贵州一次短时强降水雷达演变特征分析

蒙 军，杨 静，徐良军，叶 帮

(1.贵州省安顺市气象局，贵州 安顺 561000；2.贵州省气象台，贵州 贵阳 550002；3.贵州省镇宁县气象局,贵州 镇宁 561200)

贵州一次短时强降水雷达演变特征分析

蒙 军1，杨 静2，徐良军1，叶 帮3

(1.贵州省安顺市气象局，贵州 安顺 561000；2.贵州省气象台，贵州 贵阳 550002；3.贵州省镇宁县气象局,贵州 镇宁 561200)

利用贵阳多普勒雷达资料及自动站观测资料对2012年7月16日影响贵州大部且持续时间长的短时强降水天气进行详细分析。研究表明：短时强降水出现开始阶段，雷达回波显示出强度为35 dBz，且回波局地性强、回波顶高<8 km、垂直液态水含量>5 kg/m2；短时强降水大面积发展阶段，回波发展迅速并不断合并成片，回波顶高达到10～12 km，且垂直液态水含量>1.8 kg/m2，配合超低空急流形成大面积强度为40～45 dBz的回波；短时强降水趋于结束阶段，片状回波逐渐减弱分散，但仍存在强度为40 dBz、回波顶高8 km、垂直液态水含量>1.8 kg/m2的小块状回波。

短时强降水；回波顶高；超低空急流；垂直液态水含量

1 引言

暴雨灾害具有区域小、降雨时段集中、过程雨量大、短历时降雨强及引发次生灾害特别重[1]，其中短历时强降水因突发性和局地性强等特点，预报难度大，新一代天气雷达能实时监测天气系统，提供丰富的产品，通过分析回波特征，可以对产生短时强降水的回波特征进行总结。刘洪恩[2]利用多普勒雷达资料研究了低空急流、暖平流、冷切变、逆风区等暴雨中尺度系统的回波特征，指出这些中尺度系统对暴雨临近预报有明确的指示意义；夏文梅[3]等利用冷暖平流和辐散辐合风场叠加的多普勒速度特征，对一次连续性大暴雨风场进行了研究；周雨华[4]等对几次副高边缘暴雨的多普勒雷达资料进行了对比分析，得到了很多有意义的结论；一些学者[5-10]对短时强降水的回波特征进行分析总结，得出的结论对短时临近预报具有很好的指导作用。万雪丽[11]等对低空急流对贵州夏季暴雨的作用进行的了分析，得出贵州夏季暴雨的产生几乎都伴有低空急流的影响；池再香[12]等对西部典型暴雨进行了研究，得出中小尺度天气系统演变对贵州西部地区的暴雨落区有重要的指示意义；张艳梅[13]等对贵州中西部区域性暴雨成因进行分析，得出暴雨发生前期上升运动的变化对暴雨的产生有指示作用。多普勒雷达资料具有常规观测资料高时空分辨率的优势，利用多普勒雷达研究贵州短时强降水特征，对短时临近预报预警有更好的指导意义。

本文利用多普勒雷达产品、ECMWF0.75×0.75再分析资料、Micaps常规观测资料及地面自动站观测资料对2012年7月16日贵州省短时强降水天气进行了分析，探讨短时强降水的详细演变及对应的雷达回波特征，分析短时强降水发展过程与雷达回波强度、垂直液态水含量、回波顶高等演变的关系，以期进一步认识类似过程，提高短时强降水的临近预报服务能力。

2 降雨实况

2012年7月15日20时—16日20时，贵州出现大暴雨7县站(雷山、织金24 h降水量超过150 mm)，暴雨18县站；根据区域自动站降水资料显示，特大暴雨5乡镇(桂果乡24 h降水量超过300 mm)，大暴雨111乡镇，暴雨310乡镇。根据中国气象局《全国短时、临近预报业务规定》(气办发[2010]19号文)中规定：1 h降水量≥20 mm的降水即定义为短历时强降水。15日20时—16日20时贵州省内共计出现短历时强降水454站次，其中16日01—12时短历时强降水站数298站次，16日09时短历时强降水站数达到35站次(图1)；1 h降水量超过50 mm有29站次，1 h降水量超过70 mm有6站次(图2)，最大小时雨强为100.7 mm/h(毕节桂果乡16日0时)；由桂果乡小时降水演变图(图3)可以看出，在整个降水过程中，桂果经历了两次强降水阶段，分别为16日00—02时和16日15—16时，24 h累计降水量达到383.2 mm，有明显的对流性降水特点。

