应用FY卫星产品分析陇东半干旱区特大暴雨事件云特征

李晨蕊，伏 晶，刘维成，王基鑫，王一丞，傅 朝，郑 新

（1.兰州中心气象台，甘肃 兰州 730020；2.兰州市气象局，甘肃 兰州 730020）

引 言

降水与云的发生发展密切相关，大气运动及其温湿度的分布支配着云的形成、尺度、含水量及发展过程和持续时间，进而影响降水分布［1］。强对流云是形成强降水的直接载体，与暴雨的产生、雨强等具有密切联系［2］，因此研究强对流云的特征，对降水机理研究、降水监测和预报具有重要意义。

卫星遥感具有覆盖范围广、观测连续性强、不受自然条件和地域限制的优势，是监测和预防气象灾害及其他自然灾害的有效手段［3］。静止卫星能提供高时空分辨率云图，且能较雷达更早发现快速增长的对流，因而被广泛应用于暴雨天气短临预警业务中［4-6］。不同通道卫星图像显示的物理信息不同：红外云图通常用来分析暴雨期间对流云的演变规律［7-10］，也有研究分析红外亮温与强降水的相关关系，发现红外亮温可以衡量对流云云顶最高高度，红外亮温的下降能够提前预判降水发生［11-12］，且强降水云团红外亮温具有比较明显的表现特征，红外亮温越低、亮温梯度越大，强水强度越大［13-15］；水汽图像可反映对流层中上层的大气动力特征［16-17］，水汽亮温可作为衡量水汽层顶高度的特征量，且降水发生前红外和水汽亮温同步快速降低可作为提前预判对流云团产生强降水的参考指标［2，18］。此外，全球降雨测量任务（global precipitation measurement，GPM）、云探测卫星（Cloudsat）、热带降水测量任务（tropical rainfall measuting mission，TRMM）等搭载了雷达的极轨卫星可以提供降水云的空间结构特征，有大量研究利用其分析暴雨过程中云的宏微观垂直结构特征［19-26］。云的空间结构特征影响降水效率及类型［27-28］，对其理解有助于加深对强降水形成机制的认识。静止卫星与极轨卫星的互补使用，为地基观测覆盖度较低地区的云特征研究提供了重要的观测手段。

FY-4A卫星于2016年12月发射，卫星上同时装载了辐射成像仪、干涉式大气垂直仪、闪电成像仪等多台荷载，在同类卫星中荷载最多，与FY2 卫星相比，其核心载荷的成像性能在光谱通道、时空分辨率等方面有显著提升［29］，为我国及周边地区开展天气预报和灾害预警提供了更先进的观测手段。2021年6月FY-4B卫星发射，与FY-4A卫星组成我国新一代静止轨道气象卫星观测系统，实现双星组网共同对大气和云进行高频次监测。2017年11月15日FY-3D 卫星发射，是中国低轨道下午观测的主业务卫星，装载微波温度计、微波湿度计、红外高光谱大气探测仪等10 台遥感仪器，与FY-3C 卫星形成我国新一代极轨气象卫星上、下午星组网观测的业务布局，进一步提高了大气探测精度和气象遥感探测能力。

FY系列卫星探测资料已应用在多个领域，如灾害性天气分析与监测、数值预报、气候变化分析等［30-34］，有研究对FY-4A 卫星反演资料进行了评估及比较，结果表明FY-4A 反演结果与实际观测结果具有很好的一致性，可以很好地捕捉到上空云层的特征，能够为气象云观测业务提供重要参考［35-38］。

甘肃东部的庆阳地处黄土高原丘陵沟壑区，属于半湿润半干旱气候区，常年降水量为300～600 mm，并由南向北递减［39］。因地质松软，保水性能差，水土流失严重，加之西北部植被覆盖率低，土壤涵养水源能力差，干旱成为庆阳主要的自然灾害之一［40］。又因庆阳降水时空分布不均匀，海拔高度落差较大，强降水易引发洪涝、山洪、城市内涝等次生灾害，影响人民群众的生命财产安全及社会稳定［41］。2022年7月15日庆阳地区出现特大暴雨，本文利用FY-4 系列静止卫星和FY-3D 极轨卫星分析此次暴雨事件中云宏微观特征、云系演变特征和云系发展的大气环境条件，以期为天气预报业务人员更好地利用高分辨率卫星数据开展暴雨预报预警服务提供参考。

