青海互助一次局地强降水天气多普勒雷达回波分析

曹晓敏，张 雄，金 凯

(1.青海省气象台，青海 西宁810001;2.铜川市气象局，陕西 铜川727031)

0 引言

局地暴雨是在有利的天气形势下的中小尺度天气过程[1]，进入夏季后有利于暴雨的天气背景随之产生，此时受下垫面加热及地形等因素的影响便容易产生局地暴雨。常规资料因受观测站点时空分布密度的限制，对局地短时暴雨的分析研究不够全面和深入，而多普勒天气雷达具有高时空分辨率特点，且探测产品丰富，能较为细致的反映降水区的详细信息[2]。2011年7月2日晚互助出现短时强降水，降水正值第十届环青海湖国际公路自行车赛开幕式在互助举行，对此次强降水天气的雷达回波分析，为今后大型户外活动的天气保障提供参考。

1 降水实况

2011年7月2日晚互助县出现短时强降水，降水的局地性很强，互助本站降水持续约4小时，降水量为16.1mm，其中21～22时，1小时降水达到12mm，随后降水迅速减弱并逐渐停止。形成鲜明对比的是互助站周边的几个测站降水量却很少甚至未出现降水，这也说明了此次短时强降水的局地性非常强。表1给出了互助及周边测站降水时段的逐小时降水量。

表1 2011年7月2～3日互助及周边测站降水量/mm

2 天气背景

从2日08时500hPa图上来看(图1a)，贝加尔湖以北至新疆有一大槽，青海省东北部有此大槽底部分裂小槽，588线位于福建一带，副高外围西南暖湿气流和上述分裂小槽的槽前西南气流汇合共同影响互助地区。到2日20时(图1b)，500hPa副高位置变化不大，但在西藏东南部有闭合584高压中心生成，促使南部系统向北发展，互助位于高压脊前西北气流中。

图1 2011年7月2日08时和20时500hPa高度场

从互助单点的相对湿度时间剖面上看(图2)，2日08时互助地区500hPa附近是一个相对湿度大于90%的高湿区，到2日20时700～500hPa仍然是大于80%的高湿区，良好的湿度条件和上述暖湿气流和相对干燥气流的在互助附近的交汇为短时强降水提供了必要条件。

图2 互助单点相对湿度的时间剖面图(101.9°E，36.8°N)

3 多普勒雷达回波资料分析

3.1 回波强度

由于西宁雷达站周围有一定的挡角，且通常造成短时暴雨的回波顶高不明显，所以用某一仰角的反射率因子资料不能很好的反映降水的实际情况，故采用CR产品即组合反射率因子资料[3]。7月2日下午18时左右互助西北方向开始产生回波，到20:04(图3a)大片混合性回波位于互助北部并缓慢东移南压，21:04(图3b)虽然回波中心强度有所减弱但回波范围增大形成一条西北－东南向的多单体强回波带，大于50dbz的回波前沿已经抵达互助，强降水陡然开始。21:18(图3c)强回波中心移入互助，互助的雨强达到最大，回波范围进一步加大，此后强回波带逐渐南压减弱，到22:48(图3f)形成稳定的层状云降水并渐停。

3.2 径向速度

从7月2日基本径向速度图上可以看到(图4)，20:35的1.5°仰角图上，互助西北方向存在一条显著的辐合带，大片的负速度区向雷达站方向移动，互助以北这一线吹北风，在2.4°仰角图上互助北部已经能看到逆风区，到20:58，1.5°仰角上互助地区也出现了小的逆风区，2.4°仰角上逆风区进一步加大(由于地形阻挡看上去不够明显)，以往研究表明当多个仰角上同时出现逆风区时说明上升下沉气流共存系统加强，随后互助立即出现的强降水也说明系统的确得到加强[5－6]。到21:40逆风区消失但辐合仍然强烈，2.4°仰角图上25km以内为东风，后逐渐转为北风，在50km范围内正速度区面积大于负速度区面积，且负速度多为－5m/s，正速度多为1m/s，即负速度面积仍将增大入流气流仍大于出流气流，也就是仍存在风速辐合，强降水仍然持续。在22:27左右正速度区面积开始增大，入流气流逐渐减少，风速趋于辐散，降水随后结束。

图3 2011年7月2日组合反射率因子演变图

图4 7月2日基本径向速度图

3.3 垂直风廓线(VWP)

