夏季风廓线雷达在雷州半岛强对流天气过程的应用

文彬，梁文全，邝家豪

夏季风廓线雷达在雷州半岛强对流天气过程的应用

文彬1，梁文全2，邝家豪1

（1.湛江市气象局，广东湛江 524001；2.雷州市气象局，广东雷州 524300）

利用风廓线雷达产品、常规气象资料对雷州半岛夏季2次强对流天气个例进行了分析。分析表明，雷雨云团移动到观测点前，低空急流向下不断扩展并增强，产生雷雨大风。暴雨发生发展前后，并不一定有低空急流的配合，风廓线产品风场信息显示出强降水发生前有明显的冷暖平流，上冷下暖的大气层结的建立为降水提供了不稳定条件，有利于强降水的发生发展。

天气学；风廓线雷达；强对流；夏季；雷州半岛

风廓线雷达是一种新型高空大气探测系统，能够无人值守24 h连续提供大气水平风场、垂直气流、大气折射率结构常数等的垂直分布情况，同时具有较高的时间分辨、空间分辨率和实时性好的特点。目前天气预报使用的高空观测数据空间间距100～200 km，每天仅有2次。风廓线雷达则可以弥补探空资料在时空密度上特别是时间密度上的局限性，是除探空雷达之外高空探测风资料最直接的一种来源，这对研究天气尺度系统的演变和中小尺度天气系统的结构有着重要价值。

国内多个地区都对风廓线雷达在天气过程中的应用进行过一定的研究［1-3］，探讨其在各种天气过程中的特征变化。Mitchell等［4］利用风廓线雷达研究了美国大平原天气过程中低空急流出现的高度以及维持时间，提升了当地的灾害性天气预报的水平。顾映欣等［5］利用UHF风廓线雷达资料，对1989年夏季北京地区3次降水过程进行分析，对风廓线雷达资料的应用做了初步的研究，通过温度平流的计算，说明风廓线雷达探测资料在短时预报中存在的广阔应用前景。刘淑媛等［6］利用风廓线雷达资料，研究低空急流与暴雨的关系，认为风廓线雷达可以揭示西南季风中和行星边界层中与暴雨相联系的中尺度现象；汪学渊等［7］发现风廓线雷达资料在台风苏拉登陆过程中会有明显的特征变化。李峰等［8］研究发现利用风廓线雷达探测产品能够较好地诊断和判别多相态天气的转变过程。

本研究意在分析雷州半岛夏季强对流天气过程中风廓线雷达资料的特征变化，加强风廓线雷达产品在本地区强对流天气预报预警中的应用，为天气预报预警提供参考。

1 资料与方法

使用位于湛江东海岛的CFL-08型对流层风廓线雷达资料。对流层风廓线雷达是以大气湍流为探测目标，利用脉冲多普勒雷达测速原理和数据处理获得大气湍流信息的新型测风遥感设备，能够不间断地提供探测150 m～8 km垂直高度范围内的大气水平风场，垂直气流大气折射率结构常数Cn2等要素随高度的分布。该风廓线雷达采用固定式5波束指向的固态有源相控阵脉冲多普勒全相参雷达体制，由天馈分系统、发射机分系统、接收机分系统等组成。风廓线雷达发射出的电磁辐射在大气中遇到漂移的湍流体时，会产生后向散射，其与湍流体的物理性质有关，且若湍流的尺度与雷达半波长尺度相当的话，波强度最大。通过对多普勒频移的测量以及数据处理便可以得到大气的风场信息。

本研究使用2014年6月的常规气象观测资料与风廓线雷达资料。风廓线雷达资料的时间分辨率为6 min，垂直空间尺度为每120 m 1层，资料的时间和空间观测密集度较高，能比较好地反映湛江上空的风场变化情况。

2 强对流天气过程中风廓线产品的特征

2.1 一次雷雨大风天气过程中风廓线雷达产品的变化情况

2014年6月5日20：00，500 hPa高空天气图上从贵州至中南半岛北部有一东北至西南走向的西风槽，湛江受槽前偏南气流影响，850 hPa在广东中部地区出现一支低空急流，湛江低层受弱西南风场影响。6月6日受高空槽东移影响，一条东北到西南走向的分散雨带从北部湾向雷州半岛移动，凌晨至上午，湛江市各地出现一次明显的雷雨大风过程，共有37个自动站出现7级以上大风，其中12个自动站录得8级阵风，最大阵风出现在遂溪乐明镇，风速达19.8 m/s。受东移的对流云带影响，东海岛自动站07：14录得17.0 m/s的阵风。

图1 2014年6月5日08：00北海t-logp图（距离湛江约100 km）

5日08：00北海探空（图1）显示，不稳定能量非常充足，整层的CAPE值达到4 239 J/kg，只需抬升条件触发，强对流即可发展。随着西风槽东移，大片强对流云团形成，并随风场移动。从图2中可知在05：00到08：00期间高层风场由西北风转为西南风，显示西风浅槽过境，但在5 500 m高度上表现不明显。1 500 m以下风速逐渐增大，风向由偏南风转为西南风，同时1 590 m高度的西南风在90 min内风速从6.7 m/s增大至12.7 m/s，形成超低空急流。而1 500至4 000 m高度处的风速随箭头方向逐渐增大，出现强风速带，形成低空急流，低层风速增大使得降水云体快速东移。根据计算，1 500 m以下高度层在07：30左右开始出现低空急流，表明低空急流开始向底层扩展，这时离降水发生近20 min。风廓线风场产品显示在雷雨大风来临时风场有一定程度的加大，低空急流向底层扩展的特征。急流向下扩展，动量下传影响使得底层风速有一定程度的增大。这与金巍［3］的研究相似，低空急流强度的大小影响强对流的强弱。偏南急流加强向下伸展，降水强度也随之增强。

