多伦县一次短时强降水天气雷达回波特征分析

王丹蕊

内蒙古自治区多伦县气象局，内蒙古多伦 027300

短时强降水是指降水效率高、历时短的对流性降水，具有较强的突发性、局地性及致灾性，是造成城市内涝、山洪、中小河流和地质灾害的重要天气，有时会带来破坏性的影响，给人民生命财产造成重大的损失，是气象部门预报的重点和难点[1-3]。短时强降水由中小尺度系统造成，发生在一定的大尺度环流背景下，不同地理区域短时强降水发生的天气形势有所差异，但均需要热力不稳定的层结、充足的水汽、较强的抬升运动和适当的垂直风切变。造成短时强降水的对流风暴主要有对流单体型、合并加强型及列车效应型。近年来，不少学者通过多普勒天气雷达和中尺度特征分析等方法详细分析了各地强降水的成因[4-6]。

多伦县地处内蒙古高原南部，阴山山地东端北坡，浑善达克沙地南端，县境为四周高、中间低的半环形低山丘陵，地形复杂，属于温带半干旱向半湿润过渡的典型大陆性气候。年平均降水量385 mm，降水具有明显的季节特性，其中夏季降水占全年降水的60%左右。而夏季短时强降水又是多伦县地区主要的灾害性天气之一，因此，深入分析多伦县地区典型的短时强降水雷达回波特征至关重要。但目前关于多伦县地区的短时强降水的天气系统环流配置和雷达回波特征研究较少，没有预报预警业务相关的统计指标，因此需要对多伦县地区短时强降水发生的天气系统配置和雷达回波特征进行进一步研究。利用天气形势、地面观测和锡林浩特多普勒天气雷达等资料对多伦县2022年6月21日的一次短时强降水天气进行分析，以期为多伦县地区短时强降水的预报预警提供参考。

1 资料与方法

2022年6月21日多伦县辖区内31个区域自动站逐小时降水资料、锡林浩特多普勒天气雷达资料以及中央业务内网天气形势场资料。多伦县地区短时强降水标准与中央气象台一致，将1 h降水量≥20 mm定义为短时强降水。

2 环流背景和天气实况

2.1 环流背景

6月21日，200 hPa天气图上（图1）多伦县地区处于高空急流轴内，急流轴中心最大风速42 m/s，贝加尔湖西侧存在高空槽；随着时间的推移，22日急流轴有所南掉，多伦县地区处于急流轴北侧，这一区域为正涡度平流大值区，产生了较强的抽吸作用，为高空槽的发展和低层上升运动提供了有利的条件。

图1 2022年06月21日天气形势

高层500 hPa天气图上主要影响系统为高空冷涡底部的短波槽，冷涡北抽，并长时间维持在贝加尔湖附近，冷涡不断旋转引导冷空气不断南下补充槽后冷空气，短波槽不断加深并持续影响多伦县地区。

低层700 hPa天气图上，有一切变线长时间维持，为降水提供了非常有利的动力条件。由于副高的北挺、水汽通道的打开，850 hPa天气图上自广西至渤海湾存在一条西南低空急流，急流不仅为降水输送了水汽，多伦县地区也在低空急流出口的左前侧，这一区域为气流辐合上升区存在较好的抽吸作用，配合急流长时间的维持，为降水提供了非常好的动力机制。在此高低空配置的配置下，对流条件较好。

地面上，多伦县地区一直处于一条低压带内，有一较弱倒槽，长时间维持了一条地面辐合线，这也是降水量偏大的原因之一。

2.2 降水实况

6月21日12:00～15:00，多伦县自西南向东北出现了一次强降水天气过程，强降水时段主要集中在12:00～13:00、13:00～14:00时段。此次过程多伦县降水量在1.3～68.0 mm之间。其中，西干沟乡小石砬村出现38.4 mm/h的短时强降水，蔡木山乡出现62.4 mm/h的短时强降水，多伦县自西南至东北方向回波带也出现了强对流天气。

2.3 灾情情况

此次洪涝灾害共造成多伦县1 152户，2 887人受灾。造成3 827.91 hm2农作物受灾；9 043 m2牛棚损毁；96座青储窖损坏；240余t饲草料损毁；23头牲畜死亡。洪水浸泡房屋304户，1 149间；房屋受损18户，54间；旱厕倒塌53处；水毁水泥路7处,路肩冲毁140 m；农村作业路20处，累计10 km。造成直接经济损失853.05万元。

