辛元瑜，李 博，梁 寧

1.海南州氣象局，青海共和 813000；2.興海縣氣象局，青海興海 813300

海南州作為青海省暴雨發(fā)生的次高區(qū)，每年汛期強(qiáng)降水天氣發(fā)生概率高，此類天氣因其尺度小、發(fā)生時(shí)間短、來(lái)勢(shì)兇猛，造成的沖毀堤壩、房屋、道路、橋梁、淹沒(méi)農(nóng)田、沖刷土壤，以及引起泥石流和山體滑坡等災(zāi)害的比例很大，且常伴隨雷雨大風(fēng)、冰雹等劇烈天氣。

大量個(gè)例分析表明，短時(shí)強(qiáng)降水天氣發(fā)生、發(fā)展期間，雷達(dá)指標(biāo)參數(shù)具有明顯的指示特征。國(guó)內(nèi)外許多專家對(duì)這類強(qiáng)天氣特征已經(jīng)有不少研究，都已取得良好的成果。在雷達(dá)回波分析方面，楊培才等[1]分析了北京地區(qū)對(duì)流性暴雨雷達(dá)回波特征，認(rèn)為降水強(qiáng)度較大的回波通常是水平尺度和垂直尺度均較大的回波。項(xiàng)經(jīng)魁[2]利用雷達(dá)監(jiān)測(cè)資料，認(rèn)為強(qiáng)對(duì)流和強(qiáng)降水天氣的發(fā)生發(fā)展運(yùn)動(dòng)是不同尺度天氣系統(tǒng)地形和本身演變規(guī)律互相作用的綜合結(jié)果。韓寧等[3]統(tǒng)計(jì)了陜甘寧三省近6年5—9月短時(shí)強(qiáng)降水，認(rèn)為短時(shí)強(qiáng)降水在陜甘寧三省存在4個(gè)活躍區(qū)和3個(gè)不活躍區(qū)，7—8月是短時(shí)強(qiáng)降水的多發(fā)期，兩大峰值出現(xiàn)在7月下旬和8月中旬，日變化呈雙峰分布，1 h降水量≥30 mm的短時(shí)強(qiáng)降水具有夜間多發(fā)性。王田壽等[4]分析了青海省短時(shí)強(qiáng)降水(強(qiáng)暴雨)特征，結(jié)果表明：短時(shí)強(qiáng)降水的分布明顯受到地形影響，降水次數(shù)自西北向東南呈階梯性遞增趨勢(shì)，在東南部有一高值中心，在青海湖以東、青海南部地區(qū)各有1個(gè)次高值中心。還有學(xué)者分析了黃南州短時(shí)強(qiáng)降水天氣特征，表明短時(shí)強(qiáng)降水天氣過(guò)程開(kāi)始前及發(fā)生時(shí)地面至中空濕度近似飽和，溫度露點(diǎn)差小于4 ℃，觸發(fā)短時(shí)強(qiáng)降水的冷空氣侵入不同。這些研究大多只局限于各自地區(qū)，不一定適用海南州短時(shí)強(qiáng)降水，加之海南州雷達(dá)2017年才投入試運(yùn)行，雷達(dá)產(chǎn)品資料也較少，該地區(qū)的短時(shí)強(qiáng)降水雷達(dá)特征研究空白，因此對(duì)海南州的短時(shí)強(qiáng)降水進(jìn)行研究十分必要且迫切。

1 資料來(lái)源和個(gè)例選取

1.1 資料來(lái)源

選取資料為2017—2018年6—9月海南州新一代多普勒雷達(dá)資料和172個(gè)地面自動(dòng)氣象站的1 h降水量≥20 mm的降水資料，根據(jù)《青海省短時(shí)臨近天氣業(yè)務(wù)規(guī)定(試行)》，短時(shí)強(qiáng)降水一般是指1 h降水量≥20 mm的降水。

