L 波段探测资料应用分析*

黄梅艳 ， 陆 婷 ， 邓汝伊

（百色市气象局，广西 百色 533000）

L 波段雷达探测系统投入使用后，探测精度大大提高，在探测过程中每秒采样一次（测风1 s 采样一次，探空1.2 s 采样一次），提高了气压、温度、湿度观测的灵敏度和分辨率，使我国高空气象探测数据的获取率、可靠性、质量和精度有了飞跃性的提升。系统软件中增加了探空、测风秒数据、埃码图、风随高度变化图、高空风变温剖面图、高空风极坐标分析图，以及时空定位等功能[1]，但由于种种原因，大量的探测资料并未得到广泛的应用。课题组利用探空资料对两次强对流天气过程进行具体分析，研究强对流天气过程中的大气物理量变化特征，并分析夏季强对流天气时高空资料呈现的现象。结果表明，充分利用L波段探测资料，并结合其他预报工具综合分析，能为强对流天气的预报工作提供更多有意义和有价值的资料信息，同时能够提高探空资料在天气预报中的利用率。

1 2016年6月14—15日过程分析

1.1 天气背景

13—14 日，500 hPa 贝加尔湖南部低涡东移南掉至京津冀地区，引导中低纬短波槽东移影响长江中下游地区，副热带高压环流588dagpm线稳定维持在华南沿海地区，短波槽从副高北侧东移。15 日，贝加尔湖西部的高压脊东移，华北低涡后部偏北气流加强，高空槽加深转竖，东移过境时槽底经过广西，广西由西南气流转受西北气流控制。受两次高空槽过境影响，14—15 日850 hPa 先后有两次切变线南下过程，14 日20时切变线位于贵州南部和广西北部，两侧东北风和西南风风速较小，多为6 m/s～10 m/s，势力相当。地面冷空气前锋此时仅到达河套南部。15日08时，高空槽势力加强，副高位置稳定少变，其西北侧风速线密集，位于广西北部的新切变线两侧风速对比明显加强，北侧为2 m/s～8 m/s东北风，南侧为16 m/s～22 m/s的西南风急流，切变程度明显强于14 日，沿切变线南侧西南急流轴附近的站点温度露点差低至0～1 ℃，空气饱和程度很高；地面冷空气顺势南下到达广西北部，加剧了对流的发生发展，因此出现了比14 日范围更广、雨势更强的降水。

据14 日08 时—15 日08 时雨量统计，降水有明显的局地性，仅在田东县一带出现了小范围的暴雨区，百色市其他地区以小到中雨量级降水为主。15 日，雨势明显加强，雨区范围扩大，据15 日08 时—16 日08 时雨量统计，该市以中到大雨量级降水为主，右江河谷和南部山区北部出现大雨到暴雨，田东、田阳县雨量达62 mm、61 mm，还出现了4 站大雨。14—15日过程都同时伴有雷暴天气，15 日百色站还出现了极大风速17 m/s 的短时大风，高空槽和低空西南气流的加强加剧了强对流天气的影响程度。

1.2 埃玛图

埃玛图即温度对数压力图T-Lnp，在L 波段探测系统里可以直接生成埃玛图，为使用者提供了极大方便。使用埃玛图可以分析大气层结特性及湿空气在升降过程中状态的变化，判断大气静力稳定性及对流不稳定性[2]。

能量条件：沙氏指数S=T 5 0 0-Ts，T 5 0 0 为500 hPa 的实际温度，Ts 为气块从850 hPa 开始沿干绝热线抬升到凝结高度，再沿湿绝热线抬升到500 hPa的温度，S＞0表示稳定，S＜0表示不稳定。

气团指标：K=[T850-T500]+[Td]850-[T–Td]700，其中[T850-T500]为850 hPa 和500 hPa 的温度差，[Td]850 为850 hPa 的露点，[T–Td]700 为700 hPa 的露点差，这些数据在探空记录规定层等压面中很容易获得，并由此计算出K值，K值越大越不稳定[3]。

L 波段数据处理软件的图像显示菜单下，有一个埃玛图显示功能，2016 年6 月14 日19 时和2016 年6月15 日19 时的埃玛图中显示沙氏指数为-4.2，K 指数为45.8，K 指数和沙氏指数是用于分析大气稳定程度的气象学单位。从沙氏指数和K 指数反映出当时大气层结处于不稳定状态。表1 是系统影响的3 次连续探测资料得到的沙氏指数和K 指数（因6 月份进行加密观测，因此得到13 时的探测资料），从表1 可以看出，大气层结一直处于不稳定状态，且探空资料中的特性层显示对流层顶以下特性层比较密集，说明本站上空气层结构复杂。15 日17 时右江河谷开始出现短时强降水和雷暴，百色站出现了17 m/s 大风。随着降水的减弱，不稳定能量也消耗减弱，15 日19 时开始沙氏指数和K 指数显示，百色站上空气层已趋于稳定。

