大連地區短時暴雨雷達回波特征分析
2018-01-09 09:58:22李瀟瀟劉曉初趙胡笳朱軼明
安徽農學通報 2018年20期
李瀟瀟 劉曉初 趙胡笳 朱軼明
摘 要：利用常規觀測資料和天氣雷達資料對2016—2018年大連地區9次短時暴雨過程進行分析。結果表明，絕大多數過程發生在8月上中旬，雨強極值北部大于南部；背景系統包括冷渦或西風槽，部分有副高和北上熱帶氣旋環流配合，低層有中尺度低渦環流、低空切變線等作為觸發條件；探空資料上，K指數，低層比濕，暖云層厚度有一定指示作用；低層大范圍濕區和持續的水汽輸送強化落區范圍，持續時間和降水強度；45dBZ回波高度與0℃層高度差、質心高度、系統走向與移向平行、系統移速慢是短時暴雨雷達回波特征。降水估算中，當副高強盛或熱帶氣旋環流參與時，修訂后的熱帶型Z-R關系更接近實況。
關鍵詞： 短時暴雨；中尺度分析；雷達回波特征；降水估測
中圖分類號 P441 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2018）20-0131-10
Analysis on Radar Features of Short-range Torrential Rain Events for Dalian Area
Li Xiaoxiao1 et al.
（1Dalian Meteorological Observatory，Dalian 116001，China）
Abstract：9 short-range torrential rain events occurred in Dalian area during 2016-2018 are examined by using conventional observation and weather radar data. The results show most events occurred in August. In terms of maximum hourly rainfall amount，the norths is lager than that of south ； Synoptic systems include low-pressure vortex and westerly trough，partly with the presence of westward-stretching subtropical high and north-moving tropical cyclone circulation . Low-level meso-scale vortex and shear line are served as triggers； K index，low-level humidity，LCL，the thickness of warm cloud are useful indicators. Low-level warm and moist regions intensify the scale，duration and intensity of torrential rain； the height difference of 45dBZ radar reflectivity and 0℃ ，the height of center of mass，the consistence of storm system direction and its moving direction，low-moving-speed of convective cells are radar features； For rainfall amount estimates，revised tropical mode is the most reliable pattern when subtropical high or tropical cyclone circulation presence.
Key words：Short-range torrential rain；Meso-scale analysis；Weather radar features；Rainfall amount estimates