1.2 個(gè)例選取

查詢海南州2017—2018年6—9月強(qiáng)降水資料庫(kù)，從中找出滿足課題條件的35個(gè)站次降水，并應(yīng)用雷達(dá)產(chǎn)品和自動(dòng)站降水記錄，對(duì)35個(gè)站次出現(xiàn)的短時(shí)強(qiáng)降水進(jìn)行分類研究，歸納出13個(gè)個(gè)例(同一天降水歸類為1個(gè))進(jìn)行分析，總結(jié)海南州強(qiáng)降水天氣主要類型，提煉出海南州強(qiáng)降水雷達(dá)預(yù)報(bào)預(yù)警的指標(biāo)。

表1 2017—2018年的6—9月海南州短時(shí)強(qiáng)降水降水量

2 雷達(dá)回波特征分析

短時(shí)強(qiáng)降水多發(fā)生在相對(duì)干的環(huán)境條件下或西南氣流暖濕環(huán)境條件下的降水過(guò)程[5]。普通對(duì)流風(fēng)暴產(chǎn)生的雷電和局地短時(shí)強(qiáng)降水，一般影響不大。強(qiáng)對(duì)流風(fēng)暴造成的短時(shí)強(qiáng)降水往往突發(fā)性強(qiáng)，在產(chǎn)生雷電、短時(shí)強(qiáng)降水的同時(shí)，常伴有短時(shí)雷暴大風(fēng)和局地冰雹等強(qiáng)對(duì)流天氣，這種短時(shí)強(qiáng)降水回波強(qiáng)度強(qiáng)，局地對(duì)流發(fā)展旺盛，雷達(dá)回波以多單體或強(qiáng)降水超級(jí)單體為主，強(qiáng)回波發(fā)展的高度較高，雷暴中的大粒子較多，質(zhì)心位置較高，往往局地降水強(qiáng)度大，通常情況下持續(xù)時(shí)間較短。

2.1 回波形狀分類

對(duì)2017年6—2018年9月出現(xiàn)的35站次雷達(dá)有效13個(gè)個(gè)例短時(shí)強(qiáng)降水過(guò)程雷達(dá)回波系統(tǒng)進(jìn)行分類(此次分類雷達(dá)回波圖全部使用組合反射率因子，簡(jiǎn)稱CR產(chǎn)品)：帶狀回波4次、塊狀回波6次、片狀混合回波3次。圖1是3種不同類型雷達(dá)回波的典型個(gè)例。

2.2 組合反射率因子變化分析

在雷達(dá)組合反射率因子的強(qiáng)度變化和形態(tài)特征，與雨強(qiáng)有較好的相關(guān)性，為定量研究組合反射率的變化特征，歸納總結(jié)適用于預(yù)報(bào)的具體指標(biāo)，研究短時(shí)強(qiáng)降水個(gè)例庫(kù)強(qiáng)降水出現(xiàn)前1 h至發(fā)生過(guò)程中1 h海南州雷達(dá)組合反射率強(qiáng)度變化。從個(gè)例分析得知，在強(qiáng)降水開(kāi)始前1 h，組合反射率的平均值可達(dá)到45.0 dBz以上；隨著強(qiáng)降水的臨近，組合反射率最強(qiáng)回波基本維持在50.0～55.0 dBz之間；在強(qiáng)降水發(fā)生的1 h內(nèi)，最強(qiáng)回波仍能達(dá)到55.0 dBz左右；13個(gè)個(gè)例中發(fā)生短時(shí)強(qiáng)降水時(shí)9個(gè)個(gè)例最強(qiáng)回波均在60.0 dBz以上，所有個(gè)例最強(qiáng)回波都在50.0 dBz以上。短時(shí)強(qiáng)降水的發(fā)生和大于50.0 dBz的強(qiáng)回波面積的變化相吻合。綜上分析可知，50.0 dBz強(qiáng)度回波的出現(xiàn)標(biāo)志著降水強(qiáng)度增強(qiáng)，消失標(biāo)志著降水強(qiáng)度開(kāi)始減弱。在短臨預(yù)報(bào)中可根據(jù)組合反射率圖中的回波的變化特征，判斷強(qiáng)降水的發(fā)生，當(dāng)雷達(dá)強(qiáng)回波的覆蓋范圍不大時(shí)，回波強(qiáng)度逐漸減小至45.0 dBz以下，也預(yù)示著降水強(qiáng)度減弱，但當(dāng)強(qiáng)回波范圍大且移速緩時(shí)，則預(yù)示著連續(xù)性強(qiáng)降水的發(fā)生。

