周備 虞超

收稿日期：2023-12-15

作者簡介：周備（1990—），男，江蘇連云港人，工程師，研究方向為短時臨近預報。

摘 要：利用鎮(zhèn)江揚中CLC-11-F型風廓線雷達和常規(guī)氣象資料，對2023年7月6日的暴雨過程進行了分析。結(jié)果表明，風廓線雷達資料的完整性特征與天氣過程的開始具有很好的超前相關性，提前約為30 min，風場不僅能夠反映大氣層結(jié)上冷下暖的結(jié)構(gòu)，而且能夠探測到低空急流、切變線和中小尺度輻合系統(tǒng)的存在，對風的垂直結(jié)構(gòu)具有較強的探測能力，可以很好地揭示災害性天氣的觸發(fā)機制。垂直速度和大氣折射率結(jié)構(gòu)常數(shù)（）均與災害性天氣過程的開始和結(jié)束有著很好的相關關系，且兩者數(shù)值的突然增大均比天氣過程的開始提前約30 min，垂直速度的閾值為4～5 m/s，1 km以下的閾值為-140 dB。

關鍵詞：風廓線雷達；低空急流；垂直速度；大氣折射率結(jié)構(gòu)常數(shù)

中圖分類號：P412.25文獻標志碼：B文章編號：2095–3305（2024）03–0-03

風廓線雷達是利用大氣湍流對電磁波的散射作用對大氣風場進行探測，由于風廓線雷達時空分辨率高，能夠直觀地顯示大氣流場的水平分布和垂直結(jié)構(gòu)，因此風廓線雷達資料在局地暴雨、冰雹等強對流天氣預報中的應用越來越廣泛。阮征等[1]對使用風廓線儀探測降水云體結(jié)構(gòu)的方法進行了研究，擴大了風廓線儀探測降水的使用范圍；劉淑媛等[2]揭示了低空急流的脈動與華南暖區(qū)暴雨在時間上的配合關系；吳君等[3]利用風廓線雷達分析了氣旋暴雨與低空急流的關系；周志敏等[4]研究了風廓線雷達垂直速度的大小及厚度與對流的強弱及降水量變化之間的關系，發(fā)現(xiàn)風廓線雷達信噪比的變化與降水的開始、結(jié)束有一定的相關性；楊馨蕊等[5]將風廓線雷達速度譜寬與垂直速度、信噪比等相結(jié)合給出了估測降水的方法；王易等[6]分析了江蘇一次暴雨過程中風廓線風場特征，指出低空西南急流對江蘇地區(qū)暴雨的發(fā)生發(fā)展有著重要的作用；史珺等[7]討論了風廓線雷達在天津地區(qū)一次短時暴雨中的應用，指出風廓線雷達的折射率結(jié)構(gòu)常數(shù)與降水強度之間有很好的對應關系，但是不同地區(qū)的大氣折射率結(jié)構(gòu)常數(shù)值與降水強度的指示標準并不一致。

利用鎮(zhèn)江揚中站風廓線雷達資料對2023年7月6日大暴雨過程進行分析，同時選取了其他5次暴雨過程作為檢驗，設定了鎮(zhèn)江本地暴雨臨近監(jiān)測預警服務的指標，有助于提高本地短臨天氣的監(jiān)測預警能力。

1 暴雨過程分析

2023年7月6—7日，江蘇省鎮(zhèn)江市中北部地區(qū)出現(xiàn)暴雨到大暴雨，局部特大暴雨，最大出現(xiàn)在三茅永和站（253.0 mm），揚中站為215.0 mm（圖1）。7月6日16：00以后開始出現(xiàn)降水，7日01：00開始顯著增強，連續(xù)出現(xiàn)小時雨強達20 mm以上的陣性強降水，08：00以后降水停止。

