L 波段探測資料應用分析*

黃梅艷 ， 陸 婷 ， 鄧汝伊

（百色市氣象局，廣西 百色 533000）

L 波段雷達探測系統(tǒng)投入使用后，探測精度大大提高，在探測過程中每秒采樣一次（測風1 s 采樣一次，探空1.2 s 采樣一次），提高了氣壓、溫度、濕度觀測的靈敏度和分辨率，使我國高空氣象探測數(shù)據(jù)的獲取率、可靠性、質(zhì)量和精度有了飛躍性的提升。系統(tǒng)軟件中增加了探空、測風秒數(shù)據(jù)、埃碼圖、風隨高度變化圖、高空風變溫剖面圖、高空風極坐標分析圖，以及時空定位等功能[1]，但由于種種原因，大量的探測資料并未得到廣泛的應用。課題組利用探空資料對兩次強對流天氣過程進行具體分析，研究強對流天氣過程中的大氣物理量變化特征，并分析夏季強對流天氣時高空資料呈現(xiàn)的現(xiàn)象。結(jié)果表明，充分利用L波段探測資料，并結(jié)合其他預報工具綜合分析，能為強對流天氣的預報工作提供更多有意義和有價值的資料信息，同時能夠提高探空資料在天氣預報中的利用率。

1 2016年6月14—15日過程分析

1.1 天氣背景

13—14 日，500 hPa 貝加爾湖南部低渦東移南掉至京津冀地區(qū)，引導中低緯短波槽東移影響長江中下游地區(qū)，副熱帶高壓環(huán)流588dagpm線穩(wěn)定維持在華南沿海地區(qū)，短波槽從副高北側(cè)東移。15 日，貝加爾湖西部的高壓脊東移，華北低渦后部偏北氣流加強，高空槽加深轉(zhuǎn)豎，東移過境時槽底經(jīng)過廣西，廣西由西南氣流轉(zhuǎn)受西北氣流控制。受兩次高空槽過境影響，14—15 日850 hPa 先后有兩次切變線南下過程，14 日20時切變線位于貴州南部和廣西北部，兩側(cè)東北風和西南風風速較小，多為6 m/s～10 m/s，勢力相當。地面冷空氣前鋒此時僅到達河套南部。15日08時，高空槽勢力加強，副高位置穩(wěn)定少變，其西北側(cè)風速線密集，位于廣西北部的新切變線兩側(cè)風速對比明顯加強，北側(cè)為2 m/s～8 m/s東北風，南側(cè)為16 m/s～22 m/s的西南風急流，切變程度明顯強于14 日，沿切變線南側(cè)西南急流軸附近的站點溫度露點差低至0～1 ℃，空氣飽和程度很高；地面冷空氣順勢南下到達廣西北部，加劇了對流的發(fā)生發(fā)展，因此出現(xiàn)了比14 日范圍更廣、雨勢更強的降水。

據(jù)14 日08 時—15 日08 時雨量統(tǒng)計，降水有明顯的局地性，僅在田東縣一帶出現(xiàn)了小范圍的暴雨區(qū)，百色市其他地區(qū)以小到中雨量級降水為主。15 日，雨勢明顯加強，雨區(qū)范圍擴大，據(jù)15 日08 時—16 日08 時雨量統(tǒng)計，該市以中到大雨量級降水為主，右江河谷和南部山區(qū)北部出現(xiàn)大雨到暴雨，田東、田陽縣雨量達62 mm、61 mm，還出現(xiàn)了4 站大雨。14—15日過程都同時伴有雷暴天氣，15 日百色站還出現(xiàn)了極大風速17 m/s 的短時大風，高空槽和低空西南氣流的加強加劇了強對流天氣的影響程度。

1.2 埃瑪圖

埃瑪圖即溫度對數(shù)壓力圖T-Lnp，在L 波段探測系統(tǒng)里可以直接生成埃瑪圖，為使用者提供了極大方便。使用埃瑪圖可以分析大氣層結(jié)特性及濕空氣在升降過程中狀態(tài)的變化，判斷大氣靜力穩(wěn)定性及對流不穩(wěn)定性[2]。

