新疆溫宿“6·17”大暴雨多普勒雷達特征分析

張繼東，張磊，熱蘇力·阿不拉，張莉

（1.阿克蘇地區人工影響天氣辦公室，新疆阿克蘇 843000；2.新疆維吾爾自治區人工影響天氣辦公室，新疆烏魯木齊 830002；3.阿克蘇地區氣象臺，新疆阿克蘇 843000）

新疆溫宿“6·17”大暴雨多普勒雷達特征分析

張繼東1，張磊1，熱蘇力·阿不拉2，張莉3

（1.阿克蘇地區人工影響天氣辦公室，新疆阿克蘇 843000；2.新疆維吾爾自治區人工影響天氣辦公室，新疆烏魯木齊 830002；3.阿克蘇地區氣象臺，新疆阿克蘇 843000）

應用常規觀測資料、阿克蘇新一代天氣雷達資料，對2013年6月17日新疆塔里木盆地西北緣溫宿罕見大暴雨天氣過程的環流背景、雷達回波特征進行分析。結果表明：這次罕見大暴雨天氣是在有利的天氣形勢下，由巴爾喀什湖高空槽、中低層和地面的中尺度切變線相配合所致。暴雨由2個典型降雨回波帶狀系統先后緩慢移經溫宿造成，前者回波帶走向與帶上單體移動方向基本一致，而后者二者之間存在60°～90°夾角，故前者對溫宿暴雨作用更大?；夭◣蠈α鲉误w回波反射率因子≤40 dBz，云頂高度在7 km以下，強回波核位于云體的中下部；暴雨發生前和發生過程中，徑向速度中伴隨有多個逆風區出現，可作為強降雨監測和臨近預報的判據之一；暴雨發生初期，垂直風廓線出現明顯的風隨高度順轉，且輻合厚度增加，對應深厚的暖平流持續存在，為暴雨發生發展提供了有利的環境場條件。

大暴雨；多普勒；雷達回波；垂直風切變

新疆地處歐亞大陸腹地，遠離海洋，降水稀少，屬典型的大陸性干旱氣候區。在全球氣候變化的背景下，新疆暴雨事件趨向增多[1]，由于地表植被少，貯水能力差，一旦發生暴雨，極易引發山洪、城市漬澇和地質等次生災害，給當地人們生命財產、農牧業生產和基礎設施等造成嚴重損失[2]。相比中國南部，新疆暴雨出現次數雖不多，強度較弱，但在空間尺度和時間尺度分布都極不均勻，具有局地性強、歷時短、致災重等特點，是主要氣象災害之一[3]。對新疆暴雨發生的環流背景、中尺度系統、水汽輸送條件等方面已有較深入分析[4-8]，揭示了新疆暴雨的形成、發展的機理，并為其分析預報提供了思路和方法。然而，新疆地域遼闊，氣象站點分布稀疏，可獲取的氣象資料時空密度較小，增大了暴雨天氣預報難度。如何提高暴雨預報精細化水平，仍是一大難題。

隨著新一代天氣雷達監測網的建設，借助于高時空分辨率的雷達產品可以追蹤區域性暴雨的發展演變，更加深入了解暴雨發生機制，使暴雨短時臨近預報研究取得較大進展。對新一代天氣雷達產品分析表明：暴雨事件一般在降水系統移動緩慢或穩定少動的情形下產生[9-10]；中尺度對流云團是暴雨過程的主要特征，表現為大范圍層狀云體中鑲嵌著多個對流單體的混合降水回波[11-13]；徑向速度和垂直風廓線產品可以得到高空風分布、垂直風切變強度和冷暖平流配置情況，對暴雨監測預警有較好的指示意義[14-16]。

但是，暴雨形成發展的影響因素非常復雜，還存在著明顯的區域特征，而迄今對南疆盆地暴雨的研究涉及甚少，仍有待于進一步深入。本文對2013年6月17日發生在南疆盆地溫宿的暴雨天氣過程進行分析，找出新一代天氣雷達組合反射率因子、徑向速度及垂直風廓線等變化特征與暴雨發生發展的關系，為提高南疆暴雨天氣的精細化預報分析能力提供參考。