1 资 料

所用资料为：2022年7月14—15日欧洲中期天气预报中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts，ECMWF）第五代大气再分析资料ERA5，包括垂直方向上1000～1 hPa 共37 层等压面气象要素和单层要素，空间分辨率为0.25°×0.25°，时间分辨率为1 h，用于天气尺度背景分析；陇东及其周边地区自动气象观测站小时降水数据，由天擎气象大数据云平台提供；FY-4A 及FY-4B 卫星的多通道扫描成像辐射计（advanced geostationary radiation imager，AGRI）产品数据、以及FY-3D 卫星微波湿度计（micro-wave humidity sounder，MWHS）和微波温度计（micro-wave temperature sounder，MWTS）融合产品（表1），由风云卫星遥感数据服务网（http：//satellite.nsmc.org.cn）提供。

表1 卫星数据简介Tab.1 Introduction to the satellite data

FY-4A 卫星根据云的微物理结构和热力学性质，利用不同类型和相态的云在不同通道的有效吸收光学厚度比不同，反演形成云顶类型，包括暖（液态）水云（water）、过冷水云（supercooled）、混合云（mixed）、不透明冰云（ice）、卷云（cirrus，即半透明冰云）和多层云（overlap，即上层为半透明、下部为不透明）；利用AGRI 的2 个红外窗区和1 个CO2吸收通道，结合数值预报资料，通过最优估计的迭代计算，生成云顶高度实时产品［35］。

多通道RGB 合成图能以不同颜色的形式有针对性地突出对流系统、冷暖气团、云粒子相态等属性［42］。FY-4B 卫星夜间微物理图像使用红外（infrared，IR）通道合成，不依赖于太阳辐射，用于夜间云特性分析；白天微物理图像使用水汽（water vapor，WV）、红外、可见光（visible light，VIS）及近红外通道（near infrared，NIR）合成，强风暴图像使用可见光及红外通道（表2）。

表2 FY-4B卫星多通道RGB组合Tab.2 The multi-channel RGB combination from FY-4B satellite

FY-3D 卫星于2022年7月15日01：43（北京时，下同）过境，MWHS/MWTS 融合产品提供了大气温湿廓线、稳定度指数等参数，温湿廓线在垂直方向上自0.10～1013.25 hPa共43层。

文中附图涉及的地图基于国家测绘地理信息局标准地图服务网站下载的审图号为 GS（2019）1697号的中国地图制作，底图无修改。

2 暴雨过程及环流形势分析

2.1 暴雨过程概况

2022年7月14日20：00至15日20：00，甘肃省庆阳市出现暴雨天气过程（图1），其中庆城县、华池县共有5站出现特大暴雨，庆城县翟家河站24 h累计降水量373.2 mm，突破建站以来日降水量历史极值。另外，庆阳市共计出现115 站次短时强降水（雨强≥20 mm·h-1），最大小时降水量出现在15日04：00—05：00庆城马岭站，达84.9 mm。选取翟家河、马岭、桐川、太阳、固城5个地理位置、降水量级、降水时间不同的区域站作为代表性站点，上述站点14日20：00 至15日20：00 24 h 累计降水量分别为373.2、200.3、153.8、115.0、53.0 mm，分别为特大暴雨（翟家河）、大暴雨（马岭、桐川、太阳）、暴雨（固城）量级。

图1 2022年7月14日20：00至15日20：00陇东及其周边地区24 h累计降水量空间分布（单位：mm）（黑色五角星为5个区域站地理位置。下同）Fig.1 The spatial distribution of 24 h cumulative precipitation from 20：00 BST on 14 to 20：00 BST on 15 July 2022 in Eastern Gansu and its surrounding areas （Unit：mm）（The black pentagram for 5 regional stations geography location.the same as below）