能量條件：沙氏指數(shù)S=T 5 0 0-Ts，T 5 0 0 為500 hPa 的實際溫度，Ts 為氣塊從850 hPa 開始沿干絕熱線抬升到凝結(jié)高度，再沿濕絕熱線抬升到500 hPa的溫度，S＞0表示穩(wěn)定，S＜0表示不穩(wěn)定。

氣團指標：K=[T850-T500]+[Td]850-[T–Td]700，其中[T850-T500]為850 hPa 和500 hPa 的溫度差，[Td]850 為850 hPa 的露點，[T–Td]700 為700 hPa 的露點差，這些數(shù)據(jù)在探空記錄規(guī)定層等壓面中很容易獲得，并由此計算出K值，K值越大越不穩(wěn)定[3]。

L 波段數(shù)據(jù)處理軟件的圖像顯示菜單下，有一個埃瑪圖顯示功能，2016 年6 月14 日19 時和2016 年6月15 日19 時的埃瑪圖中顯示沙氏指數(shù)為-4.2，K 指數(shù)為45.8，K 指數(shù)和沙氏指數(shù)是用于分析大氣穩(wěn)定程度的氣象學單位。從沙氏指數(shù)和K 指數(shù)反映出當時大氣層結(jié)處于不穩(wěn)定狀態(tài)。表1 是系統(tǒng)影響的3 次連續(xù)探測資料得到的沙氏指數(shù)和K 指數(shù)（因6 月份進行加密觀測，因此得到13 時的探測資料），從表1 可以看出，大氣層結(jié)一直處于不穩(wěn)定狀態(tài)，且探空資料中的特性層顯示對流層頂以下特性層比較密集，說明本站上空氣層結(jié)構(gòu)復雜。15 日17 時右江河谷開始出現(xiàn)短時強降水和雷暴，百色站出現(xiàn)了17 m/s 大風。隨著降水的減弱，不穩(wěn)定能量也消耗減弱，15 日19 時開始沙氏指數(shù)和K 指數(shù)顯示，百色站上空氣層已趨于穩(wěn)定。

表1 沙氏指數(shù)和K指數(shù)

14 日19 時埃瑪圖顯示，在850 hPa 附近高度時出現(xiàn)的淺薄逆溫層，經(jīng)過雷達資料比對，這是由于氣球施放前一小時內(nèi)有降水，氣球穿過云團，云體內(nèi)部溫度、濕度均大于外界環(huán)境所致；在-20 ℃附近，氣球開始向偏東移動，接觸到系統(tǒng)邊緣，該高度積聚的冰晶生成下落，降水物由液體轉(zhuǎn)變成固體的相態(tài)變化過程中釋放了潛熱，形成了逆溫層。15 日19 時，探空氣球在發(fā)展極為旺盛的云團中穿行上升，空氣接近飽和狀態(tài)；在0 ℃層附近出現(xiàn)一個逆溫層，這是由于對流系統(tǒng)中降水物的相態(tài)變化釋放潛熱加熱了大氣；-20 ℃附近的逆溫層是氣球進入云頂上升氣流中承托的冰晶聚集層所致，降溫幅度越大，說明上升氣流越強烈，對流條件充分，之后出現(xiàn)的降雨也比14 日強烈。

1.3 風隨高度變化曲線圖（風廓線圖）

風隨高度變化曲線圖即風廓線圖，對天氣系統(tǒng)的定位、移動方向的判斷，提供了直觀的風的演變情況，風廓線圖顯示的方向變化可以反映出氣旋過境時的路徑，風速的大小可以大致判斷中、低空急流的強弱等，再結(jié)合天氣圖等資料，對氣旋和高空槽短時臨近預報的精細化提供重要信息[4]。

2016 年6 月14 日19 時、2016 年6 月15 日07 時的風廓線，兩次探測均存在風切變。14 日19 時風廓線風隨高度變化為低層東風-西風-東風，15 日07時有地面西南風-西北風-西南風。結(jié)合雷達回波來分析，6 月14 日13 時起由西部廣南縣等地開始出現(xiàn)孤立對流單體，發(fā)展東移。15 時田陽、田東縣開始出現(xiàn)對流，朝東北方向發(fā)展移動，與西部回波逐漸合并，形成一條南北向的帶狀回波，最強回波在55 dBz～60 dBz，18—19時經(jīng)過百色站時小時雨強達29 mm/h，到施放時間時強回波已移過百色站，氣球處在系統(tǒng)邊緣位置，此后，雷達回波和雨強減弱，氣層趨于穩(wěn)定。

