2008—2021年呼伦贝尔市中西部强降雪天气雷达回波特征分析

苗春艳，白子恒，刘 伟，刘 娜

1.阿荣旗气象局，内蒙古阿荣旗 162750；2.内蒙古呼伦贝尔市气象局，内蒙古呼伦贝尔 021008；3.海拉尔区气象局，内蒙古海拉尔 021008

大雪、暴雪是北方地区冬半年主要灾害性天气之一，降雪天气对交通、农牧业生产及百姓生活均有影响。内蒙古东北部冬季时间较长，降雪期多达5～6个月之久，初冬和初春是高发期，学者对本地大雪(暴雪）的成因分析做了诸多研究[1-5]。多普勒天气雷达应用以来，诸多学者针对降雪雷达回波特征也做了大量分析研究。其中，李一平等[6]针对内蒙古雨雪转换期多普勒雷达产品特征进行了分析。有学者结合雷达回波特征对2001—2010年大连市8次降雪过程进行了分析，揭示了降雪过程中天气系统和水汽的演变特征。对2008—2021年呼伦贝尔市中西部14次强降雪过程的环流特征、雷达基本反射率因子、径向速度及导出产品的特征进行了统计分析，总结了一些降雪回波共性指标，旨在为预报冬季强降雪过程业务工作提供参考[7]。

1 强降雪过程实况与环流特征

在呼伦贝尔市中西部即海拉尔雷达站周围150 km范围内5个国家级气象站中，只要有一个站24 h降雪量≥5 mm，即统计为1次强降雪过程。2008—2021年呼伦贝尔市中西部强降雪天气过程共计14次（表1）。

14次强降雪过程影响系统见表1，经统计：500 hPa影响系统8次为高空槽、2次为低涡、4次为平直西风。850 hPa均为低涡（槽、气旋性环流）且多数伴有低空急流。地面影响系统多数为气旋顶部，有2次为倒槽。除了2010年4月18—19日、2011年11月16—17日、2016年10月24—25日、2017年2月15—16日这4次降雪过程天气系统较为薄弱外，其余10次过程均是北方较强冷空气随着槽（涡）向南暴发与低空暖湿气流的向北输送冷暖气流交汇产生的强降雪。

表1 2008—2021年强降雪天气过程实况及影响系统

2 雷达产品的特征

2.1 基本反射率因子

降雪天气的雷达基本反射率因子回波平均强度仅为5～15 dBz，中心强度为15～25 dBz，回波形状多呈均匀的片状，降雪集中段最大回波强度不超过 30 dBz；低仰角回波强度明显高于高仰角，且回波显示范围也明显大于高仰角。在雨雪转换季节，雨夹雪的雷达回波强度略大，平均为15～20 dBz，中心强度为20～35 dBz，回波形状呈絮状或混合状，偶尔时段雷达回波形状还会出现块状。

2.2 径向速度

从表2统计可知，径向速度“零速度线”呈现“S”型或反“S”型结构的强降雪过程共有9次，占64.2%，为冷暖平流交替的降雪过程；其余几次是以偏东风为主的风场结构，这一特征是呼伦贝尔市降水的主要低层风场特征。从大量研究得知，冷空气沿偏东路径自边界层侵入，在底层形成冷垫，一方面，能使边界层气温下降，利于降雪的产生；另一方面，其构建的“楔形”产生触发机制，迫使中空暖湿空气沿冷垫爬升造成锋生。仅有2次强降雪过程的风场出现了“逆风区”现象，从天气学角度分析，无“逆风区”现象表明：整层大气风场结构相对均匀，无中小尺度系统扰动，这与夏季强对流天气常出现“逆风区”现象不同。径向速度出现“牛眼”结构的强降雪过程有4次，占28.5%，“牛眼”结构表明：风场出现急流，急流带来的水汽条件及能量条件将有利于降雪。出现速度模糊的降雪过程有3次，最大不模糊速度为27 m/s。

事实上大气风场是动态演变的，故径向速度也是动态演变的，表2中所列仅是径向速度的主要特征。径向速度场上任意高度出现西北或偏北风，可以作为强降雪过程减弱或趋于结束的短时临近预报指标。

表2 强降雪过程雷达径向速度场特征

图1a为2013/01/31—02/01强降雪过程径向速度“零速度线”呈“S”型分布且有“牛眼”结构；图1b为2020/02/12—02/13强降雪过程径向速度“零速度线”呈反“S”型分布且高层出现速度模糊；图1c为2019/11/17—11/18强降雪过程径向速度揭示风场为东南风；图1d为2010/04/18—04/19强降雪过程径向速度揭示风场为西风，且回波不连续。

图1 2013年1月31日15:48（a）、2020年2月12日13:46（b）、2019年11月17日14:02（c）、2010年4月19日14:28（d）1.5°仰角径向速度图（单位：m/s）

2.3 雷达导出产品的特征

表3为14次强降雪天气过程雷达导出产品特征表。从表中数据可知：强降雪天气过程组合反射率因子中心强度最大值为50 dBz，为2021年4月15日雨夹雪转暴雪类天气过程。大多数过程组合反射率因子强度为30 dBz左右，最小为25 dBz。回波顶高最大值为6.1 km，大多数回波顶高为2～5 km，仅2016年4月1日暴雪过程回波顶高仅为0.6 km。强降雪过程垂直累积液态水含量中心值2～4 kg/m2，最大值仅为6 kg/m2，出现在2017年11月9日降雪过程中，比强对流天气的垂直累积液态水含量值小。

表3 强降雪过程雷达导出产品的特征

3 结论

应用海拉尔天气雷达2008—2021年 的14次 强 降 雪 过 程NCEP 2.5°×2.5°再分析资料以及雷达产品资料，对强降雪过程影响系统、雷达回波强度、径向速度及导出产品的特征，通过形态分析、统计分析等方法进行研究，得出如下结论：

（1）呼伦贝尔市中西部2008—2021年的14次强降雪过程中，500 hPa影响系统10次为高空槽（涡），4次为平直西风；850 hPa多数伴有低空急流；地面影响系统多数为气旋顶部。

（2）强降雪过程雷达基本反射率因子回波平均强度为5～15 dBz，中心强度为15～25 dBz，回波形状多呈均匀的片状，降雪集中段最大回波强度不超过30 dBz；低仰角回波强度明显高于高仰角，且回波显示范围也明显大于高层。

（3）在雨雪转换季节，雨夹雪雷达回波强度略大，平均15～20 dBz，中心强度为20～35 dBz，回波形状呈絮状或混合状，偶尔时段的雷达回波形状还会出现块状。

（4）9次过程的径向速度“零速度线”呈现“S”型或反“S”型结构分布，占64.2%，其余为东南风或偏东转西北风的风场结构；大多数过程无逆风区；出现“牛眼”结构的降雪过程有4次，占28.5%；出现速度模糊的降雪过程有3次，最大不模糊速度为27 m/s。