风云地球平台在湖南南部一次暴雨天气过程的应用

文 | 李婷 戴劲 何宁 翟子豪

1.邵阳市绥宁县气象局 2.湖南省湘潭市气象局 3.郴州市气象局

一、引言

暴雨是我国重要的灾害性天气之一，对暴雨进行准确的预报，无论是形成机理还是预报预警方法都有了较好的研究[1-2]，暴雨天气过程由于其分布及尺度变化的不均匀性，一般的方法难以对其进行多方位全面观测，卫星遥感监测成为天气监测的重要手段[3-5]。我国风云气象卫星已有近50年的发展，所发射的极轨卫星和静止卫星可以很好地实现光学成像、多光谱探测等功能[6-8]，目前基层气象部门在灾害性天气过程的预报预警服务工作中比较依赖天气雷达回波产品，较少结合气象卫星产品高时间分辨率、空间分辨率等优势进行运用。风云地球平台于2022年6月投入湖南省业务试运行，是以我国风云气象卫星为基础，集成云图、要素和事件、灾害性天气、气候和模式检验五大模块展示最新风云云图以及云相态、大气温度、强对流检测等产品数据，针对台风、强对流、暴雨等灾害性天气进行应用，平台以预报员需求为引导，为精细化天气监测预警起到了一定的支撑作用。本文利用风云地球平台卫星监测及其相应的产品对湖南省2023年10月19日的一次受台风“三巴”及冷空气共同影响对湖南南部地区产生的暴雨过程进行诊断分析。

二、过程概况

风云地球平台灾害性天气台风模块可对台风路径及强度进行监测。2023年10月17日，台风“三巴”于南海西北部形成并向北偏西前进，10月18日加强为热带风暴级，10月19日上午在海南省东方市沿海登陆，夜间加强为强热带风暴级，中心位置（108.5°E，19.0°N），最大风速20.0m/s，中心低气压998.0hPa（图1），于10月20日上午9时前后在广东省遂溪县沿海再次登陆，减弱后的热带低压于同日晚间19时40分许在海南省临高县第三次登陆，于当晚23时被中央气象台停止编号。受“三巴”台风外围及北部南下冷空气共同影响，10月19日08时至10月20日08时，湖南南部地区出现大到暴雨，其中永州双牌县、郴州苏仙区局地大暴雨，最大降水量为双牌县阳明山站109.7mm。本次主要利用风云地球平台对台风“三巴”第一次登陆做具体分析。

图1 2023年10月19日07时风云地球卫星云图叠加台风路径图

1.卫星云图监测

（1）FY-4A 可见光云图分析

风云地球平台云图模块可提供风云四号A星（FY-4A）、风云四号B星（FY-4B）可见光、红外、真彩云图，FY-4A可见光云图影像时间分辨率为5min，空间分辨率500m，利用其高时间分辨率及空间分辨率特性可清晰并且快捷地对台风进行有效监测。2023年10月17日（图2a），在台风发生初期可明显看出南海西北部开始有不对称高亮涡旋云系生成，不断发展并逐渐向西北部前进，18日继续发展，于10月19日09时（图2b）在海南省东方市沿海登陆，台风东北部云团发展旺盛，外围影响湖南南面地区。同时北面冷空气云系在19日逐渐与台风带云系交汇，共同作用下形成一条交汇对流云带，呈东西走向维持在湖南南部地区，持续发生强对流过程，20日过程趋于结束。

图2 FY-4A可见光云图

（2）FY-4A真彩色云图分析

FY-4A真彩色影像弥补可见光夜间观测短板，19日白天台风已登陆持续北上并逐渐与冷空气交汇，至20时（图3a）台风外围影响整个湖南地区，与冷空气共同作用使湖南南部出现一条白亮的对流云带，此时在永州、郴州、衡阳、株洲等地区发生强对流天气，22时后（图3b）台风逐渐减弱。

图3 FY-4A真彩色云图

2.天气过程分析

风云地球云图环流形势模块提供不同高度环流形势场产品，10月17日08时200hPa大陆北部有两个高压系统形成横向低槽，共同作用下产生南下冷空气，500hPa南海出现涡旋状气流，台风“三巴”受副高内部引导气流影响向西北方向移动，西南水汽向湖南一带输送，为暴雨过程提供了充分的水汽条件；10月19日20时（图4a），200hPa高空大陆西北冷空气增强并南压，台风“三巴”已登入大陆，台风外围云系向内陆延伸，500hPa（图4b）低空风场台风外围与西北冷空气交汇，产生一条自西向东急流带，湖南南部永州、衡阳、郴州、株洲等地受影响并发生降雨过程。