2.2 环流形势

7月15日02：00 500 hPa 高空图［图2（a）］上，5880 gpm 线北端凸起至甘肃南部，甘肃陇东位于凸起部分西侧，700 hPa暖性低涡（压）在甘肃陇东西侧及甘肃中部偏北一带维持，稳定少动［图2（c）］，其西北侧的西南气流处于增强趋势，庆阳地区具有强水汽输送和偏南急流的动力扰动条件。低层偏南急流对对流稳定维持，甚至对流系统的触发具有重要作用。海平面气压图［图3（a）］上，低压稳定在宁夏西北部，冷锋东移缓慢，高压中心位于庆阳东北部，此配置利于高压底部的偏东气流和低压前部的偏西气流在庆阳地区辐合，地面辐合线是对流初始发展触发条件之一。

7月15日14：00 500 hPa 副热带高压稳定维持［图2（b）］，陇东地区位于5880 gpm 线西北侧，高空锋区东移南压至甘肃河西地区，700 hPa偏北风增大并伴有冷平流［图2（d）］，与减弱的西南气流在宁夏东部至甘肃中部形成切变线。与02：00相比，14：00有明显冷空气影响，地面冷锋推进至庆阳西部至甘肃中部偏北一带［图3（b）］。

图2 2022年7月15日02：00（a、c）、14：00（b、d）500 hPa位势高度场（黑色等值线，单位：gpm）及温度场（红色等值线，单位：℃）（a、b），700 hPa风场（风矢量，单位：m·s-1）及温度场（红色等值线，单位：℃）（c、d）Fig.2 The geopotential height field （black isolines，Unit：gpm） and temperature field （red isolines，Unit：℃） at 500 hPa（a，b），wind field （wind vectors，Unit：m·s-1） and temperature field （red isolines，Unit：℃） at 700 hPa （c，d）at 02：00 BST （a，c） and 14：00 BST （b，d） on 15 July 2022

图3 2022年7月15日02：00（a）、14：00（b）海平面气压场（单位：hPa）Fig.3 Sea-level pressure field （Unit：hPa） at 02：00 BST （a） and 14：00 BST （b） on 15 July 2022

以上分析表明，此次特大暴雨发生在副热带高压持续西伸北抬的天气背景下，主要分为2 个性质不同的降水阶段。15日00：00—12：00，降水过程中无高原槽和西风槽配合，强降水发生在5880 gpm 线西北侧西南气流中、700 hPa低涡东南象限暖湿输送带、地面冷锋前暖区内，距冷锋250 km 左右，天气尺度斜压强迫弱，属于典型的暖区暴雨；15日14：00—20：00，受冷空气影响，地面冷锋东移影响庆阳，锋前剧烈的抬升作用，配合副热带高压外围高能高湿的环境条件，触发对流，为锋面降水阶段。

3 暴雨云系宏微观特征

3.1 宏观特征

云的宏观特征与云降水条件、降水机制、降水效率等关系密切，且云宏观结构的变化先于降水变化［43］。图4为7月15日不同降水阶段云顶类型分布，暖区降水阶段，15日00：00，庆阳北部γ中尺度对流云团新生时为过冷水云，下一时次迅速向上发展为不透明冰云，并逐渐发展扩大，边缘为过冷水云、混合云及多层云，中间为不透明冰云；暖区降水阶段结束时（15日13：00），不透明冰云消散，表现为大片混合云与多层云，随时间逐渐由大片混合云与多层云演变为不连续的过冷水云。锋面降水阶段（15日17：00），对流云团发展为中尺度对流系统（mesoscale convective system，MCS），云团主体为大范围的不透明冰云，边缘为多层云，上风方向逐渐向混合云及过冷水云过渡，下风方向则逐渐由多层云转为卷云。

图4 2022年7月15日00：00—17：00 FY-4A卫星云顶类型分布Fig.4 The distribution of cloud types from FY-4A satellite from 00：00 BST to 17：00 BST on 15 July 2022