1 暴雨天氣實況

2013年6月15—18日，南疆出現極端降水天氣過程，喀什、和田、阿克蘇等地多個氣象臺站的過程累積降水量突破了年平均降水量，作為此次降水中心區的阿克蘇遭受了26 a以來最強的極端暴雨天氣過程。

中國不同區域暴雨標準有所不同，由于新疆干旱，本文采用的暴雨界定依據新疆氣象局2004年下發的降水量級標準。對新疆而言，24 h降水量R24≥24.1 mm稱為暴雨，并可進一步分為暴雨（R24為24.1～48.0mm）、大暴雨（R24為48.1～96.0 mm）、特大暴雨（R24＞96.0mm）[17]。

這次過程中，位于南疆盆地的阿克蘇有37個鄉（鎮、場）的氣象測站24 h雨量達到暴雨量級，其中溫宿縣過程降雨量為101.5mm（突破6月降水量極值），占年降水量的120.8%，尤其是6月17日凌晨出現的大暴雨天氣是溫宿有氣象記錄以來最大的一次降雨過程，00:00—08:00（文中均采用北京時間）的8 h雨量達67.3mm，最大雨強為25.7mm/h，出現在01:00—02:00（圖1）。暴雨造成溫宿縣15個鄉（鎮）場836 hm2的棉花、核桃、紅棗等作物不同程度受災，1502戶居民房屋毀損，數千米堤壩、水渠、道路被沖毀淹沒，直接經濟損失約2 057.37萬元。

圖1 2013年6月17日溫宿縣00:00—09:00逐時降雨量

2 暴雨發生的環流背景

此次暴雨天氣發生前16日08時500 hPa上歐亞范圍內為一槽兩脊型，新疆東部和歐洲為高壓脊區，影響此次暴雨發生的高空槽位于西西伯利亞到中亞地區。20時歐洲高壓脊東南衰退，西西伯利亞到中亞高空槽東移到巴爾喀什湖，巴爾喀什湖槽底部分裂短波位于喀什與阿克蘇之間，且存在西北風與東風的風向切變（圖2a），同時在低層700～850 hPa上同一位置有中尺度切變線，地面上16日23時在阿合奇與阿克蘇之間有中尺度切變線（圖2b），23時后受該中尺度切變線的東移影響，溫宿縣17日凌晨出現暴雨。

圖2 2013年6月16日20:00 500 hPa高空形勢（a）和23:00地面形勢（b）

溫宿暴雨的影響系統是由巴爾喀什湖高空槽、中低層和地面的中尺度切變線共同影響造成的。

3 多普勒雷達回波的演變

阿克蘇新一代天氣雷達（CINRAD/CC），架設在溫宿縣西南約10 km處（41°9′48″N、80°14′6″E），采用降水模式1，體積掃描模式為VCP11，所得到的雷達產品時間分辨率為6min。

3.1 組合反射率因子和徑向速度特征

從阿克蘇新一代天氣雷達的連續跟蹤觀測可以發現溫宿17日凌晨的暴雨過程是由兩個不同的回波系統先后影響溫宿造成的。

第一個回波系統自00:00—03:00影響了溫宿（圖3）。6月16日23:45開始，溫宿上空及其東南部陸續有零散對流單體新生，至17日00:36，這些對流單體向西北移動過程中逐漸聚合成為一條東南—西北向的對流回波帶，帶寬僅20 km左右，長約50 km?；夭◣б苿泳徛?，移向305°，移速約10 km/h，由一些快速生消的小尺度降水單體聚合而成，最強40dBz，大部分30～35 dBz。00:59由于中低層切變線的輻合作用，回波不斷聚合，新生單體總是在回波帶東部附近生成，不斷匯入回波帶的東端，結果匯聚出一條密實而又很窄的強回波帶。圖4a為00:36迭加了新一代天氣雷達PUP 58號風暴追蹤信息的組合反射率因子產品圖，觀察圖中回波單體的移動軌跡，由于回波帶走向與帶上單體移動路徑基本一致，故回波帶上的單體相繼影響了溫宿，造成溫宿00:00—03:00時第一時段短時強降雨。直到01:44回波帶斷裂減弱，溫宿降雨強度也逐漸減小。