3 雷达分析

3.1 反射率因子

从6月21日12:42的锡林浩特市多普勒雷达的反射率因子图可以看出，多伦县境内降水回波为积云和层状云混合降水回波，未来回波向东北方向移动而影响多伦县东北部（图2a）。13:05位于多伦县东北部超过50 dBz的强回波范围增大，有对流单体合并的趋势，强回波开始影响蔡木山乡（图2b）。13:17回波强度达到最大值60 dBz（图2c），该时次沿回波走向西南—东北做反射率因子剖面（图2e）。

从剖面图可以看出：影响蔡木山乡的为低质心降水回波，最强回波的质心高度在5 km以下。13:23回波强度47 dBz（图2d），从12:42～13:23经过蔡木山乡回波强度在45 dBz以上维持了8个体扫，因此造成了蔡木山乡单点的短时强降水天气。

图2 锡林浩特雷达6月21日0.5°仰角反射率因子图

3.2 平均径向速度

从锡林浩特市多普勒雷达13:17 0.5°仰角径向速度图上看（图3），存在一个正负速度为6 m/s的大值区，负速度为离开雷达的方向，正速度为朝向雷达的方向，在低层存在一定程度的辐合，垂直上升运动加强，有利于水汽、不稳定能量的交换，利于强对流的发展，大大提高了降水效率，最终导致蔡木山乡13:00～14:00的1 h降水量达62.4 mm。

图3 锡林浩特雷达6月21日13:17 0.5°仰角平均径向速度（a）和反射率因子（b）

3.3 回波顶高

短时强降水过程的回波顶高一般为5～11 km，随着雨强增大顶高可以达到14 km，雨量越集中，顶高也会越高。从此次降水过程的回波顶高可以看出，13:17发展旺盛的积雨云回波位于在蔡木山乡的西南方向（图4a），按照回波的移动方向，13:23蔡木山乡上空的回波顶高达14.3 km（图4b），对流处于发展旺盛阶段，到13：29、13:34发展旺盛的云体继续向东北方向移动，逐渐移出蔡木山乡，从回波顶高的演变可以看出这是一个发展较旺盛的对流单体。

图4 锡林浩特雷达6月21日回波顶高图

3.4 垂直积分液态水含量

对流云降水回波的垂直液态水含量在各个阶段大不相同，积云阶段和成熟阶段垂直累积液态水含量VIL值在35 kg/m2以上，最大可达45 kg/m2，消散阶段一般在30 kg/m2以下。VIL值达到40～55 kg/m2时有强降水产生，VIL值达到60～65 kg/m2以上时就要结合其他产品特征判断是否有大冰雹出现。根据多普勒雷达观测资料的VIL值变化情况来看，VIL在13:17达到最大值为46 kg/m2，并且仅维持了1个体扫，从12:42～13:23，VIL值处于25～46 kg/m2之间，出现冰雹的可能性较小，在但VIL持续处于大值区，对强降水具有一定的指示意义（图5）。

图5 锡林浩特雷达6月21日垂直积分液态水含量

4 结论

（1）此次强降水发生在500 hPa高空槽和副高对峙的大环流背景下，为华北暴雨的典型环流形势。低层维持时间较长的切变线和地面弱倒槽为此次强降水的主要影响系统。雷达上多个对流单体发展、合并加强，以及低质心降水回波的高降水效率，导致了此次短时强降水。在13:00～14:00蔡木山乡峰值降水时段，强回波中心和地面辐合线维持在蔡木山乡区域，促使降水回波进一步加强，也是此次短时强降水的关键因素。

（2）2022年以来多伦县地区发生的3次大范围降水过程，蔡木山乡地区均降水强度最大，受灾最严重。应结合灾害风险普查成果和多次灾害性降水天气系统配置、雷达回波特征调整蔡木山乡地区的预报预警阈值。根据此次短时强降水过程分析，在地面和高空系统配置较好的情况下，反射率因子达40 dBz以上，垂直积分液态水含量在20～40 kg/m2之间维持4个体扫以上，回波顶高达到10 m以上，平均径向速度图上存在一定程度的辐合，在多伦县蔡木山乡地区就应该加强关注山洪、中小河流洪水等地质灾害，及时进行预报预警服务。

（3）利用综合探测网目前能获得的资料对多伦县短时强降水的天气系统环流配置和雷达回波特征进行分析研究，由于锡林浩特雷达距离多伦县较远，虽然能够了解降水回波的发生、发展、移动和消亡的演变过程，但即将超出雷达径向速度的探测范围，故不能很好地综合径向速度产品进行进一步分析。今后急需解决的问题是雷达资料的有效获取和充分的分析利用。