短时强降水主要发生在不透明冰云覆盖的区域内，不透明冰云覆盖面积在一定程度上表现出云团发生发展的情况，间接反映云内上升运动较强，云顶较高。云顶高度产品也证实了这一点，当云顶类型为过冷水云时，云顶高度在8～10 km 左右，暖区降水阶段中，庆阳北部对流云新生时云顶高度已达12 km，14日05：00 云团中心发展至20 km 以上［图5（a）］，17：00 MCS 主体云顶高度均在14 km 以上，中心接近20 km［图5（b）］，结合云顶类型，发生强降水的不透明冰云云顶高度大于14 km。

图5 2022年7月15日05：00（a）、17：00（b）FY-4A卫星云顶高度分布（单位：km）Fig.5 The distribution of cloud top height from FY-4A satellite at 05：00 BST （a） and 17：00 BST （b） on 15 July 2022 （Unit：km）

3.2 微物理特征

15日01：00 新生的对流云团主体为厚冰云，四周分布为厚中层云［图6（a）］，与周围环境对比明显，随着对流云团的合并发展，05：00 暴雨云团发展为冷厚冰云［图6（b）］。从翟家河站（107.62°E，36.08°N）纬度-时间［图6（c）］和经度-时间［图6（d）］剖面来看，暴雨云团自边缘向中心依次为厚中层云、厚冰云、冷厚冰云，随时间变化，云团主体由冷厚冰云构成且范围逐渐扩大，向北发展并维持3 h以上。

图6 2022年7月15日01：00（a）、05：00（b）FY-4B卫星夜间微物理图像及沿翟家河站（107.62°E，36.08°N）的纬度-时间（c，沿CD线段）和经度-时间（d，沿AB线段）剖面（白色五角星为5个区域站地理位置）Fig.6 The microphysical image at nighttime from FY-4B satellite at 01：00 BST （a） and 05：00 BST （b） on 15 July 2022，andthe latitude-time （c，along CD line segment） and longitude-time （d，along AB line segment） cross section along Zhaijiahe station （107.62°E，36.08°N）（The white pentagram for 5 regional stations geography location）

日出之后利用FY-4B卫星强风暴图像产品及白天微物理图像产品分析云团特性，7月15日08：00强风暴图像［图7（a）］显示，由冷厚冰云构成的暴雨云团为强烈上升积雨云，伴随强烈上升气流和剧烈天气。白天微物理图像产品（图8）给出了云的粒径估计，从剖面［图8（c）、图8（d）］来看，暴雨云团边缘为大粒径冰云，主体由小粒径冰云构成。结合图7与图8可以看出，深对流层云对应着大粒径冰云，强烈上升积雨云与小粒径冰云对应，3 种不同微物理图像产品在暖区降水时段对同一暴雨云团的特征显示说明，15日00：00—11：00，主要由小粒径冰云组成、云体深厚且伴有强烈上升气流的积雨云在庆阳中东部发展维持，导致该区域持续强降水的发生，之后积雨云面积减小，以深对流层云为主，即云团处于衰减阶段。锋面降水阶段，云团微物理特征与暖区降水阶段类似，暴雨云团主要由小粒径冰云组成［图7（b）、图8（b）］，周围分布深对流层云，但影响范围更广，云系自西北向东南移动，庆阳先受深对流层云影响，后转为积雨云，积雨云位置较暖区降水阶段偏南。

图7 2022年7月15日08：00（a）、16：00（b）FY-4B卫星白天强风暴图像及沿翟家河站（107.62°E，36.08°N）的纬度-时间（c，沿CD线段）和经度-时间（d，沿AB线段）剖面Fig.7 The storm image on daytime from FY-4B satellite at 08：00 BST （a） and 16：00 BST （b） on 15 July 2022，and the latitude-time （c，along CD line segment） and longitude-time （d，along AB line segment） cross section along Zhaijiahe station （107.62°E，36.08°N）

图8 2022年7月15日14：00（a）、16：00（b）FY-4B卫星白天微物理图像及沿翟家河站（107.62°E，36.08°N）的纬度-时间（c，沿CD线段）和经度-时间（d，沿AB线段）剖面Fig.8 The microphysical image in the daytime from FY-4B satellite at 14：00 BST （a） and 16：00 BST （b） on 15 July 2022，and the latitude-time （c，along CD line segment） and longitude-time （d，along AB line segment） cross section along Zhaijiahe station （107.62°E，36.08°N）

