青海高原東北部2種不同性質強降水的雷達特征對比分析

張令振 謝啟玉

摘要 從影響系統(tǒng)及雷達強度、徑向速度、切變特征方面對2018年6月30日—7月1日以西寧為中心的青海高原東北部出現的對流性和穩(wěn)定性2種不同性質的區(qū)域性強降水天氣進行了對比分析。結果表明：對流性強降水是在副高內緣高溫高濕的條件下產生，由中小尺度系統(tǒng)觸發(fā);云系強度較強、移動速度較快、持續(xù)時間短;強降水發(fā)生在雷達最大反射率因子（DBZM）、垂直液態(tài)水含量（VIL）與最大反射率因子高度（HT）上升至最大后下降及風暴頂高（TOP）下降至最小的時段，且最大（小）值出現時間較降水開始有較大的提前量;徑向速度即風輻合較強，垂直風場上低-中層的層結不穩(wěn)定，有利于對流的發(fā)展;綜合切變較強。穩(wěn)定性強降水是在副高撤退后低槽東移過程中產生的;云系強度較弱、移動速度非常慢、持續(xù)時間很長;強降水發(fā)生在DBZM和VIL上升至最大后持續(xù)的時段，且最大值出現時間較降水開始也有提前量，但HT與TOP的變化不明顯;風場呈現明顯的“牛眼”結構，垂直風場上存在深厚且較強的暖平流;綜合切變較弱。強降水落區(qū)與地形有一定的關系。

關鍵詞 不同性質強降水;雷達特征;影響系統(tǒng);青海高原東北部

中圖分類號 P458.1+21文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2019）11-0215-06

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.11.063

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Abstract Two different heavy precipitation processes of convection and stability in northeastern Qinghai Plateau occurred from June 30 to July 1 in 2018， this paper compared and analyzed their impact system and characteristics of Radar products such as intensity， velocity and comprehensive shear. The results show that the convective heavy precipitation was produced under the condition of high temperature and high humidity in the Subtropical High edge， triggered by the small and medium scale system;the cloud had strong intensity， fast moving speed and short duration;heavy precipitation occurred in the period when DBZM， VIL and HT rose to the maximum then decreased， and TOP decreased to the minimum， and the time of the maximum （minimum） appeared were advance than the beginning of precipitation;The convergence intensity of DopplerRadar velocity was strong，and the vertical wind field had unstable stratification on the lowmiddle layer which was conducive to the development of convection， and meanwhile the comprehensive shear was strong. The stable heavy precipitation was produced during the eastward movement of the low trough after the Subtropical High retreated;the intensity of the cloud was weak， the moving speed was very slow， and the duration was very long;heavy precipitation occurred in the period when DBZM and VIL rose to the maximum and then continued， and the time of the maximum was also advanced compared with the beginning of precipitation， but the changes of HT and TOP were not obvious;the convergence of DopplerRadar velocity showed an obvious “bulleye” structure， and there was deep and strong warm advection on the vertical wind field， and meanwhile the comprehensive shear was weak.

Key words Two different heavy precipitation processes;Characteristics of DopplerRadar products;Impact system;Northeastern Qinghai Plateau

