2008年贵州两次大暴雨过程雷达回波演变特征分析

杨秀庄,李 鹏,汪 超

(1.贵州省气象台,贵州 贵阳 550002;2.黑龙江省人工影响天气办公室,黑龙江 哈尔滨 150030)

2008年贵州两次大暴雨过程雷达回波演变特征分析

杨秀庄1,李 鹏2,汪 超1

(1.贵州省气象台,贵州 贵阳 550002;2.黑龙江省人工影响天气办公室,黑龙江 哈尔滨 150030)

利用新一代多普勒天气雷达资料,分析贵州 2008年 2次典型的大暴雨过程。分析表明,这 2次大暴雨过程呈现雨量大、雨强强,降水成片等特点,其回波演变特征出现了低质心回波、逆风区、低空急流等一般暴雨的雷达回波演变特征。降水直接影响系统为中尺度对流系统 (MCS),在雷达回波图上表现为对流型降水和混合云降水,混合云降水贡献相对较大。

贵州;大暴雨;回波特征

1 引言

暴雨是引发我国自然灾害的主要天气现象之一,特别是大暴雨,其造成的灾害程度大,死亡人数多,是关注的重点。人们对环流背景及在环流背景上发展起来的直接造成暴雨的中尺度系统已经有了比较深入的认识,近年来又开始利用多普勒雷达资料对一些暴雨及大暴雨过程进行研究。多普勒天气雷达具有较高的时间和空间分辨率,是探测暴雨中尺度系统非常有效的遥感工具,国内许多专家对暴雨天气的多普勒雷达特征进行了分析和总结,为暴雨的预报和研究提供新的探测信息和预报思路,取得了若干有意义的成果。刘洪恩[1]利用多普勒雷达资料研究了低空急流、暖平流、冷切变、逆风区等暴雨中尺度系统的雷达回波特征,指出这些中尺度系统对暴雨临近预报有明确的指示意义 ;夏文梅[2]等利用冷暖平流和辐散辐合风场叠加的多普勒速度特征,对一次连续性大暴雨风场进行了研究;周雨华[3]等对几次副高边缘暴雨的多普勒雷达资料进行了对比分析总结。贵州地处我国西南部,夏季受西南季风的影响,是暴雨多发地带,研究贵州省暴雨及大暴雨的雷达回波演变特征,对其短时临近预报预警有一定的指导意义。

2 天气实况与资料介绍

2008年 5月 26日夜间,受高空槽影响,贵州西南部出现中尺度对流云团,云团发展过程中缓慢向东移动,在安顺地区普降暴雨。主要降雨时段:27日 01—06时,出现暴雨 6站,大暴雨 1站:安顺 116.4 mm。2008年 8月 15日夜间,受高空槽及低层切变共同影响,贵州中部一带出现两对流云团,两云团发展过程中合并加强,给贵州中部地区造成暴雨及大暴雨。降雨主要时段:15日 23—16日 05时,出现暴雨 24站,大暴雨 6站:贵定 185.4 mm、印江 124.3 mm、余庆123.4 mm、贵阳 113.3 mm、花溪 104.4 mm、石阡101.1 mm。这两次暴雨过程都是成片暴雨,出现总降水量大、雨强强、持续时间长的特点。5月 27日 03时安顺市 1h降雨量达到 47mm的极大值。

本文主要利用新一代多普勒雷达 pup产品,对这两次过程进行分析总结。选取雷达为贵阳 C波段新一代多普勒天气雷达 (106.7°E,26.6°N,CH INA/CD),海拔高度为 1 254m。主要利用的雷达pup产品:组合反射率 (CR)、径向速度 (V)、回波顶高 (ET)、垂直液态水含量 (V IL)。

3 雷达演变特征分析

通常造成暴雨的两个关键因素,一个是降水率,另外一个是持续时间。降水率与雷达回波反射率相关,降水时间则与降水单体的移速以及降水单体的生消有关。已有的研究证明了暴雨的常见雷达回波演变特征,如低质心降水回波、“逆风区”、辐合线、“牛眼”特征的低空急流等[4]。下面分别利用雷达的几种 pup产品分析这两次过程的回波情况,得出贵州地区暴雨过程的雷达回波演变特征。

