多普勒雷達產品在暴雪天氣過程中的應用

孫菀

摘要 利用常規觀測資料、新一代多普勒雷達產品結合天氣形勢和實況對2017年2月21日發生在河南省駐馬店地區的一次分別伴有強降雪和雷暴的暴雪天氣過程和數據進行了詳細分析。觀測結果表明，此次連續降雪過程主要是因為受高空槽的東移運動影響，中低層暖濕空氣和急流的連續快速輸送和維持為此次過程提供了充沛的水汽，強風速急流帶造成的上升運動引起強降雨和雷暴的連續發生;暴雪強風速反射率輻合因子造成的回波運動強度一直維持在40 dBZ以上，回波頂高在9 km以上;速度場上零速度線呈“S”形結構，風向隨高度順轉，有暖平流存在;中低層“牛眼”結構是暴雪的顯著特征;風廓線場上，中低層有明顯的西南風急流和風垂直切變。

關鍵詞 暴雪;基本反射率因子;相對徑相速度;風廓線

中圖分類號：P412.25;P458.12 文獻標識碼：A 文章編號：2095-3305（2020）02-073-03

DOI： 10.19383/j.cnki.nyzhyj.2020.02.028

Application of Doppler Radar Products in Blizzard Weather

SUN Yu（Zhumadian Meteorological Bureau，Zhumadian，Henan 463000）

Abstract Based on the conventional observation data，the new generation Doppler radar products and the weather situation and the actual situation，the snowstorm process and data with strong snow and thunderstorm in Zhumadian area of Henan Province on February 21，2017 were analyzed in detail. The results showed that the continuous snowfall process was mainly affected by the eastward movement of the high trough，and the continuous and rapid transportation and maintenance of the warm and humid air and jet in the middle and lower layers provided abundant water vapor for the process. The ascending movement caused by the strong wind speed jet belt caused the continuous occurrence of heavy rainfall and thunderstorm. The echo motion intensity caused by the strong wind speed reflectivity convergence factor of the blizzard had been maintained at above 40 dBZ，the echo top height was above 9 km. The zero velocity line in the velocity field was of "S" structure，the wind direction changed with the height，and there was warm advection. The "bulls eye" structure in the middle and lower layers was the significant feature of blizzard. In the wind profile field，there were obvious southwest jet and vertical wind shear in the middle and lower layers.

Key words? ?Blizzard;Basic reflectivity factor;Relative radial phase velocity;Wind profile

冬季暴雪是一種常見的災害性降雪天氣，伴有雷暴的冬季降雪俗稱“雷打雪”，嚴重地影響人民的生活、交通運輸和農業生產。一般情況下降雪出現在較穩定的天氣條件下，而雷暴則在不穩定的對流云積云中產生，2種現象同時出現有重要的研究意義。新一代天氣雷達能獲得高時空分辨率的探測產品，為強降雪天氣產生機制的分析提供較為有利的條件。國內有很多學者都對冬季暴雪進行了分析研究[1-12]。筆者通過對照常規氣象觀測資料，分析新一代天氣雷達產品，為減少此類災害性天氣的發生提供一些參考依據。

1 寒潮暴雪實況

2017年2月21日，駐馬店市出現了一次寒潮暴雪天氣并伴有雷暴。駐馬店各站24 h日平均氣溫下降≥10.1℃。24 h降雪量分別為西平16 mm，遂平15 mm，上蔡16 mm，驛城區20 mm，汝南19 mm，平輿23 mm，確山20 mm，泌陽9 mm，正陽26 mm。主要降雪時段集中在21日10：00—19：00，11：00左右雨轉雪，積雪深度最深為5 cm（圖1）。

2 天氣形勢分析

此次降雪天氣過程發生在高空槽東移，較強西南暖濕氣流，配合東路冷空氣侵襲造成駐馬店地區的暴雪。過程前期500 hPa高空圖上亞歐中高緯環流呈兩槽一脊形勢，北歐低槽東移加深，槽前暖平流加強。700 hPa上低渦前部、切變線南側強盛的西南暖濕氣流疊加在850 hPa低層干冷的東北氣流之上，形成“天南地北”流場配置，使風的垂直切變不斷加大，上升運動不斷加強。從地面圖上看，地面持續的減壓，冷高壓隨冷空氣移動逐漸南壓，駐馬店市受冷高壓前部的東北氣流控制。逆溫層出現在暴雪開始前，隨著低層東北風冷層的加厚，逆溫層不斷被抬高增強。降雪開始時逆溫層的上下正好是“天南地北”流場形式。2月21日20：00低槽東移出河南省，西南暖濕氣流的輸送也隨之偏南，駐馬店地區受西北氣流控制，降雪結束。