表1 沙氏指数和K指数

14 日19 时埃玛图显示，在850 hPa 附近高度时出现的浅薄逆温层，经过雷达资料比对，这是由于气球施放前一小时内有降水，气球穿过云团，云体内部温度、湿度均大于外界环境所致；在-20 ℃附近，气球开始向偏东移动，接触到系统边缘，该高度积聚的冰晶生成下落，降水物由液体转变成固体的相态变化过程中释放了潜热，形成了逆温层。15 日19 时，探空气球在发展极为旺盛的云团中穿行上升，空气接近饱和状态；在0 ℃层附近出现一个逆温层，这是由于对流系统中降水物的相态变化释放潜热加热了大气；-20 ℃附近的逆温层是气球进入云顶上升气流中承托的冰晶聚集层所致，降温幅度越大，说明上升气流越强烈，对流条件充分，之后出现的降雨也比14 日强烈。

1.3 风随高度变化曲线图（风廓线图）

风随高度变化曲线图即风廓线图，对天气系统的定位、移动方向的判断，提供了直观的风的演变情况，风廓线图显示的方向变化可以反映出气旋过境时的路径，风速的大小可以大致判断中、低空急流的强弱等，再结合天气图等资料，对气旋和高空槽短时临近预报的精细化提供重要信息[4]。

2016 年6 月14 日19 时、2016 年6 月15 日07 时的风廓线，两次探测均存在风切变。14 日19 时风廓线风随高度变化为低层东风-西风-东风，15 日07时有地面西南风-西北风-西南风。结合雷达回波来分析，6 月14 日13 时起由西部广南县等地开始出现孤立对流单体，发展东移。15 时田阳、田东县开始出现对流，朝东北方向发展移动，与西部回波逐渐合并，形成一条南北向的带状回波，最强回波在55 dBz～60 dBz，18—19时经过百色站时小时雨强达29 mm/h，到施放时间时强回波已移过百色站，气球处在系统边缘位置，此后，雷达回波和雨强减弱，气层趋于稳定。

2 2017年6月6日过程分析

2.1 天气背景

6 月5 日19 时，百色站地面气温为26 ℃，西南风2 m/s，天气现象是阵雨，过去6 小时雨量为17 mm，锋面到达桂北一带。探空资料显示，850 hPa 和925 hPa 东北风显示冷空气已过境，与地面锋区位置重合较好；大气层结显示出上干下湿的特征，湿层深厚，K 指数和SI 指数分别为42 ℃和-1.47 ℃，具备良好的不稳定条件，结合5 日20 时的红外云图可以发现，升空后朝偏西移动的探空气球穿过了正在东北移的对流云云毡。该对流云团不断减弱，新的对流云团沿西南气流生成并继续东北移。6 日04 时，云南西部小块对流云团生成并快速东移，于08 时影响百色站，但云团发展高度较低，面积小，10 时已减弱进入河池市境内，云团维持时长和强度与百色站降水时序吻合。组合反射率因子图显示有混合型降水回波经过百色站，作6 日07：09 经过百色站的雷达回波东西向剖面图，可见强回波中心位置仅在3 km 高度左右，百色站出现小时雨强为37.6 mm 的短时强降水，其后为层云回波，降水强度锐减。

2.2 探空资料分析

探空观测中，气球的水平速度一般为5 m/s～10 m/s，垂直运动速度一般为5 m/s～7 m/s，气球的平均升速为350 m/min。

2017 年6 月6 日高空观测期间，07—09 时自动站降水量48 mm，由于正点施放后探空球进入CB 云造成仪器变性而重放球，本次使用的资料是08 时10 分重放球资料，由于07—08 时强降雨达37.6 mm，重放球时对流条件已减弱。

从探空数据处理软件中风随高度变化曲线和规定等压面高度可以看出，气球在地面至850 hPa 间升速高达422 m/min，850 hPa～500 hPa 之间存在下沉气流，气球升速只有200 多米，500 hPa 以后气球升速恢复正常，400 hPa～300 hPa 升速又降到200 多米，直到300 hPa 以后升速达380 m/min 以上，对应的是低层上升-下沉-上升-下沉运动。6 日08 时探空曲线，显示0 ℃层以下出现一个逆温层，从气球升速判断0 ℃层以下存在上升运动，上升运动将下层的暖湿空气不断向上输送，输送的热量与水汽在此凝结释放的潜热共同形成暖层，所以温度曲线出现一次增温现象。探空曲线图显示的逆温层是由于对流系统内部的垂直运动为气层的上升/下沉运动，下层的暖湿空气/上层的干冷空气，上层的固态降水物和过冷却水下落等运动同时存在，从而导致了系统内部的温湿分布不均匀[5-6]。

3 小结

探空记录是最直观反映当前大气层结状态的观测资料，探空记录出现的异常变化是对流系统发生发展的一个明确信号。在进行天气形势分析时，充分利用这些丰富的探空资料，对于了解短期天气发展趋势有一定的指示性意义，如通过气球的空间定位，分析探空气球的运动轨迹和温压湿风向风速等气象要素，可分析该区域的大气状况及未来的变化趋势[7-9]。通过气球升速曲线图和高空风极坐标图可分析大气运动方向及高空冷暖平流等，特别是在强对流天气下，探空记录上温湿曲线的异常变化即为对流系统发生发展对大气环境的直接反馈。利用好这些探测资料，并结合其他预报工具和预报方法，对提高预报准确率具有重要的作用。