暴雨空報過程原因分析

錢俊 孔令帥

摘要 基于多普勒雷達產品基數據，運用雷達UCP和PUP的鏈接進行基數據反演，得到反射率、徑向速度、回波頂高、風廓線速度方位角顯示以及風暴追蹤信息等產品，結合區域內站點氣溫、氣壓等資料模擬的海平面氣壓場，對一次暴雨空報過程進行回波結構、徑向速度和風廓線速度方位角及氣壓場結構特征分析。結果表明，此次暴雨空報過程主要由于云團分裂導致，其在雷達回波反射率圖上可以直觀地演示，分裂得到的對流云回波強度、最大回波頂高、最大回波強度位置等與層狀云存在很大差異，并且對流云是造成強降水的主導因素；云團的徑向速度場和風廓線速度方位角分布場，能夠很好地說明其分裂的具體地點、原因以及分裂后層狀云團、對流云團的演變發展和結構特征參數據，與實況降水資料相符合；構建云團的海平面氣壓場，可以近似印證出云團的雷達回波結構和徑向速度場，且能很好地解釋云團的分裂原因和移動方向，但還需要從大量的實例中去尋找其共性的規律。

關鍵詞 暴雨空報；云團分裂；轉折性天氣；原因分析

中圖分類號 P457.6 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2018）04-0186-03

風暴云團的生命史包括產生、發展、維持和消亡等階段，由于風暴合并是導致強對流天氣開始發生的主要因素之一，因而相關研究成果很多。統計表明，80%以上的對流云合并過程中，云團合并后的面積和強度都得到發展，且生命史更長[1]，即多數合并結果導致云團增強；在上升氣流合并開始時，合并的效果是正的相互作用[2]；在合并成因的研究方面，有的觀點認為是環境因素，如山區對流云合并發生在水平垂直風切變及垂直渦度增大的濕斜壓不穩定增強的環境中[3]；有的觀點認為是內部因素，在合并的發展維持階段，氣壓梯度力、輻合抬升、下沉上升環流加強的內部動力結構變化是主要原因[4]。風暴分裂也是風暴生命史中的現象，與其相伴的多是對流云團的逐步減弱，大體預示著強對流天氣的結束，因而它是反映強對流天氣截止時間的一種依據，也是轉折性天氣的來源之一。若未注意到風暴分裂的出現時間，可能會認為其依然會維持，導致對后期風暴演變過程產生錯誤認識。考慮到風暴云團分裂的重要性以及現有研究結果不多的現實，故有必要針對風暴分裂現象作出分析。

2015年5月29日6：00開始，由湖北省境內向東至安徽省江淮西部地區移入一片風暴云團，導致安慶地區宿松、太湖和六安地區金寨出現暴雨，其他大部分地區均出現中到大雨，其中過程最大降水量為86.3 mm，小時最大雨強為59.8 mm，均出現在宿松站（圖1）。桐城站（五角星位置）位于安慶地區的北邊，與六安地區交界，是這一次風暴云團外推移動路線上可能要經過的站點，業務人員在29日6：00制作早間天氣預報時參考省局、市局的指導預報，發布本地區白天時段內陰有中到大陣雨或雷雨，部分地區大到暴雨。

通過此次過程降水量實況可以直觀看到，降水量分布很不均勻，降水帶主要集中在江淮之間且普遍在10 mm以上，桐城附近范圍出現低值區，本站降水量僅3.9 mm，發現預報的降水量級明顯比實況要大，即桐城站的預報有偏差。在總結預報經驗時，經過跟蹤雷達降水回波產品，發現這是一次典型的風暴云團分裂導致暴雨空報的過程。如果風暴云團不分裂，桐城市降水將會較大，正是由于風暴發生了分裂，才導致桐城的降水僅為小雨量級，遠小于預期的雨量，成為轉折性天氣。為探明導致此次風暴云團分裂的原因及分裂后南部局地降水量、降水強度大于北邊的原因，明確層云降水與對流云降水在雷達產品上的特征及其相互之間的演變是否存在某種聯系，現圍繞這3個方面的問題進行探討，以期為今后類似風暴云團的預報預警提供參考。