3.1 雷达组合反射率 (CR)分析

3.1.1 2008年 5月 27日大暴雨过程 5月 26日23时云图(图略)上可以看到贵州西南部地区出现对流云团,同时贵阳雷达上也开始出现零星回波,这时并没有降水,对流单体处于初生阶段,上升气流占主导地位,个别单体开始出现云滴或雨滴。图1是 5月 27日不同时刻的雷达回波组合反射率因子演变图,a、b、c 3张图分别简单代表了对流云团不同阶段。图 1a显示,贵州西南部地区出现大面积混合型降水回波,以层状云降水回波为主,强度为 20～35dBz,但在其中也存在回波强度 >35 dBz的对流单体降水回波,呈块状,主要分布在毕节东南部及黔南的北部地区,最大强度为 53 dBz。总降水量较大的安顺地区回波约为 20 dBz,系统仍处于发展阶段。随着系统的演变,如图 1b所示,回波总体向东移动,面积更大,安顺地区出现了比较明显的强回波区,最强回波强度为 56 dBz,呈块状分布,45 dBz以上的回波基本集中在此地,此时安顺地区的降水属于对流性单体降水,降水率很高,02-03时 1h雨量达 47 mm。对图 1b中安顺地区强回波区沿黑线作剖面 (RCS)分析,>40 dBz的回波基本在 2～7 Km高度,且大部在 6 Km以下,而当天 0℃层高度约为 5.2 Km,-10℃层高度约为 7 Km,因此单体降水雨滴主要是暖云雨滴及部分过冷水雨滴,回波属于低质心降水回波,这与已研究得出的结论大致相同。图 1c中回波总面积减小,但安顺地区仍为强回波区,分析 01—05时每隔 6min的组合反射率图可以看到,安顺地区回波强度始终维持 40 dBz以上的回波,强对流单体长时间停留在这一带,也是造成这一地区明显的暴雨和大暴雨主要原因之一。

3.1.2 2008年 8月 16日大暴雨过程 从云图 (图略)的演变情况来看,15日 22时在贵州安顺地区和黔南州北部地区出现比较明显的两个对流云团,对流云团不断发展壮大,开始出现比较明显的强对流单体回波,但降水不强,16日 00时左右合并为一个比较典型的中尺度对流云团。图 2是 8月 16日不同时刻雷达组合反射率因子演变图。图 2a显示 (00时 04分CR图),贵阳市附近有明显的对流性降水回波,最强回波强度为 51 dBz,呈块状分布,其余的回波强度都较弱,为 20 dBz左右,表明对流系统在贵阳一带发展最旺盛,强对流单体发展迅速。对图 2a强回波区沿黑线作剖面 (RCS)分析,>40 dBz的回波强度都在6.0 K m以下,而当天 0℃层高度约为 5.5 K m,-10℃层高度约为 7.3 K m,因此单体降水雨滴主要是暖云雨滴及极少部分过冷水雨滴,回波属于低质心降水回波,雨强大,降水率高。图 2b,2c分别是 02时 07分和 04时 00分的组合反射率图,从图中可以看到,降水系统的总回波面积加大,贵阳一带 >30 dBz的回波面积也加大,但 >45 dBz的回波却大范围减弱,最大回波强度也减小,分别是 47 dBz和 49 dBz,此时的降水主要属于混合云降水,强对流单体降水很少。分析00-06时贵阳附近每 6min组合反射率图可以看到,此地区回波强度一直维持 30dBz以上,前期主要为雨强较强的对流性降水,后期主要为混合云降水,降水回波长时间停留,造成了这一地区的暴雨和大暴雨。

两次过程比较详见表 1。

表 1 CR分析二次大暴雨过程比较

3.2 雷达径向速度 (V)分析

3.2.1 2008年 5月 27日大暴雨过程 图 3是 5月27日贵阳雷达仰角为 2.4°不同时刻多普勒径向速度图。图 3a(01时 21分 V图)显示,零速度线呈典型“S”型,在贵阳 RAD处为南风,到第 1个距离圈高度转为西南风,再到第 2个距离圈高度风向转变为西风,表明风随高度顺时针旋转,雷达有效探测范围内有暖平流存在。从图中还可以看到在雷达的第一个距离圈有明显的“牛眼”特征,即在约 2 Km高度附近存在低空急流,急流入口处 (贵阳南面50 Km处)径向速度达 15～20 m/s,急流出口处 (贵阳北面 50 Km处)径向速度达 10～15 m/s,低空急流的形成为降水提供了源源不断的水汽和不稳定能量,非常利于暴雨及大暴雨的产生。图 3b显示,“牛眼”特征更为明显,低空急流区加大,径向速度加强,急流区的最大径向速度达 20 m/s,降水得以长时间维持。图 3c中安顺附近大片负速度区出现比较弱的“逆风区”,但“牛眼”特征变得不明显,低空急流减弱,回波总面积也减少,系统进入减弱消亡阶段。从图 3a-3c,径向速度图都显示出“牛眼”特征,低空急流的长时间存在,也为大暴雨的发生提供了必要条件。