基金項目 青海省西寧市氣象局重點項目（201611）;青海省西寧市氣象局強降水預報技術方法研究創(chuàng)新團隊項目。

作者簡介 張令振（1978—），男，安徽蕭縣人，工程師，從事綜合氣象監(jiān)測研究。

收稿日期 2019-01-08;修回日期 2019-04-03

強降水常常給公眾的生產和生活帶來危害甚至是損失，又一直是預報預警工作的重點和難點[1]。雷達產品作為非常規(guī)探測資料具有實時性、直觀性等特征，在冰雹、強降水等強對流天氣的監(jiān)測、短臨預報預警中起著舉足輕重的作用[2-11]。研究發(fā)現[2-18]，強降水在雷達上表現為回波強度20～45 dBz，垂直液態(tài)水含量（VIL）較冰雹小，速度場對強降水有較好的指示意義，垂直風廓線產品可以判定降水時段。以青海省會城市西寧為中心的青海高原東北部地區(qū)，受高原地形的影響，強對流天氣特別是強降水天氣頻發(fā)[19-20]。2018年6月30日—7月1日青海高原東北部出現了區(qū)域性強降水天氣過程，但前后兩日的降水性質卻不同，6月30日為對流性強降水，7月1日卻為穩(wěn)定性強降水。筆者利用常規(guī)觀測數據及雷達產品等多種資料對這2種性質不同的強降水從影響系統(tǒng)及雷達強度、風場、切變特征方面進行了對比分析，旨在深入研究其產生的物理原因，加深對中小尺度系統(tǒng)的認識，以探究不同性質的強降水發(fā)生、發(fā)展及移動的不同雷達特征，為強降水天氣的可預報性提供支撐和現實依據。

1 降水實況及影響系統(tǒng)

1.1 降水實況

6月30日—7月1日強降水區(qū)域（圖1a）位于西寧市區(qū)、湟中縣及大通縣相交一帶，降水區(qū)域比較集中、量級比較大，西寧市區(qū)、湟中縣的降水量達到了暴雨量級。大雨發(fā)生時間集中在6月30日18：00（圖1b），小時降水量最大出現在西寧，為31.9 mm，湟中縣為31.8 mm，大通縣為194 mm。此次過程主要有2個階段：第1階段為6月30日17：00～20：00，最大雨強出現在17：00～18：00，降水量時間集中、區(qū)域性強，呈現出對流性強降水的典型特征;第2階段降水從7月1日07：00開始持續(xù)至20：00左右，以穩(wěn)定性降水為主，降水量分布較均勻且持續(xù)時間較長。

1.2 影響系統(tǒng) 此次強降水發(fā)生前，主體位于西太平洋上空的副熱帶高壓（以下簡稱副高）持續(xù)增強北抬，6 月30日08：00，500 hPa高空（圖2）亞洲中高緯環(huán)流呈現兩槽一脊的形勢，副高西伸北抬，584線在40°N附近的河西走廊一帶，呈塊狀分布，整個青海高原處于584線的控制之下，副高西側西風帶中有一低槽東移南壓，溫度場上0 ℃（圖上為272K，下同）暖脊控制青海高原，相對濕度≥90%，即具備高溫高濕條件，青海高原東北部處于副高內緣;600 hPa青海高原處于12 ℃高溫中心，相對濕度≥90%，也具備高溫高濕條件;100 hPa南亞高壓中心在35°N、85°E附近，青海東部處于高空急流出口區(qū)右側，高層輻散抽吸顯著;500 hPa上24 h 0 ℃等變溫線沿584線邊緣分布，600 hPa上24 h 0 ℃等變溫線的位置較偏北，西寧地區(qū)對流層中層降溫，低層增溫，使降水區(qū)域的不穩(wěn)定性增強?？梢?，第1階段6月30日的對流性強降水正是在副高內緣高溫高濕的條件下產生，受產生不穩(wěn)定的中小尺度系統(tǒng)影響，之后西風帶低槽逐漸東移，青海高原東北部處于槽前的西南氣流中，西南風風速達8 m/s，相對濕度≥90%。至第2階段7月1日08：00，500 hPa上584線迅速東撤南壓至青海東南部，西風帶低槽東移至青海西部，青海高原東北部處于強西南氣流中，600 hPa青海東部受低槽影響，相對濕度≥90%，說明低-中層水汽充沛;100 hPa南亞高壓中心較6月30日略西撤，但仍使青海東部處于高空急流出口區(qū)右側的高層輻散中;7月1日20：00受冷空氣擠壓，500、600 hPa上低槽減弱北收。第2階段7月1日的強降水正是副高撤退后低槽東移過程中產生的，由于低槽東移速度慢，因而降水也呈現穩(wěn)定性質。

