 Hourly TBB value and rain intensity from 13：30 to 16：00 on 24 July，2016

5 結(jié) 論

①500hPa“北低南高”的環(huán)流形勢穩(wěn)定維持，垂直方向 2段近乎垂直的低渦柱，副高加強西伸北抬，地面低壓倒槽北頂，低空急流風速輻合，高空強烈輻散，利于上升運動的加強和維持，造成了此次極端短時強降水天氣過程。

②紅外云圖中，河北中部的對流云團 A沿副高外圍引導氣流東移，并入天津中南部對流云團 B，加強為對流云團 C，700～925hPa低空急流風速輻合，同時地面冷空氣入侵，對 C云團的發(fā)展起到促進作用，極端短時強降水發(fā)生在對流云團合并加強之后。水汽云圖上云團邊界非常明顯，副高西北側(cè)的大量水汽在低空急流及輻合氣流的作用下，有一個明顯變亮的過程?？梢姽庠茍D上，白亮密實的中尺度對流云團不斷發(fā)展、壯大。

③TBB低值帶與極端短時強降水發(fā)生的區(qū)域相對應，強降水落區(qū)位于 TBB低值區(qū)內(nèi)，即云團強烈發(fā)展的中心位置，此位置云團向上強烈發(fā)展，對流旺盛，對短時強降水的發(fā)生較為有利。強降水是發(fā)生在對流發(fā)展最旺盛期后的能量釋放過程中，相對 TBB值最大變率在演變趨勢上有一定的滯后性，強降水主要發(fā)生在TBB變率最大值之后?！?/p>