因露致使区域自动气象站出现降水量的判断

2013-11-08郑都华周宗万张周嵩

中低纬山地气象 2013年2期

郑都华，周宗万，张周嵩

(湖北省巴东县气象局，湖北巴东 444300)

1 引言

区域自动气象站是根据中小尺度灾害性天气预警、大中城市、特殊地区和专属经济区和环境预报服务需要，为提高中小尺度天气监测和临近预报的水平和能力，并根据当地经济社会发展需要而建设的地面自动气象观测站。

近年来，随着防灾减灾和气象为农服务的需要，巴东县已建设覆盖全部乡镇的50个区域自动气象站，十二五期间平均布点密度将达到5 km 左右。这在中小尺度天气系统的监测、预报预警、防灾减灾、气象为农服务、水电服务、旅游等专业气象服务中都发挥了重要作用。随着天气实况发布系统的不断建立，区域气象站的数据质量成为影响气象行业形象的一个重要窗口，其数据质量非常重要。为此本文对无降水现象时，因露致使区域气象站出现降水量进行了初步分析，以为数据质量控制提供依据。

2 露的定义和时空分布

露是常见的地面凝结现象，是近地层空气受到地面辐射冷却的影响而降温到露点以下，所含水汽的过饱和部分在地被物上凝结而成的液态水，一般出现在大气层结稳定，空气湿度大、天气晴朗、无风或微风的夜晚。

表1 是巴东1986—1997年间各月平均露日数，可以看出，从低山到高山一年四季都有露水，低山多于高山。露水日数以4—11月为多，从季节分布来说，主要分布在夏秋两季，春冬次之，夏季(6—8月)最多，低山为61 d，高山为46 d。露的形成需要一定的温湿条件，而夏季降水多有利于降低近地面大气温度、增加湿度，进而有利于露水的产生;而冬季昼夜温差小、降水少空气干燥不易于形成露。

表1 1986—1997年巴东各月平均露日数 (单位:d)

3 通过雷达资料判定

《地面气象观测规范》中规定，纯雾、露、霜、冰针、雾凇、吹雪的量按无降水处理，因此单纯因露水造成的降水量在数据质量控制时必须删除。区域自动气象站无人值守，一般建在一定范围无遮挡的环境中，冰针、雾凇一般不会造成区域自动气象站出现降水量，吹雪发生时风较大，易于与露区分，而且露造成的降水量一般较小，所以个别区域气象站出现弱降水而国家站无降水现象时就要考虑是否是因为露造成的。而露的形成需要一定的天空状态和地面状况，所以可以通过雷达资料和区域站的其它要素资料来判定是否有露形成。

3.1 降水和雾的雷达回波特征

降水可以从雷达回波强度和径向速度等多方面进行判读，降雨回波强度一般在20 dBz 以上;降雪回波强度虽然一般在10～15 dBz，但在PPI 上雪的回波分布均匀、丝缕状纹理结构明显、水平范围大。

据研究，较大范围的平流雾在天气雷达上也有一定的回波特征，强度主要集中在0～20 dBz，形态上沿着雷达径线方向呈辐辏状向外弥散开，像一层薄纱罩在屏幕上;在速度图上会由于湍流作用呈现正负速度错综交杂相一致，且数值不大;另外，雾的回波顶高度低，只有1 km 左右。

3.2 晴空回波特征

夜间天气晴朗少云，地面热量散失就快，气温下降快，有利于露的生成。由于夜间露水一般形成在晴朗的天气环境中，所以一旦雷达上呈现晴空回波特征就可以判定可能是有露生成造成出现降水量。雷达PPI 和RHI 上所呈现的晴空回波常表现为圆点状、窄带状、细胞状、层状、白炽状、环状和波状等。另外露水适宜的凝结风速为0.5～2.0 m/s，大气层结稳定，这就可以利用回波径向速度场是否数值比较小、等值线分布是否比较稀疏和风廓线图来判定是不是可能有露生成。

