林 輝，焦 陽，蔡藝友，洪志斌

(1.漳州市氣象局，漳州 363000；2.平和縣氣象局，漳州363700)

0 引言

地基微波輻射計(jì)作為新型微波遙感設(shè)備[1]，具有全天候、長期穩(wěn)定自動運(yùn)行的特點(diǎn)，可以連續(xù)探測基站上空0～10 km區(qū)域內(nèi)多種氣象要素的垂直分布特征，其高時空分辨率的特點(diǎn)對中小尺度強(qiáng)天氣系統(tǒng)具有較好的監(jiān)測能力，為臨近天氣過程的分析提供有利依據(jù)[2-4]。海阿靜[5]等分析對比了微波輻射計(jì)在多種天氣條件下的觀測結(jié)果，表明了微波輻射計(jì)具有良好的工作性能；汪小康[6]等總結(jié)了不同降水強(qiáng)度下微波輻射計(jì)觀測資料的反演特征，結(jié)果表明微波輻射計(jì)對降水具有較好的指示作用；黃治勇[7]等將微波輻射計(jì)觀測資料應(yīng)用在短時暴雨的潛勢預(yù)報中，總結(jié)出多個與暴雨過程相關(guān)的參量。文章利用福建省平和縣氣象局2018年4月裝備的QFW-6000型微波輻射計(jì)，初步分析了微波輻射計(jì)觀測資料在降水過程中的應(yīng)用，總結(jié)出部分對降水預(yù)報有利的參數(shù)，為日后微波輻射計(jì)觀測資料的深入研究提供了參考。

1 資料來源

文章所用資料為平和縣氣象局國家一般氣象觀測站2018-08-04的地面觀測數(shù)據(jù)，主要有降水量和天氣現(xiàn)象等參量。微波輻射計(jì)為QFW-6000型，是基于大氣微波遙感技術(shù)的氣象探測設(shè)備，探測高度為本站上空10 km，時間分辨力是6 min，其探測目標(biāo)和反演的產(chǎn)品比較多，主要有氣象指標(biāo)、廓線分布和不穩(wěn)定度系數(shù)3類[8-10]。

對比降水前后微波輻射計(jì)探測結(jié)果的演變特征，總結(jié)出幾個主要的特征參數(shù)，初步分析其在降水預(yù)報中應(yīng)用的可能性。地面觀測資料顯示，此次降水過程的累積降水量為63.9 mm，降水時段是17：50-20：00。

2 探測結(jié)果分析

2.1 溫濕廓線分布

溫濕廓線分布是微波輻射計(jì)的主要探測產(chǎn)品，能夠反映出探測范圍內(nèi)各層大氣溫度、濕度隨時間的變化特征，在日常觀測中具有重要作用。圖1是2018-08-04平和縣氣象站的探測結(jié)果。

圖1 溫濕廓線分布：(a)溫度廓線；(b)相對濕度廓線

從圖1中可以明顯看出不同時段整層大氣的溫濕度有較大區(qū)別。由圖1(a)可知，2 km以下低層溫度從7：00起有明顯增溫趨勢，而高層的變化不明顯。12：00后，低層持續(xù)升溫并維持較長時間，為對流天氣提供了有利的熱力條件。17：00開始整層大氣的溫度緩慢下降，直到17：50出現(xiàn)了急速下降的過程，表明此時已經(jīng)有較為明顯的下沉氣流產(chǎn)生，并在4 min后開始降水。從圖1(b)濕度廓線可以看出8月4日7：00開始，低層的濕度中心有被加強(qiáng)抬升的趨勢，并且中層大氣在午后有一個濕度極值區(qū)，同時低層濕度明顯減小。降水發(fā)生前1 h，氣象站上空低層相對濕度顯著增大且中高層濕度急速減小呈現(xiàn)出“上干下濕”的結(jié)構(gòu)，在17：54干、濕中心達(dá)到峰值，而后降水開始產(chǎn)生，此時的濕度結(jié)構(gòu)有利于降水持續(xù)。降水結(jié)束后，整層大氣的溫濕分布相對平衡，不再有明顯變化。

2.2 水汽分布

水汽是產(chǎn)生降水的重要條件，因此有必要分析降水前后整層大氣的水汽分布以及變化情況[11]。圖2是全天整層大氣的水汽變化情況，從圖2可以看出，不同時間段的水汽變化有明顯區(qū)別，臨近降水前的特征最為明顯。

