強(qiáng)對流過程雷達(dá)產(chǎn)品指標(biāo)特征分析

張靖 羅慧妮 蘭明才

摘 要 利用株洲地區(qū)2012-2016年強(qiáng)對流過程雷達(dá)產(chǎn)品資料，對比檢驗(yàn)省臺專家總結(jié)的一些強(qiáng)對流指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)：冰雹預(yù)警指標(biāo)，省臺總結(jié)的是大冰雹-20℃層以上有大于等于50dBz左右的回波，這個指標(biāo)在株洲還可以再高一點(diǎn)，為55dBz;回波移動速度多少算快，通過對雷雨大風(fēng)和對流暴雨的回波移動速度比較，發(fā)現(xiàn)雷雨大風(fēng)的回波普遍移速5個體掃基本都能達(dá)到20～25km，甚至能達(dá)到25～30km，而對流暴雨的雷達(dá)回波移速基本在5個體掃20km以下;對產(chǎn)生對流暴雨的回波強(qiáng)度及持續(xù)時間統(tǒng)計，40～45dBz回波要達(dá)2小時以上，45～50dBz要達(dá)1小時以上，50dBz以上半小時左右就可以達(dá)到。

關(guān)鍵詞 預(yù)警指標(biāo);雷雨大風(fēng);對流暴雨;冰雹

引言

雷雨大風(fēng)、冰雹、短時強(qiáng)降水是株洲主要的強(qiáng)對流災(zāi)害天氣，其屬于中小尺度天氣系統(tǒng)，空間尺度小，生命史短暫并帶有明顯突發(fā)性，同時也是破壞性強(qiáng)的災(zāi)害性天氣。很多專家學(xué)者對強(qiáng)對流預(yù)報預(yù)警方法和監(jiān)測識別技術(shù)有很多研究。孫繼松等[1]從預(yù)報實(shí)踐的角度討論了水汽、不穩(wěn)定層結(jié)、輻合抬升等天氣系統(tǒng)環(huán)境條件與強(qiáng)對流之間的關(guān)系。俞小鼎[2]介紹了強(qiáng)對流天氣的多普勒天氣雷達(dá)識別和預(yù)警技術(shù)。廖玉芳等[3]利用11次強(qiáng)對流事件中23個產(chǎn)生三體散射的強(qiáng)對流風(fēng)暴，對三體散射的統(tǒng)計特征進(jìn)行了分析和討論。蔡榮輝等選取2013-2015年洞庭湖區(qū)域15次雷暴大風(fēng)天氣過程，總結(jié)歸納雷暴大風(fēng)天氣過程的天氣形勢配置、雷達(dá)回波特征與預(yù)報著眼點(diǎn)。葉成志等，姚蓉等，周慧等，唐明暉等，周長青等對湖南強(qiáng)對流個例進(jìn)行了深入分析，總結(jié)了強(qiáng)對流過程環(huán)境條件特點(diǎn)及雷達(dá)回波特征，并分別就雷暴大風(fēng)、冰雹、短時強(qiáng)降水提出需重點(diǎn)關(guān)注的方面，并且給出了相應(yīng)的指標(biāo)，省內(nèi)其他地市預(yù)報員也對本地一些強(qiáng)對流天氣過程進(jìn)行了總結(jié)，外省預(yù)報員也對其本地強(qiáng)對流天氣過程進(jìn)行了總結(jié)，但都只是個例分析，株洲雖然也對強(qiáng)對流天氣過程做了不少總結(jié)，但一般也限于單次個例，對短時臨近預(yù)警指標(biāo)也缺乏系統(tǒng)有效驗(yàn)證。胡愛軍副局長多次在全省講話中強(qiáng)調(diào)提前量在短臨預(yù)警中的重要性。正是出于這種考慮，本文旨在通過統(tǒng)計多年株洲強(qiáng)對流天氣過程中雷達(dá)產(chǎn)品特征，總結(jié)出更適合株洲的短臨預(yù)警指標(biāo)，更好地做好短臨預(yù)警信號的發(fā)布。

1強(qiáng)對流天氣雷達(dá)產(chǎn)品預(yù)警指標(biāo)