图2 2014年6月6日05：36至07：54（UTC）风场与大气折射率结构常数的变化情况

2.2 一次大暴雨降水过程中风廓线雷达产品的变化情况

2014年6月10—11日，受低涡与切变线影响，湛江地区普降暴雨到大暴雨，东海岛雷达站24 h降水量达226.2 mm，11日08：00—09：00录得最大小时雨强86.4 mm（如图3）。850 hPa切变线处于广西沿海到茂名一带，在切变线南侧，不断有降水云团生成。

图3 2014年6月11日东海岛雷达站降水情况（UTC）

由图4可知，凌晨03：12前后5 500 m高空以西北风为主，03：36开始，2 000至6 500 m的高空风向开始转变，由西北风转为东到东北风，并在中层出现大风速区，3 000至3 500 m风向有明显转变，表明有辐合线经过雷达站上空并向北推，同时雷达站西侧的降水云团随着强偏东风向西移动，此时雷达站附近出现一阵小雨的降水。1 500 m以下一直以东南风场为主。

图4 2014年6月11日03：12—06：06（UTC）的风场变化情况与05：06风向的垂直变化情况

有研究指出暴雨降水常伴有低空急流，而这次大暴雨过程中，并未伴随明显的低空急流，04：30降水有所减弱消散，对应图4中高层风速转为加大的东北风。降水过后低层转为东南风场，暖平流向测站输送，高层为冷平流（如图4中蓝框和红框），大气上冷下暖，不稳定性不断增强，为强降水发生与持续提供有利条件。同时较长的降水时间，使得降水累计量较大，形成大暴雨。吴蕾［9］研究认为，当低层为暖平流，高层为冷平流，冷平流的增强时，会使得降水强度明显增强。

3 结论

利用风廓线雷达产品对部分强对流个例进行了简单的探讨。个例分析显示，雷雨云团移动到观测点前，低空急流向下不断扩展并增强，1 500 m以下出现低空急流后20 min即出现降水与雷雨大风。暴雨发生发展前后，并不一定有低空急流的配合，风廓线产品风场信息可明显地看到冷暖平流的变化情况，该次大暴雨降水过程中上冷下暖层结为降水提供了不稳定条件。

通过风廓线雷达，可以显示高低空急流、风切变、冷暖平流等大气情况，但风廓线雷达主要以晴空大气为探测目标，且水平风是在局地均匀各向同性的假设条件下计算出来的，强对流发生时，有时很难达到其探测效果。我国风廓线雷达探测产品的应用特别是二次产品的研究还处于初步发展阶段，还需进一步开发更为合理可行的产品，为短时临近预报提供参考。

［1］方平治，赵兵科，鲁小琴，等.华东沿海地带台风风廓线特征的观测个例分析［J］.大气科学，2013，37（5）：1091-1098.

［2］王柯.基于风廓线雷达的塔克拉玛干沙漠腹地边界层风场研究［D］.乌鲁木齐：新疆大学，2011.

［3］金巍，曲岩，姚秀萍，等.一次大暴雨过程中低空急流演变与强降水的关系［J］.气象，2007，33（12）：31-38.

［4］Mitchell M J，Arritt R W，Labas K.A climatology of the warm season great plains Low-Level jet using wind profiler observations［J］.Weather and Forecasting，1995，10（3）：576-591.

［5］顾映欣，陶祖钰.UHF多普勒风廓线雷达资料的初步分析和应用［J］.气象，1991，18（1）：29-34.

［6］刘淑媛，郑永光，陶祖钰.利用风廓线雷达资料分析低空急流的脉动与暴雨关系［J］.热带气象学报，2003，19（3）：285-290.

［7］汪学渊，李栋，任雍，等.风廓线雷达资料在台风苏拉登陆过程中的应用初探［J］.气象，2013，39（11）：1431-1436.

［8］李峰，施红蓉.一次多相态天气过程的风廓线雷达探测资料特征分析［J］.气象，2014，40（8）：992-999.

［9］吴蕾，董丽萍，王令，等.风廓线雷达在强降水监测预警中的应用研究［J］.南京大学学报（自然科学版），2014，50（6）：865-872.Application of Wind Profilers in Summertime Severe Convective Weather in Leizhou Peninsula

WEN Bin1，LIANG Wen-quɑn2，KUANG Jiɑ-hɑo1
（1.Meteorological Bureau of Zhanjiang City，Zhanjiang 524001；2.Meteorological Bureau of Leizhou City，Leizhou 524300）

With the products of wind profilers and conventional meteorological data，we studied two cases of summertime severe convective weather over the Leizhou Peninsula.As shown in the analysis，a lowlevel jet stream kept expanding downwards while strengthening to give rise to thunderstorm before its cloud cluster moved to the site of observation.A low-level jet stream is not a necessary condition for the time around the occurrence of heavy rain.As shown in the wind field information of the products，a cold and warm advection was present prior to the heavy rain.The establishment of an atmospheric stratification provides unstable condition for the rain and helps it generate and intensify.

atmospheric measurement；wind profiler；severe convection；summer；Leizhou Peninsula

P44

A

10.3969/j.issn.1007-6190.2016.05.010

2016-03-15

湛江市气象局项目（2014B01）

文彬（1988年生），男，助理工程师，研究生，主要从事天气预报和气象服务工作。E-mail：wenbinQZ@163.com

文彬，梁文全，邝家豪.夏季风廓线雷达在雷州半岛强对流天气过程的应用［J］.广东气象，2016，38（5）：42-44.