2 2017年6月6日過程分析

2.1 天氣背景

6 月5 日19 時，百色站地面氣溫為26 ℃，西南風2 m/s，天氣現(xiàn)象是陣雨，過去6 小時雨量為17 mm，鋒面到達桂北一帶。探空資料顯示，850 hPa 和925 hPa 東北風顯示冷空氣已過境，與地面鋒區(qū)位置重合較好；大氣層結(jié)顯示出上干下濕的特征，濕層深厚，K 指數(shù)和SI 指數(shù)分別為42 ℃和-1.47 ℃，具備良好的不穩(wěn)定條件，結(jié)合5 日20 時的紅外云圖可以發(fā)現(xiàn)，升空后朝偏西移動的探空氣球穿過了正在東北移的對流云云氈。該對流云團不斷減弱，新的對流云團沿西南氣流生成并繼續(xù)東北移。6 日04 時，云南西部小塊對流云團生成并快速東移，于08 時影響百色站，但云團發(fā)展高度較低，面積小，10 時已減弱進入河池市境內(nèi)，云團維持時長和強度與百色站降水時序吻合。組合反射率因子圖顯示有混合型降水回波經(jīng)過百色站，作6 日07：09 經(jīng)過百色站的雷達回波東西向剖面圖，可見強回波中心位置僅在3 km 高度左右，百色站出現(xiàn)小時雨強為37.6 mm 的短時強降水，其后為層云回波，降水強度銳減。

2.2 探空資料分析

探空觀測中，氣球的水平速度一般為5 m/s～10 m/s，垂直運動速度一般為5 m/s～7 m/s，氣球的平均升速為350 m/min。

2017 年6 月6 日高空觀測期間，07—09 時自動站降水量48 mm，由于正點施放后探空球進入CB 云造成儀器變性而重放球，本次使用的資料是08 時10 分重放球資料，由于07—08 時強降雨達37.6 mm，重放球時對流條件已減弱。

從探空數(shù)據(jù)處理軟件中風隨高度變化曲線和規(guī)定等壓面高度可以看出，氣球在地面至850 hPa 間升速高達422 m/min，850 hPa～500 hPa 之間存在下沉氣流，氣球升速只有200 多米，500 hPa 以后氣球升速恢復正常，400 hPa～300 hPa 升速又降到200 多米，直到300 hPa 以后升速達380 m/min 以上，對應的是低層上升-下沉-上升-下沉運動。6 日08 時探空曲線，顯示0 ℃層以下出現(xiàn)一個逆溫層，從氣球升速判斷0 ℃層以下存在上升運動，上升運動將下層的暖濕空氣不斷向上輸送，輸送的熱量與水汽在此凝結(jié)釋放的潛熱共同形成暖層，所以溫度曲線出現(xiàn)一次增溫現(xiàn)象。探空曲線圖顯示的逆溫層是由于對流系統(tǒng)內(nèi)部的垂直運動為氣層的上升/下沉運動，下層的暖濕空氣/上層的干冷空氣，上層的固態(tài)降水物和過冷卻水下落等運動同時存在，從而導致了系統(tǒng)內(nèi)部的溫濕分布不均勻[5-6]。

3 小結(jié)

探空記錄是最直觀反映當前大氣層結(jié)狀態(tài)的觀測資料，探空記錄出現(xiàn)的異常變化是對流系統(tǒng)發(fā)生發(fā)展的一個明確信號。在進行天氣形勢分析時，充分利用這些豐富的探空資料，對于了解短期天氣發(fā)展趨勢有一定的指示性意義，如通過氣球的空間定位，分析探空氣球的運動軌跡和溫壓濕風向風速等氣象要素，可分析該區(qū)域的大氣狀況及未來的變化趨勢[7-9]。通過氣球升速曲線圖和高空風極坐標圖可分析大氣運動方向及高空冷暖平流等，特別是在強對流天氣下，探空記錄上溫濕曲線的異常變化即為對流系統(tǒng)發(fā)生發(fā)展對大氣環(huán)境的直接反饋。利用好這些探測資料，并結(jié)合其他預報工具和預報方法，對提高預報準確率具有重要的作用。