短時強降水，一般降水強度大于20mm/h，且持續時間不超過6h，容易造成局地洪水，也稱對流暴雨[1，2]。其中比較極端的一種是短時暴雨，一般降水強度達到60mm/h[3]，中尺度特征明顯，與強對流相聯系，突發性強，降水強度大，落區小，易引發洪澇災害，因此，一直是氣象部門預報預警的重點和難點。全國各地，包括東北地區，都發生過短時暴雨，但各地的背景環流和中尺度對流特征各不相同。華南地區前汛期暴雨有明顯暖區暴雨特征[3]，通常是副高西北側的西風帶系統與來自低緯度的偏南或西南暖濕氣流共同作用的結果。2001年8月5日夜間，上海地區受熱帶低壓影響出現最大雨強達到75.4mm/h的短時暴雨[4，5]。短時暴雨由中β和γ尺度云團造成，對流風暴后向傳播觸發的新生單體并入原有對流風暴單體，形成“列車效應”。張迎新[6]分析京津冀“7.21”暴雨過程發現，副高外圍東南水汽通道是造成暴雨產生的水汽條件之一。雷達回波上“列車效應”明顯，低層中尺度切變線東移中加深為中尺度低渦。袁美英[7]對2006年8月10日東北地區一次短時大暴雨（最大雨強達到90.8mm/h）分析發現，天氣尺度背景場中，由于臺風“桑美”的托舉，副高一直維持少動，低緯度暖濕氣流沿著副高邊緣北上，為暴雨提供水汽條件。2條地面輻合線交匯處，產生局地短時大暴雨。由此可見，各地短時暴雨存在一些相似條件。低緯度暖濕空氣沿副高邊緣向北輸送提供充沛水汽條件，低層中小尺度系統是觸發機制。短時暴雨發生時有中β和γ尺度云團合并或者發展，后向傳播造成“列車效應”。探空資料上，K指數對判別短時強降水的潛勢有一定指示作用[8]。雷達回波上，短時暴雨與雷暴大風、冰雹等其他強對流天氣的特征也區別很大[9]。
大連地區位于東北地區最南端，受水汽條件限制，短時暴雨落區和強度不如我國南方。但是在7—8月，副高北抬明顯，北方冷空氣與南方暖濕氣流交匯，容易在大連地區個別站點造成短時暴雨。吳杞平[10]分析發現，造成大連地區短時暴雨的回波源于大連南部沿海的介于強對流性與穩定性的混合性中—β尺度回波。王樹雄[11]采用最優化Z—I關系，結合系統誤差消除方法，得到適用于大連本地的Z—I關系，改進雷達定量降水估測產品，有效提高了大連地區短時暴雨監測預警水平。2015年，大連地區雷達由CINRAD/SC型更新為CINRAD/SA型。本文利用常規觀測資料和雷達資料對轄區短時暴雨過程進行中尺度環境場、雷達回波演變和雷達定量降水估測分析，揭示其中尺度特征和雷達產品特征，為預報員進行短時暴雨監測預警提供參考依據。
1 天氣過程
1.1 天氣實況 本文選取大連天氣雷達更新后的2016—2018年9次短時暴雨過程作為研究對象（表1）。大連地區全年平均降水量在700mm左右，城市排水系統承受的降雨強度閾值大約為50mm/h，大于該閾值，容易造成短時城市內澇。因此，降雨強度達到50mm/h以上可以作為短時暴雨研究下限指標。按照時間順序，9次短時暴雨過程按照發生日期分別簡稱為“160801”、“160807”、“170804”、“170817”、“180726”、“180807”、“180813”、“180815”、“180820”過程。
從月份看，9次過程，1次發生在7月下旬，4次發生在8月上旬，4次在8月中旬，均為大連地區主汛期。從發生時段看，3次發生在夜間（20—08時），6次發生在白天（08—20）時。從小時雨強來看，最大值為121.6mm/h，出現在大連西北部沿海地區的瓦房店市的太陽升站，其次，瓦房店市西楊鄉的北海村站有102.4mm/h的短時暴雨。而大連南部市區最大雨強為60.6mm/h。近年來，雨強極值存在南北差異。另外，本文僅列舉出每次過程中最大的小時雨強站點作為研究對象。實際上，每次過程還有其他站點出現不同程度的短時暴雨。因此，從以上站點分布中不能準確描述短時暴雨落區特征。
1.2 天氣形勢 9次過程均具有明顯東北地區主汛期環流特征：環流徑向度大，東亞高、中緯度環流由緯向型向經向型調整（貝加爾湖高壓脊建立），西太平洋副熱帶高壓西伸北抬，提供充沛水汽。當中緯度西風環流與低緯環流相互作用時，來自蒙古或貝加爾湖東部的冷空氣與副高后部的暖濕空氣在大連地區交匯，引起中尺度的天氣系統發展。由于溫度場和氣壓場的梯度都相對較弱，天氣尺度強迫抬升為降水提供背景環流，觸發機制多為低空中尺度低渦，切變線等。