圖2 水汽分布：(a)水汽密度廓線；(b)路徑積分水汽總含量

由圖2(a)可知，水汽密度在夜間和降水開始后比較穩(wěn)定，沒有明顯變化。白天特別是午后和降水開始前都有較大波動和峰值變化。16：00后整層大氣的水汽密度呈穩(wěn)步上升的特征，3 km以下表現(xiàn)得尤為明顯。降水發(fā)生前，水汽密度有一個急速增加的過程并在降水開始后又急速下降，并持續(xù)到降水結(jié)束，整層大氣的水汽密度趨于穩(wěn)定。圖2(b)是對應(yīng)的路徑積分水汽總含量的變化曲線，可以看出路徑水汽總含量也在降水開始前緩慢增加，達(dá)到極值38 mm后降水開始，而后急速減小，一段時間后維持在28 mm左右。

2.3 穩(wěn)定度系數(shù)

現(xiàn)有研究表明，穩(wěn)定系數(shù)與對流天氣有較好的相關(guān)性，并且被廣泛應(yīng)用于預(yù)報業(yè)務(wù)中[12]。文章對此次降水過程前后的穩(wěn)定系數(shù)變化分別進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖3所示，圖3(a)～(c)分別是K指數(shù)、沙氏指數(shù)和抬升指數(shù)變化曲線。

從圖3(a)中可以看出K指數(shù)在降水發(fā)生前2 h內(nèi)有明顯的波動上升，從18 ℃上升到38 ℃，并且在降水前50 min有2次躍升，降水發(fā)生后10 min之內(nèi)又驟降，直到慢慢恢復(fù)降水前的狀態(tài)。圖3(b)顯示沙氏指數(shù)有相反的趨勢，在降水發(fā)生前90 min之內(nèi)持續(xù)下降，降水發(fā)生時降到-3.5，并在降水發(fā)生后6 min之內(nèi)降到最低值-3.9；降水發(fā)生后又驟增，之后隨著降水時間的推移緩慢增大，最終穩(wěn)定在4.5左右。圖3(c)表明抬升指數(shù)在整個降水過程中都呈現(xiàn)出增大趨勢，降水發(fā)生前緩慢增大，降水發(fā)生時則是大幅增長，在18：20達(dá)到峰值，此時下沉氣流達(dá)到最大，降水開始一段時間后趨于平穩(wěn)并持續(xù)到降水結(jié)束。以上結(jié)果表明這幾個穩(wěn)定度系數(shù)對降水的發(fā)展具有重要的指示作用。

圖3 穩(wěn)定系數(shù)曲線圖：(a)K指數(shù)；(b)沙氏指數(shù)；(c)抬升指數(shù)

3 結(jié)束語

文章結(jié)合地面降水資料與微波輻射計(jì)的觀測資料，對比分析了部分微波輻射計(jì)產(chǎn)品在降水過程中的演變特征，總結(jié)歸納出了微波輻射計(jì)在降水預(yù)報中的應(yīng)用，得到如下結(jié)論：

1)降水發(fā)生前，微波輻射計(jì)探測的溫度廓線在2 km以下低層有明顯增溫趨勢，而高層的變化不明顯，臨近降水時整層溫度都有急劇下降趨勢；濕度廓線中心有被加強(qiáng)抬升的趨勢，降水發(fā)生前1 h，低層相對濕度顯著增大且中高層濕度急速減小并呈現(xiàn)出“上干下濕”的結(jié)構(gòu)，這預(yù)示著降水過程的開始。

2)降水發(fā)生前3 h內(nèi)，水汽密度有一個急速增加的過程并在降水開始后又急速下降，而后持續(xù)到降水結(jié)束，整層大氣的水汽密度趨于穩(wěn)定；路徑水汽總含量也在降水開始前緩慢增加，達(dá)到極值38 mm后降水開始，而后急速減小，降水結(jié)束后維持在28 mm左右。

3)降水開始前穩(wěn)定度指數(shù)有很明顯的劇增或劇減趨勢，其中K指數(shù)和沙氏指數(shù)的指示性尤為突出，最大K值達(dá)到38 ℃，沙氏指數(shù)達(dá)-3.9，抬升指數(shù)在降水前30 min急劇上升，這些數(shù)據(jù)可作為降水預(yù)報的重要參考指標(biāo)。