圖3 2013年6月17日阿克蘇CINRAD-CC雷達第一階段回波系統PPI演變（仰角2.5°）

圖4 2013年6月17日影響溫宿的帶狀回波00:36組合反射率因子（a）（紅色線條為風暴追蹤信息）、黃線位置剖面圖（b）及ET圖（c）（反射率因子≥18 dbz回波所在高度）

分析速度場演變，在此次降雨過程中逆風區出現次數比較多，強降雨之前、之中都有。逆風區標志著暴雨過程的存在，表明逆風區附近及其移動路徑上即將或正在出現暴雨[19]。觀察強降水發生早期00:36的徑向速度圖，溫宿縣附近及其東部中低層為中尺度輻合區，高層為輻散流場，并且從低層到高層普遍伴隨有多個尺度較小的逆風區出現，表明存在深厚的垂直風切變，中低層輻合、高層輻散的氣流流場配置有利于低層暖濕空氣的輻合上升運動，將使溫宿降水進一步加強。

從發展強盛時期00:36組合反射率因子圖4a和同時刻對應黃線位置的垂直剖面圖4b，可以看出鑲嵌在層狀云內的強降水回波帶上單體排列比較密集，云頂高度沒有超過-20℃等溫線，圖4c中00:36回波頂高ET分布也表明帶狀回波最高云頂7 km，大部分在5～6 km?；夭◣蠈α鲉误w反射率因子最強40 dBz，大部分中心強度為35 dBz左右，35～40 dBz強反射率因子區位于云體的中下部，高度基本在3 km以下（當日0℃層高度3.1 km），說明35～40 dBz的強回波區是對流云中液態雨滴散射的結果[20]。故此對流回波帶為典型的降雨云體結構，較大的反射率因子是由液態雨滴產生，冰雹的影響不大，因此產生的雨強較大[15]。

造成溫宿第二階段（4—8時）降雨的回波系統也呈條帶狀，其發展演變過程見圖5。自02:02起，距溫宿東南約50 km處的大范圍層狀云中有對流單體發展，至02:36，不斷生成的對流云體迅速聚合成帶狀結構，周圍仍有較大范圍的層狀云體包裹著。03:44，回波組合反射率因子整體特征表現為長約150 km，寬50 km的西南—東北走向的混合云體帶狀回波區域，移向325°逐漸靠近溫宿。04:58回波帶已經影響到溫宿，隨著回波帶整體向西北移出溫宿,降雨減弱，8時許降雨才得以結束。

圖6a給出了03:44回波帶靠近雷達站時的組合反射率因子圖，從黃線相應位置的垂直剖面圖6b中可看出此回波帶上的對流單體結構與第1個回波帶上單體相似，強回波核在0℃層以下，也為明顯的降雨云體。圖6c是同時刻仰角3.4°徑向速度圖，圖中顯示有多個尺度較小鑲嵌在大片負速度區中的閉合正速度區，即逆風區，這些逆風區也沿著西南—東北排列，與回波帶上對流單體排列一致，逆風區中的正多普勒速度并不大，在3m/s左右。觀察沿圖6c中黃線位置徑向速度剖面圖6d，圖中逆風區位置恰好與組合反射率因子中對流單體相對應。這說明逆風區兩側和周圍風場形成局地垂直環流，能夠加強輻合上升運動，有利于對流發展加強。同時，對流單體被周圍富含水汽的層狀云包裹著，不必像孤立對流云因湍流和蒸發作用要消耗很多水汽和能量，而是加劇了對流上升運動和云物理過程，所以云體發展到7 km左右即產生降水[15]。

