暴雨空报过程原因分析

钱俊 孔令帅

摘要 基于多普勒雷达产品基数据，运用雷达UCP和PUP的链接进行基数据反演，得到反射率、径向速度、回波顶高、风廓线速度方位角显示以及风暴追踪信息等产品，结合区域内站点气温、气压等资料模拟的海平面气压场，对一次暴雨空报过程进行回波结构、径向速度和风廓线速度方位角及气压场结构特征分析。结果表明，此次暴雨空报过程主要由于云团分裂导致，其在雷达回波反射率图上可以直观地演示，分裂得到的对流云回波强度、最大回波顶高、最大回波强度位置等与层状云存在很大差异，并且对流云是造成强降水的主导因素；云团的径向速度场和风廓线速度方位角分布场，能够很好地说明其分裂的具体地点、原因以及分裂后层状云团、对流云团的演变发展和结构特征参数据，与实况降水资料相符合；构建云团的海平面气压场，可以近似印证出云团的雷达回波结构和径向速度场，且能很好地解释云团的分裂原因和移动方向，但还需要从大量的实例中去寻找其共性的规律。

关键词 暴雨空报；云团分裂；转折性天气；原因分析

中图分类号 P457.6 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2018）04-0186-03

风暴云团的生命史包括产生、发展、维持和消亡等阶段，由于风暴合并是导致强对流天气开始发生的主要因素之一，因而相关研究成果很多。统计表明，80%以上的对流云合并过程中，云团合并后的面积和强度都得到发展，且生命史更长[1]，即多数合并结果导致云团增强；在上升气流合并开始时，合并的效果是正的相互作用[2]；在合并成因的研究方面，有的观点认为是环境因素，如山区对流云合并发生在水平垂直风切变及垂直涡度增大的湿斜压不稳定增强的环境中[3]；有的观点认为是内部因素，在合并的发展维持阶段，气压梯度力、辐合抬升、下沉上升环流加强的内部动力结构变化是主要原因[4]。风暴分裂也是风暴生命史中的现象，与其相伴的多是对流云团的逐步减弱，大体预示着强对流天气的结束，因而它是反映强对流天气截止时间的一种依据，也是转折性天气的来源之一。若未注意到风暴分裂的出现时间，可能会认为其依然会维持，导致对后期风暴演变过程产生错误认识。考虑到风暴云团分裂的重要性以及现有研究结果不多的现实，故有必要针对风暴分裂现象作出分析。

2015年5月29日6：00开始，由湖北省境内向东至安徽省江淮西部地区移入一片风暴云团，导致安庆地区宿松、太湖和六安地区金寨出现暴雨，其他大部分地区均出现中到大雨，其中过程最大降水量为86.3 mm，小时最大雨强为59.8 mm，均出现在宿松站（图1）。桐城站（五角星位置）位于安庆地区的北边，与六安地区交界，是这一次风暴云团外推移动路线上可能要经过的站点，业务人员在29日6：00制作早间天气预报时参考省局、市局的指导预报，发布本地区白天时段内阴有中到大阵雨或雷雨，部分地区大到暴雨。

通过此次过程降水量实况可以直观看到，降水量分布很不均匀，降水带主要集中在江淮之间且普遍在10 mm以上，桐城附近范围出现低值区，本站降水量仅3.9 mm，发现预报的降水量级明显比实况要大，即桐城站的预报有偏差。在总结预报经验时，经过跟踪雷达降水回波产品，发现这是一次典型的风暴云团分裂导致暴雨空报的过程。如果风暴云团不分裂，桐城市降水将会较大，正是由于风暴发生了分裂，才导致桐城的降水仅为小雨量级，远小于预期的雨量，成为转折性天气。为探明导致此次风暴云团分裂的原因及分裂后南部局地降水量、降水强度大于北边的原因，明确层云降水与对流云降水在雷达产品上的特征及其相互之间的演变是否存在某种联系，现围绕这3个方面的问题进行探讨，以期为今后类似风暴云团的预报预警提供参考。

