多普勒雷達(dá)產(chǎn)品在暴雪天氣過程中的應(yīng)用

孫菀

摘要 利用常規(guī)觀測(cè)資料、新一代多普勒雷達(dá)產(chǎn)品結(jié)合天氣形勢(shì)和實(shí)況對(duì)2017年2月21日發(fā)生在河南省駐馬店地區(qū)的一次分別伴有強(qiáng)降雪和雷暴的暴雪天氣過程和數(shù)據(jù)進(jìn)行了詳細(xì)分析。觀測(cè)結(jié)果表明，此次連續(xù)降雪過程主要是因?yàn)槭芨呖詹鄣臇|移運(yùn)動(dòng)影響，中低層暖濕空氣和急流的連續(xù)快速輸送和維持為此次過程提供了充沛的水汽，強(qiáng)風(fēng)速急流帶造成的上升運(yùn)動(dòng)引起強(qiáng)降雨和雷暴的連續(xù)發(fā)生;暴雪強(qiáng)風(fēng)速反射率輻合因子造成的回波運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度一直維持在40 dBZ以上，回波頂高在9 km以上;速度場(chǎng)上零速度線呈“S”形結(jié)構(gòu)，風(fēng)向隨高度順轉(zhuǎn)，有暖平流存在;中低層“牛眼”結(jié)構(gòu)是暴雪的顯著特征;風(fēng)廓線場(chǎng)上，中低層有明顯的西南風(fēng)急流和風(fēng)垂直切變。

關(guān)鍵詞 暴雪;基本反射率因子;相對(duì)徑相速度;風(fēng)廓線

中圖分類號(hào)：P412.25;P458.12 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-3305（2020）02-073-03

DOI： 10.19383/j.cnki.nyzhyj.2020.02.028

Application of Doppler Radar Products in Blizzard Weather

SUN Yu（Zhumadian Meteorological Bureau，Zhumadian，Henan 463000）

Abstract Based on the conventional observation data，the new generation Doppler radar products and the weather situation and the actual situation，the snowstorm process and data with strong snow and thunderstorm in Zhumadian area of Henan Province on February 21，2017 were analyzed in detail. The results showed that the continuous snowfall process was mainly affected by the eastward movement of the high trough，and the continuous and rapid transportation and maintenance of the warm and humid air and jet in the middle and lower layers provided abundant water vapor for the process. The ascending movement caused by the strong wind speed jet belt caused the continuous occurrence of heavy rainfall and thunderstorm. The echo motion intensity caused by the strong wind speed reflectivity convergence factor of the blizzard had been maintained at above 40 dBZ，the echo top height was above 9 km. The zero velocity line in the velocity field was of "S" structure，the wind direction changed with the height，and there was warm advection. The "bulls eye" structure in the middle and lower layers was the significant feature of blizzard. In the wind profile field，there were obvious southwest jet and vertical wind shear in the middle and lower layers.

Key words? ?Blizzard;Basic reflectivity factor;Relative radial phase velocity;Wind profile

冬季暴雪是一種常見的災(zāi)害性降雪天氣，伴有雷暴的冬季降雪俗稱“雷打雪”，嚴(yán)重地影響人民的生活、交通運(yùn)輸和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。一般情況下降雪出現(xiàn)在較穩(wěn)定的天氣條件下，而雷暴則在不穩(wěn)定的對(duì)流云積云中產(chǎn)生，2種現(xiàn)象同時(shí)出現(xiàn)有重要的研究意義。新一代天氣雷達(dá)能獲得高時(shí)空分辨率的探測(cè)產(chǎn)品，為強(qiáng)降雪天氣產(chǎn)生機(jī)制的分析提供較為有利的條件。國內(nèi)有很多學(xué)者都對(duì)冬季暴雪進(jìn)行了分析研究[1-12]。筆者通過對(duì)照常規(guī)氣象觀測(cè)資料，分析新一代天氣雷達(dá)產(chǎn)品，為減少此類災(zāi)害性天氣的發(fā)生提供一些參考依據(jù)。

