摘 要：利用常規(guī)高空、地面氣象觀測資料，分析了2023年7月19日許昌市局地短時強降水過程成因，重點應(yīng)用X波段雙偏振相控陣?yán)走_基本觀測資料分析了此次局地短時強降水天氣過程的演變特征及降水粒子特征，以供參考。

關(guān)鍵詞：短時強降水；天氣成因；X波段雙偏振相控陣?yán)走_

中圖分類號：P457.6 文獻標(biāo)志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）09–0-03

隨著城市化進程加快發(fā)展，短時強降水引起的城市內(nèi)澇問題已經(jīng)成為影響公眾交通出行、威脅人民生命財產(chǎn)安全等主要問題之一。近年來，天氣雷達在監(jiān)測和預(yù)警短時強降水的過程中發(fā)揮了重要作用，很多學(xué)者針對多普勒天氣雷達、雙線偏振雷達資料、相控陣?yán)走_等在短時強降水雷達特征分析、定量降水估測等方面的應(yīng)用開展了卓有成效的研究[1-5]。選取2023年許昌城區(qū)一次突發(fā)性的局地短時強降水過程，對其發(fā)生發(fā)展過程中X波段雙偏振相控陣?yán)走_特征演變進行了深入分析，為該類型短時強降水的預(yù)報預(yù)警提供參考。

1 使用資料

（1）常規(guī)地面、高空觀測資料；（2）許昌市城區(qū)（魏都區(qū)、建安區(qū)）及所轄縣（市）109個常規(guī)地面氣象自動觀測站資料；（3）許昌X波段雙偏振相控陣?yán)走_（34.042°N，113.898°E）資料，其觀測半徑為60 km，徑向分辨率為30 m，時間分辨率為60 s，共40個仰角（0.9°～36°）。

2 天氣實況

2023年7月19日10：00～14：00，許昌市區(qū)（魏都區(qū)、建安區(qū)）出現(xiàn)局地短時強降水，自動氣象站監(jiān)測顯示，市區(qū)降水量超過20 mm站點4個（小時雨強均超過20 mm），最大降水量出現(xiàn)在魏都區(qū)科技廣場85 mm，最大小時雨強64.9 mm（11：00～12：00科技廣場站），10 min最大雨強20 mm（11：00～11：10科技廣場站）（圖1）。此次短時強降水范圍小、局地性強，短時雨強大，造成許昌市城區(qū)低洼道路積水嚴(yán)重，對上午下班至下午上班時段的交通影響顯著。

3 天氣成因分析

2023年7月19日08：00 500 hPa（圖略），西太平洋副熱帶高壓（以下簡稱副高）控制河南省黃河以南大部分地區(qū)，許昌受副高控制，河套至陜西南部有低槽攜帶冷空氣逐漸東移（槽后負變溫），副高略東退。700 hPa上，許昌受西南氣流影響，盧氏與南陽、鄭州與徐州、阜陽間溫度露點差達到15 ℃和13 ℃，河南中部（自西南向東北）有露點鋒存在，許昌位于露點鋒附近。850、925 hPa和地面風(fēng)場上，河南省中部均有弱輻合，許昌位于輻合區(qū)。

從19日08：00鄭州探空圖（圖略）可以看出（許昌距離鄭州80 km左右，以鄭州探空站為代表分析高空層結(jié)），500～925 hPa存在深厚的不穩(wěn)定層結(jié)（-θse/P＜0），整層相對濕度較小，僅925 hPa上下有淺薄濕層存在。抬升凝結(jié)高度、0 ℃層高度分別為910.2、5 482 m，暖云層深厚，有利于短時強降水的產(chǎn)生。

4 X波段雙偏振相控陣?yán)走_特征分析

在此次局地短時強降水過程中，科技廣場站點降水量、小時雨強和10 min雨強均最強，因此，選取科技廣場站上空雷達特征進行重點分析?？萍紡V場站點位于許昌X波段雙偏振相控陣?yán)走_站西北方，直線距離約5.43 km，在雷達0.9°～4.5°仰角上存在一定的回波遮擋，因此，以5.4°仰角（高度0.69 km）作為最低仰角進行分析。