图1 2012年7月15日20时—16日20时逐 小时短历时强降水站次Fig.1 Hourly precipitation times of short duration during 20∶00 BT 15 July to 20∶00 BT 16 July 2012

图2 2012年7月15日20时—16日20时逐小时降 雨量≥50 mm及70 mm站次Fig.2 Hourly rainfall is greater than or equal to 50mm or 70mm during 20∶00 BT 15 July to 20∶00 BT 16 July

图3 2012年15日20时—16日20时毕节市 织金县桂果乡降水量Fig.3 Precipitation in Zhijin County, Bijie City during 20∶00 BT 15 July to 20∶00 BT 16 July 2012

根据此次短时强降水随时间的演变特点，本文将此次过程分为3个阶段：开始阶段、发展阶段、结束阶段。开始阶段定义为短历时强降水站点数≤20站次，时间为15日20时—16日00时；发展阶段定义为短历时强降水站点数≥20站次，时间为16日00—13时；结束阶段定义短历时强降水站点数≤20站次，时间为16日13—20时。

3 影响系统及环境参数

7月15日08时200 hPa上南压高压脊线稳定于27°N附近；500 hPa上四川东部和云南东部均有小槽(图略)。 15日20时，700 hPa贵州上空为6～8 m/s的西南气流，广西北部为12 m/s的西南急流，16日08时广西北部—湖南加强为8～12 m/s的西南气流，且云贵高原东部有人字型切变线存在(图略)。 15日08时，850 hPa上四川东部—贵州北部有“人”字型切变存在，四川东部有-2 ℃的24 h显著降温区，表明低层有弱冷空气入侵，广西—湖南为8 m/s的西南气流；15日20时，西南气流加强为12～14 m/s，人字型切变维持在四川东部—贵州北部(图略)。15日08时，地面图上，贵州北部有辐合线存在；15日20时，地面辐合线南压到贵州中部偏南位置；16日08时，地面辐合线稍北抬至贵州中部，呈东—西向；16日20时，地面辐合线仍维持在贵州(图略)，有利于强降水的持续。

在降水最强时段，16日02时，700 hPa(图4a)贵州西南部受8～10 m/s偏西气流和切变影响，贵州西北部处于12 g/kg的比湿中心东部，暖舌控制贵州中西部，到08时(图4c)比湿中心分布在东、西两处，且中心值维持在12 g/kg，贵州西部及东部边缘处于高湿中心，切变北抬至贵州中部一线呈西北—东南向，温度脊位于云南东北部—贵州西北部。16日02时，850 hPa(图4b)低涡位于贵州西北部，贵州大部比湿在16 g/kg以上，贵州东南部处于18 g/kg的高比湿中心，冷舌影响贵州东北部，到08时850 hPa(图4b)除西部地区外，其余地区比湿均在16 g/kg以上，低涡有所增强，切变略有南压，广西—湖南的西南急流有所增强并北抬，冷舌伸至贵州中部。低涡切变维持增强，高层暖湿气流与低层冷空气在急流的配合下交汇，使贵州16日凌晨到上午出现了范围大、强度强的短时强降水天气。

图4 比湿(实线，单位：g/kg)、温度场(虚线，单位：℃)、风场(风标，单位：m/s)；700 hPa:(a)16日02时， (c)16日08时；850 hPa:(b)16日02时，(d)16日08时Fig.4 Specific humidity (solid line, unit:g/kg), temperature (dashed line, unit:℃ ) , wind (Vane, unit: m/s); 700 hPa:(a)02∶00 BT 16 July，(c)08∶00 BT 16 July；850 hPa:(b)02∶00 BT 16 July，(d)08∶00 BT 16 July

