青海高原东北部2种不同性质强降水的雷达特征对比分析

张令振 谢启玉

摘要 從影响系统及雷达强度、径向速度、切变特征方面对2018年6月30日—7月1日以西宁为中心的青海高原东北部出现的对流性和稳定性2种不同性质的区域性强降水天气进行了对比分析。结果表明：对流性强降水是在副高内缘高温高湿的条件下产生，由中小尺度系统触发;云系强度较强、移动速度较快、持续时间短;强降水发生在雷达最大反射率因子（DBZM）、垂直液态水含量（VIL）与最大反射率因子高度（HT）上升至最大后下降及风暴顶高（TOP）下降至最小的时段，且最大（小）值出现时间较降水开始有较大的提前量;径向速度即风辐合较强，垂直风场上低-中层的层结不稳定，有利于对流的发展;综合切变较强。稳定性强降水是在副高撤退后低槽东移过程中产生的;云系强度较弱、移动速度非常慢、持续时间很长;强降水发生在DBZM和VIL上升至最大后持续的时段，且最大值出现时间较降水开始也有提前量，但HT与TOP的变化不明显;风场呈现明显的“牛眼”结构，垂直风场上存在深厚且较强的暖平流;综合切变较弱。强降水落区与地形有一定的关系。

关键词 不同性质强降水;雷达特征;影响系统;青海高原东北部

中图分类号 P458.1+21文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2019）11-0215-06

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.11.063

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Abstract Two different heavy precipitation processes of convection and stability in northeastern Qinghai Plateau occurred from June 30 to July 1 in 2018， this paper compared and analyzed their impact system and characteristics of Radar products such as intensity， velocity and comprehensive shear. The results show that the convective heavy precipitation was produced under the condition of high temperature and high humidity in the Subtropical High edge， triggered by the small and medium scale system;the cloud had strong intensity， fast moving speed and short duration;heavy precipitation occurred in the period when DBZM， VIL and HT rose to the maximum then decreased， and TOP decreased to the minimum， and the time of the maximum （minimum） appeared were advance than the beginning of precipitation;The convergence intensity of DopplerRadar velocity was strong，and the vertical wind field had unstable stratification on the lowmiddle layer which was conducive to the development of convection， and meanwhile the comprehensive shear was strong. The stable heavy precipitation was produced during the eastward movement of the low trough after the Subtropical High retreated;the intensity of the cloud was weak， the moving speed was very slow， and the duration was very long;heavy precipitation occurred in the period when DBZM and VIL rose to the maximum and then continued， and the time of the maximum was also advanced compared with the beginning of precipitation， but the changes of HT and TOP were not obvious;the convergence of DopplerRadar velocity showed an obvious “bulleye” structure， and there was deep and strong warm advection on the vertical wind field， and meanwhile the comprehensive shear was weak.

Key words Two different heavy precipitation processes;Characteristics of DopplerRadar products;Impact system;Northeastern Qinghai Plateau

基金项目 青海省西宁市气象局重点项目（201611）;青海省西宁市气象局强降水预报技术方法研究创新团队项目。

作者简介 张令振（1978—），男，安徽萧县人，工程师，从事综合气象监测研究。

收稿日期 2019-01-08;修回日期 2019-04-03

强降水常常给公众的生产和生活带来危害甚至是损失，又一直是预报预警工作的重点和难点[1]。雷达产品作为非常规探测资料具有实时性、直观性等特征，在冰雹、强降水等强对流天气的监测、短临预报预警中起着举足轻重的作用[2-11]。研究发现[2-18]，强降水在雷达上表现为回波强度20～45 dBz，垂直液态水含量（VIL）较冰雹小，速度场对强降水有较好的指示意义，垂直风廓线产品可以判定降水时段。以青海省会城市西宁为中心的青海高原东北部地区，受高原地形的影响，强对流天气特别是强降水天气频发[19-20]。2018年6月30日—7月1日青海高原東北部出现了区域性强降水天气过程，但前后两日的降水性质却不同，6月30日为对流性强降水，7月1日却为稳定性强降水。笔者利用常规观测数据及雷达产品等多种资料对这2种性质不同的强降水从影响系统及雷达强度、风场、切变特征方面进行了对比分析，旨在深入研究其产生的物理原因，加深对中小尺度系统的认识，以探究不同性质的强降水发生、发展及移动的不同雷达特征，为强降水天气的可预报性提供支撑和现实依据。

