摘 要：通過分析發(fā)生于攀西地區(qū)南部的一次強對流天氣過程，利用地面自動氣象站和天氣雷達資料，檢驗了不同F(xiàn)Y-4A產(chǎn)品在該地區(qū)強對流天氣的監(jiān)測效果。結(jié)果表明：FY-4A的云頂高度和云頂溫度產(chǎn)品能反映出對流云團發(fā)展、成熟和消亡階段的變化特征，且云頂高度和云頂溫度變率的正負值能有效區(qū)分對流云團發(fā)展和消亡過程。FY-4A的對流初生產(chǎn)品能夠反映出有對流出現(xiàn)，但其位置較實況偏南。FY-4A的閃電事件產(chǎn)品能較為精確地反映出雷電事件發(fā)生的時間和位置。

關(guān)鍵詞：FY-4A產(chǎn)品；復雜地形區(qū)；強對流天氣；衛(wèi)星資料

中圖分類號：P45 文獻標志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）07–0-04

強對流天氣一般指雷暴大風、冰雹、龍卷、短時強降水等天氣，此類天氣具有突發(fā)性和局地性強、生命周期短等特點，會對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成嚴重的影響[1]。目前，衛(wèi)星遙感觀測可以有效提高天氣監(jiān)測能力，在對強對流天氣研究中也提供了許多具有指導意義的產(chǎn)品。

FY-4A資料不僅能用于對大氣、河流、地表特征進行監(jiān)測，還能在降雨天氣過程中提供云的三維結(jié)構(gòu)信息[2]。魏棟等[3]利用GMP和FY-4A數(shù)據(jù)對西北地區(qū)高原渦影響下的強降水進行分析，細致反映出強對流天氣過程的對流性特征。曹學君等[4]選用FY-4A產(chǎn)品對秦巴山區(qū)對流天氣進行分析，結(jié)果表明其產(chǎn)品可以很好地反映對流初生、平移和成熟的特征。趙婥等[5]使用FY-4A和地基ADTD的閃電資料對四川冕寧地區(qū)的暴雨過程進行對比分析，發(fā)現(xiàn)FY-4A探測到的閃電數(shù)量密集。盡管FY-4A產(chǎn)品在全國各地的強對流天氣監(jiān)測中取得了很好的應(yīng)用效果，但針對青藏高原和云貴高原過渡帶的復雜地形區(qū)的強對流天氣研究較少。

攀枝花市位于高原東南緣，該區(qū)域經(jīng)常發(fā)生雷暴大風、冰雹以及短時強降水等天氣[6]。以2021年8月9日發(fā)生在攀枝花的一次強天氣過程為例，結(jié)合地面氣象站資料、雷達資料和FY-4A產(chǎn)品，分析攀西復雜地形區(qū)強對流天氣發(fā)展變化特征，同時檢驗FY-4A對流初生產(chǎn)品和閃電事件產(chǎn)品在此區(qū)域的應(yīng)用效果，為當?shù)貜妼α魈鞖獾谋O(jiān)測預報預警提供參考。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 數(shù)據(jù)

（1）地面氣象站數(shù)據(jù)和雷達數(shù)據(jù)均來源于攀枝花市氣象局，時間范圍為2021年8月8日20：00—9日20：00，空間范圍為圖1圓圈內(nèi)，空間分辨率1 km×1 km，時間分辨率5 min。

（2）FY-4A產(chǎn)品來源于風云衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)服務(wù)網(wǎng)，產(chǎn)品主要包括云檢測（CLM）、云頂高度（CTH）、云頂溫度（CTT）、對流初生（CIX），時空范圍和雷達組合反射率一致，空間分辨率4 km×4 km，時間分辨率為4～15 min。

