福建省2010年连续性暴雨雷达回波特征分析

2012-07-19毛荣方沈永生章达华杜大梁宋亚杰

绿色科技 2012年4期

毛荣方，沈永生，章达华，杜大梁，宋亚杰

（1.福建省将乐县气象局，福建将乐353300；2.福建省三明市气象局，福建三明365000；3.黑龙江省宁安县气象局，黑龙江宁安157401）

1 引言

近年来天气预报技术得到重大改进，以雷达和卫星为主的遥感观测技术得到广泛的发展和应用。对天气雷达、气象卫星等进行实时监测、追踪、分析，是提高短时灾害天气预警水平的重要途径。近20年来，国内外气象工作者针对短时对流灾害性天气预警开展了广泛的研究工作，并取得长足进展。如英国20世纪80年代的FRONTIERS系统、90年代的NIMROD系统和21世纪初的GANDOLF系统。美国在20世纪90年代完成多普勒天气雷达 WSR－88D布网之后，立即着手以雷达探测为基础的强风暴临近预报系统的研究，如美国国家大气研究中心（NCAR）研究开发了临近预报系统ANC系统等。

目前开展暴雨强对流天气的临近预警报业务的主要途径通过预报员综合分析各种探测资料、短时预警的各种客观产品，并以β中尺度、风暴尺度对流系统物理概念模型等为基础，采用经验识别和外推。因此，如何根据雷达观测识别暴雨回波、确定降雨量对暴雨预警十分重要。2010年6月14～26日福建省出现了历史罕见的持续性暴雨天气过程，此次暴雨的强对流特征明显，各别乡镇最大6h雨量达228mm，造成了严重的洪涝灾害。本文利用福建省多普勒雷达观测此次暴雨天气过程重点研究暴雨回波系统的一些基本特征，并利用新一带多普勒天气雷达产品如何在暴雨回波分析方面进行简述，为暴雨临近预警提供参考。

福建省2010年6月14～26日发生的历史罕见的持续性暴雨天气过程中，共有59个县（市、区）的737个乡镇雨量超过250mm，其中内陆地区共有25县（市、区）155个乡镇超过500mm，以建宁樱桃岭的857.7mm最大。3个雨量集中区分别在武夷山至光泽一带、建宁至泰宁一带和顺昌至南平一带。

此次连续性暴雨天气过程有5个特点：持续时间长，连续13d暴雨；过程雨量多：21个县（市、区）偏多2倍以上，5个县（市、区）偏多3倍以上；范围广，64个县市暴雨日大于等于1d，59个县市暴雨日大于等于2d，43个县市暴雨日大于等于4d；（4）降水强度大，闽北顺昌、武夷山和延平3个县（市、区）最大的日降水量突破有气象记录以来最高值；强降水区域集中，大暴雨和特大暴雨主要集中在南平和三明两地市。过程总雨量超过600mm的16个县市中有13个县市集中在南平和三明市。

2 β中尺度暴雨回波基本特征

2.1 暴雨回波的形态、强度、结构特征

暴雨是一种中尺度现象，它是由组织化中尺度对流系统产生。雷达观测的放射率因子在一定程度能够放映中尺度系统的活动。因此，从雷达观测上，对暴雨回波基本特征的认识有助于暴雨β中尺度系统的监测预警。根据对福建省2010年6月14～26日连续性暴雨中主要降水时段降水区域的暴雨回波特征分析，归纳出此次暴雨回波的形态、强度、结构等基本特征。

从表1可见，此次连续性暴雨中暴雨回波主要表现为：β中尺度的带状暴雨回波，主要表现为二种形式：一是由单体构成的带状，二是由回波团构成的带状；β中尺度的团状暴雨回波，其中包括密实性团状暴雨回波和离散型团状暴雨回波；多条平行带。

带状暴雨回波较团状降水回波产生的大暴雨的几率大，日大暴雨站次大于等于3站的5d中，主要影响回波有4d为带状暴雨回波，1d为团状、带状混合暴雨回波。而在暴雨方面，带状暴雨回波与团状暴雨回波所产生的站次几率无明显差异，这与带状回波与移向夹角、团状回波的范围大小相关。