圖5 2013年6月17日阿克蘇CINRAD-CC雷達第二階段回波系統組合反射率因子演變

圖6 2013年6月17日03:44阿克蘇雷達組合反射率因子（a）（紅色線條為風暴追蹤信息）、反射率因子剖面（b）、3.4°仰角基本徑向速度（c）、徑向速度剖面（d）

再觀察迭加了新一代天氣雷達PUP 58號產品風暴追蹤信息的圖6a，從單體移動軌跡可看出，幸而回波帶上單體移動方向與回波帶走向夾角在60～90°之間，故此次對流雨帶上的單體沒有持續影響溫宿，使得第二階段降雨過程的持續時間不長，雨量也不大。

由于16日20時500 hPa和850 hPa和田為偏南氣流，且濕度大，溫宿為干冷區，16日23時地面上阿拉爾、和田為偏南氣流，露點大，因此23時在溫宿南部的暖濕區域云系不斷形成，受環境場東南氣流引導（圖2），回波帶向西北移動，不斷經過溫宿，造成溫宿暴雨。暴雨過程總降水量取決于降水率的大小和降水持續時間[19]。在對流性降水趨勢的臨近預報時，主要考慮的因子之一是回波系統的降水效率。一般來說，需要先判斷反射率因子大值區主要是液態雨滴形成，還是由冰雹產生。當對流單體的強回波核位于0℃等溫線以下，即暖云區較厚時，則液態雨滴對反射率因子貢獻較大，此時，反射率因子越大，降水效率就越高。但如果大的反射率因子有可能是冰雹產生時，對降水率的大小判斷會比較困難；考慮的主要因子之二是估計降水的持續時間。當回波系統范圍較大，移動緩慢，或單體的移動方向與回波帶的走向夾角越小時，降水持續時間將會越長。同時逆風區也可以作為強降雨監測和臨近預報的判據之一。

3.2 垂直風廓線演變

16日22時起，高層的垂直風隨高度增加順時針偏轉，呈現出暖平流特征。隨著時間推移，暖平流組織性越來越強，逐漸向下擴展。與此同時，東南氣流也隨之逐漸下沉。

在第一階段強降雨發生前00:02，1.8～8.5 km高度的垂直風自下而上由東北風順時針偏轉為東南風，繼而偏轉為南，表明暖平流已經擴展至低層，深厚的暖濕平流為暴雨發生發展提供了有利的環境場條件。觀察阿克蘇垂直風廓線圖7，注意到在6月17日00:02—00:42（9個體掃時間）1.5 km高度層風向由東南轉為東，再轉為東北；1.2 km高度層在00:25開始出現西北風，并在00:36—01:05（6個體掃時間）風向由西北轉為北，又轉為東北。以上使得低層風切變逐漸加強，擾動也加強，造成第一階段暴雨的增幅。

圖7 2013年6月16日23:50—17日01:10阿克蘇垂直風廓線產品

02 :00 以后，風廓線表現為高層南風，中層東南風底部逐漸下沉，至02:24下沉至最低1.8 km。隨著時間推移，東南氣流底部逐漸抬升，中低層依次被東風和東北風取代，風向隨高度順時針偏轉的趨向消失，而中高層暖平流仍然長時間存在，但順轉程度逐漸減弱，相應時段地面第一階段雨量也隨之減小。

第二階段降水開始階段（風廓線演變見圖8），05:10，1.2 km西北風風速由之前的4 m/s增大至6 m/s。05:27，1.2 km層為西北風，1.5～1.8 km層為東北風，且這三層之間均存在風向切變，表明近地面切變層的加強增厚，使地面雨量又一次增大。05:44，4.0～4.6 km高度層出現ND區，ND區以下為東北風，ND區之上為偏南風。06:01，ND區以上的中高層風向隨高度逆轉出現冷平流特征，但逆轉程度不大，說明中高層開始有弱的冷空氣入侵。隨后，冷平流逆轉程度緩慢加大，冷空氣逐漸增強。

