潜江市中小尺度强降水短临预警指标技术研究

徐琼芳 岳阳 杜燕妮 张新贝 王权民

摘要：利用Micaps高空、地面逐小时实况资料和多普勒天气雷达资料，对2011—2016年潜江市23次短时强对流天气过程进行统计分析，总结出潜江市中小尺度强降水短临预警指标，在2017年短临预报业务中投入使用并加以订正。结果表明，潜江市短时强降水每年出现4次左右，多发生在4—9月，7月是短时强降水最为频发的月份。短时强降水环流背景特征有锋面、低槽、切变线、低压、低涡等天气系统，短时强降水前，物理量特征为水汽充沛、湿层深厚，暖云层厚度较厚，0 ℃层高度位于5 000 m左右，对流有效位能CAPE属中等强度，57494站或57461站必有一站K指数在36 ℃以上的比例为91.3%。短时强降水的雷达回波演变方式有3种类型，即移入型，可分为一般移入型和“列车效应”移入型;合并加强型;本地发展型。短时强降水雷达回波形状以带状居多，涡带状、片状、弓状、涡旋形态较少。短时强降水时，1 h有6个以上体扫反射率因子大于35.0 dBz，强回波40 dBZ伸展到7 km左右，DVIL在2 g/m3左右，垂直风切变值在10 m/s左右。

关键词：强降水;短临;预警;指标;潜江市

中图分类号：P457.6        文献标识码：A

文章编号：0439-8114（2018）22-0043-06

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.22.013           开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Abstract： Based on the MICAPS high altitude， ground actual data by hour and Doppler weather radar data，the 23 short-term strong convective weather process in Qianjiang city in 2011-2016 years was analyzed，and the short term and impending early warning index of the middle and small scale heavy rainfall in Qianjiang was summarized，and it was put into use and revised in the short impending forecast business in 2017. The results show that short term heavy rainfall in Qianjiang appears 4 times a year，mostly in April to September，and July is the most frequent month. The background characteristics of short time strong rainfall are front，low trough，shear line，low pressure，low vortex and other weather systems. Before short-term strong precipitation，the physical quantity is characterized by abundant water vapor，thick wet layer，thick warm cloud thickness，0 ℃ layer height at about 5 000 m. The CAPE of convective effective potential belongs to medium strength，and the proportion of one station in 57494 or 57461 K index above 36 ℃ is 91.3%. There are three types of radar echo evolution in short time strong precipitation： Moving in type，which can be divided into general moving type and“train effect” type，combined strengthening type and local development type. The shape of short time heavy rainfall radar echo is mostly ribbon， while vortex band， sheet shape，arcuate shape and vortex formation are less. In short time strong precipitation， more than 6 body reflectance factors are more than 35.0 dBz in 1 hour，strong echo 40 dBZ extends to about 7 km，DVIL is about 2 g/m3，and vertical wind shear value is around 10 m/s.

Key words： strong precipitation; short term and impending; early warning; index; Qianjiang city

短時强降水是中小尺度强对流系统引发的一种强对流天气，其天气激烈、受灾面积广、危害大，是最严重的气象灾害之一，对人民群众生产生活产生重大影响。定时、定点、定量的精细化天气预报是预报业务发展的主要方向，也是经济社会发展的迫切要求。但是，中小尺度灾害性天气预报因其尺度较小、持续时间较短、突发性强等特点，对其开展准确的预警预报一直是世界性的难题。在短期内不能大幅度提高中小尺度灾害性天气预报准确率的情况下，发展短临预报业务是增强预报突发灾害性天气和提高精细化预报水平的有效途径。

3.4  抬升机制

通过对23次过程的综合分析，在强对流的抬升触发机制中，最主要的是锋面、低槽、切变线、低压、低涡等天气系统造成的系统性上升运动，绝大多数强对流性天气都产生在这些天气系统中。大致可以建立低槽-副高型、低涡切变型、副高边缘切变型、低槽东移型、低涡东移型5类短时强降水模型。

