多倫縣一次短時(shí)強(qiáng)降水天氣雷達(dá)回波特征分析

王丹蕊

內(nèi)蒙古自治區(qū)多倫縣氣象局，內(nèi)蒙古多倫 027300

短時(shí)強(qiáng)降水是指降水效率高、歷時(shí)短的對(duì)流性降水，具有較強(qiáng)的突發(fā)性、局地性及致災(zāi)性，是造成城市內(nèi)澇、山洪、中小河流和地質(zhì)災(zāi)害的重要天氣，有時(shí)會(huì)帶來(lái)破壞性的影響，給人民生命財(cái)產(chǎn)造成重大的損失，是氣象部門(mén)預(yù)報(bào)的重點(diǎn)和難點(diǎn)[1-3]。短時(shí)強(qiáng)降水由中小尺度系統(tǒng)造成，發(fā)生在一定的大尺度環(huán)流背景下，不同地理區(qū)域短時(shí)強(qiáng)降水發(fā)生的天氣形勢(shì)有所差異，但均需要熱力不穩(wěn)定的層結(jié)、充足的水汽、較強(qiáng)的抬升運(yùn)動(dòng)和適當(dāng)?shù)拇怪憋L(fēng)切變。造成短時(shí)強(qiáng)降水的對(duì)流風(fēng)暴主要有對(duì)流單體型、合并加強(qiáng)型及列車(chē)效應(yīng)型。近年來(lái)，不少學(xué)者通過(guò)多普勒天氣雷達(dá)和中尺度特征分析等方法詳細(xì)分析了各地強(qiáng)降水的成因[4-6]。

多倫縣地處內(nèi)蒙古高原南部，陰山山地東端北坡，渾善達(dá)克沙地南端，縣境為四周高、中間低的半環(huán)形低山丘陵，地形復(fù)雜，屬于溫帶半干旱向半濕潤(rùn)過(guò)渡的典型大陸性氣候。年平均降水量385 mm，降水具有明顯的季節(jié)特性，其中夏季降水占全年降水的60%左右。而夏季短時(shí)強(qiáng)降水又是多倫縣地區(qū)主要的災(zāi)害性天氣之一，因此，深入分析多倫縣地區(qū)典型的短時(shí)強(qiáng)降水雷達(dá)回波特征至關(guān)重要。但目前關(guān)于多倫縣地區(qū)的短時(shí)強(qiáng)降水的天氣系統(tǒng)環(huán)流配置和雷達(dá)回波特征研究較少，沒(méi)有預(yù)報(bào)預(yù)警業(yè)務(wù)相關(guān)的統(tǒng)計(jì)指標(biāo)，因此需要對(duì)多倫縣地區(qū)短時(shí)強(qiáng)降水發(fā)生的天氣系統(tǒng)配置和雷達(dá)回波特征進(jìn)行進(jìn)一步研究。利用天氣形勢(shì)、地面觀測(cè)和錫林浩特多普勒天氣雷達(dá)等資料對(duì)多倫縣2022年6月21日的一次短時(shí)強(qiáng)降水天氣進(jìn)行分析，以期為多倫縣地區(qū)短時(shí)強(qiáng)降水的預(yù)報(bào)預(yù)警提供參考。

1 資料與方法

2022年6月21日多倫縣轄區(qū)內(nèi)31個(gè)區(qū)域自動(dòng)站逐小時(shí)降水資料、錫林浩特多普勒天氣雷達(dá)資料以及中央業(yè)務(wù)內(nèi)網(wǎng)天氣形勢(shì)場(chǎng)資料。多倫縣地區(qū)短時(shí)強(qiáng)降水標(biāo)準(zhǔn)與中央氣象臺(tái)一致，將1 h降水量≥20 mm定義為短時(shí)強(qiáng)降水。

2 環(huán)流背景和天氣實(shí)況

2.1 環(huán)流背景

6月21日，200 hPa天氣圖上（圖1）多倫縣地區(qū)處于高空急流軸內(nèi)，急流軸中心最大風(fēng)速42 m/s，貝加爾湖西側(cè)存在高空槽；隨著時(shí)間的推移，22日急流軸有所南掉，多倫縣地區(qū)處于急流軸北側(cè)，這一區(qū)域?yàn)檎郎u度平流大值區(qū)，產(chǎn)生了較強(qiáng)的抽吸作用，為高空槽的發(fā)展和低層上升運(yùn)動(dòng)提供了有利的條件。

圖1 2022年06月21日天氣形勢(shì)

高層500 hPa天氣圖上主要影響系統(tǒng)為高空冷渦底部的短波槽，冷渦北抽，并長(zhǎng)時(shí)間維持在貝加爾湖附近，冷渦不斷旋轉(zhuǎn)引導(dǎo)冷空氣不斷南下補(bǔ)充槽后冷空氣，短波槽不斷加深并持續(xù)影響多倫縣地區(qū)。

