黃梅艷 ， 陸 婷 ， 鄧汝伊

（百色市氣象局，廣西 百色 533000）

L 波段雷達(dá)探測系統(tǒng)投入使用后，探測精度大大提高，在探測過程中每秒采樣一次（測風(fēng)1 s 采樣一次，探空1.2 s 采樣一次），提高了氣壓、溫度、濕度觀測的靈敏度和分辨率，使我國高空氣象探測數(shù)據(jù)的獲取率、可靠性、質(zhì)量和精度有了飛躍性的提升。系統(tǒng)軟件中增加了探空、測風(fēng)秒數(shù)據(jù)、埃碼圖、風(fēng)隨高度變化圖、高空風(fēng)變溫剖面圖、高空風(fēng)極坐標(biāo)分析圖，以及時(shí)空定位等功能[1]，但由于種種原因，大量的探測資料并未得到廣泛的應(yīng)用。課題組利用探空資料對兩次強(qiáng)對流天氣過程進(jìn)行具體分析，研究強(qiáng)對流天氣過程中的大氣物理量變化特征，并分析夏季強(qiáng)對流天氣時(shí)高空資料呈現(xiàn)的現(xiàn)象。結(jié)果表明，充分利用L波段探測資料，并結(jié)合其他預(yù)報(bào)工具綜合分析，能為強(qiáng)對流天氣的預(yù)報(bào)工作提供更多有意義和有價(jià)值的資料信息，同時(shí)能夠提高探空資料在天氣預(yù)報(bào)中的利用率。

1 2016年6月14—15日過程分析

1.1 天氣背景

13—14 日，500 hPa 貝加爾湖南部低渦東移南掉至京津冀地區(qū)，引導(dǎo)中低緯短波槽東移影響長江中下游地區(qū)，副熱帶高壓環(huán)流588dagpm線穩(wěn)定維持在華南沿海地區(qū)，短波槽從副高北側(cè)東移。15 日，貝加爾湖西部的高壓脊東移，華北低渦后部偏北氣流加強(qiáng)，高空槽加深轉(zhuǎn)豎，東移過境時(shí)槽底經(jīng)過廣西，廣西由西南氣流轉(zhuǎn)受西北氣流控制。受兩次高空槽過境影響，14—15 日850 hPa 先后有兩次切變線南下過程，14 日20時(shí)切變線位于貴州南部和廣西北部，兩側(cè)東北風(fēng)和西南風(fēng)風(fēng)速較小，多為6 m/s～10 m/s，勢力相當(dāng)。地面冷空氣前鋒此時(shí)僅到達(dá)河套南部。15日08時(shí)，高空槽勢力加強(qiáng)，副高位置穩(wěn)定少變，其西北側(cè)風(fēng)速線密集，位于廣西北部的新切變線兩側(cè)風(fēng)速對比明顯加強(qiáng)，北側(cè)為2 m/s～8 m/s東北風(fēng)，南側(cè)為16 m/s～22 m/s的西南風(fēng)急流，切變程度明顯強(qiáng)于14 日，沿切變線南側(cè)西南急流軸附近的站點(diǎn)溫度露點(diǎn)差低至0～1 ℃，空氣飽和程度很高；地面冷空氣順勢南下到達(dá)廣西北部，加劇了對流的發(fā)生發(fā)展，因此出現(xiàn)了比14 日范圍更廣、雨勢更強(qiáng)的降水。

據(jù)14 日08 時(shí)—15 日08 時(shí)雨量統(tǒng)計(jì)，降水有明顯的局地性，僅在田東縣一帶出現(xiàn)了小范圍的暴雨區(qū)，百色市其他地區(qū)以小到中雨量級降水為主。15 日，雨勢明顯加強(qiáng)，雨區(qū)范圍擴(kuò)大，據(jù)15 日08 時(shí)—16 日08 時(shí)雨量統(tǒng)計(jì)，該市以中到大雨量級降水為主，右江河谷和南部山區(qū)北部出現(xiàn)大雨到暴雨，田東、田陽縣雨量達(dá)62 mm、61 mm，還出現(xiàn)了4 站大雨。14—15日過程都同時(shí)伴有雷暴天氣，15 日百色站還出現(xiàn)了極大風(fēng)速17 m/s 的短時(shí)大風(fēng)，高空槽和低空西南氣流的加強(qiáng)加劇了強(qiáng)對流天氣的影響程度。

1.2 ?，攬D

埃瑪圖即溫度對數(shù)壓力圖T-Lnp，在L 波段探測系統(tǒng)里可以直接生成?，攬D，為使用者提供了極大方便。使用?，攬D可以分析大氣層結(jié)特性及濕空氣在升降過程中狀態(tài)的變化，判斷大氣靜力穩(wěn)定性及對流不穩(wěn)定性[2]。

能量條件：沙氏指數(shù)S=T 5 0 0-Ts，T 5 0 0 為500 hPa 的實(shí)際溫度，Ts 為氣塊從850 hPa 開始沿干絕熱線抬升到凝結(jié)高度，再沿濕絕熱線抬升到500 hPa的溫度，S＞0表示穩(wěn)定，S＜0表示不穩(wěn)定。