從環(huán)流背景來看，中高緯地區(qū)東北冷渦深厚維持，

在500、700和850 hPa均有閉合中心存在，冷渦槽從850～700 hPa呈現(xiàn)前傾結(jié)構(gòu)，有利于上暖下冷不穩(wěn)定層結(jié)的形成；中緯地區(qū)上游有短波槽發(fā)展東移，副高588線位于蘇南南部，配合850 hPa有低空西南急流，有利于水汽和熱量的輸送；200 hPa高空急流從山東上空經(jīng)過，江蘇省位于急流入口區(qū)右側(cè)，強烈的輻散抽吸作用有利于中低層垂直上升運動的加強。云圖顯示，沿副高邊緣不斷有對流云團生成并沿低空急流方向移動，對流云團呈塊狀，且后向傳播特征明顯，有利于局地強降水的產(chǎn)生。

2 風廓線分析

風廓線雷達每6 min輸出1次觀測資料，而自動站每1 min獲得1次降水量數(shù)據(jù)，為便于與雷達數(shù)據(jù)進行比較，將質(zhì)量控制過的分鐘雨量數(shù)據(jù)按照雷達觀測時間段進行每6 min累加，得到一組降水量數(shù)據(jù)。本次過程前期以弱的陣性降水為主，16：36開始出現(xiàn)降水，有2個相對集中的時段，出現(xiàn)在17：54～18：12、21：00～21：12，7日00：30開始降水顯著增強并持續(xù)，直至08：00降水結(jié)束。

圖2是7月6日揚中站風廓線雷達的風場分布，降水前15：18～16：06在5～7 km存在空洞，16：12以后整層數(shù)據(jù)變得完整，比降水開始時間提前了24 min。18：18開始降水暫停，此時4 km以上開始出現(xiàn)數(shù)據(jù)缺測。19：54～21：12自6.5～8.0 km風場數(shù)據(jù)逐漸恢復，但5～6 km

始終存在缺測，該時段正好對應降水的第二個集中時段。21：18以后，整個5 km以上風場全部缺測，直至7日00：00開始風場數(shù)據(jù)逐漸恢復完整，比降水開始時間提前了30 min。因此，風場數(shù)據(jù)的完整度與降水有很好的對應關系，且風場完整的時間比降水時間提前約

30 min，對降水開始時間的估計具有很好的指示意義。

從中低層風場特征來看，15：45以前500 m以下為偏南風，往上轉(zhuǎn)為偏西風，風向隨高度順轉(zhuǎn)有暖平流，2～3 km高度處存在風速≥12 m/s的低空急流。15：42開始，500 m以下轉(zhuǎn)為偏北風，表明此時有近地層輻合線經(jīng)過，500 m以上轉(zhuǎn)為西南風，風向隨高度逆轉(zhuǎn)，輻合線過后地面有弱冷平流，且低空急流高度降至2 km以下，16：42降至最低，達到1 km以下，此時降水開始。隨后，低空急流高度略有起伏，最低高度維持在1～2 km之間，風向維持西南風，低層的水汽通道建立并穩(wěn)定維持。23：30開始4 km以上對流層中層風速加快，并逐漸向下傳播，7日00：12開始低空急流高度重新降至1 km以下，1～2 km風向由西南風轉(zhuǎn)為西北風，表明低層有暖切，近地層風向由偏東風轉(zhuǎn)為偏北風，有近地層輻合系統(tǒng)經(jīng)過，強降水開始。因此，低空急流的高度降低、近地層風向的轉(zhuǎn)變均對降水的出現(xiàn)有很好的指示意義，且低空急流高度的下降時間比降水出現(xiàn)提前了約30 min。