從表2看到，9次過程中的6次有副高配合，5次涉及到西風槽，3次處于低渦底部，3次與熱帶氣旋有關。
2016年8月1日，歐亞中高緯度為2槽1脊形勢，西風槽逐漸加深，在大連地區高空形成切斷低渦。低空對應有中尺度低渦，低渦后部的東北風與前部的西南風形成了低空切變線，并且東北風所表征的相對干冷空氣勢力較暖濕空氣更強，中層結不穩定特征較為明顯，大連地區位于切變線暖濕空氣一側，受其影響，大連地區出現了陣性降雨天氣，強對流天氣落區局地性較強，瓦房店北部萬家嶺站出現短時暴雨。
2016年8月7日，高空槽東移，大連位于副高西北側和北支槽底前部西南流場中，08時，500hPa高空槽加強，在黑龍江形成低渦，大連位于低渦底前部，水汽輸送建立，850hPa風場上，與500hPa南北2支高空槽相對應的是2條切變線，南支東北-西南向切變線壓在大連地區中部，副高西北側的偏南和東南風風速達到8m/s，為強對流發展提供充沛水汽條件，北支切變線的底部后側不斷有冷空氣向南補充，加劇層結不穩定。地面位于弱低壓帶內，有輻合抬升運動，大連位于暖濕舌中，而且北部偏強。由于高空低渦位置偏北，大連北部地區降水更有利，受其影響，普蘭店市區出現94mm/h的短時暴雨。
2017年8月4日20時，大連地區500hPa處于低渦槽前，受熱帶氣旋北上影響，副高位置略微北抬，大連地區處于副高外圍和西風槽前；850hPa大連地區存在明顯的偏北風和偏南風的輻合切變，大連地區處于臺風外圍水汽輸送的偏南風一側，此種配置為降水提供動力和水汽條件；地面處在弱低壓內部，保證了降水的持續時間，給大連大部分站點出現暴雨、大暴雨，東部和南部地區局地出現短時暴雨。本次降水，臺風殘余環流本身攜帶大量水汽，同時副高外圍水汽輸送，為降水提供充足的水汽條件。高底層低壓系統垂直對應，提供了較好的上升條件和降水觸發條件。
2017年8月17日08時，500hPa冷性低渦位于遼寧地區，并且有東北風和海上副高后部的西南風輻合，850hPa上遼寧東南部存在東北-西南向的切變線，大連中南部地區處于切變線西南風一側，并且環流呈現氣旋式輻合，高低空配置提供較好的抬升條件和水汽條件。至17日14時，地面出現風場氣旋式切變，配合中高層冷渦環流，出現降水，由于本次過程受冷渦影響，層結不穩定和抬升觸發機制優于水汽輸送，對流條件較好，落區較為局地。
2018年7月26日白天、2018年8月7日白天和2018年8月13日夜間3次短時暴雨過程，均受低空切變線和副高西北側邊緣暖濕空氣共同影響，局地出現短時強降雨。
2018年8月15日白天，受北上變性熱帶氣旋外圍對流云系影響，加上副高外圍水汽輸送，為降水提供非常充沛的水汽條件，在大連南部地區多個站點造成短時暴雨。
2018年8月20日上午，北上熱帶氣旋減弱成熱帶氣壓，進入渤海后，與中緯度西風槽相互作用變性成溫帶氣旋，強度增大，加上副高外圍水汽輸送，在大連地區多個站點造成短時暴雨和強風天氣。
從以上分析看，“160801”過程和“170817”過程主要影響系統為冷渦，低層有中尺度低渦環流配合，由于低層水汽條件相對較差，短時暴雨落區較為局地。“160807”過程受低渦底部切變線與西伸副高共同影響，副高邊緣將水汽向北輸送，低層水汽條件充沛，但輸送持續時間相對較短，抬升觸發機制為低層切變線，造成短時暴雨落區比前2次過程范圍更大。“180726”、“180807”、“180813”3次過程，由于2018年汛期熱帶氣旋活動非常活躍，副高位置較常年偏西偏北，大連地區處于副高的西北側邊緣，加上低空切變線影響，多次造成局地短時暴雨。“170804”過程，受北上熱帶氣旋殘余環流和副高外圍環流共同影響，配合西風槽東移，形成了大連地區典型的“2脊1槽”阻塞型汛期暴雨天氣背景環流，低層水汽向北輸送持續時間較長，低層有中尺度低壓環流配合，給大連地區造成多時段多站點的短時暴雨天氣。“180815”過程與“170804”相似的是，都有熱帶氣旋的作用，但不同點是，“180815”為熱帶氣旋登陸以后北上減弱，由于北方冷空氣加入，變性加強，其外圍環流直接影響大連南部地區，造成局地短時暴雨。“180820”過程的獨特之處在于熱帶氣旋減弱成熱帶低壓后入海，與中緯度西風槽相互作用，變性成溫帶氣旋，強度再次增強，直接影響大連地區，多個站點出現短時暴雨天氣。