3 多普勒雷達產品分析

3.1 基本反射率因子分析

此次降雪回波屬于積狀云和層狀云混合降水。2月20日23：00降水回波在南陽附近生成，不斷發展東移，回波強度在30 dBZ，降水形態是雨。回波呈零散的片狀，強度弱，結構松散，分布不均勻。21日09：00以后回波形狀由零散不均勻變為結構密實的絮狀且一直穩定發展。11：00以后層狀云回波中夾雜著積狀云回波，此時降水形態由雨轉為冰粒，回波整體強度在35 dBZ以上。13：00左右駐馬店市有雷暴產生，最大反射率因子強度為45 dBZ以上，同時次垂直剖面圖分析，回波頂高9 km以上，中心強度達3 km，說明有上升運動加強，對流發展旺盛。20：00以后回波強度減弱東移出駐馬店市，降水結束（圖2）。

3.2 速度場特征分析

2017年2月21日01：35 1.5°仰角徑向速度圖上，10：00以后底層呈正“S”形，中層呈反“S”形，由低到高風向為東北風-東南風-西南風-西風-西南風-南風，風隨高度先順轉再逆轉，表示雷達測站附近為暖平流，中層有冷平流疊加其上，形成典型的“天南地北”的流場形式。到14：04，正、負速度區均勻、連續，最大徑向速度區出現在4 km高度及以上，風速36 m/s，形成西南風急流軸。1.5 km以下，正負中心相對原點對稱分布，基本呈現“牛眼”結構;正負速度中心面積和中心值增大加強，說明低空東北風急流在加強，負速度始終大于正速度并不斷增大，說明氣旋式輻合也在加強，降水一直持續穩定，對應此時段降水量為全天最大值。17：00以后，零速度線呈反“S”形，測站附近轉為冷平流，降水趨于結束（圖3）。

3.3 風廓線特征分析

從2月21日08：42—10：43風廓線圖中可以看到，1.2 km以下為偏東風，1.2 km以上逐漸轉為東南風-南風-西南風，風隨高度順轉。10：18冷空氣加強，底層風向轉為東北風，風速為6 m/s，溫度隨之下降到0℃以下，此時降水形態由水轉為冰粒。之后底層風速不斷加大到12 m/s，說明底層東北風厚度在加大，強度在增強。2.1 km高度以上西南風力也不斷加強，最大可達27 m/s。從下到上沒有風速中斷層，水汽輸送通暢，有利于暴雪的生成和發展。19：00以后風速減弱，下降為6 m/s，2.4 km以下轉為西北風，以上西南風速也減弱，降雪逐漸結束（圖4）。

3.4 垂直液態含水量

2月21日08：16駐馬店周圍有零散的M值小于5 kg/m2，此時降水為小雨。10：00以后降水加強轉為冰粒，M值范圍強度不斷增大，在5～10 kg/m2，在測站正西方200 km南陽境內處M最大值達到10 kg/m2。12：57駐馬店南部、北部、東部及西部大部分M值都在5～10 kg/m2，在測站東北59° 28 km、正南119° 14 km、西北286° 149 km，M值最大13 kg/m2，此時有雷暴產生，也是降水的最強時段。17：00以后隨著系統的逐漸東北移，M值逐漸下降釋放，M大值區也隨之逐漸減弱并東移出，駐馬店市降水逐漸減弱直至停止（圖5）。

4 結論

（1）此次降雪天氣過程形成的主要原因是高空低槽東移，中層暖濕西南氣流疊加在低層干冷東北氣流之上，是典型的“天南地北”流場。

（2）暴雪過程的多普勒雷達回波分布均勻、連續，范圍較大，具有明顯的絲縷狀紋理結構。普通降雪的基本反射率因子在30 dBZ，伴有雷暴的降雪反射率因子較大，一般在45 dBZ以上。? ? （3）速度場上底層零速度線呈“S”形，中層呈反“S”形，表明低層暖平流，中層有冷平流疊加其上，有利于降水云系的發展。0～1.5 km高度有明顯的“牛眼”結構特征，表明降雪的持續。

（4）風廓線圖上，雷暴發生時1.2～1.5 km高度有偏北風和偏南風的切變。

（5）冰粒的垂直液態含水量較純雪要強，M值在5～10 kg/m2。

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責任編輯：鄭丹丹