基于雷达和自动站资料的乌兰察布市一次持续性强降水分析

刘烨焜，张 韬，裴继儒

(内蒙古乌兰察布市气象局,内蒙古乌兰察布 012000)

1 引言

随着探测技术的不断更新进步，对短时间灾害天气的临近预报变为可能，尤其是强对流天气。7月27～28日乌兰察布市强降水过程属短时临近预报范围，因此主要利用非常规监测（新一代天气雷达·自动站）和常规资料等从环流背景及发生条件等方面分析了这次降水天气，试图寻找强降水预报的着眼点，为强降水的短时临近预报积累经验。

2 资料选取

雷达站位于山西大同（113.23°E，40.4°N），海拔1 091.3m。资料选取常规资料、高空地面资料、自动气象站资料、天气雷达资料等。

3 天气实况和环流背景分析

3.1 降水情况

此次降水主要集中在两个时间段，分别为27日14～18时、28日02～03时，降水强度大，局地性强。表1为7月27～28日各测站＞20mm的1h降水量，其中官屯堡站连续两小时出现超过30mm/h的降水。

3.2 环流背景分析

过程发生前7月27日08时，欧亚大陆500hPa环流形势为两槽一脊型，在贝加尔湖附近为一高压脊后发展为阻塞高压，脊前不断有小股冷空气沿西北气流下滑影响我市。27日20时，在高压脊西南部，由于强冷平流的作用切断出闭合低压，乌兰察布市处于低压底前部。此时西太平洋副热带高压脊线已经西伸北抬至黄淮一带，我市处于584dagpm线的外围，沿西太副高外围的西南气流为内蒙古中部输送了源源不断的水汽。中低层有切变线存在，700hPa在副高312dagpm线外围有一支西南风极大风速带由南向北到达我市南部，我市处在大风速带的出口区左前侧。27日地面场上，我市受低压倒槽影响，同样表现为东高西低的形势，同时有明显风场辐合。

由上述分析，500hPa切断低压、850hPa切变线、地面倒槽是这次强降水过程的主要影响系统。

4 地面中尺度辐合线的特征分析

4.1 对流天气形成条件即高低空系统配置综合分析

从对流天气形成的抬升、水汽和能量条件出发，综合分析各层等压面的资料。27日08时西南风大风速带已经建立，水汽输送通道逐渐形成，但湿区偏南，总体水汽条件差，850hPa在内蒙中部以北存在潜在不稳定条件，从动力抬升条件看，整层系统配置略有前倾，但低层辐合线位置偏西且辐合较弱。

表1 2015年7月27日08时～28日08时各测站＞20mm的1h降水量

4.2 地面中尺度辐合线分析

地面中尺度辐合线能起到动力抬升作用，触发中小尺度系统发展，使降水产生并加强。从逐时自动站资料分析，27日14时乌兰察布市南部出现中尺度辐合线，其中在卓资县中部为西北风与西南风辐合、丰镇市与凉城县交界处为偏西风与东南风辐合、兴和县西南部为西南风与东南风的辐合线，而南部地区都处在三小时显著负变压区，此时还没有产生降水，之后随着系统的增强和移动，我市南部辐合线附近开始出现强降水。上述3个中尺度辐合线强度较强，持续时间较长，造成的雨强较大，后在19时陆续减弱消失。在27日21～23时和28日02～03时，都分别在丰镇南部生成辐合线，它们持续时间较短，强度较弱，产生的降水量也较小；06～08时，在凉城生成1条辐合线，强度也较弱。

5 雷达资料分析、及回波发展与地面辐合的关系

5.1 降水回波分析

山西大同的雷达对此次降水过程有较好的观测，基本反射率产品显示，此次过程的降水回波主要经历了初始积云降水回波、带状回波和积云层状云混合降水回波（7）。

27日14～18时为降水最强时段，雷达资料显示为积云降水回波影响，我市西北部不断有零散回波缓慢东移、发展，多个对流单体生成、并不断从西北向东南方向移过，产生局地强降水。15～16时回波强度达到最强，最大反射率因子达到65dBZ，回波顶高达12km以上。18：30强回波单体呈东北-西南向倾斜并“一”字紧密排列，在丰镇南部形成一条窄带强降水回波，但此时回波顶高有所降低，19时分裂为两段并南下，到19：30带状回波开始减弱。夜间21：30开始有两个对流单体在丰镇南部生成，且开始加强并东移，22时合并、减弱，在上游地区形成的带状回波东南移至丰镇地区并不断加强，“列车效应”维持，23时带状回波减弱为组织性较差的片状。

