衛星資料在西藏暴雪天氣中的應用

德慶　代華光

摘 要：文章利用micaps常規資料和風云2E氣象衛星資料，對西藏西南部的四次災害性暴雪天氣環流做了對比分析，著重結合衛星反演資料，對TBB、OLR、云導風和降水估計做了較為詳細的分析描述，以探索衛星反演資料在西藏暴雪天氣過程中的指示意義，為更好地預報暴雪天氣尋找有利的預報依據。

關鍵詞：西藏；衛星；暴雪

引言

近年來隨著我國航天技術的飛速發展，氣象衛星取得了舉世矚目的發展和應用，衛星資料具有直觀、時空分辨率高、受地形影響小等特點， 同時大大彌補了高原大地測站稀少，大片的無人區沒有資料可參考的預報上的缺陷，可以說衛星資料在西藏天氣預報中的作用遠遠超過了其他的許多預報工具。

西藏高原，地形復雜，天氣系統多變，數值模式的穩定性相對較差，雷達的應用局限性很大，如何正確、有效地把大量的衛星資料應用到西藏天氣預報分析中是當前面臨的重要問題，目前我區對衛星的應用主要是看云圖了解云系分布和移動發展情況，基本上局限于單一應用，不能發揮衛星反演資料的優勢，不僅浪費了寶貴的大量衛星資料，也無法了解和反映這些資料在西藏地區的應用情況。在數值預報的基礎上，如果能充分利用衛星反演資料，對更好地把握測站稀少的西藏地區的災害性天氣落區和強度有至關重要的意義，而暴雪是西藏最主要的災害性天氣，暴雪給當地的農牧業和人民生活帶來了嚴重的影響和極大的財產損失，據此，文章應用衛星資料，結合西藏西南部地區的四次暴雪天氣過程，探索衛星資料在西藏暴雪天氣過程中的指示意義。

1 資料及方法

1.1 說明

西藏西南部地區包括阿里地區南部和日喀則地區的西南部地區，涉及多個縣，雖然范圍廣，但缺少觀測站點，自動站又無法記錄固態降水，有人值守的觀測站只有普蘭和聶拉木，所以只能通過兩個站的六小時人工觀測的降水強度作為一個切入點來探討。

選用四次過程時段（2012年02月07日08時至09日08時；2013年01月17日08時至20日08時；2013年02月04日08時至08日08時；2013年02月15日08時至18日08時）國家氣象局下發的FY2E的TBB、OLR、云導風和降水估計，用雙線性二次插值方法插值得到聶拉木和普蘭的站點值。降水量采用地面人工觀測的08時14時20時和02時六小時降水量。TBB六小時六張圖，在六小時內云的發展情況很復雜，一些云增強或減弱，亮溫有很大變化，為了更好地描述[1]，六小時內最低TBB值選作和六小時降水量對應時次的TBB值；OLR六小時兩張圖，和六小時降水量對應時同樣選較低的OLR值；云導風和降水估計是每六小時一張圖，和六小時降水量有對應關系。

1.2 插值方法與原理

按照雙線性二次插值方法，在緯向上進行插值之后再經向插值。

2 實況及災情

2013年01月17日至02月17日期間出現的三次過程降水總量聶拉木和普蘭分別為222mm和96mm，1970年至2010年的同期平均值分別為51mm和11mm，遠遠超出同期平均值，同時普蘭2013年1月18日的38mm和聶拉木2012年2月8日的92mm突破了日降水量歷史極值。

這幾次的暴風雪天氣造成普蘭至聶拉木一帶嚴重雪災，給交通、牧業生產、城市供電、通訊網絡等造成了嚴重的影響。2013年的三次強降雪造成阿里、日喀則地區15個縣78個鄉（鎮）、335個村、24007戶96978人不同程度受災；死亡牲畜104694頭（只、匹）；造成阿里、日喀則、山南、林芝和拉薩等地部分國省干線公路和農村公路持續遭災、反復斷通，累計受災里程5679公里（其中國道2078公里、省道893公里、農村公路2708公里），造成12個縣、35個鄉（鎮）、75個行政村交通中斷。

3 暴雪天氣500hPa環流

2012年02月08日中高緯地區經向度大，烏拉爾山地區為高壓脊，貝加爾湖至鄂霍茨克海為一寬廣的低值區，里海附近有一深厚的低壓環流，里海附近的低壓分裂冷空氣影響，高原西側長波槽東移南壓上高原，我區大部受西南氣流控制；2013年1月18日烏山地區受弱脊控制，整個西伯利亞為低值區；201年2月5日烏山以東西伯利亞為長波脊區，貝湖附近是深厚的低值區；2013年2月17日烏山為長波脊區，東西伯利亞至貝湖地區受低值區控制。