低層700 hPa天氣圖上，有一切變線長(zhǎng)時(shí)間維持，為降水提供了非常有利的動(dòng)力條件。由于副高的北挺、水汽通道的打開(kāi)，850 hPa天氣圖上自廣西至渤海灣存在一條西南低空急流，急流不僅為降水輸送了水汽，多倫縣地區(qū)也在低空急流出口的左前側(cè)，這一區(qū)域?yàn)闅饬鬏椇仙仙齾^(qū)存在較好的抽吸作用，配合急流長(zhǎng)時(shí)間的維持，為降水提供了非常好的動(dòng)力機(jī)制。在此高低空配置的配置下，對(duì)流條件較好。

地面上，多倫縣地區(qū)一直處于一條低壓帶內(nèi)，有一較弱倒槽，長(zhǎng)時(shí)間維持了一條地面輻合線，這也是降水量偏大的原因之一。

2.2 降水實(shí)況

6月21日12:00～15:00，多倫縣自西南向東北出現(xiàn)了一次強(qiáng)降水天氣過(guò)程，強(qiáng)降水時(shí)段主要集中在12:00～13:00、13:00～14:00時(shí)段。此次過(guò)程多倫縣降水量在1.3～68.0 mm之間。其中，西干溝鄉(xiāng)小石砬村出現(xiàn)38.4 mm/h的短時(shí)強(qiáng)降水，蔡木山鄉(xiāng)出現(xiàn)62.4 mm/h的短時(shí)強(qiáng)降水，多倫縣自西南至東北方向回波帶也出現(xiàn)了強(qiáng)對(duì)流天氣。

2.3 災(zāi)情情況

此次洪澇災(zāi)害共造成多倫縣1 152戶(hù)，2 887人受災(zāi)。造成3 827.91 hm2農(nóng)作物受災(zāi)；9 043 m2牛棚損毀；96座青儲(chǔ)窖損壞；240余t飼草料損毀；23頭牲畜死亡。洪水浸泡房屋304戶(hù)，1 149間；房屋受損18戶(hù)，54間；旱廁倒塌53處；水毀水泥路7處,路肩沖毀140 m；農(nóng)村作業(yè)路20處，累計(jì)10 km。造成直接經(jīng)濟(jì)損失853.05萬(wàn)元。

3 雷達(dá)分析

3.1 反射率因子

從6月21日12:42的錫林浩特市多普勒雷達(dá)的反射率因子圖可以看出，多倫縣境內(nèi)降水回波為積云和層狀云混合降水回波，未來(lái)回波向東北方向移動(dòng)而影響多倫縣東北部（圖2a）。13:05位于多倫縣東北部超過(guò)50 dBz的強(qiáng)回波范圍增大，有對(duì)流單體合并的趨勢(shì)，強(qiáng)回波開(kāi)始影響蔡木山鄉(xiāng)（圖2b）。13:17回波強(qiáng)度達(dá)到最大值60 dBz（圖2c），該時(shí)次沿回波走向西南—東北做反射率因子剖面（圖2e）。

從剖面圖可以看出：影響蔡木山鄉(xiāng)的為低質(zhì)心降水回波，最強(qiáng)回波的質(zhì)心高度在5 km以下。13:23回波強(qiáng)度47 dBz（圖2d），從12:42～13:23經(jīng)過(guò)蔡木山鄉(xiāng)回波強(qiáng)度在45 dBz以上維持了8個(gè)體掃，因此造成了蔡木山鄉(xiāng)單點(diǎn)的短時(shí)強(qiáng)降水天氣。

圖2 錫林浩特雷達(dá)6月21日0.5°仰角反射率因子圖

3.2 平均徑向速度

從錫林浩特市多普勒雷達(dá)13:17 0.5°仰角徑向速度圖上看（圖3），存在一個(gè)正負(fù)速度為6 m/s的大值區(qū)，負(fù)速度為離開(kāi)雷達(dá)的方向，正速度為朝向雷達(dá)的方向，在低層存在一定程度的輻合，垂直上升運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，有利于水汽、不穩(wěn)定能量的交換，利于強(qiáng)對(duì)流的發(fā)展，大大提高了降水效率，最終導(dǎo)致蔡木山鄉(xiāng)13:00～14:00的1 h降水量達(dá)62.4 mm。