1.3 探空分析 選取9次短時暴雨發生前的大連站部分探空資料參數分析（表3）。9次短時暴雨發生前，K指數為26～41。“180815”過程前的K指數最小，為26，“170817”過程K指數次之，為31。從K指數定義上看，從圖1（h）看，“180815”過程前探空曲線上700hPa溫度露點差很大，類似的，“170817”過程前700hPa溫度露點差達到10℃，相對其他7次過程明顯偏大，其他7次過程700hPa高度上溫度露點差很小，因此700hPa溫度露點差較大是2次過程K指數偏小的原因，其他7次過程K指數在36～41。但是，在3km高度附近，溫度露點差很小，如果按此計算，K指數較大。因此，K指數是判斷短時強降雨的有效探空指標。但是，利用K指數判斷短時強降水潛勢時不宜生搬硬套，還需要對探空曲線靈活分析。
業務分析中，夏季有利于強對流發展的水汽條件之一是近地面的比濕達到12g/kg。9次過程的地面比濕范圍為15.7～22.6g/kg，“160801”、“170817”、“180807”、“180820”4次過程地面比濕分別為16.7g/kg、15.7g/kg、18.9k/kg和19g/kg，前3次過程短時暴雨落區較為局地，“180820”過程在大連多地造成短時暴雨，而且最大小時雨強為最大值，121.6mm/h。另外5次過程地面比濕均超過20g/kg，因此，地面比濕只是地面高度水汽含量的指標，無法單獨判斷落區大小和雨強大小。低空急流特征高度850hPa上，9次短時暴雨發生前的比濕為12.6～16.3g/kg，全部超過12g/kg指標。“180726”、“180807”、“180813”3次副高強盛的過程，850hPa比濕分別為16.3g/kg、16.3g/kg和15.3g/kg。“170804”、“180815”、“180820”3次與熱帶氣旋相關的過程，850hPa比濕分別為16.3g/kg、13.4g/kg和12.6g/kg。
分析表明，熱帶氣旋環流和副高外圍環流對向北輸送暖濕水汽作用顯著。
夏季對流風暴產生的短時暴雨一般對應較高的降水效率。也就是說暖云層越厚，降水效率越高。在探空曲線上，抬升凝結高度（LCL）到融化層高度（大約為濕球0℃層高度）的厚度可估計為暖云層厚度。9次過程中，暖云層厚度為4～5.1km。“170817”過程厚度最小，為4km，主要影響系統為低渦，高空有冷空氣加入，小時雨強為56.2mm/h，為9次過程中最小。厚度最大的為“180820”過程，熱帶氣旋剛好變性為溫帶氣旋，強度加強，厚度達到5.1km，恰好小時雨強也最大。暖云層厚度也排在第2位（5km）的有2次過程，“160807”和“180726”，雨強分別為94mm/h和102.4mm/h，雨強可能和暖云層厚度有一定相關性。另外，LCL高度在0.1～0.5km，說明氣塊在近地面稍微抬升就能達到飽和，有利于水汽凝結產生降水。
CAPE值作為對流有效位能的表征，與垂直上升速度正相關，如果太大，會使氣塊加速通過暖云層，未等凝結成水珠就進入高層，形成冰晶，不利于形成高的降水效率，因此，短時暴雨發生前的環境CAPE值不宜太大。9次過程，“180813”過程CAPE值最大，達到3248J/kg；其次為“160807”過程，CAPE值為2507J/kg，均達到中等強度以上；“180820”過程前的CAPE值最小，僅為372J/kg。9次過程前的CAPE變化范圍非常大，因此，CAPE值大小對對流暴雨的指示作用不大。CIN，作為對流抑制能量，代表氣塊通過穩定層結到達自由對流高度必須克服的能量，其值太大，抑制程度太大，不利于對流發生，但是在一定范圍內，其值越大，不穩定能量在低層聚集程度越高，一旦釋放，越有利于強對流天氣發生。從表2看到，“160801”和“170817”2次過程CIN值分別為31J/kg和25J/kg，與天氣尺度冷渦或者西風槽對應，短時暴雨更傾向于大陸型的大量不穩定能量釋放的對流暴雨，其他7次過程均小于10J/kg，“180726”和“180807”2次過程低層抑制能量幾乎為0，不需要很強的抬升觸發條件就能抬升氣塊，更趨向于熱帶型的短時暴雨。