由贵阳15日20时、16日08时、16日20时的探空可知(图略)：K指数由42 ℃下降为36 ℃后又增至39 ℃，SI指数由-1.18 ℃增至0.82 ℃后又降至-0.12 ℃，CAPE值由836.9 J/kg降至585.2 J/kg后继续降至294.9 J/kg，θse(500-850)由 -2.9 ℃降至-4.7 ℃后继续降至-8 ℃。说明15日20时大气很不稳定，且具有很高的不稳定能量，在强降水期间大气始终处于不稳定状态，有利于对流性降水出现。

4 雷达回波特征分析

4.1 开始阶段

15日20—23时(图略)，贵州西部、南部和东南部有最大强度小于35 dBz的零星小块状回波，最大回波顶高小于8 km。随时间演变，毕节附近移入的回波不断合并成片，且移速缓慢，罗甸境内回波块北上扩大，平塘、都匀等地有小块状回波生成，黔东南境内不断生成零星块状回波。16日00时04分(图5a)，贵州西部、南部出现40 dBz以上的块状回波，平塘县境内最大回波顶到达11 km(图5b)，垂直液态水含量达到5 kg/m2(图5d)；桂果乡附近的回波最大强度达到45 dBz(图5c)，最大回波顶高接近12 km(图5b)，回波仍在向上伸展,与16日00时桂果1 h降水量达到100.7 mm有较好的对应关系。

4.2 发展阶段

16日00—12时，短历时强降水站数为300站次，占此次过程总站数66.1%，1 h雨量≥50 mm的站点数为24站次，占此次过程总站数71.4%(图2)。16日01—02时、16日09—10时分别是本阶段内两次相对强短历时强降水(1 h降水量≥50 mm站点数在4站次以上)过程。

图5 2012年7月16日00时04分贵阳雷达0.5°仰角基本反射率因子(a)、回波顶高(b)、反射率因子剖面(c)、垂直液态水含量(d)Fig.5 The elevation of 0.5°in Guiyang basic reflectivity factor at 00∶04 BT 16 July 2012 (a),Echo top height(b),Reflectivity profile(c),Vertical liquid water content(d)

4.2.1 第1次较强降水过程 16日01—02时(图6a、图6b)，毕节、安顺境内回波合并成片状，40 dBz回波面积扩大，黔南境内回波面积扩大合并加强；黔东南与黔南交界处回波合并成面积较小的片状,最强回波为平塘附近的40 dBz；结合图7a看出，地面辐合中心位于贵州西北部与重庆交界处， 此时出现了23站次短历时强降水，毕节、黔东南、黔南出现了50 mm/h以上的强降水，大风洞1 h降雨量达到了80.5 mm，强辐合促使对流发展，这是本阶段内出现的第1次较强的短历时强降水过程。

4.2.2 强降水缓和期 6日03时(图6c)，毕节、安顺境内回波合并影响贵阳，黔东南、黔南境内回波合并成东北—西南向带状，40 dBz以上回波主要分布在贵州中西部及南部；04时(图6d)，毕节、安顺境内回波合并成大块状，贵州东部带状回波向片状发展，黔西南、黔南境内形成两条40 dBz以上的小带状回波；05时(图6e)，毕节、安顺、贵阳以及黔南北部回波合并成更大片状，黔东南、黔南带状回波发展为片状，回波有所扩大，此时40 dBz强回波中心位于贵阳、雷山附近，结合图7b看出，贵州西北部到四川交界处有弱辐合，贵州中部—西北部流线气旋性曲率较大，说明气流辐合引导回波合并；06时(图6f)，毕节、安顺、黔东南、黔南的回波合并，覆盖面积明显增大，回波块之间的界限模糊，安顺南部、遵义境内出现15～25 dBz的零星小块状回波；07—08时(图6g、图6h)，遵义境内回波北上移出雷达探测范围，其余回波合并成片，40 dBz的强回波区域明显增大，结合图7c，地面辐合线位于贵州东北部，贵州大部受到辐合线西南侧的东南气流影响，促使回波合并加强。

