基于雷達(dá)和自動站資料的烏蘭察布市一次持續(xù)性強降水分析

劉燁焜，張 韜，裴繼儒

(內(nèi)蒙古烏蘭察布市氣象局,內(nèi)蒙古烏蘭察布 012000)

1 引言

隨著探測技術(shù)的不斷更新進(jìn)步，對短時間災(zāi)害天氣的臨近預(yù)報變?yōu)榭赡埽绕涫菑妼α魈鞖狻?月27～28日烏蘭察布市強降水過程屬短時臨近預(yù)報范圍，因此主要利用非常規(guī)監(jiān)測（新一代天氣雷達(dá)·自動站）和常規(guī)資料等從環(huán)流背景及發(fā)生條件等方面分析了這次降水天氣，試圖尋找強降水預(yù)報的著眼點，為強降水的短時臨近預(yù)報積累經(jīng)驗。

2 資料選取

雷達(dá)站位于山西大同（113.23°E，40.4°N），海拔1 091.3m。資料選取常規(guī)資料、高空地面資料、自動氣象站資料、天氣雷達(dá)資料等。

3 天氣實況和環(huán)流背景分析

3.1 降水情況

此次降水主要集中在兩個時間段，分別為27日14～18時、28日02～03時，降水強度大，局地性強。表1為7月27～28日各測站＞20mm的1h降水量，其中官屯堡站連續(xù)兩小時出現(xiàn)超過30mm/h的降水。

3.2 環(huán)流背景分析

過程發(fā)生前7月27日08時，歐亞大陸500hPa環(huán)流形勢為兩槽一脊型，在貝加爾湖附近為一高壓脊后發(fā)展為阻塞高壓，脊前不斷有小股冷空氣沿西北氣流下滑影響我市。27日20時，在高壓脊西南部，由于強冷平流的作用切斷出閉合低壓，烏蘭察布市處于低壓底前部。此時西太平洋副熱帶高壓脊線已經(jīng)西伸北抬至黃淮一帶，我市處于584dagpm線的外圍，沿西太副高外圍的西南氣流為內(nèi)蒙古中部輸送了源源不斷的水汽。中低層有切變線存在，700hPa在副高312dagpm線外圍有一支西南風(fēng)極大風(fēng)速帶由南向北到達(dá)我市南部，我市處在大風(fēng)速帶的出口區(qū)左前側(cè)。27日地面場上，我市受低壓倒槽影響，同樣表現(xiàn)為東高西低的形勢，同時有明顯風(fēng)場輻合。

由上述分析，500hPa切斷低壓、850hPa切變線、地面倒槽是這次強降水過程的主要影響系統(tǒng)。

4 地面中尺度輻合線的特征分析

4.1 對流天氣形成條件即高低空系統(tǒng)配置綜合分析

從對流天氣形成的抬升、水汽和能量條件出發(fā)，綜合分析各層等壓面的資料。27日08時西南風(fēng)大風(fēng)速帶已經(jīng)建立，水汽輸送通道逐漸形成，但濕區(qū)偏南，總體水汽條件差，850hPa在內(nèi)蒙中部以北存在潛在不穩(wěn)定條件，從動力抬升條件看，整層系統(tǒng)配置略有前傾，但低層輻合線位置偏西且輻合較弱。

表1 2015年7月27日08時～28日08時各測站＞20mm的1h降水量

4.2 地面中尺度輻合線分析

地面中尺度輻合線能起到動力抬升作用，觸發(fā)中小尺度系統(tǒng)發(fā)展，使降水產(chǎn)生并加強。從逐時自動站資料分析，27日14時烏蘭察布市南部出現(xiàn)中尺度輻合線，其中在卓資縣中部為西北風(fēng)與西南風(fēng)輻合、豐鎮(zhèn)市與涼城縣交界處為偏西風(fēng)與東南風(fēng)輻合、興和縣西南部為西南風(fēng)與東南風(fēng)的輻合線，而南部地區(qū)都處在三小時顯著負(fù)變壓區(qū)，此時還沒有產(chǎn)生降水，之后隨著系統(tǒng)的增強和移動，我市南部輻合線附近開始出現(xiàn)強降水。上述3個中尺度輻合線強度較強，持續(xù)時間較長，造成的雨強較大，后在19時陸續(xù)減弱消失。在27日21～23時和28日02～03時，都分別在豐鎮(zhèn)南部生成輻合線，它們持續(xù)時間較短，強度較弱，產(chǎn)生的降水量也較小；06～08時，在涼城生成1條輻合線，強度也較弱。

