强对流过程雷达产品指标特征分析

张靖 罗慧妮 兰明才

摘 要 利用株洲地区2012-2016年强对流过程雷达产品资料，对比检验省台专家总结的一些强对流指标，发现：冰雹预警指标，省台总结的是大冰雹-20℃层以上有大于等于50dBz左右的回波，这个指标在株洲还可以再高一点，为55dBz;回波移动速度多少算快，通过对雷雨大风和对流暴雨的回波移动速度比较，发现雷雨大风的回波普遍移速5个体扫基本都能达到20～25km，甚至能达到25～30km，而对流暴雨的雷达回波移速基本在5个体扫20km以下;对产生对流暴雨的回波强度及持续时间统计，40～45dBz回波要达2小时以上，45～50dBz要达1小时以上，50dBz以上半小时左右就可以达到。

关键词 预警指标;雷雨大风;对流暴雨;冰雹

引言

雷雨大风、冰雹、短时强降水是株洲主要的强对流灾害天气，其属于中小尺度天气系统，空间尺度小，生命史短暂并带有明显突发性，同时也是破坏性强的灾害性天气。很多专家学者对强对流预报预警方法和监测识别技术有很多研究。孙继松等[1]从预报实践的角度讨论了水汽、不稳定层结、辐合抬升等天气系统环境条件与强对流之间的关系。俞小鼎[2]介绍了强对流天气的多普勒天气雷达识别和预警技术。廖玉芳等[3]利用11次强对流事件中23个产生三体散射的强对流风暴，对三体散射的统计特征进行了分析和讨论。蔡荣辉等选取2013-2015年洞庭湖区域15次雷暴大风天气过程，总结归纳雷暴大风天气过程的天气形势配置、雷达回波特征与预报着眼点。叶成志等，姚蓉等，周慧等，唐明晖等，周长青等对湖南强对流个例进行了深入分析，总结了强对流过程环境条件特点及雷达回波特征，并分别就雷暴大风、冰雹、短时强降水提出需重点关注的方面，并且给出了相应的指标，省内其他地市预报员也对本地一些强对流天气过程进行了总结，外省预报员也对其本地强对流天气过程进行了总结，但都只是个例分析，株洲虽然也对强对流天气过程做了不少总结，但一般也限于单次个例，对短时临近预警指标也缺乏系统有效验证。胡爱军副局长多次在全省讲话中强调提前量在短临预警中的重要性。正是出于这种考虑，本文旨在通过统计多年株洲强对流天气过程中雷达产品特征，总结出更适合株洲的短临预警指标，更好地做好短临预警信号的发布。

1强对流天气雷达产品预警指标

省台专家周长青指出，雷雨大风重点关注低仰角速度大值区、中层径向辐合，反射率因子核迅速下降、快速移动的回波，飑线、弓形回波、超级单体等对流系统;对流暴雨关注列车效应，低质心降水回波;冰雹重点关注三体散射、最强反射率大雨等于60dBz、较大的基于单体的VIL（一般来说大于等于40kg/m2）;小冰雹，0—-20℃层之间有大于等于50dBZ左右的回波;大冰雹-20℃层以上有大于等于50dBZ左右的回波;存在BWER或WER;速度图上单体顶层辐散强;当风暴质心开始下降时，即将出现冰雹，本文主要分析2012-2016年发生在株洲地区的强对流过程中雷达产品特征，试图找出更适合株洲的短临预警指标。

1.1 雷雨大风

本文统计了株洲全市10次雷雨大风天气（表1），对回波特征、回波移动方向、上游实况、低仰角速度大值区、中层径向辐合等特征，发现这几次雷雨大风天气多由飑线、弓形回波、线状回波或超级单体造成，低仰角径向速度图基本都出现了速度模糊或达到27m/s的径向速度，并且都能看到中层径向辐合，中层径向辐合都提前大风10～30min，大部分大风都可以观察到反射率因子核的快速下降，一般可以在一两个体扫的时间内从5km以上降到3km以下，大部分回波移动速度为5个体扫25～30km，上游（长沙、湘潭、衡阳等）的雷雨大风天气对我市的雷雨大风预警指示作用也很好，中层径向辐合一般可以提前10-30分钟预报，因此，可以作为预警信号发布的重要着眼点，还可以关注低仰角径向速度。因此，对于雷雨大风的短临预警，在研判存在对流潜势的前提下，如果上游已经出现了实况，回波外推又会影响到本地，最好及时发布预警信号，如果是夏季局地热对流引起的雷雨大风，一般范围很小，很难获取上游信息，根据2012年4月27日、2014年6月19日、2016年8月26日中的相关数据，预警就只能在研判存在雷雨大风潜势的前提下，通过查看回波特征、中层径向辐合、低仰角速度大值区特征、是否有反射率因子核快速下降等特征来发布。利用2020年5月4日全省较大范围的雷雨大风天气检验，这次过程回波从西北往东南发展，湘西、张家界、常德、益阳先后出现雷雨大风天气，至4日23时回波主体还在娄底-益阳境内，经过强对流潜势判断，我们觉得回波主体会继续移动到我市境内，并造成我市雷雨大风，于是我们在4日23时57分发布了雷雨大风蓝色预警信号（图1），实况是5日1时21分我市株洲站达到了雷雨大风标准（图2），预警信号提前量将近一个半小时。

