強對流過程雷達產品指標特征分析

張靖 羅慧妮 蘭明才

摘 要 利用株洲地區2012-2016年強對流過程雷達產品資料，對比檢驗省臺專家總結的一些強對流指標，發現：冰雹預警指標，省臺總結的是大冰雹-20℃層以上有大于等于50dBz左右的回波，這個指標在株洲還可以再高一點，為55dBz;回波移動速度多少算快，通過對雷雨大風和對流暴雨的回波移動速度比較，發現雷雨大風的回波普遍移速5個體掃基本都能達到20～25km，甚至能達到25～30km，而對流暴雨的雷達回波移速基本在5個體掃20km以下;對產生對流暴雨的回波強度及持續時間統計，40～45dBz回波要達2小時以上，45～50dBz要達1小時以上，50dBz以上半小時左右就可以達到。

關鍵詞 預警指標;雷雨大風;對流暴雨;冰雹

引言

雷雨大風、冰雹、短時強降水是株洲主要的強對流災害天氣，其屬于中小尺度天氣系統，空間尺度小，生命史短暫并帶有明顯突發性，同時也是破壞性強的災害性天氣。很多專家學者對強對流預報預警方法和監測識別技術有很多研究。孫繼松等[1]從預報實踐的角度討論了水汽、不穩定層結、輻合抬升等天氣系統環境條件與強對流之間的關系。俞小鼎[2]介紹了強對流天氣的多普勒天氣雷達識別和預警技術。廖玉芳等[3]利用11次強對流事件中23個產生三體散射的強對流風暴，對三體散射的統計特征進行了分析和討論。蔡榮輝等選取2013-2015年洞庭湖區域15次雷暴大風天氣過程，總結歸納雷暴大風天氣過程的天氣形勢配置、雷達回波特征與預報著眼點。葉成志等，姚蓉等，周慧等，唐明暉等，周長青等對湖南強對流個例進行了深入分析，總結了強對流過程環境條件特點及雷達回波特征，并分別就雷暴大風、冰雹、短時強降水提出需重點關注的方面，并且給出了相應的指標，省內其他地市預報員也對本地一些強對流天氣過程進行了總結，外省預報員也對其本地強對流天氣過程進行了總結，但都只是個例分析，株洲雖然也對強對流天氣過程做了不少總結，但一般也限于單次個例，對短時臨近預警指標也缺乏系統有效驗證。胡愛軍副局長多次在全省講話中強調提前量在短臨預警中的重要性。正是出于這種考慮，本文旨在通過統計多年株洲強對流天氣過程中雷達產品特征，總結出更適合株洲的短臨預警指標，更好地做好短臨預警信號的發布。

1強對流天氣雷達產品預警指標

省臺專家周長青指出，雷雨大風重點關注低仰角速度大值區、中層徑向輻合，反射率因子核迅速下降、快速移動的回波，颮線、弓形回波、超級單體等對流系統;對流暴雨關注列車效應，低質心降水回波;冰雹重點關注三體散射、最強反射率大雨等于60dBz、較大的基于單體的VIL（一般來說大于等于40kg/m2）;小冰雹，0—-20℃層之間有大于等于50dBZ左右的回波;大冰雹-20℃層以上有大于等于50dBZ左右的回波;存在BWER或WER;速度圖上單體頂層輻散強;當風暴質心開始下降時，即將出現冰雹，本文主要分析2012-2016年發生在株洲地區的強對流過程中雷達產品特征，試圖找出更適合株洲的短臨預警指標。

1.1 雷雨大風

本文統計了株洲全市10次雷雨大風天氣（表1），對回波特征、回波移動方向、上游實況、低仰角速度大值區、中層徑向輻合等特征，發現這幾次雷雨大風天氣多由颮線、弓形回波、線狀回波或超級單體造成，低仰角徑向速度圖基本都出現了速度模糊或達到27m/s的徑向速度，并且都能看到中層徑向輻合，中層徑向輻合都提前大風10～30min，大部分大風都可以觀察到反射率因子核的快速下降，一般可以在一兩個體掃的時間內從5km以上降到3km以下，大部分回波移動速度為5個體掃25～30km，上游（長沙、湘潭、衡陽等）的雷雨大風天氣對我市的雷雨大風預警指示作用也很好，中層徑向輻合一般可以提前10-30分鐘預報，因此，可以作為預警信號發布的重要著眼點，還可以關注低仰角徑向速度。因此，對于雷雨大風的短臨預警，在研判存在對流潛勢的前提下，如果上游已經出現了實況，回波外推又會影響到本地，最好及時發布預警信號，如果是夏季局地熱對流引起的雷雨大風，一般范圍很小，很難獲取上游信息，根據2012年4月27日、2014年6月19日、2016年8月26日中的相關數據，預警就只能在研判存在雷雨大風潛勢的前提下，通過查看回波特征、中層徑向輻合、低仰角速度大值區特征、是否有反射率因子核快速下降等特征來發布。利用2020年5月4日全省較大范圍的雷雨大風天氣檢驗，這次過程回波從西北往東南發展，湘西、張家界、常德、益陽先后出現雷雨大風天氣，至4日23時回波主體還在婁底-益陽境內，經過強對流潛勢判斷，我們覺得回波主體會繼續移動到我市境內，并造成我市雷雨大風，于是我們在4日23時57分發布了雷雨大風藍色預警信號（圖1），實況是5日1時21分我市株洲站達到了雷雨大風標準（圖2），預警信號提前量將近一個半小時。