4  雷达回波特征

4.1  雷达回波分型

利用2011—2016年荆州多普勒雷达产品，通过对降水时段反射率因子回波形态和演变方式的分析，得到造成潜江市短时强降水过程的雷达反射率因子模型（图1）。按照影响方式可分为3种类型，①移入型，可分为一般移入型（图1a）和“列车效应”移入型（图1b）。一般移入型表现为位于上游的降水回波随着高空引导气流移入本地，可造成单站或区域性的强降水，其特点是持续时间相对较短。“列车效应”移入型表现为回波内伴有“列车效应”出现，即沿着高空引导气流的方向，有两个以上的对流单体侧向排列，回波传播的方向与排列方向夹角较小，在移动过程中相继影响同一地区，容易造成连续性的强降水，而且可达到暴雨强度。②合并加强型（图1c）表现为外地移入的回波进入影响地区后，受中小尺度系统辐合影响，其回波与本地块状回波聚合，加强为超级单体，特点是回波强度较强，而且停滞时间较长。③本地发展型（图1d）表现为受环境流场汇合影响，局地迅速生成对流云团，点状回波在短时间内扩大为块状回波。此类回波生成发展速度快，一般降水范围较小，而且持续时间较短，但由于其突发性和局地性强，回波强度也较强，预警的提前时间小，因此常给降水地区造成的影响也较大。另外，造成区域性强降水多为移入型或合并加强型。

4.2  反射率因子分析

雷达反射率因子的强度变化和形态特征，与雨强有较好的相关性，为定量研究反射率因子的变化特征，对短时强降水发生时的1 h内反射率因子平显特征、回波中心强度、回波顶高（ET/km）、40 dBz强回波伸展的高度H40 dBz（km）、垂直积分液态含水量VIL（kg/m2）和VIL密度Dvil（g/m3）、≥35 dBz的雷达回波体扫个数，并对35、40、45、50 dBz、≥55 dBz雷达回波体扫个数等参数进行统计（表3）。

短时强降水以带状居多，共有16次，涡带状2次，片状1次，弓状3次，涡旋1次。片状回波为本地发展型，持续时间短，弓状、涡旋、涡带状回波降水强度大，一般为“列车效应”移入型或合并加强型，时间较长，易形成暴雨。

从雷达回波强度看，短时强降水过程中，1 h内35 dBz以上的回波至少有6个体扫。短时强降水回波形态为粗壮的中下部，形似矮胖子，40 dBz强回波伸展不高，在5～12 km，平均在7 km左右。

垂直累积液态水含量VIL反映了降水云体在确定底面区域上垂直柱体内的液态水总量，2011—2016年潜江市短时强降水过程中垂直累积液态水含量VIL跨度较大（表4），在5～55 kg/m2，平均VIL为21.7 kg/m2。DVIL密度分析在0.8～3.7 g/m3，平均DVIL为1.99 g/m3。

5  短时强降水临近预警指标

通过对2011—2016年潜江市短时强降水过程Micaps资料和雷达资料进行分析，得出潜江市短时强降水临近预警指标。

1）环流背景特征有锋面、低槽、切变线、低压、低涡等天气系统。

2）强降水前，57494站或57461站必有一站K指数在36 ℃以上。

3）925、850、700、500 hPa温度露点差较小，0 ℃层高度在5 km左右。

4）风垂直切变值在10 m/s左右。

5）40 dBz强回波伸展高度在7 km左右。

6）DVIL为2 g/m3左右。

7）1 h将有6个以上体扫反射率因子大于35.0 dBz。

6  临近预警指标检验

2017年将潜江市短时强降水临近预警指标投入业务应用，并加以检验。2017年共发生6次短时强降水过程，漏报1次，空报3次。将强降水前57494站或57461站必有一站K指数在36 ℃以上指标，修正为57494站或57461站必有一站K指数在35 ℃以上，6次强降水过程可全部报出。

7  小结

通过对潜江市2011—2017年短时强降水的气候特征、环流形势特征、物理量特征和雷达特征进行多尺度分析，得到如下结论。

1）潜江市短时强降水每年出现4次左右。多发生在4—9月，7月是短时强降水最为频发的月份。

2）短时强降水环流背景特征有锋面、低槽、切变线、低压、低涡等天气系统。

3）短时强降水前，物理量特征为水汽充沛、湿层深厚，暖云层厚度较厚，0 ℃层高度位于5 000 m左右。对流有效位能CAPE属中等强度。57494站或57461站必有一站K指數在36 ℃以上的比例为91.3%。

4）短时强降水的雷达回波演变方式有3种类型，移入型，可分为一般移入型和“列车效应”移入型;合并加强型;本地发展型。短时强降水雷达回波形状以带状居多，涡带状、片状、弓状、涡旋形态较少。片状回波为本地发展型，持续时间短，弓状、涡旋、涡带状回波降水强度大，一般为“列车效应”移入型或合并加强型，时间较长，易形成暴雨。

5）短时强降水时，1 h有6个以上体扫反射率因子大于35.0 dBz，短时强降水强回波40 dBZ伸展不高，平均为7 km左右。DVIL在2 g/m3左右，垂直风切变值在10 m/s左右。

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