2008年7月20—22日四川盆地暴雨的中小尺度系統風場特征分析

張鵬洲 張艷艷

摘要 本文利用強對流中小尺度系統的多普勒雷達速度回波以及基本反射率因子，結合天氣實況，分析了2008年7月20—22日四川盆地強對流中小尺度天氣系統的風場特征。結果表明，在局地暴雨天氣過程中通常不是單一地出現某種特定的中小尺度系統，而是常常多個同時出現，只是在發展強度上有所差異；利用雷達速度回波和反射率因子相結合是分析典型中小尺度系統的有效方法。

關鍵詞 強對流；中小尺度系統；徑向速度；四川盆地；2008年7月20—22日

中圖分類號 P458.1+21.1 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2018）13-0208-03

強對流天氣系統是引起氣象災害的主要因素之一，暴雨、大風、冰雹等災害性天氣與現代農業生產密切相關，如何準確探測和預報災害性暴雨是目前農業氣象面臨的難題。新一代天氣雷達能獲取大氣徑向速度特征，而氣流的輻合輻散特征常常在反射率因子特征出現之前出現，對強對流天氣有較好的預警作用，但目前在速度回波特征方面的研究還不完善。吳書君等[1]通過對濱州強對流天氣系統的多普勒雷達徑向速度資料的分析，發現多普勒徑向速度資料提供的風場信息對強對流天氣系統的發生發展及移向有一定的指示意義。張京英等[2]利用暴雨過程的雷達風廓線資料和小時雨量資料，發現雷達風廓線資料可以清楚地展示暴雨過程中提供充足水汽和能量的風場的垂直結構，反映出降水過程中的風場變化，低空急流指數增大較高空急流指數增大對雨強增大的貢獻明顯。李軍霞等[3]選用太原多普勒雷達資料對逆風區進行了深入研究，得出絕大部分逆風區出現時間較降水時間提前1～2 h。本文通過普查獲得局地暴雨的中小尺度系統的風場特征，以期為強對流天氣提供更有效且準確的預警方法，減少災害性暴雨對農作物的破壞。

暴雨一般泛指降水強度很大的降水事件，在業務工作中通常以24 h降水量為標準來定義，日降水量≥50 mm的降水稱為暴雨。暴雨分為暴雨（50～100 mm）、大暴雨（100～200 mm）、特大暴雨（>200 mm）3個量級[4-5]。有一定強度的各種回波單體在天氣系統配合下，組成各種中尺度系統，產生暴雨。由于降水量=降水強度×降水持續時間。因此，降水要達到暴雨量級，需有較強的降水強度，或降水持續時間長，或兩者綜合。

1 局地暴雨風場特征分析

1.1 多普勒雷達速度

暴雨是天氣尺度背景和多個中小尺度系統共同作用的結果，在暴雨過程中會出現雷達站輻合、暖平流、低空急流、中氣旋、逆風區、低空輻合高空輻散的垂直環流結構等。

2008年7月20日8：00至22日8：00四川盆地暴雨過程是一次典型的強降水過程，是在高原渦與西南低渦的耦合作用下發生的[6]。由圖1（a）可以看出，自雷達中心開始，零等速度線呈“S”型彎曲，即風速隨高度順轉，表明有暖平流存在，在雷達站附近為東北氣流，風向隨著高度的增加逐漸變為偏南氣流，多普勒徑向速度等值線由中心向外散開，表明該時次的風速不隨高度變化，風速比較均勻。在此次強降水的開始階段和降水過程中均有暖平流長時間的維持。在邛崍和大邑之間（方位280.66°，距離53.94 km）已經開始有速度輻合。由圖1（b）可知，10：49邛崍與大邑之間的輻合明顯加強，正速度最大值達8.48 m/s，負速度最大值可達 -7.86 m/s。雷達測高公式如下：

H=h0+rsinΦ+r2/（2R′m）（1）

式中，h0為雷達天線高度，r為目標的斜距，R′m為等效地球半徑。計算得此處的高度為3.48 km。將仰角抬高至7.5°，出現1對正負速度中心，正速度中心風速為11.59 m/s，負速度中心速度為-12.41 m/s，零徑向速度線與雷達掃描基本平行，且負速度中心在左，正速度中心在右。這正是中尺度氣旋在雷達速度圖上的反映，此處為弱中氣旋，說明輻合上升氣流非常強，見圖1（c）。由圖1（d）可知，10：49最大回波強度已達50 dBZ。