28日凌晨02时有东西向的带状回波生成，其后部是大片的积云层混合云降水回波，03：30时其分裂减弱，此时段内造成我市南部地区强降水的回波主要为前部的带状回波和其后部的积云层混合云降水回波。04：30左右在我市西部大部有大片积云层混合云降水回波逐渐形成，在东南移的过程中不断发展，08时左右回波移出我市。

5.1.1 回波发展与地面中尺度辐合的关系

通过逐时逐次对比此次过程雷达回波与地面辐合线的位置与发展变化关系，在27日14时，我市南部地面已经出现三条中尺度辐合线，并且都处于三小时显著降压区，而此时在反射率因子并未在上述地区发现回波，之后在14：32左右兴和县中部和丰镇西南部有强回波逐渐形成，15时左右在卓资东南部也出现强回波。持续时间较长，从而形成“列车效应”。在18时丰镇南部转为东北风与偏西风的辐合，辐合线呈狭长的东北-西南向，此时地面三小时变压为负；30分钟后在18：30上述地区有强度相对较弱同样为东北西南向的带状回波生成，很快又消失，造成我市南部多个站点1h降水≥30mm；在上述回波不断发展、变化的过程中，相应位置地面辐合线始终存在且随着三小时变压的变化而加强、减弱。

5.1.2 雷达回波、强降水区和地面辐合的匹配关系

通过上节分析，结合降水实况，发现辐合线和未来强降水中心有着较好的对应，且降水大值所在区域随着辐合、回波发展的阶段不同而不同。以造成丰镇南部暴雨点的降水回波和辐合为例，14～16时，上述地区处于三小时显著降压区，辐合线处于加强发展阶段，降水回波不断加强，强降水区出现在辐合线较暖湿一侧，即回波的低层入流气流一侧；17时左右，辐合线强度处于最强，回波发展最为旺盛阶段，强降水出现在辐合线附近两侧；在17～19时，上述地区处于三小时显著升压区，辐合线强度减弱，强降水区出现在辐合线较干冷一侧，也即回波移动的下风方向。

5.2 径向速度场中的辐合区、逆风区、大风速区特征

在28日我市西部有小块的正速度区出现在大片的负速度区中，之后逐渐发展增大，称这块被包围的正速度区为逆风区（12），到02：30逆风区面积近200km2，直到02：52在南移过程中逆风区结构消失，其发展演变过程维持1个多小时。结合降水资料实况，此时在凉城、丰镇地区多站出现了1h大于20mm的降水，与逆风区的位置相吻合，且这种形势出现在降水发生前0.5～1h，也对强降水的发生有较好的提示作用。

28日05时左右在丰镇、凉城地区逐渐出现大的负速度区，到05：38速度区中心出现速度模糊，表现为负速度的极大值，达到-20m/s，其前方有明显的风速辐合，10～20km内风速差≥12m/s。随后大风速区不断扩大，到07时左右达到最大，但低层零等速度线呈现出反“s”形，冷平流侵入，之后大风速区减小、南移并消失。

5.3 垂直剖面显示为典型低质心强降水对流单体

选取降水的两个时段的雷达资料作剖面分析，27日16时在丰镇南部沿东北-西南向穿过强回波中心的两点作一垂直剖面，根据27日08时及20时的临近地区呼和浩特站且强回波呈前倾悬垂结构，前侧有弱回波区，表明有强的入流气流进入上升气流中，使回波单体不断发展。

28日03时降水回波呈带状，同样在丰镇南部沿东北-西南向穿过带状强回波中心作垂直剖面，回波顶高基本都伸至8～10km，最高达14km，而50dBZ以上强回波主体仍维持在2.5～4km，强回波都在5km以下，仍表现为低质心回波。

5.4 高层干冷、低层暖湿西南气流的影响

通过雷达风廓线产品能够看出，在27日16时左右偏南风风速逐步加强，并向高空持续扩展，暖湿层加深，同时风随高度顺转表明暖平流特征显著。从16：37后中层500hPa上下出现风向随高度逆转，干冷空气开始入侵，500hPa以下风随高度顺转，即仍维持深厚的高温高湿暖平流，从而形成上干冷、下暖湿的层结，有利于对流单体加强、发展。我市南部的回波得以加强、发展，并出现强降水。通过观察发现，偏南风逐渐建立的过程相对于强降水的出现也有提前0.5h左右的提前量，对短时临近的预报也有一定的指导意义。

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