1.2 對流暴雨

對流暴雨一般考慮列車效應或者低質心降水回波，從下表（表1）可以看到，多數對流暴雨是由列車效應產生，從回波移動速度來看，5個體掃10～15km的占44.4%，5個體掃15～20km的占55.5%，質心高度都在4km以下，部分對流暴雨出現前都有逆風區的存在，并且逆風區提前10分鐘到1小時，VIL都在40kg/m3以下，通過對反射率因子強度的連續監測和雨量監測，發現不同強度回波降水效率不同：要達到暴雨標準，40～45dBz回波要達2小時以上，45～50dBz要達1小時以上，50dBz以上半小時左右就可以達到。由于逆風區一般提前強降水10分鐘到1小時，因此，逆風區可以作為暴雨預警的一個重要指標。考慮到預警的提前量，我們在實際預警發布過程中多數時候不能根據回波是否產生列車效應來判斷對流暴雨的預警，在研判存在暴雨的前提下，一種有效方法是首先看上游實況結合強降水回波移動情況，如果上游出現了成片的暴雨區域，且強降水回波繼續影響，則可以考慮發布，如果回波后續發展情況不太明了，可以看是否存在逆風區，如果存在，可以考慮發布暴雨預警信號。但是由于夏季局地熱對流造成的暴雨局地性強，持續時間短，目前來看，對此情況，最有效的預報預警手段是在充分分析對流潛勢的前提下，加強實況監測。

1.3 冰雹

目前省臺總結的冰雹預警指標較多，也較為具體。通過分析9次發生在株洲地區的冰雹，發現其都滿足這些冰雹預警指標，回波中心強度均在60dBz以上，回波中心越強，三體散射特征越明顯，VIL值也都在55g/kg以上，均存在BWER或WER，均存在風暴頂輻散，冰雹尺寸與最強反射率因子和擴展高度有關，當強度達到65dBz且-20℃達到55dBz以上時，冰雹尺寸達到3～5cm，當強度達到60dBz且-20℃達到50dBz以上時，冰雹尺寸一般為2～3cm，這些指標與省臺專家總結的基本一致，有一點區別是省臺總結的是大冰雹-20℃層以上有大于等于50dBz左右的回波，這個指標在此次統計中還可以再調高一點，為55dBz。總的來說，這些指標在預警發布時非常有效，有助于我們迅速判斷冰雹位置，我們就可以根據冰雹回波的移動來判斷冰雹的落區。根據這些指標，以及對冰雹回波的移動路徑判斷，今年5月5日0-2時成功地對株洲縣、醴陵、攸縣發布了多次冰雹橙色預警，提前量最短為半小時以上（醴陵），長的達到1小時以上（株洲縣）。

2結束語

本文旨在對省臺專家總結的強對流預警指標進行檢驗，通過上述強對流過程總結對比，發現這些指標在株洲的適用性非常好，運用好這些指標能在短臨預警發布中發揮重要作用，但是也存在不足：

（1）對某些指標比較定的比較寬泛，例如冰雹預警指標，省臺總結的是大冰雹-20℃層以上有大于等于50dBz左右的回波，通過多次株洲冰雹過程統計，這個指標在株洲的應用還可以再高一點，為55dBz。

（2）回波移動速度何快何慢省臺沒有明確指出，本人通過對雷雨大風和對流暴雨的回波移動速度比較，發現雷雨大風的回波普遍移速較快，5個體掃基本都能達到20～25km，甚至能達到25～30km，而對流暴雨的雷達回波移速通常較慢，基本在5個體掃20km以下。

（3）對反射率因子強度和降水效率統計得到，要達到暴雨標準，40～45dBz回波要達2小時以上，45～50dBz要達1小時以上，50dBz以上半小時左右就可以達到。

參考文獻

[1] 孫繼松，陶祖鈺.強對流天氣分析與預報中的若干基本問題[J].氣象，2012，38（2）：164-173.

[2] 俞小鼎.強對流天氣的多普勒天氣雷達探測和預警[J].氣象科技進展，2011，1（3）：31-41.

[3] 廖玉芳，俞小鼎，吳林林，等.強雹暴的雷達三體散射統計與個例分析[J].高原氣象，2007，26（4）：812-820.