47卷11期張令振等 青海高原東北部2種不同性質強降水的雷達特征對比分析

地面圖上（圖略），第1階段6月30日08：00冷高壓主體在南疆，其前端從河西走廊輸送一股較強的冷空氣東移，△P24達到15 hPa以上，青海高原中西部由熱低壓控制，熱低壓中心位于海西西部地區(qū);14：00強冷空氣由河西走廊至蘭州倒灌進入青海高原東部，風向上在海晏—湟源—共和形成一個明顯的西北風與東南風之間的切變線，表明大氣層結的不穩(wěn)定和中小尺度的抬升作用明顯，露點溫度也是在青海高源東部地區(qū)高，達到了14 ℃，即地面存在明顯的高濕?？梢姡?階段對流性強降水是由中小尺度切變線觸發(fā)。第2階段7月1日07：00之后的降水是由青海高原中西部的暖低壓發(fā)展為完整的中尺度暖低壓并與其上空的高空低槽環(huán)流配合觸發(fā)而形成，暖低壓維持時間長，高空低槽移動較慢，因此第2階段產生的是穩(wěn)定性強降水。

1.3 強降水與地形的關系

以省會城市西寧為中心的青海高原東北部處于高原河湟谷地的呈西北—東南向狹長低洼地帶中（圖3），冷空氣自西向東移動過程中，由于高原阻擋作用分為2支：一支繞過高原自河西走廊從蘭州倒灌進入河湟谷地，這支冷空氣向西移的過程中受河湟谷地西側山脈的阻擋和抬升作用，降水落在山前的青海高原東北部地區(qū)，配合影響系統(tǒng)形成6月30日強降水;另一支爬上高原直接進入河湟谷地，這支冷空氣移動較慢，配合影響系統(tǒng)形成7月1日穩(wěn)定性強降水。可見，地形對強降水有一定的影響。

2 雷達特征

2.1 強度特征

2.1.1 云系強度變化特征。

由雷達組合反射率因子反映的云系變化情況（圖4）可知，第1階段6月30日16：00開始，海晏—湟源北部有大范圍團狀云系生成并呈西北—東南向，同時在湟源境內有塊狀對流云系發(fā)展，隨著團狀云系東南下，對流云系強度明顯加強、范圍也不斷擴大，至16：43強對流云系進入西寧市區(qū)與大通和湟中三者交界的區(qū)域，強度達

到50 dBz，至17：04強對流云系范圍進一步擴大，降水開始出現，強對流云系經過的區(qū)域正是強降水出現的區(qū)域，17：00～18：00 1 h西寧市區(qū)、湟中縣及大通縣均出現了20 mm以上的強降水;至17：46之后雖然強回波中心明顯減弱，但云系范圍依然較大，持續(xù)至18：00后云系范圍明顯縮小，降水也明顯減小?？梢?，對流性強降水云系強度較強，移動速度較快，前后共經歷2 h左右。第2階段7月1日凌晨的降水，06：00開始，有云系自大通—海晏—湟源一帶發(fā)展，但強度較弱，只有30 dBz，之后對流云系強度略有加強，至35 dBz，06：59云系緩慢東南下進入，09：22范圍擴大明顯，之后云系的強度與范圍并無明顯的變化，一直維持至14：00，之后明顯減弱，20：00基本結束?？梢?，穩(wěn)定性強降水云系強度較弱，移動速度非常慢，整個過程共經歷14 h左右。