從科技廣場降水期間逐10 min降雨量（圖2）可以看出，科技廣場10：10后開始出現(xiàn)弱降水，11：00前后降水強度迅速增至最強，然后緩慢減弱，13：00前后雨強略有增強后又迅速減弱結(jié)束。強降水主要集中在11：00～12：00。

4.1 雷達基本產(chǎn)品演變特征分析

4.1.1 基本反射率演變特征

從雷達基本反射率因子（圖3）演變可以看出，10：10前后低層有弱回波發(fā)展至科技廣場上空，科技廣場開始出現(xiàn)弱降水。此時，在襄城境內(nèi)及與建安區(qū)交界附近也有弱回波單體不斷生成，并向東北方向（魏都區(qū)）移動。

10：45前后，降水回波一部分向科技廣場移動（東偏南方向）并逐漸增強。10：50前后，回波中心移至科技廣場附近，并發(fā)展出明顯的懸垂結(jié)構(gòu)（圖4）。回波承載層平均風(fēng)為西南風(fēng)，與回波移動方向夾角＞90°，回波單體移動路徑為后向傳播，移速緩慢，非常有利于強降水的產(chǎn)生。

11：05，回波中心移至科技廣場東南方向800 m左右，中心強度達到最強69 dBz后減弱，科技廣場上空5.4°仰角基本反射率因子達到最強60.5 dBz，此時科技廣場降水強度也達到最強，10 min（11：00～11：10）雨強達20 mm。11：15前后，主降水回波與新移入的弱回波（襄城、建安區(qū)交界附近生成）合并，中心強度增強至66 dBz后，再次逐漸減弱至62 dBz（11：20）。11：33，科技廣場上空回波強度減弱至29.5 dBz ，但隨著新一輪回波單體移入發(fā)展，科技廣場上空回波強度再次略有增強，但強度仍較弱（11：37為48 dBz）?；夭◤姸瘸掷m(xù)減弱，科技廣場上空雨強持續(xù)減弱，至12：00前后，原主降水回波已東移出魏都區(qū)境內(nèi)，科技廣場降水迅速減弱。

至降水結(jié)束，先后有2輪較強回波自襄城經(jīng)建安區(qū)移入魏都區(qū)影響科技廣場，均在靠近魏都區(qū)邊緣附近增強，然后迅速減弱，因此，科技廣場降水強度雖然在增加但并不明顯。

從回波中心自北向南作反射率因子剖面（圖4），可以看出，強降水開始前（10：54），回波質(zhì)心發(fā)展最高達27.9°仰角（2.98 km上下），11：10降至6.3°仰角（0.74 km上下），下降明顯，此時段降水強度增強最為明顯。11：15，雷達回波中心結(jié)構(gòu)分散減弱、回波質(zhì)心下降減慢，降水也逐漸減弱。強降水開始前（10：50），回波懸垂結(jié)構(gòu)發(fā)展最明顯，但高度較低（4 km上下），強降水開始后懸垂高度逐漸下降并減弱，11：15前后回波懸垂結(jié)構(gòu)基本消散。至降水結(jié)束，降水回波均未形成懸垂結(jié)構(gòu)，回波中心所在高度無明顯變化。

4.1.2 平均徑向速度演變特征

分析降水期間平均徑向速度場可以發(fā)現(xiàn)，主降水回波發(fā)展初期在雷達9.0°仰角（1.77 km高度以內(nèi)）以下為大片正速度區(qū)，回波中心西側(cè)有小范圍零速度區(qū)和負速度區(qū)，風(fēng)速較弱為-1～3 m/s，存在弱的風(fēng)向輻合。隨著高度升高，風(fēng)場隨高度順時針旋轉(zhuǎn)，大片正速度區(qū)逐漸轉(zhuǎn)為負速度區(qū)，回波中心東北側(cè)有小范圍零速度區(qū)和正速度區(qū)，輻合區(qū)風(fēng)場較弱（-9～3 m/s）。輻合區(qū)自低層到高層逐漸向東北方向傾斜。