4.2.3 第2次较强降水过程 到09时(图6i)，40 dBz回波区域继续扩大，呈带状分布，09时短历时强降水的站数达到本次过程最大值(35站次)；10时(图6j)，40 dBz的回波分布在安顺、黔南、铜仁境内，10时的短历时强降雨站数为32站次，安顺、黔南、铜仁共有5站次1 h降水量≥50 mm；11—12时(图6k、图6l)，整片回波缓慢东移，40 dBz的零星回波块面积有所减小，说明回波强度减弱，结合图7 d，贵州中部偏南地区有强辐合中心，回波总面积基本维持，降水范围仍然较大。

由图8a可以看出，16日10时凯口附近垂直液态水含量为1.8～5 kg/m2，整片回波约2/3区域垂直液态水含量在1.8 kg/m2以上，都匀、平塘境内有小块状区域回波，顶高在7～8 km之间(图8b)，凯口附近回波顶高达10 km；凯口附近最大回波强度超过45 dBz(图8c),40 dBz回波区域宽广且高达8 km；由图8d 看出，9时03分—10时，0.3～2.1 km高度一直有风向随高度的顺时针偏转，2.1～4.5 km高度维持有8～10 m/s的西风。由于较高的垂直液态水含量，加上低层不断有暖平流为降水区域提供能量以及中层的强气流为降水提供动力抬升条件，使凯口出现了短时强降水天气,1 h降水量达到72.7 mm。

图6 2012年7月16日贵阳雷达站1.5°仰角基本反射率因子 (a)01时01分,(b)02时03分,(c)03时00分,(d)04时04分,(e)05时01分,(f)06时06分,(g)07时02分, (h)08时00分,(i)09时03分, (j)10时00分,(k)11时02分,(l)12时00分Fig.6 The elevation of 1.5°in Guiyang basic reflectivity factor at at 16 July 2012 (a)01∶01,(b)02∶03,(c)03∶00,(d)04∶04,(e)05∶01,(f)06∶06,(g)07∶02,(h)08∶00,(i)09∶03, (j)10∶00,(k)11∶02,(l)12∶00

图7 2012年7月16日02—11时地面流线 16日02时(a)、16日05时(b)、16日08时(c)、16日11时(d)Fig.7 Surface flow line during 02∶00 to 11∶00 BT 16 July 2012(a)02∶00.(b)05∶00,(c)08∶00,(d)11∶00

图8 2012年7月16日10时垂直液态水含量(a)、回波顶高(b)、黔南凯口附近反射率因子剖面图(c)， 9时03分—10时风廓线显示(d)Fig.8 Vertical liquid water content at 10∶00 BT 16 July 2012(a),Echo top height(b),Reflectivity profile near the Kaikou, Qiannan(c),The vwp during 09∶03 to 10∶00 BT

4.2.4 强降水减弱期 到11时、12时短历时强降水站点数分别为31站次和26站次；13时后仅三都、关岭附近回波强度大于40 dBz，回波片状结构仍然很完整,13时的短历时强降水站点数为19站次。

结合分析径向速度变化(图略)，16日03时西南急流(8～12 m/s)在安顺建立，并维持到05时，05—06时急流减弱消失，10时急流(12～14 m/s)重新在安顺东部—黔南西部建立，在12—18时不断加强，19—20时急流减弱消失，说明受到两次超低空急流影响，强降水出现强—弱—强—弱的变化过程。

4.3 结束阶段

16日13—14时，整片回波有分散趋势，黔东南境内回波边缘开始消散，仅镇宁附近有40 dBz的小块状回波；15—17时黔东南、黔南境内回波明显减弱消散，安顺、毕节境内的回波仍保持完整片状结构，织金、镇宁附近仍有强度为40 dBz的小块状回波，对应16时短历时强降水站点数为18站次，毕节长坝1 h降水量达到73.9 mm；18时安顺、毕节境内片状回波开始断裂，六枝附近仍有强度为40 dBz的小回波块，对应 18时短历时强降水站点数降至12站次，毕节、六盘水出现1 h降水量在50 mm以上的站点共3站次,说明即使在回波减弱结束阶段，40 dBz的回波附近仍能产生较强降水(图略)。

