皖南山区突发性局地强对流天气雷达回波特征分析

汪小鹏++王晋文++汪强

摘要 本文利用常规气象资料、NCEP再分析资料、黄山和铜陵雷达回波资料，对2013年8月17日发生在黄山地区一次强对流天气过程的回波特征进行分析。结果表明，此次强对流天气过程发生在不利的水汽条件下，由台风倒槽的辐合抬升和地形抬升共同触发形成的非超级单体强风暴造成，该风暴具有后侧V型无回波区和强VIL等强降水单体强风暴的回波特征；从雷达资料对比分析可以看出，铜陵雷达资料对黄山地区强对流天气的观测和预警更具使用价值。具体表现在基本反射率和基本速度图上表现的回波细节更加清晰；雷达与天气区之间距离合适，离黄山地区最北段约50 km，距最南端约150 km，既减小了仰角高度限制造成的回波顶高误差，也在基本速度的有效探测距离内；低仰角速度产品对地面大风和强降水开始时间有预警指示作用；V型无回波区的出现时间和与强中心的相对位置对强降水开始和结束时间有指示意义。

关键词 强对流天气；短时强降水；雷达回波；非超级单体强风暴；V型缺口；皖南山区

中图分类号 P458 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2017）23-0177-03

2013年8月17日，黄山区境内出现了突发强对流天气，15：20—17：32景区出现强雷电，在黄山莲花峰发生雷击事故，造成1人死亡、3人受伤。黄山区测站在16：20—16：40出现了小时雨强达到暴雨的短时强降水。

突发性强对流天气所产生的雷电现象对黄山风景区旅游安全造成极大威胁，同时，短时强降水在皖南山区也极易引发山洪、滑坡、泥石流等自然灾害。随着区域自动站、新一代多普勒天气雷达、闪电定位仪、电场仪等气象业务现代化探测装备的建设，为识别和预警突发性和局地性强的强对流天气发挥了巨大的作用，极大地保护了人们生命财产安全。本文利用铜陵和黄山雷达站的回波资料，结合常规探测资料、NCEP再分析资料，详细分析了此次突发强对流天气的移动发展规律，尝试找出此类强天气过程的特征和临近预报指标，借此提高对此类灾害性天气的监测和预警能力。

1 天气实况

2013年8月17日16：00—17：00，黄山区境内出现短时强降水和雷雨大风天气（图1、2），其中降水最大值出现在黄山区气象站，1 h降雨量达68.3 mm，主要强降水时段为16：20—16：40，16：13、16：37分别在三口镇和黄山区城区出现雷雨大风天气。

2 环流形势

从2013年8月17日14：00高度场上看，588 dagpm线断裂为2段，西段在黄河下游，东段在东海上空，东北有一低压中心，华南也存在低压环流，此低压为2013年第11号台风“尤特”减弱的低压，黄山地区位于副高南部较远地区，台风低压的外围，584～586 hPa之间。在850 hPa和700 hPa风场上可以看到，黄山地区位于其台风低压倒槽区中，表现为偏东风和东南的切变区，为该地区辐合上升提供了一定的动力条件，但850 hPa切变两侧风力较弱，偏弱的东南气流不利于暖湿气流的大量输送。从14：00低层的温度露点差來看，黄山地区低层为干区控制，850 hPa相对湿度在70%以下，700 hPa相对湿度更小，对强对流天气发生发展不利，特别是短时强降水天气（图3）。

安庆探空站距此次强对流区域约100 km，从8月17日8：00的T-lnP图上可以看出，CAPE值为1 528，不稳定能量较大，沙氏指数SI为-3.47，K指数为31 ℃，自由对流高度在770 hPa左右，从以往强对流的指标看，以上数值均不是特别有利于强对流天气的发生[1]。

因此，无论从天气形势还是探空资料来看，提前判断强对流天气的发生存在困难。为更好地对此类天气进行准确预报和预警，最大限度减轻天气灾害带来的损失，需借助卫星或雷达等短时临近预报资料作为预报和预警的补充。

3 卫星云图

17日13：30—17：00黄山地区云图演变情况如图4所示，13：30华南分布有台风低压云系，黄山地区上空为无云区。14：00黄山和宣城地区分别有2块对流云团生成，此时云顶高度较低，并与华南的台风低压云系距离较远，之后逐渐随中层风方向向偏西方向发展，其中宣城境内的低云移动并发展至黄山区境内，最终成为本次风暴的强对流云系。特别是16：00—17：00之间发展最为强烈，此次对流云系从开始生成至发展成熟共经历4 h。

4 雷达回波分析

黄山和铜陵CINRAD/SA多普勒天气雷达均探测到此次强对流天气的全过程，雷达站所在地的海拔分别为1 841.3、511.2 m，距强降水落区分别约为20、70 km。下面对两者的探测资料进行对比分析，尝试找出此类过程的临近预报特征和指标。

4.1 风暴演变

在基本反射率产品上可以看出，16：00前，回波主要在绩溪、旌德与黄山区边界附近发展变化，呈现多单体风暴特征，16：00后，逐渐在光明顶以北的黄山区境内发展为强单体风暴，具有典型的右移强风暴的特征，移动和传播方向偏向于对流云中层风的右侧，17：00风暴开始减弱。