這幾次過程整體上相似度很高，做了環流平均發現：烏山以東地區為長波脊區，貝加爾湖至鄂霍茨克海為一寬廣的低值區，兩高較強，伊高有利于引導冷空氣南下高原，副高有利于南支槽的加深和維持。由于高原上存在南支槽是直接的影響系統，文章把560線作為南支槽特征線做了對比，此類過程中高度場560線位置在在35°N以南，2012年02月08日560線位置最偏南，降水強度最強，超過了歷史同期極值。

4 暴雪天氣云圖和影響系統

氣象衛星主要是利用不同大氣粒子對不同波段輻射吸收特性的不同而進行檢測，就數據產品而言，可分為云圖產品及導出產品。云圖產品如紅外云圖、可見光云圖、水汽圖等，它主要是利用云對各種光譜段反射、輻射和散射特性的不同而形成[2]。

四次暴雪過程從紅外云圖上分析，阿里地區西北部云系明顯，前期高原主體和孟灣地區基本為晴空區，高原西北部的強云系在東移過程中不斷影響高原，但四次過程主要影響云系是從阿拉伯海經印度半島移至西藏西南部。隨著過程的開始從阿拉伯海不斷有云系移至聶拉木地區，此時西北的云系也已進入高原主體，南北兩支云系大概都在西藏西南部的普蘭一帶開始匯合，我區自普蘭開始出現降雪。在90°E以西兩支云系完全匯合在一起，聶拉木就屬于兩支云系完全匯合后形成的云系的最強影響落區，匯合后的云系開始往東北方向移動，降水落區也從西南部向東北方向轉移。

5 暴雪天氣衛星反演產品分析

衛星云圖導出產品是指對氣象衛星遙感探測的數據進行反演計算得到的各種產品，如云導風、射出長波輻射、降水估計、相當黑體溫度等等。

5.1 TBB

利用TBB等值線的分布及梯度特征，可以診斷預報可能伴隨的天氣現象和落區，在短期和短時臨近預報中有重要的應用前景[3]。

在這四次暴雪過程中聶拉木和普蘭的TBB變化情況如圖：聶拉木在過程初期TBB均在250K以上，過程開始12～18h時，TBB在250～225K之間，在過程開始18～40h內，TBB持續保持最低狀態，其值在230～215K，但最低不會超過215K，過程開始48h后TBB明顯開始上升，當過程結束時TBB值為260K。普蘭整體變化情況和聶拉木相似，但普蘭過程開始前TBB明顯比聶拉木低，TBB均在240K以下，在強降水集中時段TBB最低值能達到210K，這個值也比聶拉木低。

總體而言，過程初期TBB都在較高的位置，隨著降水臨近TBB迅速下降，到了強降水集中時段，TBB開始持續保持低值狀態，當過程結束時TBB開始上升，其中聶拉木過程初期TBB值在250K以上，而普蘭在230K左右，在強降水時段，聶拉木最低值不超過215K，普蘭能達到210K。

從四次過程中挑選了降水量≥2mm的所有時次作為樣本，得到如下關系：隨著降水量增大，TBB值呈逐步下降趨勢。聶拉木降水量≤8mm時，TBB大多落在240～255K之間，降水量≥8mm時TBB開始回落，當降水量為20mm左右時TBB為最低值215K，隨后降水量逐漸上升，但TBB不會超過215K，反而有一次回升，當降水量為40mm時，TBB在230K左右。普蘭降水量≤8mm時，TBB大多落在210～225K之間，降水量≥8mm后TBB保持在210K左右，但也有一個略為回升的趨勢。

在暴雪過程中，降水量≤8mm時TBB和降雪量有正比關系，降水量在8～16mm之間時TBB保持最低狀態，降水量≥16mm后，TBB和降雪量有反比關系，但TBB不會超過230K。

5.2 OLR

OLR是指地球大氣系統在大氣層頂向外空輻射出去的所有波長的電磁波能量密度，其大小主要由下墊面發射的溫度決定。

四次暴雪過程的OLR變化情況看（圖略）：每次過程的變化情況不太一致，在過程中OLR波動明顯，兩站在過程開始18～36h之間有達到最低值的情況存在，另外從OLR低值區的移動情況來看，降雪最強落區的的變化情況較為一致，既OLR低值區能反映云系移動方向，云系移動方向就是降雪落區的轉移方向[4]。