圖8 2013年6月17日04:58—06:07阿克蘇垂直風廓線產品

06 :53，ND區以下中低層均勻的東北風開始逆時針偏轉為北風，也呈現出冷平流特征，說明下沉運動已經到達中低層，對應地面降水迅速減弱。07:27，中層ND區消失，上下兩層冷平流基本貫通（圖9），形成從下至上的風向隨高度呈逆時針變化的冷平流，預示著水汽輸送阻斷，降水隨需的環境條件被破壞，伴隨著地面降水逐漸減弱。至09:00，有風向標的資料層高度已連續下降至5.5 km高度，水汽和動力條件瓦解，溫宿第二階段降水結束。

應用垂直風廓線資料可以了解風隨高度的變化，追蹤暖平流及偏南氣流的強度和垂直伸展厚度隨時間的變化，對預測降水的發生、加強、持續和減弱具有重要的參考價值。在整個降水過程中，偏南風的層次很高，伸展至9 km以上，以及深厚的暖平流長時間維持，說明本次降水過程暖濕層結很厚，這為暴雨提供了充足水汽。垂直風廓線整層風速不大，中低層基本為4～6 m/s，中高層為6～12 m/s，故回波移動緩慢，使強反射率因子區長時間停留在溫宿測站上空，也是造成降雨量較大的一個原因。而且，垂直風切變的長時間存在，提供了動力作用，使水汽不斷輻合上升，從而形成暴雨。

圖9 2013年6月17日06:35—07:38阿克蘇垂直風廓線產品

4 結論

（1）這次罕見大暴雨天氣是在有利的天氣形勢下，由巴爾喀什湖高空槽、中低層和地面的中尺度切變線相配合所致。

（2）2個帶狀回波系統先后影響溫宿是導致溫宿大暴雨的主要原因。這2個回波帶上單體強度≤40 dBz，云頂高度在7 km以下，強反射率因子區位于0℃層以下，說明35～40 dBz的強回波區是對流云中液態雨滴散射的結果，表明這兩個回波系統均為典型降雨云體結構，故產生的雨強較大。

（3）造成第一階段強降水的主要原因是第1個回波帶與回波單體走向基本一致，帶上單體持續影響了溫宿；基本徑向速度圖中逆風區出現次數比較多，以及中低層輻合、高層輻散的氣流流場有利于降水進一步加強。第2個回波帶上也有多個逆風區出現，有利于對流的發展，但由于回波帶上單體移動方向與回波帶走向夾角在60～90°，故第二階段降水持續雨量不大。

（4）垂直風廓線資料表明在整個降水過程中，偏南風的層次很高，深厚的暖平流長時間維持，說明本次降水過程暖濕層結很厚，這為暴雨提供了充足水汽。垂直風廓線整層風速不大，回波移動緩慢，使較強反射率因子區長時間停留在溫宿測站上空，也是造成降雨量較大的一個原因。而且，垂直風切變的長時間存在，提供了動力作用，使水汽不斷輻合上升，從而形成暴雨。

[1]楊濤，楊蓮梅.新疆強對流暴雨的氣候特征和概率分布模式研究[J].災害學，2003，18（1）：47-52.

[2]姜逢清.20世紀下半葉新疆洪水災害的新趨向[J].災害學，2004，19（2）：29-35.

[3]張學文,張家寶.新疆氣象手冊[M].北京：氣象出版社，2006：193-194.

[4]王旭，馬禹，趙兵科，等.新疆“96·7”特大暴雨水汽輸送通道研究[J].新疆氣象，1999，22（5）：5-8.

[5]李霞，白慧星，湯浩.新疆“96·7”大暴雨過程中主要天氣系統結構的天氣動力學分析[J].新疆氣象，1997，20（5）：10-12.

[6]屠月青，孔海江.新疆哈密大降水的大氣環流特征分型[J].干旱氣象，2014，32（4）：642-648.

[7]楊蓮梅，張云惠，湯浩.2007年7月新疆三次暴雨過程的水汽特征分析[J].高原氣象，2012，31（4）：963-972.

[8]張俊蘭，魏榮慶，楊柳.2013年南疆兩場罕見暴雨落區和強度的對比分析[J].沙漠與綠洲氣象，2014，8（5）:1-9.