圖3 錫林浩特雷達(dá)6月21日13:17 0.5°仰角平均徑向速度（a）和反射率因子（b）

3.3 回波頂高

短時(shí)強(qiáng)降水過(guò)程的回波頂高一般為5～11 km，隨著雨強(qiáng)增大頂高可以達(dá)到14 km，雨量越集中，頂高也會(huì)越高。從此次降水過(guò)程的回波頂高可以看出，13:17發(fā)展旺盛的積雨云回波位于在蔡木山鄉(xiāng)的西南方向（圖4a），按照回波的移動(dòng)方向，13:23蔡木山鄉(xiāng)上空的回波頂高達(dá)14.3 km（圖4b），對(duì)流處于發(fā)展旺盛階段，到13：29、13:34發(fā)展旺盛的云體繼續(xù)向東北方向移動(dòng)，逐漸移出蔡木山鄉(xiāng)，從回波頂高的演變可以看出這是一個(gè)發(fā)展較旺盛的對(duì)流單體。

圖4 錫林浩特雷達(dá)6月21日回波頂高圖

3.4 垂直積分液態(tài)水含量

對(duì)流云降水回波的垂直液態(tài)水含量在各個(gè)階段大不相同，積云階段和成熟階段垂直累積液態(tài)水含量VIL值在35 kg/m2以上，最大可達(dá)45 kg/m2，消散階段一般在30 kg/m2以下。VIL值達(dá)到40～55 kg/m2時(shí)有強(qiáng)降水產(chǎn)生，VIL值達(dá)到60～65 kg/m2以上時(shí)就要結(jié)合其他產(chǎn)品特征判斷是否有大冰雹出現(xiàn)。根據(jù)多普勒雷達(dá)觀測(cè)資料的VIL值變化情況來(lái)看，VIL在13:17達(dá)到最大值為46 kg/m2，并且僅維持了1個(gè)體掃，從12:42～13:23，VIL值處于25～46 kg/m2之間，出現(xiàn)冰雹的可能性較小，在但VIL持續(xù)處于大值區(qū)，對(duì)強(qiáng)降水具有一定的指示意義（圖5）。

圖5 錫林浩特雷達(dá)6月21日垂直積分液態(tài)水含量

4 結(jié)論

（1）此次強(qiáng)降水發(fā)生在500 hPa高空槽和副高對(duì)峙的大環(huán)流背景下，為華北暴雨的典型環(huán)流形勢(shì)。低層維持時(shí)間較長(zhǎng)的切變線和地面弱倒槽為此次強(qiáng)降水的主要影響系統(tǒng)。雷達(dá)上多個(gè)對(duì)流單體發(fā)展、合并加強(qiáng)，以及低質(zhì)心降水回波的高降水效率，導(dǎo)致了此次短時(shí)強(qiáng)降水。在13:00～14:00蔡木山鄉(xiāng)峰值降水時(shí)段，強(qiáng)回波中心和地面輻合線維持在蔡木山鄉(xiāng)區(qū)域，促使降水回波進(jìn)一步加強(qiáng)，也是此次短時(shí)強(qiáng)降水的關(guān)鍵因素。

（2）2022年以來(lái)多倫縣地區(qū)發(fā)生的3次大范圍降水過(guò)程，蔡木山鄉(xiāng)地區(qū)均降水強(qiáng)度最大，受災(zāi)最嚴(yán)重。應(yīng)結(jié)合災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)普查成果和多次災(zāi)害性降水天氣系統(tǒng)配置、雷達(dá)回波特征調(diào)整蔡木山鄉(xiāng)地區(qū)的預(yù)報(bào)預(yù)警閾值。根據(jù)此次短時(shí)強(qiáng)降水過(guò)程分析，在地面和高空系統(tǒng)配置較好的情況下，反射率因子達(dá)40 dBz以上，垂直積分液態(tài)水含量在20～40 kg/m2之間維持4個(gè)體掃以上，回波頂高達(dá)到10 m以上，平均徑向速度圖上存在一定程度的輻合，在多倫縣蔡木山鄉(xiāng)地區(qū)就應(yīng)該加強(qiáng)關(guān)注山洪、中小河流洪水等地質(zhì)災(zāi)害，及時(shí)進(jìn)行預(yù)報(bào)預(yù)警服務(wù)。

（3）利用綜合探測(cè)網(wǎng)目前能獲得的資料對(duì)多倫縣短時(shí)強(qiáng)降水的天氣系統(tǒng)環(huán)流配置和雷達(dá)回波特征進(jìn)行分析研究，由于錫林浩特雷達(dá)距離多倫縣較遠(yuǎn)，雖然能夠了解降水回波的發(fā)生、發(fā)展、移動(dòng)和消亡的演變過(guò)程，但即將超出雷達(dá)徑向速度的探測(cè)范圍，故不能很好地綜合徑向速度產(chǎn)品進(jìn)行進(jìn)一步分析。今后急需解決的問(wèn)題是雷達(dá)資料的有效獲取和充分的分析利用。