從高低空溫差看，大連地區出現冰雹、雷暴大風等強對流天氣，一般要求850hPa與500hPa溫差大于28℃。9次過程僅有“160801”過程溫差（27℃）接近這一指標，有大陸型對流暴雨特征。其他8次過程，850hPa與500hPa溫差在21～25℃，溫度垂直遞減率較小，也表明主汛期高空冷空氣主體偏北，中層“干冷空氣”主要體現在“干”，而不是“冷”。
從0～6km深層垂直風切變看，9次過程數值在4～15m/s，變化范圍較大，10～20m/s一般認為是中等強度垂直風切變，配合中等強度CAPE值（1000～2500J/kg），對應多單體風暴。實際上，8月上中旬，大連地區沒有明顯冷空氣南下侵入，低層偏南風低空急流輸送水汽，如果中高層有偏西風急流配合，就會產生較大垂直風切變，如果500hPa同樣處于槽前西南流場或高空系統不強，強降水由中低層系統驅動，垂直風切變就會較小。因此，與CAPE值類似，垂直風切變單獨作為判斷對流短時暴雨指示意義不大。
對流性的短時暴雨與大范圍的層云降水不同，普通的暴雨對高溫高濕條件要求較高，探空曲線整層都可以是趨近飽和，而對流性強降水對不穩定層結條件要求較高，中層需要有相對干冷空氣的加入，形成“上干下濕”的不穩定層結。探空曲線上（圖1），大多數過程對流層中層均有厚度不等的干冷空氣層結，一般情況下，要求該層溫度露點差達到15℃以上。“160801”、“160807”、“170804”過程，干層位于600hPa附近，基本在0℃層以上；“170817”過程，干層位于700hPa附近；“180726”、“180807”、“180813”3次副高強盛的過程，干層高度較高，0℃層以下水汽飽和度較高。在低層抬升觸發機制下，對流不穩定能量釋放，如果低層有明顯的逆溫層將低層暖濕空氣和中高層的干冷空氣隔開，能量釋放會更強烈，從探空曲線看，近地面逆溫層大多數過程并不明顯，也反映出短時暴雨不一定對應強烈的不穩定能量釋放。高效率的暖云降水一般要求，0℃層高度以下對應一部分CAPE值。9次過程中，0℃層高度以下的CAPE值大約占整層對流有效位能的1/3～1/2。
2 中尺度特征
圖2a，2016年8月1日夜間，大連地區處于高空500hPa槽前西南流場中，500hPa干區邊緣，大氣層結不穩定。850hPa及以下溫度露點差非常小，低層大氣接近飽和，水汽條件較好，大連西部受低渦底部700hPa和850hPa切變線影響，抬升觸發條件較好，大連地區垂直風切變較小，不利于風暴的組織和建立，高低空配置有利于強對流天氣發生，以短時強降水為主。
圖2b，2016年8月7日白天，500hPa、700hPa和850hPa切變線都位于大連西北上空，低空大連東部和南部，850hPa低空西南急流輸送水汽，500hPa也位于槽前西南流場，并且達到急流強度，中低層水汽條件很好。500hPa遼寧西北部有冷槽，高低空溫差大，層結不穩定，有利于出現短時強降水。另外，地面存在低壓系統，抬升觸發條件較好，此種高低空配置有利于對流性短時強降水發生。
圖2c，2017年8月3日夜間，大連地區處于低渦底部西風槽前和副高與熱帶氣旋殘留云系西北側，700hPa和850hPa低空切變線位于遼寧西北部，層結不穩定和抬升觸發條件具備，500hPa為顯著西南流場，850hPa有西南和東南兩支急流經過大連地區，有穩定水汽輸送，中低空大氣接近飽和，水汽條件充沛，高低空配置有利于區域性暴雨和局地短時暴雨發生。
圖2d，2017年8月17日白天，大連地區受高空低渦系統影響，大氣層結不穩定。850hPa以下大氣飽和度較高，水汽條件較好，但是沒有低空急流所表征的大范圍水汽輸送，700hPa和850hPa低空切變線移過大連地區，抬升觸發條件很好。因此，高低空配置有利于大連地區出現雷電、短時強降水等對流性天氣。
圖2e，2018年7月26日白天，副高位于大連地區附近，高空槽位于內蒙古東部地區，逐漸東移影響大連地區，大連地區CAPE值大于1000，大氣層結不穩定。低空飽和度較好，700hPa明顯西南急流水汽輸送，大連地區也處于500hPa西南流場中，水汽條件較好。低空處于700hPa和850hPa槽前，抬升觸發條件較好。大連地區中到大雨，局部暴雨，并可能伴有短時強降水、短時大風等強對流天氣。