2.1.2 最大反射率因子（DBZM）和垂直液態(tài)水含量（VIL）變化特征。

由最大反射率因子（DBZM）和垂直液態(tài)水含量（VIL）變化可知，6月30日第1階段強降水DBZM和VIL有明顯升降演變趨勢（圖5a），16：29開始DBZM 由44 dBz緩慢持續(xù)上升，至降水開始前的16：57達到最大，為48 dBz，隨著降水的開始DBZM有所減小，由48 dBz下降至46 dBz，此后持續(xù)減小至42 dBz以下。VIL也有明顯的升降演變趨勢，由16：29的3 kg/m2上升至最大的5 kg/m2后持續(xù)一段時間，至降水開始前的16：57有所下降，之后隨著降水的開始VIL持續(xù)減小。強降水發(fā)生的時間是處在DBZM和VIL上升至最大后開始下降的時段，表明DBZM和VIL的最大值出現的時間較強降水開始有較大的提前量。7月1日第2階段強降水DBZM和VIL雖然也有較明顯升降演變趨勢（圖5b），但穩(wěn)定性降水致使兩者的值均小于第1階段，且變化更為緩慢，由06：53開始DBZM和VIL開始明顯上升，DBZM由30 dBz緩慢持續(xù)上升至35 dBz，07：47達到最大為40 dBz，此后直至14：03均維持在38 dBz左右，直至15：04開始明顯下降;VIL上升至最大的1 kg/m2后一直持續(xù)至14：03減小，降水發(fā)生的時間是處在DBZM和VIL上升至最大后持續(xù)的時段，DBZM和VIL的最大值較降水也有較大的提前量。

綜上，2種性質的強降水發(fā)生時間是處在DBZM和VIL上升至最大后下降或持續(xù)的時段，其最大值出現的時間較降水開始有較大的提前量，為強降水的預警提供了時效。

2.1.3 最大反射率因子高度（HT）和風暴頂高（TOP）變化特征。由最大反射率因子高度（HT）和風暴頂高（TOP）變化可知，與DBZM和VIL相似，6月30日第1階段強降水HT和TOP有明顯升降演變趨勢（圖6a），16：29—16：43 HT和TOP持續(xù)，之后HT開始迅速上升，至降水開始前的16：57達到最大為1.7 km，表明對流云系強度達到最強，隨著降水的持續(xù)又迅速下降，對流云系強度也明顯減弱;TOP卻在16：57下降至最小值后迅速上升，表明對流云系發(fā)展高度較高，降水開始后又迅速下降，即由于降水物的拖拽作用云系高度下降明顯。強降水開始的時間處在HT上升至最大與TOP下降至最小的時段，此時對流云系發(fā)展最強盛，且HT最大值與TOP最小值較強降水有一定的提前量。7月1日第2階段強降水HT和TOP則沒有明顯的升降演變趨勢（圖6b），06：53開始HT和TOP開始明顯上升至最大后一直持續(xù)15：04之后才迅速下降。

綜上，對流性強降水發(fā)生的時間是處在HT上升至最大與TOP下降至最小的時段，且最大（小）值出現的時間較降水開始也有一定的提前量，穩(wěn)定性強降水HT和TOP則沒有明顯變化。

2.2 風場特征

2.2.1 風場變化特征。

由西寧雷達徑向速度反映的風場變化情況（圖7）可知，第一階段6月30日16：00開始，海晏—湟源北部一帶出現正負速度即風輻合區(qū)，正速度值達到5 m/s，負速度值為-5 m/s，至16：22速度輻合區(qū)東南移，范圍有所擴大，強度也有所增強，負速度值增加為-10 m/s，于16：55風輻合區(qū)進入西寧市區(qū)與大通和湟中三者交界的區(qū)域，強度進一步增強，正、負速度值分別達到15、-15 m/s，范圍也進一步擴大，之后降水開始出現，直至18：00之后強度與范圍明顯縮小，降水也明顯減小?？梢?，對流性強降水徑向速度即風輻合強度較強。第二階段7月1日06：00開始在海晏—湟源北部有正負速度的風輻合區(qū)出現，正速度范圍較小，負速度范圍較大，之后輻合區(qū)一直向東南移動，強度和范圍均有所增強和擴大，至06：59出現了正速度中心，形成了類似“牛眼”結構，正速度中心值較小，為5 m/s，負速度中心值較大，為-15 m/s，此后該“牛眼”速度中心對的強度和范圍一直持續(xù)，只是在很緩慢地繼續(xù)向東南移動，直到14：00后明顯變弱?？梢姡€(wěn)定性強降水徑向速度即風場呈現明顯的“牛眼”結構。