4 暴雨云系演变特征

云顶相当黑体亮温（black body temperature，TBB）是反映云团发展强弱的重要特征量之一［32］，图9为2022年7月15日01：00—19：00 FY-4A 卫星TBB 分布及小时雨强。可以看出，15日01：00 庆阳市中部有2 个孤立的γ中尺度对流云团生成（a1、a2），a1 云团的TBB 低值中心接近210 K，a2 约为220 K，云顶向上发展旺盛，在其西南侧已有短时强降水发生，之后云团不断发展；02：00 a1、a2云团合并为β中尺度对流云团a3，TBB低值中心约为200 K，云团此时处于垂直发展阶段，并随环境风场缓慢向东北方向移动。移动过程中，a3 云团后部（庆阳市中部）有新的对流云团生成和发展，传播和移动方向相反，形成后向传播特征，对流云团不断经过庆阳中部，云团垂直和水平尺度持续扩大。03：00 之后，对流云团a3 不断发展并影响整个庆阳东部，强降水始终出现在对流云团的后部，且TBB 梯度较大处。对流云团的持续影响导致庆阳中部多个时次出现短时强降水，特别是50 mm·h-1以上的强降水，进而导致了特大暴雨的发生。11：00 之后云团逐渐减弱，结构趋于松散，暖区降水阶段结束。

图9 2022年7月15日01：00—19：00 FY-4A卫星TBB分布（彩色填色区，单位：K）及小时雨强（彩色圆点，单位：mm·h-1）Fig.9 The TBB distribution （color shaded areas，Unit：K） and hourly precipitation intensity （color dots，Unit：mm·h-1）from 01：00 BST to 19：00 BST on 15 July 2022

15日13：00，受冷空气影响，六盘山附近及天水北部分别有对流云团a4、a5生成发展，14：00 a5明显发展增大与a4 合并，在16：00 发展为中尺度对流系统（MCS）a6，且表现出一定带状特征，TBB 低值中心近190 K，云团垂直发展十分旺盛，TBB 低于220 K区域明显加大，自庆阳南部延申至陇南北部，强降水始终出现在云团移动方向前侧，并且也呈带状分布。此云团为锋面带状云系中的对流云团，随着冷空气向东南方向缓慢推进，云团不断发展，至19：00云团出现4 个TBB≤190 K 的低值中心，云团北部TBB 低于210 K 范围明显增大，覆盖庆阳南部。在云团东南侧由于锋前剧烈的抬升作用，配合副热带高压外围高能高湿的环境条件，造成大范围短时强降水的出现，该云团主要影响庆阳南部，对庆阳中部极端特大暴雨的发生贡献较小。

综上所述，暖区对流降水阶段，降水云团近似椭圆形，尺度较小，仅影响庆阳地区，强降水位于对流云团移动方向的后部；锋面降水阶段，降水云团为多个云团合并而成的MCS，表现出带状特征，强降水位于MCS移动方向的前侧。

从5 个代表性站点降水及TBB 时间演变来看（图10），强降水主要出现在15日凌晨，翟家河及马岭站在降水初期即出现80 mm·h-1以上的强降水，强降水发生前TBB 迅速下降（自280 K 下降至210 K左右），强上升运动使云旺盛发展，较低的TBB 维持5 h 以上，且翟家河站TBB 表现出持续下降趋势，最低达到190 K。在低TBB维持或TBB持续下降期间，翟家河及马岭站连续多个时次出现50 mm·h-1以上强降水，云内上升运动强盛，深对流云并未因为强降水的发生而迅速消亡，特大暴雨主要由强对流导致的连续多个时次短时强降水贡献而成。TBB 升高后，降水减弱，15日下午再次下降，但TBB 高于前一阶段，降水以10 mm·h-1以下强度为主。桐川、太阳2站的主要降水也主要出现在15日凌晨，伴有TBB 的迅速下降，但在出现短时强降水后TBB 升高，没有出现低TBB 维持或TBB 持续下降，之后TBB 波动缓慢下降，降水转为稳定性降水。固城站降水出现在15日下午，1 h 降水量大于70 mm，强降水前TBB 自280 K 下降至200 K 左右。降水与TBB 及其变化的关系密切，强降水发生前TBB迅速下降，表明了深对流云的旺盛发展；低TBB 对应强降水，若TBB 持续较低，表明强对流活动维持，强降水持续时间长。