3.2.2 2008年 8月 16日大暴雨过程 图 4为 8月16日贵阳雷达仰角为 2.4°不同时刻径向速度图。图 4a(00时 04分时 V图)显示,零速度线呈“弓”型,分布在息烽—开阳—龙里一线,零速度线西面主要为负速度区,东面为正速度区。分析零速度线高度处的气流情况,可以看到息烽—开阳—龙里一线 1.5 Km高度有辐散存在。贵阳有一小块正速度区被大片负速度区包围 ,即存在所谓的“逆风区”,已有的研究证明“逆风区”通常是暴雨出现的一个典型回波特征。在第 3个距离圈高度 4.5 Km以上,径向速度较大,最大达 15 m/s,此高度存在西南急流。图 4b(01时 58分 V图)可以明显看到,随着系统的东移,“逆风区”消失,但在贵定一带北面存在比较强的正速度区,强度为 10～15 m/s,南面存在 5～10 m/s的负速度区,形成一条比较明显的辐合线。零速度线呈反“S”型,风随高度逆时针旋转,雷达探测有效范围内存在冷平流。贴近地面 0.5 Km高度,有很弱“牛眼”特征。图 4c(04时 08分 V图)可以看到,辐合线还存在于贵定地区,强度有所减弱。低空的“牛眼”特征更为明显,存在比较弱的低空急流。零速度线仍成反“S”型。在第 3个距离圈到第 5个距离圈高度,负速度区和正速度区都出现 15 m/s的径向速度大值区,表明此高度上存在西南急流。

两次过程比较见表 2。

表 2 雷达径向速度分析两次大暴雨过程比较

3.3 雷达回波顶高分析 (ET)和垂直液态水含量(V IL)分析

分析贵阳雷达 5月 27日不同时刻回波顶高(ET)图 (图略)。从整个降水过程来看,开始回波顶高较大的地区很多,但比较分散,最大回波顶高为 16.8 Km,对流发展非常旺盛,且对流单体也比较多。系统发展到稳定成熟阶段,安顺地区的回波顶高一直很高,最大回波顶高为 15.2 Km,其他地区的回波顶高减弱,表明安顺地区一直是对流性降水,其他地区开始为对流性降水,之后转变为混合云降水。

分析 8月 16日不同时刻贵阳回波顶高图 (图略)。整个降水过程回波顶高都不高,大片为混合云降水,但贵阳南部“逆风区”或辐合线附近回波顶高较高,最大回波顶高达 19.8 Km,对流旺盛,降水率很高。

从两次过程的垂直液态水含量 (V IL)来看 (图略),5月 27日这次降水过程液态含水量偏低,最大液态含水量为 31 kg/m2,而 8月 16日过程液态含水量稍微大些,最大达 41 kg/m2,非常利于降水,造成了普遍的大暴雨。两次过程中出现的西南急流带来了源源不断的水汽,因而不会因为液态含水量低而使降水减弱。

4 结论

[1] 刘洪恩 .单多普勒天气雷达在暴雨临近预报中的应用[J].气象,2001,27(12):17-22.

[2] 夏文梅,张亚萍,汤达章,等 .暴雨多普勒天气雷达资料的分析[J].南京气象学院学报,2002,25(6):788-794.

[3] 周雨华,黄小玉,黎祖贤,等 .副高边缘暴雨的多普勒雷达回波特征[J].气象,2006,32(1):12-17.

[4] 俞小鼎,姚秀萍,熊廷南,等 .多普勒天气雷达原理与业务应用[M].北京:气象出版社,2005.

P406

B

1003-6598(2010)06-0010-04

2010-05-18

杨秀庄 (1983-),男,助工,主要从事中短期天气预报及短时临近预报工作。

中国气象局武汉暴雨研究所开放基金项目(IHR2006K03)。