青海互助一次局地強降水天氣多普勒雷達回波分析

曹曉敏，張 雄，金 凱

(1.青海省氣象臺，青海 西寧810001;2.銅川市氣象局，陜西 銅川727031)

0 引言

局地暴雨是在有利的天氣形勢下的中小尺度天氣過程[1]，進入夏季后有利于暴雨的天氣背景隨之產生，此時受下墊面加熱及地形等因素的影響便容易產生局地暴雨。常規資料因受觀測站點時空分布密度的限制，對局地短時暴雨的分析研究不夠全面和深入，而多普勒天氣雷達具有高時空分辨率特點，且探測產品豐富，能較為細致的反映降水區的詳細信息[2]。2011年7月2日晚互助出現短時強降水，降水正值第十屆環青海湖國際公路自行車賽開幕式在互助舉行，對此次強降水天氣的雷達回波分析，為今后大型戶外活動的天氣保障提供參考。

1 降水實況

2011年7月2日晚互助縣出現短時強降水，降水的局地性很強，互助本站降水持續約4小時，降水量為16.1mm，其中21～22時，1小時降水達到12mm，隨后降水迅速減弱并逐漸停止。形成鮮明對比的是互助站周邊的幾個測站降水量卻很少甚至未出現降水，這也說明了此次短時強降水的局地性非常強。表1給出了互助及周邊測站降水時段的逐小時降水量。

表1 2011年7月2～3日互助及周邊測站降水量/mm

2 天氣背景

從2日08時500hPa圖上來看(圖1a)，貝加爾湖以北至新疆有一大槽，青海省東北部有此大槽底部分裂小槽，588線位于福建一帶，副高外圍西南暖濕氣流和上述分裂小槽的槽前西南氣流匯合共同影響互助地區。到2日20時(圖1b)，500hPa副高位置變化不大，但在西藏東南部有閉合584高壓中心生成，促使南部系統向北發展，互助位于高壓脊前西北氣流中。

圖1 2011年7月2日08時和20時500hPa高度場

從互助單點的相對濕度時間剖面上看(圖2)，2日08時互助地區500hPa附近是一個相對濕度大于90%的高濕區，到2日20時700～500hPa仍然是大于80%的高濕區，良好的濕度條件和上述暖濕氣流和相對干燥氣流的在互助附近的交匯為短時強降水提供了必要條件。

圖2 互助單點相對濕度的時間剖面圖(101.9°E，36.8°N)

3 多普勒雷達回波資料分析

3.1 回波強度

由于西寧雷達站周圍有一定的擋角，且通常造成短時暴雨的回波頂高不明顯，所以用某一仰角的反射率因子資料不能很好的反映降水的實際情況，故采用CR產品即組合反射率因子資料[3]。7月2日下午18時左右互助西北方向開始產生回波，到20:04(圖3a)大片混合性回波位于互助北部并緩慢東移南壓，21:04(圖3b)雖然回波中心強度有所減弱但回波范圍增大形成一條西北－東南向的多單體強回波帶，大于50dbz的回波前沿已經抵達互助，強降水陡然開始。21:18(圖3c)強回波中心移入互助，互助的雨強達到最大，回波范圍進一步加大，此后強回波帶逐漸南壓減弱，到22:48(圖3f)形成穩定的層狀云降水并漸停。

3.2 徑向速度

從7月2日基本徑向速度圖上可以看到(圖4)，20:35的1.5°仰角圖上，互助西北方向存在一條顯著的輻合帶，大片的負速度區向雷達站方向移動，互助以北這一線吹北風，在2.4°仰角圖上互助北部已經能看到逆風區，到20:58，1.5°仰角上互助地區也出現了小的逆風區，2.4°仰角上逆風區進一步加大(由于地形阻擋看上去不夠明顯)，以往研究表明當多個仰角上同時出現逆風區時說明上升下沉氣流共存系統加強，隨后互助立即出現的強降水也說明系統的確得到加強[5－6]。到21:40逆風區消失但輻合仍然強烈，2.4°仰角圖上25km以內為東風，后逐漸轉為北風，在50km范圍內正速度區面積大于負速度區面積，且負速度多為－5m/s，正速度多為1m/s，即負速度面積仍將增大入流氣流仍大于出流氣流，也就是仍存在風速輻合，強降水仍然持續。在22:27左右正速度區面積開始增大，入流氣流逐漸減少，風速趨于輻散，降水隨后結束。

圖3 2011年7月2日組合反射率因子演變圖

圖4 7月2日基本徑向速度圖

3.3 垂直風廓線(VWP)

圖5 2011年7月2日20:30～22:37多普勒天氣雷達垂直風廓線圖

從7月2日20:30～22:37垂直風廓線來看(圖5)，2.4km以上(西寧雷達站海拔為2446.7m，故2.4km以下全為“ND”)風隨高度逆轉，為冷平流。從20:43開始3.4km為偏東風，6.1km為偏西風，存在風向垂直切變，到21:24，5.5km以下全為偏東風，以上全是偏西風，并且21:24～22:37在5.5～5.8km處一直存在一個靜風層，說明在5.5～5.8km這一層有強烈的垂直風切變，即有強的不穩定能量的積聚。之后風向逐漸轉為低層到高層一致偏東風，切變逐漸減弱，降水趨于結束。可以說明，當環境風垂直切加大，對流增強，雨強增大;環境風垂直切變減小，對流減弱，雨強減小[7]。

3.4 回波頂高(ET)

圖6 2011年7月2日回波頂高圖

回波頂高可以反映出對流風暴的發展程度，頂高越高說明對流體發展越旺盛，可能造成更劇烈的天氣現象[8－9]。7月2日20:58降水開始前(圖6a)互助地區回波頂高約為6km，到強降水持續時(圖6b，6c)互助附近回波頂高維持在8km，雖然對流云體發展不是很旺盛但其強度的維持和在互助地區的長時間停滯是造成本次強降水的主要原因[10]。之后回波頂高迅速減小，云團消散，降水停止。

3.5 垂直累計液態含水量(VIL)

對互助強降水的VIL進行分析，發現降水集中時段的VIL并不大，且雨強均勻，最大VIL僅為12kg/m2，但強降水的維持是造成此次短時暴雨的重要原因[11]。

4 結論

(1)中心強度大于50dbz的強回波帶影響時，可以預報短時強降水的出現，如果其在一地維持，可造成該地短時暴雨天氣[12]。

(2)這次強降水在徑向速度圖上沒有觀測到中氣旋活動，但在強降水出現前及強降水持續中都存在強烈的風向風速輻合，且在高低不同仰角上都能觀察到明顯的逆風區，逆風區出現時間比強降水出現時間提前約30分鐘，可以作為預報強降水的一個指標[13]。

(3)垂直風廓線圖能看出風向隨高度的變化情況，強降水持續時，在中層存在一個明顯的靜風區，靜風區上下有強烈的風向切變，即有大量不穩定能量積聚，隨著不穩定能量的釋放，即風向垂直切變的消失(上下層轉為一致的風向)，強降水趨于結束[14]。

(4)回波頂高越高說明對流云體發展越旺盛，有可能造成劇烈的天氣[15]。

(5)這次強降水的VIL不大，結合以往研究，認為強對流時的VIL往往較小，也可作為預報參考。

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