1 寒潮暴雪實(shí)況

2017年2月21日，駐馬店市出現(xiàn)了一次寒潮暴雪天氣并伴有雷暴。駐馬店各站24 h日平均氣溫下降≥10.1℃。24 h降雪量分別為西平16 mm，遂平15 mm，上蔡16 mm，驛城區(qū)20 mm，汝南19 mm，平輿23 mm，確山20 mm，泌陽9 mm，正陽26 mm。主要降雪時(shí)段集中在21日10：00—19：00，11：00左右雨轉(zhuǎn)雪，積雪深度最深為5 cm（圖1）。

2 天氣形勢(shì)分析

此次降雪天氣過程發(fā)生在高空槽東移，較強(qiáng)西南暖濕氣流，配合東路冷空氣侵襲造成駐馬店地區(qū)的暴雪。過程前期500 hPa高空?qǐng)D上亞歐中高緯環(huán)流呈兩槽一脊形勢(shì)，北歐低槽東移加深，槽前暖平流加強(qiáng)。700 hPa上低渦前部、切變線南側(cè)強(qiáng)盛的西南暖濕氣流疊加在850 hPa低層干冷的東北氣流之上，形成“天南地北”流場(chǎng)配置，使風(fēng)的垂直切變不斷加大，上升運(yùn)動(dòng)不斷加強(qiáng)。從地面圖上看，地面持續(xù)的減壓，冷高壓隨冷空氣移動(dòng)逐漸南壓，駐馬店市受冷高壓前部的東北氣流控制。逆溫層出現(xiàn)在暴雪開始前，隨著低層?xùn)|北風(fēng)冷層的加厚，逆溫層不斷被抬高增強(qiáng)。降雪開始時(shí)逆溫層的上下正好是“天南地北”流場(chǎng)形式。2月21日20：00低槽東移出河南省，西南暖濕氣流的輸送也隨之偏南，駐馬店地區(qū)受西北氣流控制，降雪結(jié)束。

3 多普勒雷達(dá)產(chǎn)品分析

3.1 基本反射率因子分析

此次降雪回波屬于積狀云和層狀云混合降水。2月20日23：00降水回波在南陽附近生成，不斷發(fā)展東移，回波強(qiáng)度在30 dBZ，降水形態(tài)是雨。回波呈零散的片狀，強(qiáng)度弱，結(jié)構(gòu)松散，分布不均勻。21日09：00以后回波形狀由零散不均勻變?yōu)榻Y(jié)構(gòu)密實(shí)的絮狀且一直穩(wěn)定發(fā)展。11：00以后層狀云回波中夾雜著積狀云回波，此時(shí)降水形態(tài)由雨轉(zhuǎn)為冰粒，回波整體強(qiáng)度在35 dBZ以上。13：00左右駐馬店市有雷暴產(chǎn)生，最大反射率因子強(qiáng)度為45 dBZ以上，同時(shí)次垂直剖面圖分析，回波頂高9 km以上，中心強(qiáng)度達(dá)3 km，說明有上升運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，對(duì)流發(fā)展旺盛。20：00以后回波強(qiáng)度減弱東移出駐馬店市，降水結(jié)束（圖2）。

3.2 速度場(chǎng)特征分析

2017年2月21日01：35 1.5°仰角徑向速度圖上，10：00以后底層呈正“S”形，中層呈反“S”形，由低到高風(fēng)向?yàn)闁|北風(fēng)-東南風(fēng)-西南風(fēng)-西風(fēng)-西南風(fēng)-南風(fēng)，風(fēng)隨高度先順轉(zhuǎn)再逆轉(zhuǎn)，表示雷達(dá)測(cè)站附近為暖平流，中層有冷平流疊加其上，形成典型的“天南地北”的流場(chǎng)形式。到14：04，正、負(fù)速度區(qū)均勻、連續(xù)，最大徑向速度區(qū)出現(xiàn)在4 km高度及以上，風(fēng)速36 m/s，形成西南風(fēng)急流軸。1.5 km以下，正負(fù)中心相對(duì)原點(diǎn)對(duì)稱分布，基本呈現(xiàn)“牛眼”結(jié)構(gòu);正負(fù)速度中心面積和中心值增大加強(qiáng)，說明低空東北風(fēng)急流在加強(qiáng)，負(fù)速度始終大于正速度并不斷增大，說明氣旋式輻合也在加強(qiáng)，降水一直持續(xù)穩(wěn)定，對(duì)應(yīng)此時(shí)段降水量為全天最大值。17：00以后，零速度線呈反“S”形，測(cè)站附近轉(zhuǎn)為冷平流，降水趨于結(jié)束（圖3）。