4 利用多要素气象站资料判定

在系统性天气下，有人值守的国家级气象站数据是判定区域自动气象站是否因露水产生降水的重要参考，但在山区特别是夏季局地性特征较强时，就需要再综合多要素区域自动站的相对湿度、风速、温度变率等气象要素进行判断。

4.1 露形成时气象要素条件

露水从空气中来，相对湿度是影响露水形成的重要因子，相对湿度大表明空气中水汽含量高，可供凝结的水汽多。露水须形成在高湿的环境中，Monteith 认为露初始形成时相对湿度91%～99%，只要发生凝结现象的表面比它接触的空气露点温度低，就有露形成。另据王胜［2］等人研究表明相对湿度＞80%时露水出现次数占总量的70%以上。

风速是影响露水形成的又一重要因素，风速小有利于露水凝结。王胜［2］等人的研究表明，露水形成期间风速主要集中在0.5～2.0 m/s 的区间。值得注意的是如果风速较大带来的是暖湿气流，容易引致露点升高、湿度加大，也有利于凝结，可能产生露水。所以区域站本身监测的相对湿度、风速也是确定是否有露水生成的重要方法。

另外露的形成需要发生凝结现象的表面比它所接触的空气露点低，因为温度露点差也是影响露水形成的重要因子。王胜［2］等人的研究表明露水主要分布在温度露点差在－3～6℃之间或地—气温差－2～2℃之间。

4.2 露和霜的判断

霜是水汽在地面和近地面物体上凝华而成的白色松脆的冰晶，或由露冻结而成的冰珠，形成条件和露比较相近，一般形成于寒冷季节晴朗、微风或无风的夜晚。霜形成后，待白天温度升高融化后才可能引起区域自动气象站出现降水量，所以可通过自动站监测的温度和降水量出现的时间来判断是露还是霜造成的。

4.3 弱降水时的气象条件

据叶有华［5］等在广东从化地区的观测夜间最大露水量约为0.23 mm，可见，即使露造成区域自动气象站出现降水量也是弱降水。可以通过判断未出现弱降水来确定是否因露造成降水量。表2 给出了2010年巴东国家基本气象站(海拔334 m)观测到0.1～0.2 mm 降水量时段对应的定时相对湿度和风速最大值，从中可以看出相对湿度一般不超过90%，只是在有轻雾发生时相对湿度超过90%，且有2 次降水量达到0.2 mm;定时风速最大值大多在3 m/s 左右。

表2 2010年巴东弱降水时段对应相对湿度、风速最大值

另据王胜［2］研究，处于半干旱地区的定西露水日最大凝结量可达0.33 mm。表3 给出了高山站绿葱坡(海拔1 813.5 m)1997年出现0.1～0.3 mm 弱降水而且降水时段无雾时的定时相对湿度最大值和定时风速最大值，从中可看出出现弱降水且无雾时相对湿度大多＜90%，风速≤3.0 m/s。可见，巴东地区出现弱降水且无雾时相对湿度＜90%，低山风速＞2.0 m/s、高山风速大多＞3.0 m/s。

表3 1997年绿葱坡弱降水时段(无雾)对应相对湿度、风速最大值

4.4 露和雾形成时气象条件的不同

露与雾形成时的气象条件比较相近，都需要湿度大、无风或微风和大气层结稳定，地温和气温差异也都比较小。不同的是雾凝结成细微的水滴悬浮于空中，“温室效应”使得气温变率△T 较小;而露是地面凝结现象，气温变率相对较大。表4 中分析了2010年及2004年9—12月巴东站有雾但对应时段无降水时整点气温较前1 h 的变率(℃/h)，以及2010年20—07 时有露但对应时段无降水、无雾时气温的变率，从中可以看出有雾时85%的气温变率集中在－2～2℃之间，最大变率为0.7℃/h;而有露时气温变率的绝对值主要集中在0.2℃以上，占72%，变率最小值达到－3.2℃、最大值为2.2℃。