閃電成像儀事件（LMIE）的覆蓋范圍與其他衛(wèi)星產(chǎn)品相比，時間分辨率為1 min。

1.2 方法

利用雷達的組合反射率因子≥35 dBz判斷識別對流初生（CI），并用于強對流天氣過程分析和CIX的檢驗。云檢測產(chǎn)品用于判斷格點上是否有云，用于剔除無云區(qū)域的數(shù)據(jù)。CTH和CTT由AGRI的10.8 μm、12.0 μm和13.5 μm通道計算得到[7]。CIX為FY-4A針對強對流天氣探測的主要產(chǎn)品，當值為“-2”時表示可能有對流初生，值為“-1”表示有對流初生。LMIE由閃電成像儀根據(jù)閃電的光學特征提取獲得[8]。并且利用CTH和CTT產(chǎn)品的時間向前差分法，計算得到其變化率，判斷對流發(fā)展趨勢。

2 天氣過程分析

2.1 天氣概況

根據(jù)此次降水天氣過程的空間分布和時間變化（圖2）情況分析，此次過程具有強度大、范圍廣的特點，并且伴有較強的雷電活動和短時強降水。由降水空間分布（圖2a）可知，此次過程有2個暴雨區(qū)，分別位于攀枝花北部和西北部，為對流活動主要影響區(qū)。由時間分布（圖2b）可知，短時強降水從8日23：00開始，9日01：00～05：00是短時強降水的主要集中時段，06：00～08：00無短時強降水發(fā)生。此次過程最大小時雨強在9日02：00達到了74.3 mm/h，因此為一次明顯的強對流天氣過程。

2.2 CI的時空變化分析

圖3為組合反射率因子≥35 dBz隨時間變化的空間特征，可以看出此次天氣過程出現(xiàn)大量CI。強對流天氣過程最先出現(xiàn)在研究區(qū)域的西北部，并發(fā)展壯大南移。從8日22：01（圖3a）開始有零星對流；到9日00：04（圖3b）西北部的對流發(fā)展；02：03（圖3c）對流具有較強組織性，且強度大，導致北部發(fā)生較強的短時強降水，與最大小時雨強發(fā)生的時間對應(yīng)；04：02（圖3d）出現(xiàn)第二波對流，但其強度較第一波弱，移動速度較快；06：00（圖3e）第一波與第二波對流合并，但整體強度較弱；08：00（圖3f）對流減弱，降水以陣雨為主，預示著本次強對流天氣過程趨于結(jié)束。

通過分析降水和CI變化，將此次天氣過程分為對流發(fā)展、成熟和消亡3個階段。發(fā)展階段為8日21：00至9日00：00，此階段北部不斷有對流單體生成，產(chǎn)生一些小范圍的雷雨天氣；成熟階段為9日01：00～05：00，強對流中心主要分布在西北部，范圍廣，強度大，發(fā)生短時強降水站次較多；最后是消亡階段為9日06：00～08：00，此階段強對流的組織結(jié)構(gòu)分散，降水強度明顯減弱。

3 FY-4A衛(wèi)星產(chǎn)品分析

3.1 CTH和云CTT分析

圖4顯示，CTH與CTT之間有較好的線性關(guān)系，當CTH值較大時CTT較小，反之CTH較小時則CTT較大。CTH和CTT隨時間變化（圖4a、圖4b）可以反映出此次過程對流云團經(jīng)歷了發(fā)展—成熟—消亡的全過程。發(fā)展階段，CTH整體升高，CTT整體減小，此過程有不穩(wěn)定能量累積。成熟階段，CTH最高，CTT最小，該階段兩者隨時間變化幅度較小。消亡階段，CTH較成熟階段減小，CTT較成熟階段增加，其對流云團消散。

為了更好地反映出強對流過程中云內(nèi)部細致的變化規(guī)律，利用CTH和CTT產(chǎn)品數(shù)據(jù)，通過時間向前差分得到云頂高度變化率（CHV）和云頂溫度變化率（CTV）（表1）。根據(jù)表1判斷區(qū)分強對流發(fā)展過程，在強對流發(fā)展階段，CHV均值為正，CTV均值為負，對流云團整體為云頂高度上升，云頂溫度呈下降的變化趨勢。強對流成熟期，CHV和CTV均為負值，且變率較小，對流云團相對穩(wěn)定成熟。強對流消亡期，其CHV和CTV極值和均值都有較大的變化，值的變化與發(fā)展階段相反，強降水也隨之減弱。