3.3 風(fēng)廓線特征分析

從2月21日08：42—10：43風(fēng)廓線圖中可以看到，1.2 km以下為偏東風(fēng)，1.2 km以上逐漸轉(zhuǎn)為東南風(fēng)-南風(fēng)-西南風(fēng)，風(fēng)隨高度順轉(zhuǎn)。10：18冷空氣加強(qiáng)，底層風(fēng)向轉(zhuǎn)為東北風(fēng)，風(fēng)速為6 m/s，溫度隨之下降到0℃以下，此時(shí)降水形態(tài)由水轉(zhuǎn)為冰粒。之后底層風(fēng)速不斷加大到12 m/s，說明底層?xùn)|北風(fēng)厚度在加大，強(qiáng)度在增強(qiáng)。2.1 km高度以上西南風(fēng)力也不斷加強(qiáng)，最大可達(dá)27 m/s。從下到上沒有風(fēng)速中斷層，水汽輸送通暢，有利于暴雪的生成和發(fā)展。19：00以后風(fēng)速減弱，下降為6 m/s，2.4 km以下轉(zhuǎn)為西北風(fēng)，以上西南風(fēng)速也減弱，降雪逐漸結(jié)束（圖4）。

3.4 垂直液態(tài)含水量

2月21日08：16駐馬店周圍有零散的M值小于5 kg/m2，此時(shí)降水為小雨。10：00以后降水加強(qiáng)轉(zhuǎn)為冰粒，M值范圍強(qiáng)度不斷增大，在5～10 kg/m2，在測(cè)站正西方200 km南陽境內(nèi)處M最大值達(dá)到10 kg/m2。12：57駐馬店南部、北部、東部及西部大部分M值都在5～10 kg/m2，在測(cè)站東北59° 28 km、正南119° 14 km、西北286° 149 km，M值最大13 kg/m2，此時(shí)有雷暴產(chǎn)生，也是降水的最強(qiáng)時(shí)段。17：00以后隨著系統(tǒng)的逐漸東北移，M值逐漸下降釋放，M大值區(qū)也隨之逐漸減弱并東移出，駐馬店市降水逐漸減弱直至停止（圖5）。

4 結(jié)論

（1）此次降雪天氣過程形成的主要原因是高空低槽東移，中層暖濕西南氣流疊加在低層干冷東北氣流之上，是典型的“天南地北”流場(chǎng)。

（2）暴雪過程的多普勒雷達(dá)回波分布均勻、連續(xù)，范圍較大，具有明顯的絲縷狀紋理結(jié)構(gòu)。普通降雪的基本反射率因子在30 dBZ，伴有雷暴的降雪反射率因子較大，一般在45 dBZ以上。? ? （3）速度場(chǎng)上底層零速度線呈“S”形，中層呈反“S”形，表明低層暖平流，中層有冷平流疊加其上，有利于降水云系的發(fā)展。0～1.5 km高度有明顯的“牛眼”結(jié)構(gòu)特征，表明降雪的持續(xù)。

（4）風(fēng)廓線圖上，雷暴發(fā)生時(shí)1.2～1.5 km高度有偏北風(fēng)和偏南風(fēng)的切變。

（5）冰粒的垂直液態(tài)含水量較純雪要強(qiáng)，M值在5～10 kg/m2。

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責(zé)任編輯：鄭丹丹