卫星资料在西藏暴雪天气中的应用

德庆　代华光

摘 要：文章利用micaps常规资料和风云2E气象卫星资料，对西藏西南部的四次灾害性暴雪天气环流做了对比分析，着重结合卫星反演资料，对TBB、OLR、云导风和降水估计做了较为详细的分析描述，以探索卫星反演资料在西藏暴雪天气过程中的指示意义，为更好地预报暴雪天气寻找有利的预报依据。

关键词：西藏；卫星；暴雪

引言

近年来随着我国航天技术的飞速发展，气象卫星取得了举世瞩目的发展和应用，卫星资料具有直观、时空分辨率高、受地形影响小等特点， 同时大大弥补了高原大地测站稀少，大片的无人区没有资料可参考的预报上的缺陷，可以说卫星资料在西藏天气预报中的作用远远超过了其他的许多预报工具。

西藏高原，地形复杂，天气系统多变，数值模式的稳定性相对较差，雷达的应用局限性很大，如何正确、有效地把大量的卫星资料应用到西藏天气预报分析中是当前面临的重要问题，目前我区对卫星的应用主要是看云图了解云系分布和移动发展情况，基本上局限于单一应用，不能发挥卫星反演资料的优势，不仅浪费了宝贵的大量卫星资料，也无法了解和反映这些资料在西藏地区的应用情况。在数值预报的基础上，如果能充分利用卫星反演资料，对更好地把握测站稀少的西藏地区的灾害性天气落区和强度有至关重要的意义，而暴雪是西藏最主要的灾害性天气，暴雪给当地的农牧业和人民生活带来了严重的影响和极大的财产损失，据此，文章应用卫星资料，结合西藏西南部地区的四次暴雪天气过程，探索卫星资料在西藏暴雪天气过程中的指示意义。

1 资料及方法

1.1 说明

西藏西南部地区包括阿里地区南部和日喀则地区的西南部地区，涉及多个县，虽然范围广，但缺少观测站点，自动站又无法记录固态降水，有人值守的观测站只有普兰和聂拉木，所以只能通过两个站的六小时人工观测的降水强度作为一个切入点来探讨。

选用四次过程时段（2012年02月07日08时至09日08时；2013年01月17日08时至20日08时；2013年02月04日08时至08日08时；2013年02月15日08时至18日08时）国家气象局下发的FY2E的TBB、OLR、云导风和降水估计，用双线性二次插值方法插值得到聂拉木和普兰的站点值。降水量采用地面人工观测的08时14时20时和02时六小时降水量。TBB六小时六张图，在六小时内云的发展情况很复杂，一些云增强或减弱，亮温有很大变化，为了更好地描述[1]，六小时内最低TBB值选作和六小时降水量对应时次的TBB值；OLR六小时两张图，和六小时降水量对应时同样选较低的OLR值；云导风和降水估计是每六小时一张图，和六小时降水量有对应关系。

1.2 插值方法与原理

按照双线性二次插值方法，在纬向上进行插值之后再经向插值。

2 实况及灾情

2013年01月17日至02月17日期间出现的三次过程降水总量聂拉木和普兰分别为222mm和96mm，1970年至2010年的同期平均值分别为51mm和11mm，远远超出同期平均值，同时普兰2013年1月18日的38mm和聂拉木2012年2月8日的92mm突破了日降水量历史极值。

这几次的暴风雪天气造成普兰至聂拉木一带严重雪灾，给交通、牧业生产、城市供电、通讯网络等造成了严重的影响。2013年的三次强降雪造成阿里、日喀则地区15个县78个乡（镇）、335个村、24007户96978人不同程度受灾；死亡牲畜104694头（只、匹）；造成阿里、日喀则、山南、林芝和拉萨等地部分国省干线公路和农村公路持续遭灾、反复断通，累计受灾里程5679公里（其中国道2078公里、省道893公里、农村公路2708公里），造成12个县、35个乡（镇）、75个行政村交通中断。

3 暴雪天气500hPa环流

2012年02月08日中高纬地区经向度大，乌拉尔山地区为高压脊，贝加尔湖至鄂霍茨克海为一宽广的低值区，里海附近有一深厚的低压环流，里海附近的低压分裂冷空气影响，高原西侧长波槽东移南压上高原，我区大部受西南气流控制；2013年1月18日乌山地区受弱脊控制，整个西伯利亚为低值区；201年2月5日乌山以东西伯利亚为长波脊区，贝湖附近是深厚的低值区；2013年2月17日乌山为长波脊区，东西伯利亚至贝湖地区受低值区控制。