2.2.2 垂直風場。

取2.7～4.0 km為低層、4.0～6.1 km為中層、6.1～9.1 km為高層，以雷達VWP產品來分析強降水前的垂直風場特征，結果見表1。

第一階段：6月30日風向變化上低層S轉向SW，表明有暖平流，且風切變值較大，即暖平流較強;中層為SW轉向NE，表明有冷平流，且風切變值較小，即冷平流較弱;高層NE轉向SE，又存在較強的暖平流;整體上從低-中-高層冷、暖平流的配置主要為低、高層為暖平流，中層為冷平流，這樣的配置使得低-中層的層結不穩(wěn)定，有利于對流的發(fā)展。第二階段：7月1日風向變化上低層SW轉向W，表明有暖平流，且風切變值較小，即暖平流較弱;中層為W轉向NE，也有暖平流，且風切變值較大，即暖平流較強;高層NE轉向SE，依然是暖平流，且風切變值很大，表明暖平流很強;整體上從低-中-高層冷、暖平流的配置為深厚且較強的暖平流。

2.3 切變特征

由圖8可知，第一階段：6月30日16：00開始，海晏—湟源北部有較強的帶狀切變區(qū)出現，隨后切變值增大，范圍也不斷擴大，至16：43強切變區(qū)進入西寧市區(qū)與大通和湟中三者交界的區(qū)域，強度達到50×10-4/s，至17：04強切變范圍進一步擴大且強度為50×10-4/s，降水開始出現，可見對流性強降水的綜合切變較強。第二階段：7月1日06：00開始，大通—海晏—湟源一帶有較弱的切變帶開始出現，強度只有20×10-4/s，之后隨著云系緩慢東南下，切變強度略有加強，至25×10-4/s，且范圍明顯擴大，06：46整個西寧地區(qū)為較弱的切變區(qū)，之后切變的強度與范圍并無明顯的變化，一直維持至14：00，之后明顯減弱，20：00基本結束，可見穩(wěn)定性強降水的綜合切變較弱。

3 結論與討論

從影響系統(tǒng)及雷達強度、徑向速度、切變特征方面對2018年6月30日—7月1日出現在西寧地區(qū)的對流性和穩(wěn)定性不同性質區(qū)域性強降水天氣進行了對比分析，主要結論如下：

（1）對流性強降水是在副高內緣高溫高濕的條件下產生，受中小尺度系統(tǒng)影響，是由地面西北風與東南風之間的切變線觸發(fā);穩(wěn)定強降水是副高撤退后低槽東移過程中產生的。

（2）對流性強降水云系強度較強、移動速度較快、持續(xù)時間短，前后共經歷2 h左右;穩(wěn)定性強降水云系強度較弱、移動速度非常慢、持續(xù)時間很長，整個過程共經歷14 h左右。

（3）對流性強降水發(fā)生在DBZM、VIL與HT上升至最大后下降及TOP下降至最小的時段，且最大（?。┲党霈F時間較降水開始有較大的提前量;穩(wěn)定性強降水發(fā)生在DBZM和VIL上升至最大后持續(xù)的時段，且最大值出現時間較降水開始也有提前量，但HT與TOP的變化不明顯。

（4）對流性強降水徑向速度即風輻合強度較強，低-中層的層結不穩(wěn)定，有利于對流的發(fā)展;穩(wěn)定性強降水徑向速度輻合即風場呈現明顯的“牛眼”結構，低-中-高層為深厚且較強的暖平流。

（5）對流性強降水綜合切變較強，穩(wěn)定性強降水綜合切變較弱。

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