1 數據資料與方法

選取的數據資料為安慶雷達站5月29日多普勒雷達產品基數據、安徽省國家級氣象站點及區域六要素站點5月29日6：00—12：00逐小時氣溫和氣壓數據。安慶雷達站的經緯度分別為116°47′24″E、30°36′58″N，海拔高度為386 m。

運用雷達UCP和PUP的鏈接設置雷達站點信息，對雷達歷史基數據進行反演，得到反射率、徑向速度、回波頂、風廓線速度方位角顯示以及風暴追蹤信息等產品；通過雷達基本反射率和組合反射率的時間演變分析風暴云團分裂的具體過程；通過基于區域內站點相應時次的氣溫和本站氣壓數據質量控制，并采用壓高公式訂正得到海平面氣壓，模擬得到風暴云團下部的近地面氣壓場信息。氣溫、氣壓數據質量控制主要指的是氣溫值、氣壓值與周邊站點的氣溫值、氣壓值是否有明顯差異，如果差異過大且沒有合理的原因，則將其刪除。海拔較高的站點，其氣溫較低時的數據仍然保留；如果氣壓值比周圍站點高于或低于2 hPa，認為該數據不可信。計算過程中所涉及的壓高訂正公式為：

P0=Ps×10■（1）

Tm=■+■（2）

式中，P0代表海平面氣壓（hPa）；Ps代表本站氣壓（hPa）；h代表氣壓傳感器拔海高度（m）；Tm代表氣柱平均溫度（℃）；t代表干球溫度（℃）；t12代表觀測前12 h氣溫（℃）。

2 風暴云團的特征分析

2.1 回波結構

從安慶多普勒雷達回波來看，本次風暴云團降水過程為混合云降水，在層狀云中鑲嵌著對流云，存在著相互演變，而對流云的分布比較復雜，其回波強度、尺度和形狀在不同時間和空間均有所不同。在較為明顯的風暴云團運動過程中，有風暴分裂的現象，且南側云團強度大于北側云團強度，分裂時段大約在5月28日6：00—8：00。由圖2（a）可知，云團整體于5月28日6：00還位于湖北省境內，呈南北向帶狀回波，且與移動方向垂直，最大回波強度為43 dBZ，最大回波頂高12 km左右，由西向東開始移入安徽省境內；由圖2（b）可知，至7：02云團大部分已移入，并且處在不斷發展中，最大回波強度為48 dBZ，最大回波頂高14 km左右，主要的對流云降水回波依然位于云團的尾部，處在兩省的交界處偏湖北省境內；由圖2（c）可知，至7：32在桐城市上游岳西縣的東北角與霍山縣交界處位置云團開始分裂，分成南、北2塊，北邊主要為層狀云團，最大回波強度為38 dBZ，最大回波頂高7 km左右，南邊主要為對流云團，最大回波強度為48 dBZ，最大回波頂高13 km左右，并處在旺盛發展階段；由圖2（d）可知，至8：03整個風暴云團已經完成分裂，北邊的層狀云團相對分裂之前較穩定，降水強度不大，小時最大雨強不超過10 mm，而南邊的對流云團處于宿松縣和太湖縣位置，最大回波強度為52 dBZ，最大回波頂高14 km左右，造成宿松縣、太湖縣出現短時強降水，其中宿松縣小時最大雨強達59.8 mm。從整個過程的雷達回波特征來看，層狀云的強度一般為20～35 dBZ，最大回波頂高一般為6～7 km，最大回波強度3～4 km，對流云的強度一般在35～50 dBZ，最大回波頂高一般為13～14 km，最大回波強度7～8 km，并且對流云是造成強降水的主導因素。

