牡丹江一次局部对流天气雷达回波特征分析

2012-12-25徐明伟李春艳路平平

黑龙江气象 2012年1期

关键词：径向速度逆风气旋

徐明伟，李春艳，路平平

（牡丹江市气象局，黑龙江牡丹江 157009）

牡丹江一次局部对流天气雷达回波特征分析

徐明伟，李春艳，路平平

（牡丹江市气象局，黑龙江牡丹江 157009）

本文利用新一代天气雷达观测到的回波强度、回波速度等产品来判断分析，得出牡丹江地区此次局部对流天气的雷达回波，具有移动速度缓慢、高度高、中心强度强、速度场上有明显的逆风区结构、垂直风切变明显等特征，利用这些回波特征是判断此次局地短时暴雨的重要指标。

对流天气；雷达回波；逆风区；垂直风切变；中小尺度气旋

1 引言

新一代天气雷达是监测与预警灾害性天气的重要手段。由于其探测资料的时空尺度分辨率较高,其资料的应用对研究各种尺度天气发生、发展的内在机理也有着十分重要的作用[1]。因对流天气时间、空间尺度较小，应用常规的探测手段难以监测到其运动、变化的全过程，而连续工作的新一代天气雷达能探测到其发展、变化的全部，强对流天气是指冰雹、雷雨大风和对流性短时暴雨，通常尺度为几千米到几十千米的强对流云单体，生命史一般约几十分钟。本文选取了2005年7月28日牡丹江市新一代天气雷达观测到的强降水过程和自动气象站资料，来分析本次局部对流天气的变化过程。

2 天气实况

2005年7月28日牡丹江地区局部出现了对流性短时暴雨天气,其中，林口、东宁、海林、宁安出现了雷雨大风，部分地区出现了冰雹，雷达站东北五林镇3 h降雨69.9 mm，逐时降雨量分别为7.5 mm、23.8 mm、38.6 mm，24 h降雨73.5 mm，柳树镇3 h降雨90.1 mm，逐时降雨量分别为52.3 mm、34.8 mm、4.0 mm，24 h降雨114.0 mm。据不完全统计，这次暴雨过程导致了柳树镇大量房屋、树木、电杆、桥梁等倒塌，大部分路面被冲毁，部分农田决产。

3 大尺度环流形势背景

2005年7月28日08 时，500 hPa、700 hPa和850 hPa的影响系统均是向东缓慢移动的高空槽，高空槽位于哈尔滨西南和吉林省西部，地面水分充足，渤海低压北上与高空槽配合强烈发展，哈尔滨西南从低层到高层为深厚强烈的上升运动。高空有冷平流，低涡后部不断有冷空气甩下来，500 hPa和850 hPa温差为28℃，整个环流背景形势有利于产生强烈的对流天气。

4 雷达回波强度特征分析

2005年7月28日13 时30分-18时30分，牡丹江的东北方向有回波新生，从几块10 dBz的小单体逐渐发展成长约30 km、宽约15 km的回波带并逐渐加强。回波带沿引导气流方向，向东北移动并不断加强，14时43分在五林镇附近有一较强的回波单体生成，在形成的过程中逐渐向东北方向移动，50 min后部分强回波单体移出五林镇并开始逐渐消散，在其右方又有新的单体生成，16时07分在整条回波带移动方向的右下侧的回波单体不断加强（中心强度为56 dBz，高度为7.0 km），在北抬的过程中，强回波单体不断的融入到回波带中，此时系统处于成熟阶段，位于雷达站东北侧的柳树镇形成了大暴雨，回波带的强中心从15时57分到16时07分仅维持10 min左右，然后回波强度开始减弱，减弱5～10 dBz,回波强度维持在45 dBz以上大约1 h左右，从16时18分以后演变成层状云降水向东北移动。强中心柳树镇从16-19时降雨90.1 mm。云中最大反射率因子随时间的演变（图1），从14时20分到16时20分，回波强中心强度大部分时间都在50 dBz以上，最强时段达到56 dBz，在16时20分之后回波强度逐渐减弱。