1 数据资料与方法

选取的数据资料为安庆雷达站5月29日多普勒雷达产品基数据、安徽省国家级气象站点及区域六要素站点5月29日6：00—12：00逐小时气温和气压数据。安庆雷达站的经纬度分别为116°47′24″E、30°36′58″N，海拔高度为386 m。

运用雷达UCP和PUP的链接设置雷达站点信息，对雷达历史基数据进行反演，得到反射率、径向速度、回波顶、风廓线速度方位角显示以及风暴追踪信息等产品；通过雷达基本反射率和组合反射率的时间演变分析风暴云团分裂的具体过程；通过基于区域内站点相应时次的气温和本站气压数据质量控制，并采用压高公式订正得到海平面气压，模拟得到风暴云团下部的近地面气压场信息。气温、气压数据质量控制主要指的是气温值、气压值与周边站点的气温值、气压值是否有明显差异，如果差异过大且没有合理的原因，则将其删除。海拔较高的站点，其气温较低时的数据仍然保留；如果气压值比周围站点高于或低于2 hPa，认为该数据不可信。计算过程中所涉及的压高订正公式为：

P0=Ps×10■（1）

Tm=■+■（2）

式中，P0代表海平面气压（hPa）；Ps代表本站气压（hPa）；h代表气压传感器拔海高度（m）；Tm代表气柱平均温度（℃）；t代表干球温度（℃）；t12代表观测前12 h气温（℃）。

2 风暴云团的特征分析

2.1 回波结构

从安庆多普勒雷达回波来看，本次风暴云团降水过程为混合云降水，在层状云中镶嵌着对流云，存在着相互演变，而对流云的分布比较复杂，其回波强度、尺度和形状在不同时间和空间均有所不同。在较为明显的风暴云团运动过程中，有风暴分裂的现象，且南侧云团强度大于北侧云团强度，分裂时段大约在5月28日6：00—8：00。由图2（a）可知，云团整体于5月28日6：00还位于湖北省境内，呈南北向带状回波，且与移动方向垂直，最大回波强度为43 dBZ，最大回波顶高12 km左右，由西向东开始移入安徽省境内；由图2（b）可知，至7：02云团大部分已移入，并且处在不断发展中，最大回波强度为48 dBZ，最大回波顶高14 km左右，主要的对流云降水回波依然位于云团的尾部，处在两省的交界处偏湖北省境内；由图2（c）可知，至7：32在桐城市上游岳西县的东北角与霍山县交界处位置云团开始分裂，分成南、北2块，北边主要为层状云团，最大回波强度为38 dBZ，最大回波顶高7 km左右，南边主要为对流云团，最大回波强度为48 dBZ，最大回波顶高13 km左右，并处在旺盛发展阶段；由图2（d）可知，至8：03整个风暴云团已经完成分裂，北边的层状云团相对分裂之前较稳定，降水强度不大，小时最大雨强不超过10 mm，而南边的对流云团处于宿松县和太湖县位置，最大回波强度为52 dBZ，最大回波顶高14 km左右，造成宿松县、太湖县出现短时强降水，其中宿松县小时最大雨强达59.8 mm。从整个过程的雷达回波特征来看，层状云的強度一般为20～35 dBZ，最大回波顶高一般为6～7 km，最大回波强度3～4 km，对流云的强度一般在35～50 dBZ，最大回波顶高一般为13～14 km，最大回波强度7～8 km，并且对流云是造成强降水的主导因素。