3.2 CIX檢驗分析

為檢驗分析FY-4A對流初生產(chǎn)品（CIX）在攀西地區(qū)的應(yīng)用效果，通過疊加天氣雷達組合反射率進行分析得到不同時間的分布結(jié)果（圖5）。21：15（圖5a），研究區(qū)域未監(jiān)測到有CIX，但在研究區(qū)域以外的東南部有監(jiān)測到CIX發(fā)生，雷達組合反射率因子CI分布在研究區(qū)域以外的西北部，兩者位置差異明顯。23：30（圖5b），研究區(qū)域內(nèi)才出現(xiàn)CIX，但其位置偏南，對應(yīng)位置并無雷達回波反映。相反，在研究區(qū)域的西北部有較強的雷達回波并且往東南方向移動。消亡階段，05：30（圖5c）顯示范圍內(nèi)無CIX，強度明顯減弱。因此，F(xiàn)Y-4A的CIX產(chǎn)品和天氣雷達的CI產(chǎn)品存在明顯的差異，實際業(yè)務(wù)中需要結(jié)合雷達反射率因子進行對流初生判斷。

3.3 LIME檢驗分析

強對流天氣過程中往往會伴有雷電天氣，通過此次過程對衛(wèi)星閃電事件（LIME）和雷達組合反射率因子進行綜合對比分析，結(jié)果如圖6所示。在對流發(fā)展階段的21：15（圖6a），研究區(qū)域外的西北部均有較強的雷達回波和閃電出現(xiàn)，并向東南移動，強回波區(qū)和閃電事件發(fā)生地對應(yīng)效果較好。到了強對流成熟階段的02：25（圖6b），組合反射率強回波區(qū)位于攀枝花市西北部且強度較強，同時在強回波區(qū)衛(wèi)星也監(jiān)測到了閃電事件的發(fā)生，閃電的頻數(shù)和強度均較為明顯。在消亡階段的05：45（圖6c），攀枝花市已無閃電事件，雷達回波強度也減弱，說明對流云團開始分散，而在攀枝花市區(qū)域外的東南部研究范圍內(nèi)仍有強回波區(qū)和閃電事件，但該強對流系統(tǒng)往東南方向移動，未來也不再影響攀枝花市?？紤]到攀枝花市當?shù)匕l(fā)生強對流天氣的時間大多處于夜間，因此FY-4A的LIME產(chǎn)品在該地區(qū)值得被推廣與使用。

4 結(jié)論

通過分析發(fā)生于攀西地區(qū)南部的一次強對流天氣過程，利用地面氣象站和天氣雷達資料，檢驗了不同F(xiàn)Y-4A產(chǎn)品在該地區(qū)的應(yīng)用效果，得到以下結(jié)論。

（1）CTH和CTT產(chǎn)品可以反映出強對流天氣不同階段的特征；在發(fā)展階段CTH不斷升高、CTT不斷下降，且在成熟階段達到相應(yīng)極值，消亡階段呈相反趨勢；短時強降水發(fā)生在對流云團的成熟階段。

（2）CTH和CTT在強對流云團的演變過程中體現(xiàn)較明顯，能夠通過其正負值判斷強對流是發(fā)展過程還是消亡過程；當對流云團處于發(fā)展階段時，CHV為正，CTV為負；當其處于消亡階段時，CHV為負，CTV為正。

（3）在攀枝花市西南部的復雜地形區(qū)，強對流引發(fā)的短時強降水常出現(xiàn)在夜間。通過個例檢驗，F(xiàn)Y-4A提供的CIX產(chǎn)品雖能反映出對流的出現(xiàn)，但其位置偏差較大；而LIME產(chǎn)品監(jiān)測效果較好，閃電發(fā)生的時間和地點與天氣雷達強回波區(qū)較為一致。

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