四次過程中挑選了降水量≥2mm的所有時次作為樣本，得到如下關系，如圖8所示。

降雪量≥2mm時，聶拉木OLR值在130～215W/m2之間，普蘭在110～160W/m2之間，降雪量大小和OLR值有一定的正比關系，即整體而言，降雪量越大，OLR在呈下降趨勢。聶拉木降雪量≥8mm時OLR基本在160 W/m2以下，普蘭降雪量≥8mm時OLR接近100 W/m2。

很明顯普蘭的OLR在這四次過程中遠遠低于聶拉木，這種現象在TBB變化情況中也存在，TBB低于聶拉木30K左右，OLR低于60 W/m2左右，由此也聯想到系統的發展變化，普蘭在四次過程中是冷暖空氣交匯的初始地點，從云圖上分析北邊的云系大范圍影響到普蘭，普蘭上空的云明顯比聶拉木強，在地形抬升作用下，對流開始強烈發展，隨著暴雪系統逐步成熟和穩定，落區開始東移南壓到了聶拉木一帶，所以較強的降水出現在聶拉木而TBB和OLR普蘭更低。

5.3 云導風

云導風是指用連續幾幅靜止氣象衛星圖像追蹤圖像塊（示蹤云）的位移，并計算示蹤云所代表的云或水汽特征所在高度的層次，以獲得這些層次上風的估算值，云導風產品在很大程度上增加了測站稀少地區探空資料的密度，尤其是很大程度上填補了海洋、沙漠和高寒山區探空資料的空缺[4][5]，它對云系形成的環流系統表現較為直觀。

以下給出四次降雪過程500hPa風場和云導風的疊加圖，云導風描述有高低空風場和中高空，結合西藏實際，文章分析了中高空云導風（紅色風）。

四次過程而言，從云導風明顯看到其冷暖空氣的移動路徑，北部云導風表現為咸里海地區東移南下的西北風，另一路是源自阿拉伯海經印度半島移至西藏西南部地區的西南風，兩中系統的發展變化可以從云導風的情況來推斷，由于高空風一天只觀測兩次，尤其是在短臨預報中，云導風在西藏測站稀少的地區有著不可低估的應用前景。

5.4 降水估計

衛星降水估計一天下發四個時次。在此選取的20次樣本中，漏報一次，空報兩次，有7次預報是是比實際降雪偏少，偏少都在4mm以上，最大偏少31mm，有8次預報比實際偏多，偏多在2mm以上，但大多數時只偏多5mm左右，只有一次是偏多12mm，還有3次過程是和實況吻合，誤差接近零。

衛星降水估計中，空報漏報，偏多偏少以及和實況基本一致的情況都存在，其中偏多偏少的情況居多，而偏少的幅度大于偏多的幅度，所以在預報應用中還要結合其他降水模式預報或物理量等情況來綜合考慮。

6 結束語

（1）500hPa環流上烏拉兒山以東地區為長波脊區，貝加爾湖至鄂霍茨克海為一寬廣的低值區，兩高較強，伊高有利于引導冷空氣南下高原，副高有利于南支槽的加深和維持，高原西側的南支槽很深， 560線位置均在35°N以南。

（2）暴雪過程有南北兩個系統配合，先是有北邊系統影響高原，即有充足的冷空氣上高原，然后趕上南邊的系統，，即阿拉伯海水汽沿著槽前西南氣流能夠輸送到高原；從紅外云圖上很清晰地看到阿拉伯海的云系起關鍵作用。

（3）過程初期TBB都在較高的位置，隨著降水臨近，TBB迅速下降，到了強降水集中時段，TBB開始持續保持低值狀態，聶拉木最低值不超過215K，普蘭達到210K。當過程結束時TBB開始上升到260K附近。從OLR低值區的移動情況來看，降雪最強落區的的變化情況較為一致。

（4）兩個站在暴雪過程中降水量≤8mm時TBB和降雪量有正比關系，降水量≥16mm后，TBB和降雪量有反比關系。降雪量大小和OLR值有一定的正比關系，即整體而言，降雪量越大，OLR在呈下降趨勢。普蘭的OLR和TBB在這四次過程中都明顯低于聶拉木，TBB低于聶拉木30K左右，OLR低于60W/m2左右。

（5）在沒有測站地區，完全可以通過云導風來預測和判斷其降水形式和發展趨勢，從云導風明顯看到其冷暖空氣的移動路徑，由于探空一天只觀測兩次，在短臨預報中，云導風在西藏測站稀少的地區有著不可低估的應用前景。

（6）衛星降水估計中，空報漏報，偏多偏少以及和實況基本一致的情況都存在，其中偏多偏少的情況居多，而偏少的幅度大于偏多的幅度，所以在預報應用中還要結合其他降水模式預報或物理量等情況來綜合考慮。

參考文獻

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