图4 风云地球云图环流形势图

3.灾害性天气监测分析

（1）台风环境流场分析

风云地球平台灾害性天气模块中台风大尺度环流场，云图叠加了GFS逐6h流场、散度场和风场预报，可以有效预测台风流场变化对台风发展趋势有一定的指示作用，分析2023年10月19日20时200hPa高层散度（图5a）场及850hPa低层散度（图5b）场，高层辐散低层辐合配置加快了暖空气的抬升，有利于对流发展，结合500hPa流场图（图5c）可看出“三巴”台风所产生的急流与大陆冷空气急流交汇形成西东向急流带，风切变数据（图5d）侧面表明台风发展趋势，大陆冷空气发展不利于台风北上，与大陆冷空气交汇后冷空气将逐渐阻止台风的北移。

图5 2023年10月19日20时台风“三巴”环境流场

（2）KI值分析

不稳定能量（KI）是对流所产生的必要条件之一，根据风云地球平台灾害性天气能量指数模块风云三号E星（FY-3E）VASS KI指数产品（图6）数据，2023年10月18日（图6a）不稳定能量主要在洋面波动，随着影响系统向北运动，在19日（图6b）不稳定在湖南南部增强，指数达36K，为对流过程提供不稳定能量条件。

图6 FY-3E VASS KI指数

（3）强对流监测分析

利用风云地球平台初生对流监测产品分析，在此次过程中，2023年10月19日12时开始有初生对流在湖南西南部产生，随着台风的移动结合对流监测产品，至20时（图7）发展为最强阶段，成一条东西走向的对流带，最强对流亮温小于-70℃，影响邵阳、娄底和湘潭地区。

图7 2023年10月19日20时强对流监测

4.单要素分析

（1）云相态分析

云相态是云的热力学状态，一般分为液态和固态，云相态的变化一定程度上也代表了辐射系统收支平衡和天气系统的演变过程[9]，风云地球平台要素和事件云参数模块将云相态分为暖水云、过冷水云、混合云、冰云四种，可以更加精细准确地判断云相态的细微变化。2023年10月17日08时（图8a），台风位于洋面产生运动，冷高压影响中国北部地区，湖南地区北部有少量暖水云以晴天为主，至2023年10月18日20时（图8b）湖南南面有冰云出现，覆盖永州、郴州、衡阳、株洲并逐渐北移，此时永州、郴州、衡阳、株洲开始产生阵雨。10月19日08时（图8c）台风逐渐登陆，湖南北面同时受北方冷空气影响，此时上空覆盖暖水云，中南部被冰云覆盖，永州、郴州、衡阳开始产生混合云，云相态的转变同样显示了正在发生的对流天气运动，降水持续，至10月19日20时（图8d）过程稳定发展，云相态显示出明显分层，湖南北部转化为过冷水云，中部被冰云覆盖，南部被混合云覆盖，降水加强，强对流天气主要发生在湖南南部地区。

图8 2023年10月17-19日湖南地区云相态演变

（2）大气温度分析

过程的发生往往伴随着大气温度的变化，风云地球平台要素和事件温度模块提供温度分层、变温分层等产品，可从多尺度对大气温度进行分析，根据平台大气温度分布数据可明显看出10月19日22时（图9a）从高层至地面均有温度分层带，而高层的冷暖分界范围明显大于低层，高层暖气团较为集中，24小时变温（图9b）也可看出整体气温变化的不稳定，中高层产生明显正负变温分界线。直观展示台风所带来的湿暖气流与北面冷空气相交汇，加剧当地不稳定性产生对流性降水过程。

图9 2023年10月19日湖南大气温度

三、结论

本次利用风云地球平台各模块产品数据对湖南南部的一次受台风和冷空气共同影响的暴雨过程进行了分析，为精细化天气监测预警起到了一定的支撑作用，具体结论如下。

1）结合风云地球平台云图、环流形势及灾害性天气台风模块分析此次过程发展趋势，过程主要受台风“三巴”与冷空气共同影响，台风“三巴”于2023年10月17日在南海西北部形成并向北偏西前进，并在副高影响下不断带动暖湿气流向大陆移动，冷空气逐渐南下，二者最终交汇使湖南南部产生暴雨天气。

2）结合风云地球平台灾害性天气台风环境场、能量指数模块分析过程产生条件，2023年10月19日高空辐散低空辐合的配置有利于强对流发展，加快暖空气的抬升，为暴雨提供有利动力条件；KI指数显示在19日湖南地区达到最强，提供了不稳定能量条件；过程发生时对流自南向北影响湖南，对流亮温在29日20时达到最低为小于-70℃，可及时监测对流移动方向及影响区域。

3） 结合风云地球平台要素和事件模块分析过程进行时不同要素的转变实现过程可视化，湖南南部上空云相态变化为过冷水云-冰云-混合云，湖南南部大气气温变化从高空至低空均有不同程度温度分界线，24h内产生明显变温变化，直观展现冷暖气团在湖南南部上空交汇加剧当地不稳定性出现对流性降水过程。