图1 云中最大反射率因子随时间的演变

综观回波的演变全过程，从14时17分到18时13分在牡丹江东北侧有一条东北向的回波生成、发展，由多个对流单体形成了一条回波带，在整个过程中不断有新生的单体回波生成、发展、消亡。

5 回波速度分布特征

5.1 逆风区

速度场上的逆风区结构，是暴雨的一个较好的判断因子。所谓逆风区，就是在大片暴雨回波区的负（正）径向速度区中出现一块正（负）速度区。从这种逆风区风场结构可看出，风场的一侧是辐合气流，另一侧为辐散，形成了闭合的循环气流。逆风区常对应着强降水区，可作为暴雨识别指标，并且有一定的提前量[2]。在16时54分的径向速度图上，存在明显的“逆风区”。在这段时间内，导致柳树镇强烈暴雨过程回波不仅伴有速度最大值，还出现了“逆风区”，即在大片正速度为6 m/s的区域中，出现了一块封闭的负速度为6 m/s的区域，水平尺度3～4 km。逆风区的出现表明此处的风向发生了剧烈的变化，产生了强烈的风向切变，具有明显的辐合和辐散特征。逆风区的位置刚好和灾害性天气发生区对应。当回波进入逆风区时，发展更加强盛，造成了雷雨大风，因此逆风区的出现可以作为此次短时强对流天气预报的一项重要指标。

5.2 中小尺度气旋特征

中小尺度气旋往往可用理想垂直轴对称气旋环流的蓝金模式来模拟，在某一个小区域内有一对最大入流出流速度中心（表现为正负径向速度中心）距雷达是等距离时，表示该区域有中小尺度气旋的旋转存在,沿雷达径向方向若负径向速度中心位于左侧，表示为气旋性旋转,反之为反气旋性旋转。

在15时52分观测到的速度图上，可分析出五林镇附近一较小区域呈现气旋的径向速度风场特征：一对较小的正负径向速度极值呈方位对称，极值中心相距9 km，零速度线平行于径线，且正速度区、正速度中心位于其右侧，负速度区、负速度中心位于其左侧。由正负径向速度的极植6 m/s,可计算出此处的最大转动速度平均值（Vmax=[|Vrmax|+|Vrmin|]/2）为6 m/s。根据中尺度气旋的划分标准，可确定这是一个弱的中小尺度气旋性旋转。

5.3 垂直风切变

垂直风切变是指水平风（包括大小和方向）随高度的变化。如果风切变较弱，相对风暴气流就不可能增强到足以携带降水远离风暴的上升气流区。在这种情况下，降水就通过上升气流降落，并进入风暴低层的入流区，从而导致上升气流中水负载明显增加，最终使得风暴核消失。中等到强的垂直风切变有利于相对风暴气流的发展，气块携带着降水远离风暴的入流区或上升区。中等到强的垂直风切变能够产生与阵锋风相匹配的风暴运动，使得暖湿气流源源不断的输送到发展的上升气流中去。在这种风切变环境下，有利于组织完好的对流风暴发展。在此次对流天气发展的过程中，风速大小和方向一直随着高度不断的变化，整个风场形成了有组织的对流，这一指标可以很好的用来判断暴雨及其对流性天气的发生。

5.4 强回波移动与地面辐合辐散的关系分析

这次短时局地暴雨，强回波中心移动即强降水区域的移动与地面的辐合辐散运动有密切关系[3]。一般情况下，强回波中心的移动朝着辐合区方向，在速度图上，位于测站东北部存在着一个气旋性切变，在气旋性切变的上侧存在着明显的辐合区，根据测高公式算得这一辐合区的厚度达3～4 km，如此深厚的辐合区则说明辐合强度很大，当时，这一区域并没有很强的回波区，强回波区位于辐合区的前方，并且该强回波区朝着辐合区移动。强回波中心稍稍滞后于辐合区，并向辐合区移动，造成了该区域附近出现强降水。