1 降水实况及影响系统

1.1 降水实况

6月30日—7月1日强降水区域（图1a）位于西宁市区、湟中县及大通县相交一带，降水区域比较集中、量级比较大，西宁市区、湟中县的降水量达到了暴雨量级。大雨发生时间集中在6月30日18：00（图1b），小时降水量最大出现在西宁，为31.9 mm，湟中县为31.8 mm，大通县为194 mm。此次过程主要有2个阶段：第1阶段为6月30日17：00～20：00，最大雨强出现在17：00～18：00，降水量时间集中、区域性强，呈现出对流性强降水的典型特征;第2阶段降水从7月1日07：00开始持续至20：00左右，以稳定性降水为主，降水量分布较均匀且持续时间较长。

1.2 影响系统 此次强降水发生前，主体位于西太平洋上空的副热带高压（以下简称副高）持续增强北抬，6 月30日08：00，500 hPa高空（图2）亚洲中高纬环流呈现两槽一脊的形势，副高西伸北抬，584线在40°N附近的河西走廊一带，呈块状分布，整个青海高原处于584线的控制之下，副高西侧西风带中有一低槽东移南压，温度场上0 ℃（图上为272K，下同）暖脊控制青海高原，相对湿度≥90%，即具备高温高湿条件，青海高原东北部处于副高内缘;600 hPa青海高原处于12 ℃高温中心，相对湿度≥90%，也具备高温高湿条件;100 hPa南亚高压中心在35°N、85°E附近，青海东部处于高空急流出口区右侧，高层辐散抽吸显著;500 hPa上24 h 0 ℃等变温线沿584线边缘分布，600 hPa上24 h 0 ℃等变温线的位置较偏北，西宁地区对流层中层降温，低层增温，使降水区域的不稳定性增强。可见，第1阶段6月30日的对流性强降水正是在副高内缘高温高湿的条件下产生，受产生不稳定的中小尺度系统影响，之后西风带低槽逐渐东移，青海高原东北部处于槽前的西南气流中，西南风风速达8 m/s，相对湿度≥90%。至第2阶段7月1日08：00，500 hPa上584线迅速东撤南压至青海东南部，西风带低槽东移至青海西部，青海高原东北部处于强西南气流中，600 hPa青海东部受低槽影响，相对湿度≥90%，说明低-中层水汽充沛;100 hPa南亚高压中心较6月30日略西撤，但仍使青海东部处于高空急流出口区右侧的高层辐散中;7月1日20：00受冷空气挤压，500、600 hPa上低槽减弱北收。第2阶段7月1日的强降水正是副高撤退后低槽东移过程中产生的，由于低槽东移速度慢，因而降水也呈现稳定性质。

47卷11期张令振等 青海高原东北部2种不同性质强降水的雷达特征对比分析

地面图上（图略），第1阶段6月30日08：00冷高压主体在南疆，其前端从河西走廊输送一股较强的冷空气东移，△P24达到15 hPa以上，青海高原中西部由热低压控制，热低压中心位于海西西部地区;14：00强冷空气由河西走廊至兰州倒灌进入青海高原东部，风向上在海晏—湟源—共和形成一个明显的西北风与东南风之间的切变线，表明大气层结的不稳定和中小尺度的抬升作用明显，露点温度也是在青海高源东部地区高，达到了14 ℃，即地面存在明显的高湿。可见，第1阶段对流性强降水是由中小尺度切变线触发。第2阶段7月1日07：00之后的降水是由青海高原中西部的暖低压发展为完整的中尺度暖低压并与其上空的高空低槽环流配合触发而形成，暖低压维持时间长，高空低槽移动较慢，因此第2阶段产生的是稳定性强降水。

1.3 强降水与地形的关系

以省会城市西宁为中心的青海高原东北部处于高原河湟谷地的呈西北—东南向狭长低洼地带中（图3），冷空气自西向东移动过程中，由于高原阻挡作用分为2支：一支绕过高原自河西走廊从兰州倒灌进入河湟谷地，这支冷空气向西移的过程中受河湟谷地西侧山脉的阻挡和抬升作用，降水落在山前的青海高原东北部地区，配合影响系统形成6月30日强降水;另一支爬上高原直接进入河湟谷地，这支冷空气移动较慢，配合影响系统形成7月1日稳定性强降水。可见，地形对强降水有一定的影响。