圖2f，2018年8月7日白天，大連地區受副高外圍影響，大氣層結較不穩定。低空大連地區水汽飽和度較好，水汽條件較好，850hPa為顯著偏南流場。大連地區位于700hPa切變線南側，抬升觸發條件一般。大連地區局地容易出現現短時強降水天氣。
圖2g，2018年8月13日夜間，大連地區受副高外圍配合高空槽影響，大氣層結較不穩定，850hPa水汽飽和度較高。700hPah和850hPa存在切變系統，抬升觸發條件較好，大連地區局地容易出現短時強降水天氣。
圖2h，2018年8月15日白天，500hPa受副高邊緣暖濕氣流影響，臺風“摩羯”殘渦位于渤海南部地區，外圍不斷觸發中尺度對流系統，大連地區不穩定能量較高，大氣層結不穩定。850hPa有明顯的氣旋性環流，強度達到急流級別，有明顯的西南氣流輸送水汽，水汽條件較好。700hPa和850hPa切變影響大連地區，抬升觸發條件較好，大連地區容易出現短時強降水等對流性天氣。
圖2i，2018年8月20日白天，500hPa大連地區受高空槽影響，有明顯的高空急流，700hPa和850hPa也有明顯西南風急流，大氣層結不穩定。臺風明顯利于水汽輸送，水汽條件充沛。東南部明顯切變系統存在，抬升觸發條件較好。大連地區容易產生大暴雨，局部地區特大暴雨，強對流以短時暴雨為主。
通過以上中尺度分析發現，“160801”和“170817”2次過程，低層缺少明顯的濕區，水汽輸送不明顯，強降水落區小，持續時間短，另外，500hPa附近干層，與低層暖濕空氣形成“上干下濕”狀態，層結穩定度較差，強對流天氣以雷電、短時強降水為主，可能伴有雷暴大風。“20170804”、“20180815”和“20180820”均有熱帶氣旋配合，低空急流持續時間較長，將水汽由南向北輸送到大連地區，當低空有氣旋性環流配合，降雨強度和持續時間均更長。“180726”、“180807”和“180813”3次過程，大連地區均受副高邊緣暖濕氣流影響，水汽條件也非常有利，抬升觸發條件以低空切變線為主。小時雨強不弱于熱帶氣旋參與條件下的小時雨強，但是落區范圍相對較小。
3 雷達產品
3.1 產品特征 較高的降水效率和較長的持續時間是造成短時暴雨2個最主要的因素。較高的降水效率與暖云層厚度有關，對流降水又通常分為大陸型和熱帶型。熱帶型對流降水，強回波主要集中在低層，降水粒子小，雨滴為主，密度較大，質心較低，通常45dBZ以上被認為是強對流回波；而大陸型對流降水，強回波發展高度較高，質心較高，大粒子較多（大雨滴，霰和冰雹），密度小，50dBZ以上被認為是強對流回波；暖云降水，強對流回波所在高度大部分在0℃層高度以下，降水效率較高，如果強回波高度在0℃層高度以上，甚至達到-20℃層高度以上，為高質心的雹暴結構，降水效率就不高。因此，熱帶型對流降水與短時暴雨對應關系更強。
9次過程（表4），“160801”過程回波最大強度52dBZ，高度4km，質心高度6km，45dBZ強回波高度同樣6km，超過0℃層高度（4.3km）1.7km。另外，“170817”過程，回波最大強度55dBZ，高度為2km，質心高度2km，比“160801”的質心高度低4km，45dBZ強回波高度為6km，超過0℃層高度（4.4km）1.6km。但是，根據先前研究，大連地區冰雹過程40dBZ回波高度至少超過0℃層高度2.6km，中位數為4km，因此，盡管45dBZ強回波伸展高度較高，但是強對流仍然以短時強降水為主，難出現冰雹。其他幾次過程，質心高度最高為4.5km，“160807”、“170805”過程45dBZ回波高度同樣都達到6km，但是0℃層高度分別達到5.3km、5.9km，因此，仍屬于暖云降水。回波頂高范圍為8-11km，指示作用不大。