[9]俞小鼎，姚秀萍，熊廷南，等.多普勒天氣雷達原理與業務應用[M].北京：氣象出版社，2007.

[10]王位泰，王智麗，張天峰，等.一次持續大暴雨過程新一代天氣雷達回波特征分析[J].成都信息工程學院學報，2014，29（3）：315-320.

[11]伍志方，易愛民，葉愛芬，等.廣州短時大暴雨多普勒特征和成因分析[J].氣象科技，2006，34（4）：455-459.

[12]黃艷，劉濤，張云惠.2010年盛夏南疆西部一次區域性暴雨天氣特征[J].干旱氣象，2012，30（4）：615-621.

[13]姜彩蓮，郭琪，李建剛，等.天山北坡一次暴雨天氣成因初探[J].干旱區資源與環境，2013，27（6）：163-166.

[14]葉愛芬.多普勒雷達VWP產品在一次大暴雨中的特征[J].廣東氣象，2007，29（1）：19-21.

[15]蔣義芳，尹東屏，劉安寧，等.一次特大暴雨過程的多普勒雷達資料分析[J].氣象科學，2011，31（3）：347-353.

[16]彭軍，高衛飛，張瓊，等.一次局地暴雨過程的多普勒雷達特征分析[J].沙漠與綠洲氣象，2010，4（1）：28-31.

[17]張家寶.新疆短期天氣預報指導手冊[M].烏魯木齊：新疆人民出版社，1996：24-28.

[18]肖開提·多萊特.新疆降水量級標準的劃分[J].新疆氣象，2005，28（3）：7-8.

[19]李柏.天氣雷達及其應用[M].北京：氣象出版社，2011：261-298.

[20]何群英，東高紅，賈慧珍，等.天津一次突發性局地大暴雨中尺度分析[J].氣象，2009，35（7）：16-22.

Characteristics of Severe Rainstorm Occurred on the 17th June，2013 in WenSu of Xinjiang Based on Doppler Radar

ZHANG Jidong1，ZHANG Lei1，Rasul Abla2，ZHANG Li3
（1.Akesu Weather Modification Office，Akesu 843000，China；2.Xinjiang Uygur Autonomous Region Weather Modification Office，Urumqi830002，China；3.Akesu Meteorological Observatory，Akesu 843000，China）

Based on conventional observation and Doppler radar data,the large-scale circulation and radar echo characteristic of a severe rainstorm，which happened during 17th June,2013 in WenSu of Southern Xinjiang was analyzed.The results showed that the severe rainstorm generated in favorable weather situations.The Balkhash lake trough,middle-lower layer and ground mesoscale shear line cooperated made the severe rainstorm happen.The rainstorm was caused by two typical band-shaped meso-scale systems,which moved repeat along Wensu.The convection cellsmove in the same direction with one of the echo-band，the other had an angle of 60～90.As a result,the former echo-band played amore important role in the Wensu rainstorm.Reflectivity of convection cells is less than or equal to 40 dBz，with top height below 7 km,and center located in lower part of the cloud.Before and during the rainstorm,many adverse wind areas appeared in radial velocity.It may suggest a significant relevance for monitoring and nowcasting in heavy rainfall.When the rainstorm occurred,the vertical wind would clockwise rotation with height,and the thickness of the convergence zonewould increase,which may provide a favorable environmental conditions for initiation and developmentof a rainstorm.

severe rainstorm；Doppler；radar echo；wind shear

P458.121.21.1

A

1002-0799（2016）05-0010-07

10.3969/j.issn.1002-0799.2016.05.002

2015-09-22；

2016-01-12

中國沙漠氣象科學研究基金項目（Sqj2015006）資助。

張繼東（1976-），男，工程師，主要從事人工影響天氣業務和技術研究。E-mail：xjakszjd@163.com

張繼東，張磊，熱蘇力·阿不拉，等.新疆溫宿“6·17”大暴雨多普勒雷達特征分析[J].沙漠與綠洲氣象，2016，10（5）：10-16.