2 雷达特征

2.1 强度特征

2.1.1 云系强度变化特征。

由雷达组合反射率因子反映的云系变化情况（图4）可知，第1阶段6月30日16：00开始，海晏—湟源北部有大范围团状云系生成并呈西北—东南向，同时在湟源境内有块状对流云系发展，随着团状云系东南下，对流云系强度明显加强、范围也不断扩大，至16：43强对流云系进入西宁市区与大通和湟中三者交界的区域，强度达

到50 dBz，至17：04强对流云系范围进一步扩大，降水开始出现，强对流云系经过的区域正是强降水出现的区域，17：00～18：00 1 h西宁市区、湟中县及大通县均出现了20 mm以上的强降水;至17：46之后虽然强回波中心明显减弱，但云系范围依然较大，持续至18：00后云系范围明显缩小，降水也明显减小。可见，对流性强降水云系强度较强，移动速度较快，前后共经历2 h左右。第2阶段7月1日凌晨的降水，06：00开始，有云系自大通—海晏—湟源一带发展，但强度较弱，只有30 dBz，之后对流云系强度略有加强，至35 dBz，06：59云系缓慢东南下进入，09：22范围扩大明显，之后云系的强度与范围并无明显的变化，一直维持至14：00，之后明显减弱，20：00基本结束。可见，稳定性强降水云系强度较弱，移动速度非常慢，整个过程共经历14 h左右。

2.1.2 最大反射率因子（DBZM）和垂直液态水含量（VIL）變化特征。

由最大反射率因子（DBZM）和垂直液态水含量（VIL）变化可知，6月30日第1阶段强降水DBZM和VIL有明显升降演变趋势（图5a），16：29开始DBZM 由44 dBz缓慢持续上升，至降水开始前的16：57达到最大，为48 dBz，随着降水的开始DBZM有所减小，由48 dBz下降至46 dBz，此后持续减小至42 dBz以下。VIL也有明显的升降演变趋势，由16：29的3 kg/m2上升至最大的5 kg/m2后持续一段时间，至降水开始前的16：57有所下降，之后随着降水的开始VIL持续减小。强降水发生的时间是处在DBZM和VIL上升至最大后开始下降的时段，表明DBZM和VIL的最大值出现的时间较强降水开始有较大的提前量。7月1日第2阶段强降水DBZM和VIL虽然也有较明显升降演变趋势（图5b），但稳定性降水致使两者的值均小于第1阶段，且变化更为缓慢，由06：53开始DBZM和VIL开始明显上升，DBZM由30 dBz缓慢持续上升至35 dBz，07：47达到最大为40 dBz，此后直至14：03均维持在38 dBz左右，直至15：04开始明显下降;VIL上升至最大的1 kg/m2后一直持续至14：03减小，降水发生的时间是处在DBZM和VIL上升至最大后持续的时段，DBZM和VIL的最大值较降水也有较大的提前量。

综上，2种性质的强降水发生时间是处在DBZM和VIL上升至最大后下降或持续的时段，其最大值出现的时间较降水开始有较大的提前量，为强降水的预警提供了时效。

2.1.3 最大反射率因子高度（HT）和风暴顶高（TOP）变化特征。由最大反射率因子高度（HT）和风暴顶高（TOP）变化可知，与DBZM和VIL相似，6月30日第1阶段强降水HT和TOP有明显升降演变趋势（图6a），16：29—16：43 HT和TOP持续，之后HT开始迅速上升，至降水开始前的16：57达到最大为1.7 km，表明对流云系强度达到最强，随着降水的持续又迅速下降，对流云系强度也明显减弱;TOP却在16：57下降至最小值后迅速上升，表明对流云系发展高度较高，降水开始后又迅速下降，即由于降水物的拖拽作用云系高度下降明显。强降水开始的时间处在HT上升至最大与TOP下降至最小的时段，此时对流云系发展最强盛，且HT最大值与TOP最小值较强降水有一定的提前量。7月1日第2阶段强降水HT和TOP则没有明显的升降演变趋势（图6b），06：53开始HT和TOP开始明显上升至最大后一直持续15：04之后才迅速下降。

综上，对流性强降水发生的时间是处在HT上升至最大与TOP下降至最小的时段，且最大（小）值出现的时间较降水开始也有一定的提前量，稳定性强降水HT和TOP则没有明显变化。