图10 2022年7月14日22：00至15日20：00庆阳不同站点TBB及降水量逐时变化Fig.10 The hourly variation of TBB and precipitation at different stations in Qingyang from 22：00 BST 14 to 20：00 BST 15 July 2022

5 云系发展的大气环境条件

水汽是降水云团发生、发展及维持不可缺少的环境要素，从15日04：00 FY-4A 卫星水汽产品（图略）可以看出，庆阳北部的水汽分布较甘肃其他地方明显，边界层水汽在2 g·kg-1左右，中层略高于边界层，在2～3 g·kg-1，高层与边界层水汽含量接近，大气整层水汽含量为7～8 g·kg-1，表明此次暴雨过程中水汽主要分布在中层，而边界层水汽含量相对较小，这可能与700 hPa低空急流输送水汽有关。

FY-3D 卫星于7月15日01：43 在庆阳过境，临近强降水发生时段。K指数反映大气的层结稳定情况，K指数越大，层结越不稳定，且K指数侧重反映了对流层中下层的湿度廓线，湿度越大，K指数越大［44］。从K指数来看［图11（a）］，陇东大片区域K指数达到40以上，庆阳中部在30～40。LI为负时，值越小，表示大气越不稳定，LI负值区与K指数大值区范围一致，庆阳地区LI为-2～-5［图11（b）］。说明强降水发生前大气处于不稳定状态，在一定的抬升触发条件配合下，易发生强对流活动。

图11 2022年7月15日01：43 FY-3D卫星获取的K指数（a）、LI（b）Fig.11 The K index （a） and LI （b） from FY-3D satellite at 01：43 BST on 15 July 2022

热力及水汽条件的垂直分布是决定大气稳定度的主要因素，影响对流云团的发展及降水性质［45-47］。为进一步分析强降水发生前局地热力、水汽及不稳定条件的差异，选取降水量级、降水时段差异明显的翟家河、太阳及固城3 站，基于FY-3D卫星资料分析大气温度、比湿垂直分布［图12（a）、图12（b）］，可以看出，3 站在800 hPa 以上温度廓线相似，边界层内太阳站存在逆温，由于14日午后到夜间陕北—庆阳东北部低层有弱冷空气侵入，地面切变线触发对流性降水导致边界层温度下降从而出现逆温；而庆阳中部及南部始终为暖区控制，对流层中上层无明显冷平流，3 个站点800～500 hPa 温度垂直递减率大致在6 ℃·km-1以下［图12（a）］，与湿绝热递减率接近，温度层结特征不利于热力不稳定发展。

为进一步判别是否存在对流不稳定，根据FY-3D 卫星反演的温度、比湿及气压资料计算假相当位温（θse）垂直廓线［图12（c）］，θse垂直递减率小于0时表示大气层结为对流不稳定。15日凌晨陇东地区有低空急流建立，受急流输送及辐合影响对流层中低层增湿增温，翟家河、太阳站800～600 hPa 高度有明显湿层［图12（b）］，中高层相对较干，上干下湿的大气层结有利于对流天气的发生，θse的增大使对流层低层对流不稳定度增加［图12（c）］。翟家河、太阳站主要降水时段为15日凌晨，均为暖区降水，湿度廓线形态相似，但绝对湿度差异明显，翟家河站低层比湿大于15 g·kg-1，太阳站比湿为7 g·kg-1左右，700～600 hPa翟家河与太阳站θse均随高度减小，表现出浅层的对流不稳定特征，但翟家河站θse及θse垂直递减率均明显大于太阳站［图12（c）］，对流不稳定条件明显优于太阳站。在温度垂直分布接近的条件下，更显著的低层湿度形成更明显的对流不稳定，庆阳中部与南部低层湿度的差异造成了不稳定条件及降水量级的差异。固城站强降水时段为15日下午，属于锋面降水，15日凌晨虽受低空急流影响，但不存在低层偏南气流辐合，即不存在上升气流驱动的湿层构建过程，因此水汽、不稳定和动力条件不足，在15日凌晨难以形成较强降水。