較長的持續時間與系統大小，系統走向與移向的角度，是否有多個對流單體反復經過同一地點，對流風暴是否為后向傳播，系統移速有關。多單體風暴組成對流系統屬于中-β尺度（20-200km），系統的移向移速是單體平流與單體傳播的矢量和，并且大體上與700hPa風向風速一致，假設單體傳播速度與低空急流風速一致，方向相反，系統的移向移速就可以大致判斷。“160801”過程（圖略），1.5°仰角徑向速度上沒有低空急流配合，水汽輸送和單體傳播作用不明顯，但是低層影響系統為切變線，平流作用小，并且有中尺度低渦配合，系統走向與移向均為近似東西向，系統移速較慢情況下（20km/h），仍然會造成局地短時暴雨。“160807”過程，系統走向為東北-西南向，單體移向為自西向東，但是低空南到西南風急流達到12m/s，新生單體傳播方向近似為由東北向西南向，系統走向與移向垂直，移速較慢（20km/h），加上較高降水效率，同樣造成局地短時暴雨。
“170804”過程，影響大連北部的為東北-西南向帶狀混合性回波，系統移動方向為東移北上，但是單體新生傳播方向為由東北向西南方向，系統移動中回波強度加強，范圍擴大，系統走向與移向接近平行并且系統移向與傳播方向相反，系統總體移動緩慢，造成降水持續時間較長。
“170817”過程，由于影響系統為冷渦底部西風槽（圖2d），對流風暴單體大體上是以東北-西南向帶狀排列，帶狀回波底部的單體影響大連北部地區（圖略），13：00-14：00，單體強度加強，范圍增大，逐漸演變為東西向帶狀，長寬之比約為5∶1，并且新生單體為后向傳播（向西），造成系統東移緩慢。另外，地面出現氣旋式輻合，有利于系統長時間維持，造成經過地區局地短時暴雨。
“180726”過程，7月26日上午10時，東北-西南向帶狀回波開始瓦房店西部沿海地區，回波東移中不斷北上，并且東側邊緣強度加強，從45dBZ增強到55dBZ。11時，回波強度減弱，迅速東移。沒有探測到明顯的新生單體向后傳播和回波走向與回波形狀接近平行等特征，而是帶狀回波由渤海登陸后前側回波強度迅速加強，降雨強度較大，在沿海個別站點造成短時暴雨。
“180807”過程，8月7日12時，莊河南部地區出現東北-西南向多個強對流單體排列成的帶狀回波，新生單體傳播方向與回波運動方向基本相反，形成“列車效應”，在個別站點造成短時暴雨。
“180813”過程，8月13日22時，近似東北-西南向回波影響莊河東北部地區。沒有探測到新生單體的后向傳播，但是多個對流單體向東北移動，反復經過同一地區，形成“列車效應”，在個別站點造成短時暴雨。
“180815”過程，8月15日14時，熱帶低壓進入渤海后強度再次加強，外圍對流云帶中的對流單體對應的西北-東南45-50dBZ的強回波單體鑲嵌在大面積平均強度在35dBZ左右片狀回波中不斷向西北移動，經過大連市區，形成“列車效應”，在大連市區造成短時暴雨。強回波單體北上到大連中部金普新區以后南落，單體后向傳播不明顯。
“180820”過程，熱帶低壓進入渤海后與中緯度西風槽結合，變性成溫帶氣旋，強度再次加強，整體為大面積片狀回波自西南向東北方向緩慢推進，大片35dBZ左右的穩定性降水回波中鑲嵌有強度達到50dBZ的對流性強回波，在瓦房店西部沿海地區呈南北帶狀，強回波帶緩慢東移中不斷北上，在局地造成短時暴雨，單體后向傳播不明顯。
從表4看到，盡管大部分過程都有副高配合，但是在雷達回波上，局地短時暴雨不一定有大范圍的低空急流被探測到，但是有熱帶氣旋參與的3次過程，“170804”、“180815”和“180820”在徑向速度上均探測到12～20m/s不等的低空急流。強對流天氣以短時暴雨為主，非強對流風暴單體快速生消移動，系統移速介于20～30km/h，系統走向大多與移向平行，有多個單體反復經過同一地區（“列車效應”），單體后向傳播作用不到50%。即使不是后向傳播，但是由于風暴承載層風速不強，系統移速較慢，且暖云降水效率高，同樣會造成局地短時暴雨。低渦影響下，質心高度在4.5～6km，副高和熱帶氣旋參與情況下，質心高度在2～4km。最大強度回波所在高度也只有1.5～4km，尤其是“180820”過程，最大強度回波所在高度僅有1.5km。從4dBZ強回波所在高度看，低渦情況下，其僅高于0℃層0.7～1.6km，降水粒子還是以液態為主，很難形成大的固態粒子，從而提高降水效率。副高和熱帶氣旋情況下，45dBZ回波高度全部低于0℃層高度，“180815”和“180820”過程高度差分別達到1.9Km和2.2Km。“180726”和“180807”2次受副高和低空切變線影響的過程和“160801”、“160807”2次低渦影響的過程，回波頂高都是10km。因此，回波頂高不是判斷短時暴雨特征的有效指標參數。