氣團(tuán)指標(biāo)：K=[T850-T500]+[Td]850-[T–Td]700，其中[T850-T500]為850 hPa 和500 hPa 的溫度差，[Td]850 為850 hPa 的露點(diǎn)，[T–Td]700 為700 hPa 的露點(diǎn)差，這些數(shù)據(jù)在探空記錄規(guī)定層等壓面中很容易獲得，并由此計(jì)算出K值，K值越大越不穩(wěn)定[3]。

L 波段數(shù)據(jù)處理軟件的圖像顯示菜單下，有一個(gè)?，攬D顯示功能，2016 年6 月14 日19 時(shí)和2016 年6月15 日19 時(shí)的?，攬D中顯示沙氏指數(shù)為-4.2，K 指數(shù)為45.8，K 指數(shù)和沙氏指數(shù)是用于分析大氣穩(wěn)定程度的氣象學(xué)單位。從沙氏指數(shù)和K 指數(shù)反映出當(dāng)時(shí)大氣層結(jié)處于不穩(wěn)定狀態(tài)。表1 是系統(tǒng)影響的3 次連續(xù)探測資料得到的沙氏指數(shù)和K 指數(shù)（因6 月份進(jìn)行加密觀測，因此得到13 時(shí)的探測資料），從表1 可以看出，大氣層結(jié)一直處于不穩(wěn)定狀態(tài)，且探空資料中的特性層顯示對流層頂以下特性層比較密集，說明本站上空氣層結(jié)構(gòu)復(fù)雜。15 日17 時(shí)右江河谷開始出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水和雷暴，百色站出現(xiàn)了17 m/s 大風(fēng)。隨著降水的減弱，不穩(wěn)定能量也消耗減弱，15 日19 時(shí)開始沙氏指數(shù)和K 指數(shù)顯示，百色站上空氣層已趨于穩(wěn)定。

表1 沙氏指數(shù)和K指數(shù)

14 日19 時(shí)?，攬D顯示，在850 hPa 附近高度時(shí)出現(xiàn)的淺薄逆溫層，經(jīng)過雷達(dá)資料比對，這是由于氣球施放前一小時(shí)內(nèi)有降水，氣球穿過云團(tuán)，云體內(nèi)部溫度、濕度均大于外界環(huán)境所致；在-20 ℃附近，氣球開始向偏東移動(dòng)，接觸到系統(tǒng)邊緣，該高度積聚的冰晶生成下落，降水物由液體轉(zhuǎn)變成固體的相態(tài)變化過程中釋放了潛熱，形成了逆溫層。15 日19 時(shí)，探空氣球在發(fā)展極為旺盛的云團(tuán)中穿行上升，空氣接近飽和狀態(tài)；在0 ℃層附近出現(xiàn)一個(gè)逆溫層，這是由于對流系統(tǒng)中降水物的相態(tài)變化釋放潛熱加熱了大氣；-20 ℃附近的逆溫層是氣球進(jìn)入云頂上升氣流中承托的冰晶聚集層所致，降溫幅度越大，說明上升氣流越強(qiáng)烈，對流條件充分，之后出現(xiàn)的降雨也比14 日強(qiáng)烈。

1.3 風(fēng)隨高度變化曲線圖（風(fēng)廓線圖）

風(fēng)隨高度變化曲線圖即風(fēng)廓線圖，對天氣系統(tǒng)的定位、移動(dòng)方向的判斷，提供了直觀的風(fēng)的演變情況，風(fēng)廓線圖顯示的方向變化可以反映出氣旋過境時(shí)的路徑，風(fēng)速的大小可以大致判斷中、低空急流的強(qiáng)弱等，再結(jié)合天氣圖等資料，對氣旋和高空槽短時(shí)臨近預(yù)報(bào)的精細(xì)化提供重要信息[4]。

2016 年6 月14 日19 時(shí)、2016 年6 月15 日07 時(shí)的風(fēng)廓線，兩次探測均存在風(fēng)切變。14 日19 時(shí)風(fēng)廓線風(fēng)隨高度變化為低層?xùn)|風(fēng)-西風(fēng)-東風(fēng)，15 日07時(shí)有地面西南風(fēng)-西北風(fēng)-西南風(fēng)。結(jié)合雷達(dá)回波來分析，6 月14 日13 時(shí)起由西部廣南縣等地開始出現(xiàn)孤立對流單體，發(fā)展東移。15 時(shí)田陽、田東縣開始出現(xiàn)對流，朝東北方向發(fā)展移動(dòng)，與西部回波逐漸合并，形成一條南北向的帶狀回波，最強(qiáng)回波在55 dBz～60 dBz，18—19時(shí)經(jīng)過百色站時(shí)小時(shí)雨強(qiáng)達(dá)29 mm/h，到施放時(shí)間時(shí)強(qiáng)回波已移過百色站，氣球處在系統(tǒng)邊緣位置，此后，雷達(dá)回波和雨強(qiáng)減弱，氣層趨于穩(wěn)定。