图12 2022年7月15日01：43 FY-3D卫星反演温度（a）、比湿（b）及假相当位温（c）垂直廓线Fig.12 The vertical profile of temperature （a） and specific humidity （b） retrieved by FY-3D satellite and pseudo potentialtemperature vertical profile （c） at 01：43 BST on 15 July 2022

综上所述，FY-3D 卫星提供的大气环境条件垂直观测数据，能够明确区分不同地区大气环境条件的差异，对降水中心的界定具有一定指示意义。

6 结论与讨论

利用FY-4A、FY-4B 卫星多通道扫描成像辐射计（AGRI）产品数据，以及FY-3D 微波湿度计（MWHS）和微波温度计（MWTS）融合产品，结合区域站小时降水资料，分析了2022年7月15日陇东特大暴雨事件的云宏微观特征、云系演变特征及云系发展的大气环境条件。结论如下：

（1）此次特大暴雨事件主要分为2 个性质不同的降水阶段：15日00：00—12：00 为暖区降水阶段，15日14：00—20：00 为锋面降水阶段。不同降水阶段暴雨云系宏微观特征相似：暴雨云系的云顶类型为过冷水云、混合云、不透明冰云和多层云等，发生强降水的云顶类型以不透明冰云为主，云顶高度达14 km 以上；暴雨云系云体深厚，主要由小粒径冰云组成且伴有强烈上升气流。

（2）暖区降水阶段，对流云团近似为椭圆形，尺度较小，仅影响庆阳地区，强降水出现在云团后部云团新生处，对流云团的持续影响是导致特大暴雨发生的主要原因。锋面降水阶段，降水云团为多个云团合并而成的MCS，表现出带状特征，强降水出现在云团移动方向前侧，也为带状分布。降水与TBB 的关系密切，强降水发生前TBB 迅速下降，TBB低值区降水量级较大、降水强度较强。

（3）强降水前表现出浅层对流不稳定的特征，中低层强烈增湿是对流不稳定发展的主要原因，庆阳中部与南部低层绝对湿度的差异造成了不稳定条件及降水量级的差异。

FY-4 系列卫星产品能够在一定程度上反映此次极端暴雨天气过程云团演变规律及宏微观特征，与降水特征对应较好。但FY-4 系列卫星产品的效果还需进一步验证，从大气环境条件来看FY-4A 水汽产品明显偏小，在暴雨云团中心区域偏小程度更明显，可能是由于降水云团较为深厚而导致的偏差。此外，FY-4 系列卫星云微物理产品较少，未来可利用该资料进一步反演云光学厚度、云有效粒子半径等云微物理参数。

另外，FY-4A 干涉式大气垂直仪（geostationary interferometric infrared sounder，GIIRS）对温度的反演结果显示（图略），强降水发生前的温度廓线形态与图12（a）相似，但整层温度在260 K 以下，温度值明显偏小；强降水发生时段，600 hPa 以下大气温度垂直递减率超过干绝热递减率，这在实际大气中难以发生。GIIRS 在此次暴雨过程中对温度的反演结果有一定误差，特别是在强降水发生时段，这可能与GIIRS 反演的温度廓线来自红外波段，而红外波穿透云层的能力较差有关，在深对流云系统活动发生时，云内及云下温度的精度相对较低［48］，需经过订正后使用。

FY-3D极轨卫星也可以获得降水系统的温湿垂直分布特征，能够明确区分不同地区大气环境条件的差异，对降水中心的界定具有指示意义。但极轨卫星时间分辨率低，无法得到连续的探测结果，暴雨过程的强降水时段仅有1 颗FY-3 系列极轨卫星过境。毋庸置疑的是，不同系列静止卫星与极轨卫星观测的互补使用，可以为地基观测覆盖度较低地区暴雨事件的高时空分辨率监测预警提供技术途径，也是本研究下一步需要继续深入开展的工作。