1.2 对流暴雨

对流暴雨一般考虑列车效应或者低質心降水回波，从下表（表1）可以看到，多数对流暴雨是由列车效应产生，从回波移动速度来看，5个体扫10～15km的占44.4%，5个体扫15～20km的占55.5%，质心高度都在4km以下，部分对流暴雨出现前都有逆风区的存在，并且逆风区提前10分钟到1小时，VIL都在40kg/m3以下，通过对反射率因子强度的连续监测和雨量监测，发现不同强度回波降水效率不同：要达到暴雨标准，40～45dBz回波要达2小时以上，45～50dBz要达1小时以上，50dBz以上半小时左右就可以达到。由于逆风区一般提前强降水10分钟到1小时，因此，逆风区可以作为暴雨预警的一个重要指标。考虑到预警的提前量，我们在实际预警发布过程中多数时候不能根据回波是否产生列车效应来判断对流暴雨的预警，在研判存在暴雨的前提下，一种有效方法是首先看上游实况结合强降水回波移动情况，如果上游出现了成片的暴雨区域，且强降水回波继续影响，则可以考虑发布，如果回波后续发展情况不太明了，可以看是否存在逆风区，如果存在，可以考虑发布暴雨预警信号。但是由于夏季局地热对流造成的暴雨局地性强，持续时间短，目前来看，对此情况，最有效的预报预警手段是在充分分析对流潜势的前提下，加强实况监测。

1.3 冰雹

目前省台总结的冰雹预警指标较多，也较为具体。通过分析9次发生在株洲地区的冰雹，发现其都满足这些冰雹预警指标，回波中心强度均在60dBz以上，回波中心越强，三体散射特征越明显，VIL值也都在55g/kg以上，均存在BWER或WER，均存在风暴顶辐散，冰雹尺寸与最强反射率因子和扩展高度有关，当强度达到65dBz且-20℃达到55dBz以上时，冰雹尺寸达到3～5cm，当强度达到60dBz且-20℃达到50dBz以上时，冰雹尺寸一般为2～3cm，这些指标与省台专家总结的基本一致，有一点区别是省台总结的是大冰雹-20℃层以上有大于等于50dBz左右的回波，这个指标在此次统计中还可以再调高一点，为55dBz。总的来说，这些指标在预警发布时非常有效，有助于我们迅速判断冰雹位置，我们就可以根据冰雹回波的移动来判断冰雹的落区。根据这些指标，以及对冰雹回波的移动路径判断，今年5月5日0-2时成功地对株洲县、醴陵、攸县发布了多次冰雹橙色预警，提前量最短为半小时以上（醴陵），长的达到1小时以上（株洲县）。

2结束语

本文旨在对省台专家总结的强对流预警指标进行检验，通过上述强对流过程总结对比，发现这些指标在株洲的适用性非常好，运用好这些指标能在短临预警发布中发挥重要作用，但是也存在不足：

（1）对某些指标比较定的比较宽泛，例如冰雹预警指标，省台总结的是大冰雹-20℃层以上有大于等于50dBz左右的回波，通过多次株洲冰雹过程统计，这个指标在株洲的应用还可以再高一点，为55dBz。

（2）回波移动速度何快何慢省台没有明确指出，本人通过对雷雨大风和对流暴雨的回波移动速度比较，发现雷雨大风的回波普遍移速较快，5个体扫基本都能达到20～25km，甚至能达到25～30km，而对流暴雨的雷达回波移速通常较慢，基本在5个体扫20km以下。

（3）对反射率因子强度和降水效率统计得到，要达到暴雨标准，40～45dBz回波要达2小时以上，45～50dBz要达1小时以上，50dBz以上半小时左右就可以達到。

参考文献

[1] 孙继松，陶祖钰.强对流天气分析与预报中的若干基本问题[J].气象，2012，38（2）：164-173.

[2] 俞小鼎.强对流天气的多普勒天气雷达探测和预警[J].气象科技进展，2011，1（3）：31-41.

[3] 廖玉芳，俞小鼎，吴林林，等.强雹暴的雷达三体散射统计与个例分析[J].高原气象，2007，26（4）：812-820.