5 雷達(dá)資料分析、及回波發(fā)展與地面輻合的關(guān)系

5.1 降水回波分析

山西大同的雷達(dá)對此次降水過程有較好的觀測，基本反射率產(chǎn)品顯示，此次過程的降水回波主要經(jīng)歷了初始積云降水回波、帶狀回波和積云層狀云混合降水回波（7）。

27日14～18時為降水最強時段，雷達(dá)資料顯示為積云降水回波影響，我市西北部不斷有零散回波緩慢東移、發(fā)展，多個對流單體生成、并不斷從西北向東南方向移過，產(chǎn)生局地強降水。15～16時回波強度達(dá)到最強，最大反射率因子達(dá)到65dBZ，回波頂高達(dá)12km以上。18：30強回波單體呈東北-西南向傾斜并“一”字緊密排列，在豐鎮(zhèn)南部形成一條窄帶強降水回波，但此時回波頂高有所降低，19時分裂為兩段并南下，到19：30帶狀回波開始減弱。夜間21：30開始有兩個對流單體在豐鎮(zhèn)南部生成，且開始加強并東移，22時合并、減弱，在上游地區(qū)形成的帶狀回波東南移至豐鎮(zhèn)地區(qū)并不斷加強，“列車效應(yīng)”維持，23時帶狀回波減弱為組織性較差的片狀。

28日凌晨02時有東西向的帶狀回波生成，其后部是大片的積云層混合云降水回波，03：30時其分裂減弱，此時段內(nèi)造成我市南部地區(qū)強降水的回波主要為前部的帶狀回波和其后部的積云層混合云降水回波。04：30左右在我市西部大部有大片積云層混合云降水回波逐漸形成，在東南移的過程中不斷發(fā)展，08時左右回波移出我市。

5.1.1 回波發(fā)展與地面中尺度輻合的關(guān)系

通過逐時逐次對比此次過程雷達(dá)回波與地面輻合線的位置與發(fā)展變化關(guān)系，在27日14時，我市南部地面已經(jīng)出現(xiàn)三條中尺度輻合線，并且都處于三小時顯著降壓區(qū)，而此時在反射率因子并未在上述地區(qū)發(fā)現(xiàn)回波，之后在14：32左右興和縣中部和豐鎮(zhèn)西南部有強回波逐漸形成，15時左右在卓資東南部也出現(xiàn)強回波。持續(xù)時間較長，從而形成“列車效應(yīng)”。在18時豐鎮(zhèn)南部轉(zhuǎn)為東北風(fēng)與偏西風(fēng)的輻合，輻合線呈狹長的東北-西南向，此時地面三小時變壓為負(fù)；30分鐘后在18：30上述地區(qū)有強度相對較弱同樣為東北西南向的帶狀回波生成，很快又消失，造成我市南部多個站點1h降水≥30mm；在上述回波不斷發(fā)展、變化的過程中，相應(yīng)位置地面輻合線始終存在且隨著三小時變壓的變化而加強、減弱。

5.1.2 雷達(dá)回波、強降水區(qū)和地面輻合的匹配關(guān)系

通過上節(jié)分析，結(jié)合降水實況，發(fā)現(xiàn)輻合線和未來強降水中心有著較好的對應(yīng)，且降水大值所在區(qū)域隨著輻合、回波發(fā)展的階段不同而不同。以造成豐鎮(zhèn)南部暴雨點的降水回波和輻合為例，14～16時，上述地區(qū)處于三小時顯著降壓區(qū)，輻合線處于加強發(fā)展階段，降水回波不斷加強，強降水區(qū)出現(xiàn)在輻合線較暖濕一側(cè)，即回波的低層入流氣流一側(cè)；17時左右，輻合線強度處于最強，回波發(fā)展最為旺盛階段，強降水出現(xiàn)在輻合線附近兩側(cè)；在17～19時，上述地區(qū)處于三小時顯著升壓區(qū)，輻合線強度減弱，強降水區(qū)出現(xiàn)在輻合線較干冷一側(cè)，也即回波移動的下風(fēng)方向。