2.2 风场特征

2.2.1 风场变化特征。

由西宁雷达径向速度反映的风场变化情况（图7）可知，第一阶段6月30日16：00开始，海晏—湟源北部一带出现正负速度即风辐合区，正速度值达到5 m/s，负速度值为-5 m/s，至16：22速度辐合区东南移，范围有所扩大，强度也有所增强，负速度值增加为-10 m/s，于16：55风辐合区进入西宁市区与大通和湟中三者交界的区域，强度进一步增强，正、负速度值分别达到15、-15 m/s，范围也进一步扩大，之后降水开始出现，直至18：00之后强度与范围明显缩小，降水也明显减小。可见，对流性强降水径向速度即风辐合强度较强。第二阶段7月1日06：00开始在海晏—湟源北部有正负速度的风辐合区出现，正速度范围较小，负速度范围较大，之后辐合区一直向东南移动，强度和范围均有所增强和扩大，至06：59出现了正速度中心，形成了类似“牛眼”结构，正速度中心值较小，为5 m/s，负速度中心值较大，为-15 m/s，此后该“牛眼”速度中心对的强度和范围一直持续，只是在很缓慢地继续向东南移动，直到14：00后明显变弱。可见，稳定性强降水径向速度即风场呈现明显的“牛眼”结构。

2.2.2 垂直风场。

取2.7～4.0 km为低层、4.0～6.1 km为中层、6.1～9.1 km为高层，以雷达VWP产品来分析强降水前的垂直风场特征，结果见表1。

第一阶段：6月30日风向变化上低层S转向SW，表明有暖平流，且风切变值较大，即暖平流较强;中层为SW转向NE，表明有冷平流，且风切变值较小，即冷平流较弱;高层NE转向SE，又存在较强的暖平流;整体上从低-中-高层冷、暖平流的配置主要为低、高层为暖平流，中层为冷平流，这样的配置使得低-中层的层结不稳定，有利于对流的发展。第二阶段：7月1日风向变化上低层SW转向W，表明有暖平流，且风切变值较小，即暖平流较弱;中层为W转向NE，也有暖平流，且风切变值较大，即暖平流较强;高层NE转向SE，依然是暖平流，且风切变值很大，表明暖平流很强;整体上从低-中-高层冷、暖平流的配置为深厚且较强的暖平流。

2.3 切变特征

由图8可知，第一阶段：6月30日16：00开始，海晏—湟源北部有较强的带状切变区出现，随后切变值增大，范围也不断扩大，至16：43强切变区进入西宁市区与大通和湟中三者交界的区域，强度达到50×10-4/s，至17：04强切变范围进一步扩大且强度为50×10-4/s，降水开始出现，可见对流性强降水的综合切变较强。第二阶段：7月1日06：00开始，大通—海晏—湟源一带有较弱的切变带开始出现，强度只有20×10-4/s，之后随着云系缓慢东南下，切变强度略有加强，至25×10-4/s，且范围明显扩大，06：46整个西宁地区为较弱的切变区，之后切变的强度与范围并无明显的变化，一直维持至14：00，之后明显减弱，20：00基本结束，可见稳定性强降水的综合切变较弱。

3 结论与讨论

从影响系统及雷达强度、径向速度、切变特征方面对2018年6月30日—7月1日出现在西宁地区的对流性和稳定性不同性质区域性强降水天气进行了对比分析，主要结论如下：

（1）对流性强降水是在副高内缘高温高湿的条件下产生，受中小尺度系统影响，是由地面西北风与东南风之间的切变线触发;稳定强降水是副高撤退后低槽东移过程中产生的。

（2）对流性强降水云系强度较强、移动速度较快、持续时间短，前后共经历2 h左右;稳定性强降水云系强度较弱、移动速度非常慢、持续时间很长，整个过程共经历14 h左右。

（3）对流性强降水发生在DBZM、VIL与HT上升至最大后下降及TOP下降至最小的时段，且最大（小）值出现时间较降水开始有较大的提前量;稳定性强降水发生在DBZM和VIL上升至最大后持续的时段，且最大值出现时间较降水开始也有提前量，但HT与TOP的变化不明显。

（4）对流性强降水径向速度即风辐合强度较强，低-中层的层结不稳定，有利于对流的发展;稳定性强降水径向速度辐合即风场呈现明显的“牛眼”结构，低-中-高层为深厚且较强的暖平流。

（5）对流性强降水综合切变较强，稳定性强降水综合切变较弱。

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