图5 2011年7月2日20:30～22:37多普勒天气雷达垂直风廓线图

从7月2日20:30～22:37垂直风廓线来看(图5)，2.4km以上(西宁雷达站海拔为2446.7m，故2.4km以下全为“ND”)风随高度逆转，为冷平流。从20:43开始3.4km为偏东风，6.1km为偏西风，存在风向垂直切变，到21:24，5.5km以下全为偏东风，以上全是偏西风，并且21:24～22:37在5.5～5.8km处一直存在一个静风层，说明在5.5～5.8km这一层有强烈的垂直风切变，即有强的不稳定能量的积聚。之后风向逐渐转为低层到高层一致偏东风，切变逐渐减弱，降水趋于结束。可以说明，当环境风垂直切加大，对流增强，雨强增大;环境风垂直切变减小，对流减弱，雨强减小[7]。

3.4 回波顶高(ET)

图6 2011年7月2日回波顶高图

回波顶高可以反映出对流风暴的发展程度，顶高越高说明对流体发展越旺盛，可能造成更剧烈的天气现象[8－9]。7月2日20:58降水开始前(图6a)互助地区回波顶高约为6km，到强降水持续时(图6b，6c)互助附近回波顶高维持在8km，虽然对流云体发展不是很旺盛但其强度的维持和在互助地区的长时间停滞是造成本次强降水的主要原因[10]。之后回波顶高迅速减小，云团消散，降水停止。

3.5 垂直累计液态含水量(VIL)

对互助强降水的VIL进行分析，发现降水集中时段的VIL并不大，且雨强均匀，最大VIL仅为12kg/m2，但强降水的维持是造成此次短时暴雨的重要原因[11]。

4 结论

(1)中心强度大于50dbz的强回波带影响时，可以预报短时强降水的出现，如果其在一地维持，可造成该地短时暴雨天气[12]。

(2)这次强降水在径向速度图上没有观测到中气旋活动，但在强降水出现前及强降水持续中都存在强烈的风向风速辐合，且在高低不同仰角上都能观察到明显的逆风区，逆风区出现时间比强降水出现时间提前约30分钟，可以作为预报强降水的一个指标[13]。

(3)垂直风廓线图能看出风向随高度的变化情况，强降水持续时，在中层存在一个明显的静风区，静风区上下有强烈的风向切变，即有大量不稳定能量积聚，随着不稳定能量的释放，即风向垂直切变的消失(上下层转为一致的风向)，强降水趋于结束[14]。

(4)回波顶高越高说明对流云体发展越旺盛，有可能造成剧烈的天气[15]。

(5)这次强降水的VIL不大，结合以往研究，认为强对流时的VIL往往较小，也可作为预报参考。

[1] 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.

[2] 胡明宝，高太长，汤达章.多普勒天气雷达资料分析与应用[M].北京:解放军出版社，2000.

[3] 黄耀怀，郑艳，林建兴.海南一次飑线过程的多普勒雷达回波分析[J].气象研究与应用.2007，28(9):53－55.

[4] 边智，邵士河，王兆华，等.新泰“8·17”大暴雨多普勒雷达回波分析[J].农业基础科学.2010，20(1):27－30.

[5] 李东川，万敏，周明，等.一次致洪暴雨的多普勒雷达回波分析[J].贵州气象.2010，34(1):64－68.

[6] 宋燕，孙士型，张红英，等.三峡坝区一次强风害天气多普勒雷达回波分析[J].气象科技，2006，34(5):578－582.

[7] 王立华，尹恒，姚道强，等.鄂西北一次局地大暴雨过程的多普勒雷达回波分析[J].暴雨灾害，2009，28(3):246－250.

[8] 王江山，李锡福.青海天气气候[M].北京:气象出版社，2004:99－100.

[9] 王秀荣，毛卫星，郭进修.2004年主汛期我国强对流天气灾害统计特征[J].自然灾害学报，1999，8(3):46－52.

[10] 杨晓霞，张爱华，贺业坤.连续冰雹天气的物理量场特征分析[J].气象，1998，26(4):49－54.

[11] 李英，舒智.云南春节冰雹、大风天气的中尺度扰动特征[J].气象，1998，26(12):16－19.

[12] 应冬梅，许爱华，黄祖辉.江西冰雹、大风与短时强降水的多普勒雷达产品的对比分析[J].气象，2007，33(3):48－55.

[13] 钱传海，张金艳，应冬梅.2003年4月江西一次强对流天气过程的诊断分析[J].应用气象学报，2007，18(4):460－472.

[14] 郭艳，应冬梅，等.江西“4.12”降雹过程的多普勒雷达资料分析[J].气象，2005，31(11):47－51.

[15] 樊晓春，马棚里，王位泰，等.青藏高原东北侧一次持续性暴雨过程分析[J].气象科技，2008，36(1):69－73.