10：50前后，高層（36°仰角、4.2 km上下）科技廣場上空出現(xiàn)新的輻合中心，科技廣場附近回波迅速增強，輻合區(qū)逐漸向下層傳播。11：05魏都區(qū)主降水回波發(fā)展達到最強，低層（9.0°仰角及以下）仍以大片正速度區(qū)為主，但隨著降水范圍增大，負速度區(qū)逐漸增大。高低層輻合區(qū)位置接近，基本重合。

11：40前后，魏都區(qū)主降水回波上空輻合區(qū)自高層（雷達36°仰角上）到低層逐漸開始消亡，11：50前后，低層（5.4°仰角上）輻合區(qū)也消亡，12：00前后主降水回波基本減弱移出魏都區(qū)。

在襄城、建安區(qū)交界附近生成發(fā)展的弱回波，低層（2 km上下）有弱輻合，高層無輻合。因此，弱降水回波移向魏都區(qū)主降水回波后，中低層形成新的輻合區(qū)，回波有所增強，但由于輻合層不深厚（高層無輻合），回波強度增強后迅速減弱。

4.2 雙偏振產(chǎn)品特征分析

此次強降水中心科技廣場距離雷達較近，觀測到的雷達回波在4.10 km以下，過程中雷達回波中心高度均在0°層以下，同時結(jié)合雷達各層基本反射率因子、ZDR、KDP、CC（圖5）分析可知，此次短時強降水整層降水粒子相態(tài)為雨滴。

附近KDP最強可達12.2 deg/km，CC值在0.9以上，ZDR范圍變化較大，此時回波中心附近降水粒子主要為密集的大雨滴和小雨滴混合?？萍紡V場附近及其南側(cè)反射率因子在40 dBz以下，大部分地區(qū)CC在0.9以下，ZDR在2 dB以上，KDP為負值（受差分衰減影響），降水粒子主要為稀疏的小雨滴和大雨滴的混合。隨著高度降低，反射率因子中心附近ZDR和CC逐漸增大，到雷達5.4°仰角上，反射率因子中心位于科技廣場附近，與KDP大值區(qū)、ZDR大值區(qū)對應(yīng)，CC在0.97以上，此時科技廣場附近強降水粒子以均勻的大雨滴為主。

分析12：00～13：20由襄城、建安區(qū)交界附近生成移入影響科技廣場的2輪降水回波雙偏振特征可以看出（圖略），第一輪降水粒子以相對均勻的小雨滴為主，第二輪上層下層降水粒子為大雨滴和小雨滴的混合。

5 結(jié)論

（1）此次局地短時強降水過程主要是在副高略東退南落過程中，槽后冷空氣與露點鋒共同觸發(fā)產(chǎn)生的；中低層及地面風(fēng)場輻合為強降水的產(chǎn)生與維持提供了必要的水汽條件和動力條件。

（2）強降水是由本地生成回波和新移入回波共同產(chǎn)生的。最強降水階段伴隨回波質(zhì)心高度的迅速下降和回波懸垂結(jié)構(gòu)的減弱消失。輻合區(qū)在降水過程中始終存在，且輻合區(qū)的發(fā)展或消散由高層向低層傳播，輻合層越深厚，上下層輻合區(qū)越靠近，越有利于回波的發(fā)展維持和降水強度的增強。

（3）強降水中心科技廣場站最強降水時段高層降水粒子為大小雨滴的混合，低層為大雨滴；弱降水時段上下層降水粒子為小雨滴；降水即將結(jié)束前略有增強，此時上下層降水粒子為大小雨滴混合。

此次強降水中心距離雷達較近，僅分析了強降水中心科技廣場站4.1 km以下雷達特征，且雷達5.4°仰角以下有地物遮擋，缺少對高層和近地面層強降水的雷達特征分析。

參考文獻

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收稿日期：2024-06-12

基金項目：中國氣象局、河南省農(nóng)業(yè)氣象保障與應(yīng)用技術(shù)重點實驗室應(yīng)用技術(shù)研究基金復(fù)盤總結(jié)專項（KF202447）。

作者簡介：侯凱（1985—），女，河南駐馬店人，工程師，研究方向為天氣預(yù)報預(yù)警。