2.2 径向速度和风廓线速度方位角

由图3（a）（b）（e）可以看出，6：00开始至7：02云团整体沿E—NE方向移动，正径向速度约5 m/s，负径向速度约 -5 m/s，云团处于不断发展中。由图3（c）可以看出，7：32云团主体开始分裂，此时正径向速度开始增大，在桐城市上游岳西县的东北角与霍山县交界处位置有一速度切变，与图2（c）中雷达回波配合完好。由图3（d）（f）可直观判断出云团分裂之后的移动路径及对流发展情况，北边的云团以层状云为主体，在主体重心约3 km位置处受到西南风向，平均风速为10 m/s，受其影响，云团以7 m/s的速度向东北方向远离径向移动；南边的云团则以对流云为主体，在主体重心约8 km位置处受到偏西风向，平均风速为20 m/s，受其影响，云团以-7 m/s的速度向东沿径向移动，并且在其东北部存在辐合带，使得其对流发展旺盛，这个也与实况降水资料相符合。从风廓线速度方位角来分析，属于顺时针旋转，表示有暖平流经过，同时存在自下而上的速度切变，使对流云系得以强盛。与径向速度对照分析，可以很直观地找出风暴云团分裂及其造成强降水的影响因素。

2.3 气压场结构

从大气动力学角度出发，导致云团分裂首先肯定是受到了力的作用，本文尝试构建云团下部的近地面气压场，从分析水平气压梯度力方向解释其分裂的原因。可是高空气压探测资料空间尺度很大，无法得到这种局地性的云团气压场，解决途径就是选取安徽省内国家站点和区域站点的本站气压实时资料，结合温度和海拔高度资料的质量控制并经过压高订正公式统一订正到海平面气压，然后模拟得到云团下部的地面气压场，通过选取的75个站点资料，计算结果见图4，图中星标位置为桐城站点。

从图4可以看出，海平面气压场存在高压中心和低压中心，可以近似印证出云团的雷达回波结构和径向速度场，图中虚线代表云团的分裂处，G、D分别代表高压中心和低压中心。D处低压中心位于分裂处的北侧和桐城市的东南角，G处高压中心位于分裂处的南侧。水平气压梯度力总是由高压指向低压，即图中箭头所示，分别由近于地面的底部云团的中心指向东北和东南方向，这也就能解释为什么云团没有按照外推路线移动，而是在到达桐城站点之前分裂成南、北2块。

3 结语

（1）对于此次风暴云团的分裂过程，在雷达回波反射率图上可以直观地演示。通过回波结构特征分析，得到层状云的回波强度一般为20～35 dBZ，最大回波顶高一般为6～7 km，最大回波强度在3～4 km处；对流云的回波强度一般为35～50 dBZ，最大回波顶高一般为13～14 km，最大回波强度在7～8 km处，并且对流云是造成强降水的主导因素。

（2）从雷达基数据反演产品中，选择云团的径向速度场和风廓线速度方位角分布场，讨论了其分裂的具体地点、原因以及分裂后层状云团、对流云团的演变发展和结构特征参数据，与实况降水资料相符合，从整个过程的风廓线速度方位角和径向速度进行对照分析，可以很直观地得到风暴云团分裂及其造成强降水的一个因素。

（3）尝试从构建云团的海平面气压场方面着手，分析其受到水平气压梯度力的方向来寻找云团分裂的原因，虽然可以近似印证出云团的雷达回波结构和径向速度场，且能很好地解释云团的分裂原因和移动方向，但这种模拟气压场只是一种近似尝试，不能说明高空气压梯度力的情况，还需要从大量实例中去寻找其共性的规律，可以为以后业务工作中出现类似的风暴云团移动路径提供参考。

4 参考文献

[1] KOGAN Y L，SHAPIRO A.The Simulation of a Convective Cloud in a 3D Model with Explicit Microphysics. Part II：Dynamical and Microphysical Aspects of Cloud Merger[J].J Atmos Sci，1996，53：2525-2545.

[2] TANAMACHI R L，HEINSELMAN P L，WICKER L J.Impacts of a Storm Merger on the 24 May 2011 El Reno，Oklahoma，Tornadic Supercell[J].Wea Forecasting，2015，30：501-524.

[3] 刘裕禄，邱学兴，黄勇.发生短时强降雨的对流云合并作用分析[J].暴雨灾害，2015，34（1）：47-53.

[4] 黃勇，覃丹宇.舟曲泥石流天气过程中云团合并的卫星观测[J].应用气象学报，2013，24（1）：87-98.