3.2 降水估測 天氣雷達降水估測產品算法，反射率因子Z和降水率R對應關系一般默認為美國夏季深對流降水統計得到的
從表4看到，9次過程，最大強度回波所在高度為1.5～4km，質心高度為2～6km，基本低于對應的0℃層高度，45dBZ回波高度最高僅為6km，最大僅高于對應0℃層高度1.7km。與大陸型對流降水的高質心雹暴結構（最大強度回波可達到10-12km，遠超-20℃層高度）有顯著差別。因此，從雷達回波特征上，9次過程的降水估測可近似看作熱帶型。
表6，“160801”過程，和“160807”過程，大陸型估算值最接近實況值；“170817”過程主要影響系統為冷渦底部西風槽，整體優化型估測最接近實況值；“170804”、“180726”、“180807”和“180813”4次過程有熱帶氣旋殘余環流或副高外圍環流參與，為明顯偏熱帶型短時暴雨。按照修訂熱帶型，4次過程估算率分別為：126%、119%、109%和100%，與實況值接近。盡管大陸型估測值的估測率分別為104%，102%，93%，82%，但是影響系統不匹配；“180815”過程影響系統為減弱的熱帶低壓外圍對流云帶，大陸型和修訂熱帶型都偏大，偏弱對流型與實況最接近，估算率為107%；“180820”過程，熱帶型估算值最大最接近實況值，但是估算率僅為62%。原因可能是50dBZ的強回波不間斷地反復經過站點，回波強度變化很小，取平均值方法不適用。表6各個估算方法，都偏小。從表5中看到，直接用熱帶型對應的估算值為130dBZ，最接近實況值。
從9次過程的1小時降水估測Z-R關系看，盡管有些過程中大陸型或者整體優化型Z-R關系對應的降雨強度與實況值最為接近，但是對應的天氣形勢和雷達回波特征偏向熱帶型對流降水，降水估測型應該與過程天氣系統對應。低渦對應大陸型較為適合；整體優化型中考慮到多種降水類型，不完全是盛夏季節偏熱帶型低質心降水，因此整體估算率偏低。例外的是，“170817”過程背景環流為冷渦，風暴單體經過落區時降水強度變化范圍較大，使用整體優化型關系式更適合。4次有熱帶氣旋殘余環流和副高外圍環流參與的夏季短時暴雨過程看，修訂熱帶型關系式更適用。偏弱對流型按照回波最大強度考慮，“180815”過程最適用；“180820”過程最大強度回波持續影響站點，應直接使用表5中的熱帶型對應關系。沒有單獨哪一種對應關系對9次短時暴雨過程都適用。
4 小結與討論
熱帶型對流降水不僅限于熱帶氣旋等源于熱帶海洋上的對流降水，發生在大連地區的9次短時暴雨過程，在中緯度盛夏時期的低渦或者西風槽與北抬的副熱帶高壓，以及熱帶氣旋環流的直接間接的共同作用下，由中尺度對流降水系統造成，也具有熱帶型對流降水特征。
（1）9次短時暴雨過程絕大多數發生在8月上中旬，均為東北地區主汛期。雨強極值北部大于南部。落區比較分散。
（2）從背景環流看，主要影響系統為冷渦，低層有中尺度低渦環流配合，短時暴雨落區較為局地。低空切變線、副高邊緣和熱帶氣旋環流影響下的過程，短時暴雨落區范圍更大。其中3次過程受北上熱帶氣旋環流影響，造成多時段多站點的短時暴雨天氣。
（3）探空資料上，K指數，地面和850hPa比濕，抬升凝結高度，暖云層厚度參數對短時強降水有一定指示作用。
（4）中尺度分析方面，有低層大范圍濕區和持續的水汽輸送配合對應的強降水落區范圍相對較大，持續時間較長，降水強度也更大，另外，抬升觸發條件與短時暴雨強度也有一定關系。
（5）雷達回波方面，45dBZ對流性回波高度不超過6km，最高超過0℃層高度1.7km，小于冰雹相應指標最小值2.6km。質心高度為2～6km，為明顯低質心短時強降水特征。大多數系統走向與移向平行，多個單體經過同一地區，系統移速較慢。雷達降水估算中，天氣尺度影響系統為冷渦情況下，大陸型和整體優化型Z-R關系更適用；有熱帶氣旋環流和副高外圍環流參與時，修訂后熱帶型Z-R關系更適合；“180820”對流回波帶維持最大強度反復經過同一地區，直接用熱帶型對應關系更適合。
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（責編：張宏民）