2.3 垂直累積液態(tài)水含量特征分析

垂直累積液態(tài)水含量VIL反映了降水云體在確定底面區(qū)域上垂直柱體內(nèi)的液態(tài)水總量，可用于識(shí)別顯著風(fēng)暴單體位置和強(qiáng)度，從而對(duì)強(qiáng)降水做出科學(xué)的判別。分析2017—2018年海南州短時(shí)強(qiáng)降水過(guò)程中垂直累積液態(tài)水含量VIL特征可知，當(dāng)出現(xiàn)25 mm左右的短時(shí)強(qiáng)降水時(shí)，平均VIL值為25.0 kg/m2；當(dāng)出現(xiàn)30 mm以上短時(shí)強(qiáng)降水時(shí)，最大VIL可增大至30.5 kg/m2左右，最大值可達(dá)59.0 kg/m2。在個(gè)例中最大VIL中最小值也達(dá)到10.0 kg/m2以上。這可作為小時(shí)降水量預(yù)報(bào)的臨界閾值參考。

2.4 回波頂高特征分析

回波頂高可以反映出對(duì)流風(fēng)暴的發(fā)展程度，頂高越高說(shuō)明對(duì)流體發(fā)展越旺盛，可能造成更劇烈的天氣現(xiàn)象。分析個(gè)例回波頂高的特征，在強(qiáng)降水發(fā)生前1 h回波頂高平均在8 km，當(dāng)強(qiáng)降水發(fā)生時(shí)配合的最大回波頂高在11.0～18.4 km之間，平均回波頂高為14.0 km，但13個(gè)個(gè)例回波頂高均在11.0 km以上，且基本穩(wěn)定持續(xù)在30 min以上。

2.5 短時(shí)強(qiáng)降水雷達(dá)指標(biāo)特征

統(tǒng)計(jì)分析13個(gè)個(gè)例雷達(dá)回波，海南州雷達(dá)回波主要特征如下：

(1)回波強(qiáng)度：最強(qiáng)回波為71.5 dBz，最強(qiáng)回波中低值47.0 dBz，最強(qiáng)回波的平均值為58.0 dBz。

(2)回波頂高：最高頂高達(dá)17.6 km，平均頂高為9.4 km，最低頂高為6.5 km，8.0 km以上的頂高維持3個(gè)體掃以上。

(3)垂直液態(tài)水含量：最大為58.5 kg/m2，平均為28.0 kg/m2，最小為8.5 kg/m2，15.0 kg/m2以上的VIL維持3個(gè)體掃以上(表2)。

表2 短時(shí)強(qiáng)降水雷達(dá)回波指標(biāo)及閾值

(4)回波形狀特征：塊狀回波、帶狀回波、片狀混合回波等。

3 結(jié)論

短時(shí)強(qiáng)降水的雷達(dá)回波形狀主要以帶狀回波、塊狀回波、片狀混合回波為主。

最強(qiáng)回波一般為41.0～71.5 dBz之間，降水發(fā)生時(shí)最強(qiáng)回波基本維持在50.0～55.0 dBz之間，50.0 dBz強(qiáng)度回波的出現(xiàn)標(biāo)志著降水強(qiáng)度增強(qiáng)，消失標(biāo)志著降水強(qiáng)度開(kāi)始減弱。

平均VIL值為25.0 kg/m2；當(dāng)出現(xiàn)30 mm以上短時(shí)強(qiáng)降水時(shí)，最大VIL可增大至30.5 kg/m2左右，最大值可達(dá)59.0 kg/m2。

在強(qiáng)降水發(fā)生前1 h回波頂高平均在8.0 km，當(dāng)強(qiáng)降水發(fā)生時(shí)配合的最大回波頂高在11.0～18.4 km之間，平均回波頂高為14.0 km，VIL在短時(shí)強(qiáng)降水中基本能夠穩(wěn)定持續(xù)在30 min以上。