圖3是7月6日揚中站風廓線雷達的垂直速度分布，垂直速度未經(jīng)訂正，表示垂直氣流速度與降水粒子下落速度的總和。由于大氣湍流散射比雨滴散射弱1～2個量級，因此降雨時風廓線雷達測量的垂直速度就可以被看作雨滴的下落速度，也反映了降水粒子的密度，其中正值表示下沉運動，負值表示上升運動。15：00以前，整層垂直速度均為-1～1 m/s，15：00以后顯著加快，1 km以下15：00～16：00為-2 m/s以內(nèi)弱的上升運動，2～3 km和6～8 km則表現(xiàn)為＞4 m/s的強下沉運動。16：06以后，整層表現(xiàn)為一致的正值，且16：36開始近地層垂直速度顯著增至4 m/s以上，此時降水開始。18：30～21：00整層垂直運動較弱，對應降水間歇期，21：00以后隨著降水增強，近地層垂直速度迅速增至4 m/s以上，7日00：36整層垂直速度顯著增至5 m/s以上，對應強降水時段，此后強下沉運動維持至08：00降水結(jié)束。因此，垂直速度與降水開始時間和降水強度的關系密切，在降水過程中，1 km以下的垂直速度波動性增強，隨著降水強度的增強，垂直（下沉）速度也隨之加快，可將4 m/s作為降水開始的閾值。

圖4是7月6日揚中站風廓線雷達的分布，大氣折射率結(jié)構(gòu)常數(shù)（）是描述大氣湍流運動強弱的參量，受整層大氣高度上的溫濕壓綜合影響，直接反映了大氣的折射率和降水率。研究表明，降水強度越大，也越大，但是不同地方與降水相關的的閾值存在很大的差異。從圖中可以看出，降水前，1 km以下的均＜-145 dB，1 km以上均＜-160 dB，降水開始后，1 km以下增至-140 dB，2～3 km為小值區(qū)，3 km以上增至-145～-140 dB，這種低層和中高層不一致變化的特征持續(xù)到7日00：30，表明在此之前，低層擾動和濕度條件較好，但是中層擾動和濕度條件一般，因此之前的降水過程較弱且呈間歇陣性。00：36以后，整層的均迅速增大，1 km以下達到-130 dB，1 km以上達到-135～-140 dB，1 km以上大值持續(xù)到06：12，1 km以下大值持續(xù)到08：00，對應降水結(jié)束。綜上所述，可以很好地反映出降水的強度，1 km以下的＞-140 dB可以作為有利于降水出現(xiàn)的閾值，而強降水的出現(xiàn)則要求整層的均有顯著增長，閾值為

-140 dB左右。

為驗證以上指標的適用性，選取了2023年6月19日、2022年6月5日、2021年8月25日、2021年7月29日（臺風“煙花”）、2019年9月5日（臺風“玲玲”）等5次暴雨過程進行比較分析，大部分暴雨過程指標基本一致，因此可以作為鎮(zhèn)江本地強降水的判別指標。

3 結(jié)論

通過分析鎮(zhèn)江揚中風廓線雷達在暴雨天氣過程監(jiān)測預警中的指示作用，設定了基于風場、垂直速度和大氣折射率結(jié)構(gòu)常數(shù)（）等產(chǎn)品的預警指標。結(jié)果顯示，風場數(shù)據(jù)的完整性、低層風向轉(zhuǎn)變、低空急流強度和高度變化、垂直速度和的突然增大都對災害性天氣的發(fā)生具有很好的指示作用，具體指標如下。

（1）風場數(shù)據(jù)的完整度與降水有較好的對應關系，且風場完整的時間比強降水開始時間提前約30 min，對降水開始與增強時間的估計具有較好的指示意義。

（2）低層風場可以有效監(jiān)測到中小尺度輻合系統(tǒng)，

對降水開始起到觸發(fā)作用；低空急流向下脈動對降水開始具有較好的指示意義，提前時間約為1 h。

（3）高層＞4 m/s的強垂直速度向下傳播對降水開始具有指示作用，提前時間約為30 min。地面＞4 m/s的垂直速度可以作為降水開始的閾值。

（4）折射率結(jié)構(gòu)常數(shù)可以較好地反映出降水的強度，1 km以下＞-140 dB可以作為有利于降水出現(xiàn)的閾值，而強降水的出現(xiàn)則要求整層的均有顯著增長。

參考文獻

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