2.2 徑向速度和風廓線速度方位角

由圖3（a）（b）（e）可以看出，6：00開始至7：02云團整體沿E—NE方向移動，正徑向速度約5 m/s，負徑向速度約 -5 m/s，云團處于不斷發展中。由圖3（c）可以看出，7：32云團主體開始分裂，此時正徑向速度開始增大，在桐城市上游岳西縣的東北角與霍山縣交界處位置有一速度切變，與圖2（c）中雷達回波配合完好。由圖3（d）（f）可直觀判斷出云團分裂之后的移動路徑及對流發展情況，北邊的云團以層狀云為主體，在主體重心約3 km位置處受到西南風向，平均風速為10 m/s，受其影響，云團以7 m/s的速度向東北方向遠離徑向移動；南邊的云團則以對流云為主體，在主體重心約8 km位置處受到偏西風向，平均風速為20 m/s，受其影響，云團以-7 m/s的速度向東沿徑向移動，并且在其東北部存在輻合帶，使得其對流發展旺盛，這個也與實況降水資料相符合。從風廓線速度方位角來分析，屬于順時針旋轉，表示有暖平流經過，同時存在自下而上的速度切變，使對流云系得以強盛。與徑向速度對照分析，可以很直觀地找出風暴云團分裂及其造成強降水的影響因素。

2.3 氣壓場結構

從大氣動力學角度出發，導致云團分裂首先肯定是受到了力的作用，本文嘗試構建云團下部的近地面氣壓場，從分析水平氣壓梯度力方向解釋其分裂的原因。可是高空氣壓探測資料空間尺度很大，無法得到這種局地性的云團氣壓場，解決途徑就是選取安徽省內國家站點和區域站點的本站氣壓實時資料，結合溫度和海拔高度資料的質量控制并經過壓高訂正公式統一訂正到海平面氣壓，然后模擬得到云團下部的地面氣壓場，通過選取的75個站點資料，計算結果見圖4，圖中星標位置為桐城站點。

從圖4可以看出，海平面氣壓場存在高壓中心和低壓中心，可以近似印證出云團的雷達回波結構和徑向速度場，圖中虛線代表云團的分裂處，G、D分別代表高壓中心和低壓中心。D處低壓中心位于分裂處的北側和桐城市的東南角，G處高壓中心位于分裂處的南側。水平氣壓梯度力總是由高壓指向低壓，即圖中箭頭所示，分別由近于地面的底部云團的中心指向東北和東南方向，這也就能解釋為什么云團沒有按照外推路線移動，而是在到達桐城站點之前分裂成南、北2塊。

3 結語

（1）對于此次風暴云團的分裂過程，在雷達回波反射率圖上可以直觀地演示。通過回波結構特征分析，得到層狀云的回波強度一般為20～35 dBZ，最大回波頂高一般為6～7 km，最大回波強度在3～4 km處；對流云的回波強度一般為35～50 dBZ，最大回波頂高一般為13～14 km，最大回波強度在7～8 km處，并且對流云是造成強降水的主導因素。

（2）從雷達基數據反演產品中，選擇云團的徑向速度場和風廓線速度方位角分布場，討論了其分裂的具體地點、原因以及分裂后層狀云團、對流云團的演變發展和結構特征參數據，與實況降水資料相符合，從整個過程的風廓線速度方位角和徑向速度進行對照分析，可以很直觀地得到風暴云團分裂及其造成強降水的一個因素。

（3）嘗試從構建云團的海平面氣壓場方面著手，分析其受到水平氣壓梯度力的方向來尋找云團分裂的原因，雖然可以近似印證出云團的雷達回波結構和徑向速度場，且能很好地解釋云團的分裂原因和移動方向，但這種模擬氣壓場只是一種近似嘗試，不能說明高空氣壓梯度力的情況，還需要從大量實例中去尋找其共性的規律，可以為以后業務工作中出現類似的風暴云團移動路徑提供參考。

4 參考文獻

[1] KOGAN Y L，SHAPIRO A.The Simulation of a Convective Cloud in a 3D Model with Explicit Microphysics. Part II：Dynamical and Microphysical Aspects of Cloud Merger[J].J Atmos Sci，1996，53：2525-2545.

[2] TANAMACHI R L，HEINSELMAN P L，WICKER L J.Impacts of a Storm Merger on the 24 May 2011 El Reno，Oklahoma，Tornadic Supercell[J].Wea Forecasting，2015，30：501-524.

[3] 劉裕祿，邱學興，黃勇.發生短時強降雨的對流云合并作用分析[J].暴雨災害，2015，34（1）：47-53.

[4] 黃勇，覃丹宇.舟曲泥石流天氣過程中云團合并的衛星觀測[J].應用氣象學報，2013，24（1）：87-98.