从水平结构上可以发现此次暴雨回波具有多尺度特征，较大的β中尺度回波团或带内，常镶嵌着若干较小的γ中尺度的对流单体或较小的β中尺度对流回波团。不同尺度的回波生命史有很大差异，如较大的β中尺度有较长的生命史，而镶嵌其中的若干较小的γ中尺度的对流单体生命史短。在垂直结构上，多为层积混合性降水，对流回波顶高不高，回波强度不强，回波强度多为30～45dBz之间，各别达50dBz，但范围广，强回波集中在对流层中下层。这种结构与产生冰雹、雷雨大风的强风暴强烈的上升运动多达到对流层中高层有着显著的差异。在实际业务工作中，不同于冰雹回波着重于单体识别，暴雨回波的识别和临近预报关键需引起注意的是要抓住较大的β中尺度回波系统的活动，从整体上把握β

表1 暴雨回波形态强度结构基本特征一览

中尺度暴雨回波系统的发生发展过程，而不是从局部来分析研究一个对流单体的演变。

2.2 暴雨回波系统的走向、移动与持续性强降水的关系

降雨量是雨强对时间的积分。因此，暴雨回波要有一定的强度和尺度。以Doswell给出的暴雨的走向、移动与降水的关系图结合此次连续性暴雨过程中暴雨回波来定性讨论暴雨回波降水的特点（图1）。以带状暴雨回波为例，持续性强降水除与回波带的强度、尺度、移动速度有关外，还与回波带上的单体或回波团的移动与回波带的夹角有关，夹角越小强降水持续时间越长。图1a两者夹角几乎为90°，强降水持续时间短，暴雨多为单峰型，总雨量相对较少（以下称为a型带状回波）；图1b夹角较小，强降水持续时间长，暴雨多为多峰型（以下称为b型带状回波）；图1c除夹角小外且有层状云降水，雨强虽不大，但因持续时间长总雨量也较大（以下称为c型带状回波）；图1d夹角基本为零，多个强单体的强降水回波经过同一地区，又称“火车型”回波，由于雨强大持续时间长，易造大暴雨或特大暴雨（以下称为d型带状回波）。

图1 对流回波带走向与对流单体移动之间的关系

从表1中可见，在13d的连续性暴雨过程中，b型、c型、d型带状回波由于影响的时间较长，造成的大暴雨站数也相对较多，团状回波造成的大暴雨站数次之，a型带状回波由于影响时间较短，造成的大暴雨站数最少。

图2 6月23日11时20分建阳雷达回波及建宁县23日00～13时逐小时雨量

图3 6月23日08时56分龙岩雷达回波及清流县21日06～17时逐小时雨量

本文分别选取了两个典型带状暴雨回波过程，图2为d型带状回波，图3为a型带状回波。从逐小时雨量图中可见，图2有3个峰值，且持续时间长达13h，雨量达201.3mm，而图3仅有一个峰值，虽然峰值较图2峰值大，但由于持续时间短，仅5h，雨量相对较少达61.5mm。

2.3 VIL产品在暴雨回波中的分析

垂直积分液态水含量VIL（Vertically Integrated Liquid water content）的值是单位面积气柱内的液态水总量，VIL与强对流回波的强度及伸展的高度有关，是一个放映风暴三维特征的物理量。对整个福建“6.14～26”持续性暴雨回波统计表明（表1），此次对流性暴雨回波统计表明对应的VIL大多在5～10kg/m2，个别高中心可以达到20kg/m2。过程中无明越升，变化平缓，较冰雹大风回波有着明显差异。

3 暴雨回波发生及发展

在此次持续性暴雨天气过程暴雨回波分析中，可以发现：暴雨回波易在弱回波区域边缘发生，一般降水区域可以看成是一个冷区，无降水区特别是在西南暖湿气流活动的无降水区可以看成一个暖区，交界处则可以看成一个中尺度锋面，此时在交界处有中尺度的对流系统发生发展；暴雨回波易在两个或多个回波系统汇合的地方加强，这主要源于近地面不同来向的气流汇合导致边界辐合的加强；对流单体群发展，并逐渐汇合的时候，可能有暴雨回波系统发展。