这几次过程整体上相似度很高，做了环流平均发现：乌山以东地区为长波脊区，贝加尔湖至鄂霍茨克海为一宽广的低值区，两高较强，伊高有利于引导冷空气南下高原，副高有利于南支槽的加深和维持。由于高原上存在南支槽是直接的影响系统，文章把560线作为南支槽特征线做了对比，此类过程中高度场560线位置在在35°N以南，2012年02月08日560线位置最偏南，降水强度最强，超过了历史同期极值。

4 暴雪天气云图和影响系统

气象卫星主要是利用不同大气粒子对不同波段辐射吸收特性的不同而进行检测，就数据产品而言，可分为云图产品及导出产品。云图产品如红外云图、可见光云图、水汽图等，它主要是利用云对各种光谱段反射、辐射和散射特性的不同而形成[2]。

四次暴雪过程从红外云图上分析，阿里地区西北部云系明显，前期高原主体和孟湾地区基本为晴空区，高原西北部的强云系在东移过程中不断影响高原，但四次过程主要影响云系是从阿拉伯海经印度半岛移至西藏西南部。随着过程的开始从阿拉伯海不断有云系移至聂拉木地区，此时西北的云系也已进入高原主体，南北两支云系大概都在西藏西南部的普兰一带开始汇合，我区自普兰开始出现降雪。在90°E以西两支云系完全汇合在一起，聂拉木就属于两支云系完全汇合后形成的云系的最强影响落区，汇合后的云系开始往东北方向移动，降水落区也从西南部向东北方向转移。

5 暴雪天气卫星反演产品分析

卫星云图导出产品是指对气象卫星遥感探测的数据进行反演计算得到的各种产品，如云导风、射出长波辐射、降水估计、相当黑体温度等等。

5.1 TBB

利用TBB等值线的分布及梯度特征，可以诊断预报可能伴随的天气现象和落区，在短期和短时临近预报中有重要的应用前景[3]。

在这四次暴雪过程中聂拉木和普兰的TBB变化情况如图：聂拉木在过程初期TBB均在250K以上，过程开始12～18h时，TBB在250～225K之间，在过程开始18～40h内，TBB持续保持最低状态，其值在230～215K，但最低不会超过215K，过程开始48h后TBB明显开始上升，当过程结束时TBB值为260K。普兰整体变化情况和聂拉木相似，但普兰过程开始前TBB明显比聂拉木低，TBB均在240K以下，在强降水集中时段TBB最低值能达到210K，这个值也比聂拉木低。

总体而言，过程初期TBB都在较高的位置，随着降水临近TBB迅速下降，到了强降水集中时段，TBB开始持续保持低值状态，当过程结束时TBB开始上升，其中聂拉木过程初期TBB值在250K以上，而普兰在230K左右，在强降水时段，聂拉木最低值不超过215K，普兰能达到210K。

从四次过程中挑选了降水量≥2mm的所有时次作为样本，得到如下关系：随着降水量增大，TBB值呈逐步下降趋势。聂拉木降水量≤8mm时，TBB大多落在240～255K之间，降水量≥8mm时TBB开始回落，当降水量为20mm左右时TBB为最低值215K，随后降水量逐渐上升，但TBB不会超过215K，反而有一次回升，当降水量为40mm时，TBB在230K左右。普兰降水量≤8mm时，TBB大多落在210～225K之间，降水量≥8mm后TBB保持在210K左右，但也有一个略为回升的趋势。

在暴雪过程中，降水量≤8mm时TBB和降雪量有正比关系，降水量在8～16mm之间时TBB保持最低状态，降水量≥16mm后，TBB和降雪量有反比关系，但TBB不会超过230K。

5.2 OLR

OLR是指地球大气系统在大气层顶向外空辐射出去的所有波长的电磁波能量密度，其大小主要由下垫面发射的温度决定。

四次暴雪过程的OLR变化情况看（图略）：每次过程的变化情况不太一致，在过程中OLR波动明显，两站在过程开始18～36h之间有达到最低值的情况存在，另外从OLR低值区的移动情况来看，降雪最强落区的的变化情况较为一致，既OLR低值区能反映云系移动方向，云系移动方向就是降雪落区的转移方向[4]。