2 2017年6月6日過程分析

2.1 天氣背景

6 月5 日19 時(shí)，百色站地面氣溫為26 ℃，西南風(fēng)2 m/s，天氣現(xiàn)象是陣雨，過去6 小時(shí)雨量為17 mm，鋒面到達(dá)桂北一帶。探空資料顯示，850 hPa 和925 hPa 東北風(fēng)顯示冷空氣已過境，與地面鋒區(qū)位置重合較好；大氣層結(jié)顯示出上干下濕的特征，濕層深厚，K 指數(shù)和SI 指數(shù)分別為42 ℃和-1.47 ℃，具備良好的不穩(wěn)定條件，結(jié)合5 日20 時(shí)的紅外云圖可以發(fā)現(xiàn)，升空后朝偏西移動(dòng)的探空氣球穿過了正在東北移的對流云云氈。該對流云團(tuán)不斷減弱，新的對流云團(tuán)沿西南氣流生成并繼續(xù)東北移。6 日04 時(shí)，云南西部小塊對流云團(tuán)生成并快速東移，于08 時(shí)影響百色站，但云團(tuán)發(fā)展高度較低，面積小，10 時(shí)已減弱進(jìn)入河池市境內(nèi)，云團(tuán)維持時(shí)長和強(qiáng)度與百色站降水時(shí)序吻合。組合反射率因子圖顯示有混合型降水回波經(jīng)過百色站，作6 日07：09 經(jīng)過百色站的雷達(dá)回波東西向剖面圖，可見強(qiáng)回波中心位置僅在3 km 高度左右，百色站出現(xiàn)小時(shí)雨強(qiáng)為37.6 mm 的短時(shí)強(qiáng)降水，其后為層云回波，降水強(qiáng)度銳減。

2.2 探空資料分析

探空觀測中，氣球的水平速度一般為5 m/s～10 m/s，垂直運(yùn)動(dòng)速度一般為5 m/s～7 m/s，氣球的平均升速為350 m/min。

2017 年6 月6 日高空觀測期間，07—09 時(shí)自動(dòng)站降水量48 mm，由于正點(diǎn)施放后探空球進(jìn)入CB 云造成儀器變性而重放球，本次使用的資料是08 時(shí)10 分重放球資料，由于07—08 時(shí)強(qiáng)降雨達(dá)37.6 mm，重放球時(shí)對流條件已減弱。

從探空數(shù)據(jù)處理軟件中風(fēng)隨高度變化曲線和規(guī)定等壓面高度可以看出，氣球在地面至850 hPa 間升速高達(dá)422 m/min，850 hPa～500 hPa 之間存在下沉氣流，氣球升速只有200 多米，500 hPa 以后氣球升速恢復(fù)正常，400 hPa～300 hPa 升速又降到200 多米，直到300 hPa 以后升速達(dá)380 m/min 以上，對應(yīng)的是低層上升-下沉-上升-下沉運(yùn)動(dòng)。6 日08 時(shí)探空曲線，顯示0 ℃層以下出現(xiàn)一個(gè)逆溫層，從氣球升速判斷0 ℃層以下存在上升運(yùn)動(dòng)，上升運(yùn)動(dòng)將下層的暖濕空氣不斷向上輸送，輸送的熱量與水汽在此凝結(jié)釋放的潛熱共同形成暖層，所以溫度曲線出現(xiàn)一次增溫現(xiàn)象。探空曲線圖顯示的逆溫層是由于對流系統(tǒng)內(nèi)部的垂直運(yùn)動(dòng)為氣層的上升/下沉運(yùn)動(dòng)，下層的暖濕空氣/上層的干冷空氣，上層的固態(tài)降水物和過冷卻水下落等運(yùn)動(dòng)同時(shí)存在，從而導(dǎo)致了系統(tǒng)內(nèi)部的溫濕分布不均勻[5-6]。

3 小結(jié)

探空記錄是最直觀反映當(dāng)前大氣層結(jié)狀態(tài)的觀測資料，探空記錄出現(xiàn)的異常變化是對流系統(tǒng)發(fā)生發(fā)展的一個(gè)明確信號。在進(jìn)行天氣形勢分析時(shí)，充分利用這些豐富的探空資料，對于了解短期天氣發(fā)展趨勢有一定的指示性意義，如通過氣球的空間定位，分析探空氣球的運(yùn)動(dòng)軌跡和溫壓濕風(fēng)向風(fēng)速等氣象要素，可分析該區(qū)域的大氣狀況及未來的變化趨勢[7-9]。通過氣球升速曲線圖和高空風(fēng)極坐標(biāo)圖可分析大氣運(yùn)動(dòng)方向及高空冷暖平流等，特別是在強(qiáng)對流天氣下，探空記錄上溫濕曲線的異常變化即為對流系統(tǒng)發(fā)生發(fā)展對大氣環(huán)境的直接反饋。利用好這些探測資料，并結(jié)合其他預(yù)報(bào)工具和預(yù)報(bào)方法，對提高預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率具有重要的作用。