5.2 徑向速度場中的輻合區(qū)、逆風(fēng)區(qū)、大風(fēng)速區(qū)特征

在28日我市西部有小塊的正速度區(qū)出現(xiàn)在大片的負(fù)速度區(qū)中，之后逐漸發(fā)展增大，稱這塊被包圍的正速度區(qū)為逆風(fēng)區(qū)（12），到02：30逆風(fēng)區(qū)面積近200km2，直到02：52在南移過程中逆風(fēng)區(qū)結(jié)構(gòu)消失，其發(fā)展演變過程維持1個多小時。結(jié)合降水資料實況，此時在涼城、豐鎮(zhèn)地區(qū)多站出現(xiàn)了1h大于20mm的降水，與逆風(fēng)區(qū)的位置相吻合，且這種形勢出現(xiàn)在降水發(fā)生前0.5～1h，也對強降水的發(fā)生有較好的提示作用。

28日05時左右在豐鎮(zhèn)、涼城地區(qū)逐漸出現(xiàn)大的負(fù)速度區(qū)，到05：38速度區(qū)中心出現(xiàn)速度模糊，表現(xiàn)為負(fù)速度的極大值，達(dá)到-20m/s，其前方有明顯的風(fēng)速輻合，10～20km內(nèi)風(fēng)速差≥12m/s。隨后大風(fēng)速區(qū)不斷擴(kuò)大，到07時左右達(dá)到最大，但低層零等速度線呈現(xiàn)出反“s”形，冷平流侵入，之后大風(fēng)速區(qū)減小、南移并消失。

5.3 垂直剖面顯示為典型低質(zhì)心強降水對流單體

選取降水的兩個時段的雷達(dá)資料作剖面分析，27日16時在豐鎮(zhèn)南部沿東北-西南向穿過強回波中心的兩點作一垂直剖面，根據(jù)27日08時及20時的臨近地區(qū)呼和浩特站且強回波呈前傾懸垂結(jié)構(gòu)，前側(cè)有弱回波區(qū)，表明有強的入流氣流進(jìn)入上升氣流中，使回波單體不斷發(fā)展。

28日03時降水回波呈帶狀，同樣在豐鎮(zhèn)南部沿東北-西南向穿過帶狀強回波中心作垂直剖面，回波頂高基本都伸至8～10km，最高達(dá)14km，而50dBZ以上強回波主體仍維持在2.5～4km，強回波都在5km以下，仍表現(xiàn)為低質(zhì)心回波。

5.4 高層干冷、低層暖濕西南氣流的影響

通過雷達(dá)風(fēng)廓線產(chǎn)品能夠看出，在27日16時左右偏南風(fēng)風(fēng)速逐步加強，并向高空持續(xù)擴(kuò)展，暖濕層加深，同時風(fēng)隨高度順轉(zhuǎn)表明暖平流特征顯著。從16：37后中層500hPa上下出現(xiàn)風(fēng)向隨高度逆轉(zhuǎn)，干冷空氣開始入侵，500hPa以下風(fēng)隨高度順轉(zhuǎn)，即仍維持深厚的高溫高濕暖平流，從而形成上干冷、下暖濕的層結(jié)，有利于對流單體加強、發(fā)展。我市南部的回波得以加強、發(fā)展，并出現(xiàn)強降水。通過觀察發(fā)現(xiàn)，偏南風(fēng)逐漸建立的過程相對于強降水的出現(xiàn)也有提前0.5h左右的提前量，對短時臨近的預(yù)報也有一定的指導(dǎo)意義。

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