四次过程中挑选了降水量≥2mm的所有时次作为样本，得到如下关系，如图8所示。

降雪量≥2mm时，聂拉木OLR值在130～215W/m2之间，普兰在110～160W/m2之间，降雪量大小和OLR值有一定的正比关系，即整体而言，降雪量越大，OLR在呈下降趋势。聂拉木降雪量≥8mm时OLR基本在160 W/m2以下，普兰降雪量≥8mm时OLR接近100 W/m2。

很明显普兰的OLR在这四次过程中远远低于聂拉木，这种现象在TBB变化情况中也存在，TBB低于聂拉木30K左右，OLR低于60 W/m2左右，由此也联想到系统的发展变化，普兰在四次过程中是冷暖空气交汇的初始地点，从云图上分析北边的云系大范围影响到普兰，普兰上空的云明显比聂拉木强，在地形抬升作用下，对流开始强烈发展，随着暴雪系统逐步成熟和稳定，落区开始东移南压到了聂拉木一带，所以较强的降水出现在聂拉木而TBB和OLR普兰更低。

5.3 云导风

云导风是指用连续几幅静止气象卫星图像追踪图像块（示踪云）的位移，并计算示踪云所代表的云或水汽特征所在高度的层次，以获得这些层次上风的估算值，云导风产品在很大程度上增加了测站稀少地区探空资料的密度，尤其是很大程度上填补了海洋、沙漠和高寒山区探空资料的空缺[4][5]，它对云系形成的环流系统表现较为直观。

以下给出四次降雪过程500hPa风场和云导风的叠加图，云导风描述有高低空风场和中高空，结合西藏实际，文章分析了中高空云导风（红色风）。

四次过程而言，从云导风明显看到其冷暖空气的移动路径，北部云导风表现为咸里海地区东移南下的西北风，另一路是源自阿拉伯海经印度半岛移至西藏西南部地区的西南风，两中系统的发展变化可以从云导风的情况来推断，由于高空风一天只观测两次，尤其是在短临预报中，云导风在西藏测站稀少的地区有着不可低估的应用前景。

5.4 降水估计

卫星降水估计一天下发四个时次。在此选取的20次样本中，漏报一次，空报两次，有7次预报是是比实际降雪偏少，偏少都在4mm以上，最大偏少31mm，有8次预报比实际偏多，偏多在2mm以上，但大多数时只偏多5mm左右，只有一次是偏多12mm，还有3次过程是和实况吻合，误差接近零。

卫星降水估计中，空报漏报，偏多偏少以及和实况基本一致的情况都存在，其中偏多偏少的情况居多，而偏少的幅度大于偏多的幅度，所以在预报应用中还要结合其他降水模式预报或物理量等情况来综合考虑。

6 结束语

（1）500hPa环流上乌拉儿山以东地区为长波脊区，贝加尔湖至鄂霍茨克海为一宽广的低值区，两高较强，伊高有利于引导冷空气南下高原，副高有利于南支槽的加深和维持，高原西侧的南支槽很深， 560线位置均在35°N以南。

（2）暴雪过程有南北两个系统配合，先是有北边系统影响高原，即有充足的冷空气上高原，然后赶上南边的系统，，即阿拉伯海水汽沿着槽前西南气流能够输送到高原；从红外云图上很清晰地看到阿拉伯海的云系起关键作用。

（3）过程初期TBB都在较高的位置，随着降水临近，TBB迅速下降，到了强降水集中时段，TBB开始持续保持低值状态，聂拉木最低值不超过215K，普兰达到210K。当过程结束时TBB开始上升到260K附近。从OLR低值区的移动情况来看，降雪最强落区的的变化情况较为一致。

（4）两个站在暴雪过程中降水量≤8mm时TBB和降雪量有正比关系，降水量≥16mm后，TBB和降雪量有反比关系。降雪量大小和OLR值有一定的正比关系，即整体而言，降雪量越大，OLR在呈下降趋势。普兰的OLR和TBB在这四次过程中都明显低于聂拉木，TBB低于聂拉木30K左右，OLR低于60W/m2左右。

（5）在没有测站地区，完全可以通过云导风来预测和判断其降水形式和发展趋势，从云导风明显看到其冷暖空气的移动路径，由于探空一天只观测两次，在短临预报中，云导风在西藏测站稀少的地区有着不可低估的应用前景。

（6）卫星降水估计中，空报漏报，偏多偏少以及和实况基本一致的情况都存在，其中偏多偏少的情况居多，而偏少的幅度大于偏多的幅度，所以在预报应用中还要结合其他降水模式预报或物理量等情况来综合考虑。

参考文献

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