由图9a看出，16日18时04分，猫场村附近垂直液态水含量在1.8～5 kg/m2之间，仅普定、六枝附近回波顶高大于5 km(图9b)，回波顶高大于4 km的区域分布零散且面积较小，大部分回波顶高在3 km以下；猫场村附近(图9c)的回波最大伸展高度仍在8 km以上，40 dBz的回波高度在4 km以下，强回波面积呈减小趋势。由图9d看出，16日17时07分—18时04分0.3～3.0 km高度有8～12 m/s的急流维持，风随高度在3.0～5.7 km顺时针偏转，说明当回波伸展高度在8 km以上，配合较高的垂直液态水含量、高层暖平流以及低层急流仍能出现强降水天气，猫场村18时的1 h降水量就达到了64.6 mm。

图9 2012年7月16日18时04分垂直液态水含量(a)、回波顶高(b)、六盘水猫场村附近反射率因子剖面图(c)， 17时07分—18时04分风廓线显示(d)Fig.9 Vertical liquid water content at 18∶04 BT 16 July 2012(a),Echo top height(b),Reflectivity profile near the Maochang village, Liupanshui(c),The vwp during 17∶07 to 18∶04 BT

5 结论

本文利用贵阳多普勒雷达资料对2012年7月16日贵州省大范围短历时强降水天气进行详细分析，结果显示本次短时强降水过程在低涡切变系统、高湿、强急流的有利条件下呈现出3个(开始、发展、结束)典型阶段，每个阶段特征如下：

①开始阶段回波分布为零散块状，大部分回波强度在35 dBz以下，局地回波强度达到40～45 dBz，回波顶高达到8 km以上，虽然超低空急流还没有建立，也能产生局地强短时强降水天气。在短时临近预报中，大范围降水发生前期可关注局地高值强回波区的强度、回波顶高、垂直液态水含量，以判断回波是否有增强发展扩大的趋势。

②发展阶段回波有明显合并加强成片的特点，大于40 dBz以上的回波区域明显增大，垂直液态水含量能达到5 kg/m2以上，垂直液态水含量在1.8 kg/m2以上回波范围广，40 dBz以上的强回波单体高达8 km且面积大，超低空急流呈建立—减弱—增强—减弱态势，导致本阶段降水呈现出两次较明显强降水过程。强降水期间，如回波开始出现以上特征，则应关注大范围持续时间长的短时强降水。

③结束阶段强回波面积缩减，片状回波逐渐消散，垂直液态水含量在1.8 kg/m2区域减小，回波顶高在8 km以下，局地仍有大于40 dBz的回波，超低空急流此时并未完全消失，局地仍能发生短时强降水，说明即使是回波消散过程，局地强回波仍能产生短时强降水天气，片状回波开始消散，说明降水过程趋于减弱结束。

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A short-time strong rainfall evolution characteristicsanalysis of radar in Guizhou

MENG Jun1，YANG Jing2，XU Liangjun1，YE Bang3

(1.Anshun Meteorological Service of Guizhou Province, Anshun 561000, China; 2.Guizhou Meteorological Observatory,Guiyang 550002, China; 3.Zhenning Meteorological Service of Guizhou Province, Zhenning 561200, China)

The data of Guiyang Doppler radar and the data of automatic station observation on July 16, 2012 were used to analyze in detail the heavy rain weather with long duration. Research has shown that: When short-term heavy rain began to appear, the echo strength is 35 dBz and the echo top height is less than 8 km locally, the VIL more than 5 kg/m2is locally too; in the short-time strong rainfall development phase, the echo is developing rapidly and constantly merger and echo top height energy to 10～12 km, most of the VIL is greater than 1.8 kg/m2, combined with a low-level jet, large area strength of 40～45 dBz echo can be formed; The stage of short-time strong rainfall tends to end, patchy echo weakened gradually dispersed, but there is still a strength of 40 dBz, high echo top 8 km, the VIL is greater than 1.8 kg/m2echo of small patches.

short-time strong rainfall; echo top height; low-level jet; VIL

1003-6598(2017)01-0008-08

2015-05-14

蒙军(1989—)，女，助工，主要从事气象预报预测工作，E-mail:460248283@qq.com。

P458.1+21.1

A