由圖2可知，當天線仰角為1°時，有明顯的速度輻合區，對應強度回波最大值已達到50 dBZ；當仰角抬高至2°時，仍有速度輻合區存在，最大強度為52 dBZ；當抬高仰角至4.5°時，開始出現輻散，最大強度為52 dBZ，這是典型的“低層輻合-高層輻散”的垂直環流形勢。根據逐時降水量資料顯示，隨后2 h累計降水量為20 mm，表明“低層輻合-高層輻散”的垂直環流結構是隨后降水的重要因素，同時也表明了風場提前于降水1 h左右。

由圖3可知，16：25雷達站的西南方向開始產生速度的輻合，在新津、彭山、眉山區域都有較強的強度回波，最大強度達58 dBZ。此次輻合時間長達2.5 h，這也是新津、眉山暴雨的主要降水時段。隨后可見零等速度線呈“S”型彎曲，風向隨高度順時針旋轉，有暖平流產生。零速度線與降水有較好的對應關系，強降水一般在零速度線附近。由圖4可知，18：54雷達站附近東北—西南方向出現弱“牛眼”，正速度中心風速為9.31 m/s，負速度中心風速為-11.79 m/s，為弱低空急流，是動量、水汽集中的重要因素。由逐時降水量資料可知，隨后1 h彭山發生29 mm/h的強降水。因此，低空急流是強降水發生的有利因素，出現時間較降水發生提前1 h左右。

由圖5（a）可知，23：53在測站東部出現強回波帶，最大強度處為53 dBZ。由圖5（b）可知，在方位81.14°、距離測站51.62 km處，觀察到有弱輻合型中氣旋存在，正速度中速度中心14.07 m/s，負速度中心-10.96 m/s；在方位109.38°、距離測站27.35 km處有逆風區（負速度區包含正速度區）存在。逆風區是中尺度輻合輻散共軛系統風場在多普勒雷達速度圖上的表現形式，有利于對流的發生，短時大暴雨出現在逆風區前沿以及徑向速度輻合最大的區域。因此，此時段出現的強降水是中尺度氣旋和逆風區綜合作用的結果。

1.2 多普勒雷達垂直速度驗證

雷達距離高度產品（RHI），指當雷達天線通過以固定方位作俯仰掃描的探測方式所獲取的數據，在以雷達為坐標原點的極坐標中用不同的色標表示數據的大小和方向所產生的雷達圖像產品。

由圖6可知，在垂直方向上有強烈風向切變和風速切變。綜合20日16：00—18：00對應方位的降水量資料，可得出此時段對流性暴雨發生在具有強烈垂直風切變和低層徑向速度輻合最大的地區。

2 結論

（1）暴雨的產生是由天氣尺度和中小尺度綜合作用的結果，暴雨天氣過程中可由多個中小尺度系統（如中氣旋、逆風區及低空急流）共同作用產生，當有暖平流存在時，有利于持續性降水。在低空急流軸的左前方有強降水產生。

（2）通過對典型中小尺度系統雷達的徑向速度分析研究，不能單從雷達的徑向速度來明確區分，而要配合相應的反射率因子等才能判斷，將雷達速度回波和反射率因子相結合是分析典型中小尺度系統的有效方法。

3 參考文獻

[1] 吳書君，王鳳嬌，王立靜.強對流天氣的多普勒徑向速度分析[J].山東氣象，2002，22（4）：27-29.

[2] 張京英，漆梁波，王慶華.用雷達風廓線產品分析一次暴雨與高低空急流的關系[J].氣象，2005，31（12）：41-45.

[3] 李軍霞，湯達章，李培仁，等.中小尺度的多普勒徑向速度場特征分析[J].氣象科學，2007，27（5）：557-563.

[4] 朱乾根，林錦瑞，壽紹文，等.天氣學原理和方法[M].北京：氣象出版社，2007.

[5] 張杰.中小尺度天氣學[M].北京：氣象出版社，2005.

[6] 周春花，顧清源，何光碧.高原渦與西南渦相互作用暴雨天氣過程的診斷分析[J].氣象科技，2009，37（5）：538-544.