4.2 反射率因子

在铜陵雷达的基本反射率图上可以看出，15：56在回波区的后侧开始形成一个明显V型的无回波区（图5），并且从0.5、1.5、2.4° 3层仰角上均可见，表明此处有强上升气流持续流入。随着强降水的发生，由于强降水的拖拽作用逐渐削弱上升气流的强度，表现为无回波区逐渐与强中心靠近，至强降水逐渐结束时，V型缺口逐渐被降雨回波填塞，所以V型缺口的出现和填塞可以作为强降水开始和结束的预警指标。

在黄山雷达的基本反射率图上也可以看出上述的V型无回波区，但由于雷达海拔较高，上升气流区降水滴子比较丰富，故无回波上升区表现得没有前者明显，在预警中使用前者的回波资料比较合适。

4.3 回波顶高度endprint

在回波顶高算法中，回波顶高取自最高仰角的数据，离雷达越近，最高仰角扫描的高度越低。由于上述2部雷达距强降水区的距离不同，在回波顶高度图上，高值区范围和位置均有明显的区别。从黄山雷达资料看，回波高度色块围绕雷达站呈现环状分布，在强降雨区域的最大顶高为10 km，由于大部分强对流回波均可以达到此高度，无法确定回波的准确高度。而从铜陵雷达资料看，该区域最大顶高达14 km，与周边回波高度对比明显，可以比较准确地确定回波的真实高度，在强降水过程中，回波高度变化较小（图6）。鉴于上述区别，在今后的预警和分析中，在应用回波顶高度资料时，要特别注意雷达离风暴的距离对回波顶高度的影响。

4.4 径向速度特征

从铜陵雷达0.5°仰角的速度图上可看出（图7），16：08在强中心的前方开始出现17 m/s负速度，对应高度为1.5 km，表明此处有强下沉辐散气流出现；随后16：13在三口镇出现大风天气，因而利用速度图可提前5 min对大风作出预警；而强下沉辐射气流的产生同时意味着强降水的开始，正好与实况对应，此时结合VIL值，也可发布短时强降水预警[2]。

从黄山雷达的速度图上看，在强回波区始终为正速度区，与上层的引导气流一致，基本看不到低层风暴前方辐射下沉气流，故在黄山地区短时强对流天气预警时，选择铜陵雷达资料作为分析对象比较合适。

4.5 VIL特征

垂直液态含水量VIL定义为单位面积的垂直柱体中的总含水量，计算公式如下：

式中，Zi表示第i层高度上的雷达反射率因子，单位为mm6/m3；Δhi为第i层与第i+1层之間的高度差，单位为m；N为雷达体积扫描的仰角总数[3]。

从2部雷达的VIL资料来看，由于用来累计VIL的资料高度不同，数值有明显的差别。其中，铜陵雷达回波资料上的VIL较强，最强值达到63 kg/m2；而黄山雷达上的VIL较小，最大值为48 kg/m2，一方面由于距离远近造成的取值误差，另一方面也和对流云的结构有关系，表明此次过程的雨滴主要集中在较低的位置。从VIL的演变来看，在黄山以东地区发展的回波移动方向主要为偏西方向，当到达黄山后，回波向偏北方向发展和增强。

4.6 中气旋特征

深厚持久的中气旋是区别超级单体与非超级单体的唯一特征，钩状回波是中气旋的直接表现，在本次过程中，在反射率图没有观察到钩状回波，在速度图上也没有观察到达到中气旋速度特征，在PUP程序提供的中气旋特征产品上也没有中气旋特征报警出现，故可以判定本次过程属于非超级单体强风暴造成。

5 地形分析

地形对降水的影响主要是动力作用和热力作用。当大气在地表上空运动时，必然会受到地形动力作用的影响，地形动力作用所引起的大气垂直运动主要由2个部分组成：一是地形强迫抬升引起的垂直运动；二是摩擦作用引起的垂直运动。国内外的研究也证明虽然地形抬升引起的垂直运动伸展高度比较小，但当大气低层湿度较大时，也可能造成较大降水[4]。本次过程中，低层湿度小，由于地形抬升和倒槽内的辐合抬升作用，也能造成短时强降水和雷暴大风天气（图8）。

6 结论

（1）此次强对流天气过程发生在不利的水汽条件下，由台风倒槽的辐合抬升和地形抬升共同触发形成的非超级单体强风暴造成，该风暴具有后侧V型无回波区和强VIL等强降水单体强风暴的回波特征。

（2）从雷达资料对比分析可以看出，铜陵雷达资料对黄山地区强对流天气的观测和预警更具使用价值。具体表现：在基本反射率和基本速度图上表现的回波细节更加清晰；雷达与天气区之间距离合适，离黄山地区最北段约50 km，距最南端约150 km，既减小了仰角高度限制造成的回波顶高误差，又在基本速度的有效探测距离内。

（3）低仰角速度产品对地面大风和强降水开始时间有预警指示作用。

（4）V型无回波区的出现时间和与强中心的相对位置对强降水开始和结束时间有指示意义。

7 参考文献

[1] 朱乾根，林锦瑞，寿绍文，等.天气学原理与方法[M].北京：气象出版社，2000：10.

[2] 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，2006：171.

[3] 金飞胜，黄飞羽，方素青，等.一次早春多单体冰雹分析[J].气象科技，2010，10（5）：577-580.

[4] 黄飞羽，黄晓英，查广英，等.皖南山区一次局地强降水天气过程分析[J].气象与减灾，2014（4）：50-52.endprint