省臺專家周長青指出，雷雨大風(fēng)重點(diǎn)關(guān)注低仰角速度大值區(qū)、中層徑向輻合，反射率因子核迅速下降、快速移動的回波，颮線、弓形回波、超級單體等對流系統(tǒng);對流暴雨關(guān)注列車效應(yīng)，低質(zhì)心降水回波;冰雹重點(diǎn)關(guān)注三體散射、最強(qiáng)反射率大雨等于60dBz、較大的基于單體的VIL（一般來說大于等于40kg/m2）;小冰雹，0—-20℃層之間有大于等于50dBZ左右的回波;大冰雹-20℃層以上有大于等于50dBZ左右的回波;存在BWER或WER;速度圖上單體頂層輻散強(qiáng);當(dāng)風(fēng)暴質(zhì)心開始下降時，即將出現(xiàn)冰雹，本文主要分析2012-2016年發(fā)生在株洲地區(qū)的強(qiáng)對流過程中雷達(dá)產(chǎn)品特征，試圖找出更適合株洲的短臨預(yù)警指標(biāo)。

1.1 雷雨大風(fēng)

本文統(tǒng)計了株洲全市10次雷雨大風(fēng)天氣（表1），對回波特征、回波移動方向、上游實(shí)況、低仰角速度大值區(qū)、中層徑向輻合等特征，發(fā)現(xiàn)這幾次雷雨大風(fēng)天氣多由颮線、弓形回波、線狀回波或超級單體造成，低仰角徑向速度圖基本都出現(xiàn)了速度模糊或達(dá)到27m/s的徑向速度，并且都能看到中層徑向輻合，中層徑向輻合都提前大風(fēng)10～30min，大部分大風(fēng)都可以觀察到反射率因子核的快速下降，一般可以在一兩個體掃的時間內(nèi)從5km以上降到3km以下，大部分回波移動速度為5個體掃25～30km，上游（長沙、湘潭、衡陽等）的雷雨大風(fēng)天氣對我市的雷雨大風(fēng)預(yù)警指示作用也很好，中層徑向輻合一般可以提前10-30分鐘預(yù)報，因此，可以作為預(yù)警信號發(fā)布的重要著眼點(diǎn)，還可以關(guān)注低仰角徑向速度。因此，對于雷雨大風(fēng)的短臨預(yù)警，在研判存在對流潛勢的前提下，如果上游已經(jīng)出現(xiàn)了實(shí)況，回波外推又會影響到本地，最好及時發(fā)布預(yù)警信號，如果是夏季局地?zé)釋α饕鸬睦子甏箫L(fēng)，一般范圍很小，很難獲取上游信息，根據(jù)2012年4月27日、2014年6月19日、2016年8月26日中的相關(guān)數(shù)據(jù)，預(yù)警就只能在研判存在雷雨大風(fēng)潛勢的前提下，通過查看回波特征、中層徑向輻合、低仰角速度大值區(qū)特征、是否有反射率因子核快速下降等特征來發(fā)布。利用2020年5月4日全省較大范圍的雷雨大風(fēng)天氣檢驗(yàn)，這次過程回波從西北往東南發(fā)展，湘西、張家界、常德、益陽先后出現(xiàn)雷雨大風(fēng)天氣，至4日23時回波主體還在婁底-益陽境內(nèi)，經(jīng)過強(qiáng)對流潛勢判斷，我們覺得回波主體會繼續(xù)移動到我市境內(nèi)，并造成我市雷雨大風(fēng)，于是我們在4日23時57分發(fā)布了雷雨大風(fēng)藍(lán)色預(yù)警信號（圖1），實(shí)況是5日1時21分我市株洲站達(dá)到了雷雨大風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)（圖2），預(yù)警信號提前量將近一個半小時。

1.2 對流暴雨

對流暴雨一般考慮列車效應(yīng)或者低質(zhì)心降水回波，從下表（表1）可以看到，多數(shù)對流暴雨是由列車效應(yīng)產(chǎn)生，從回波移動速度來看，5個體掃10～15km的占44.4%，5個體掃15～20km的占55.5%，質(zhì)心高度都在4km以下，部分對流暴雨出現(xiàn)前都有逆風(fēng)區(qū)的存在，并且逆風(fēng)區(qū)提前10分鐘到1小時，VIL都在40kg/m3以下，通過對反射率因子強(qiáng)度的連續(xù)監(jiān)測和雨量監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)不同強(qiáng)度回波降水效率不同：要達(dá)到暴雨標(biāo)準(zhǔn)，40～45dBz回波要達(dá)2小時以上，45～50dBz要達(dá)1小時以上，50dBz以上半小時左右就可以達(dá)到。由于逆風(fēng)區(qū)一般提前強(qiáng)降水10分鐘到1小時，因此，逆風(fēng)區(qū)可以作為暴雨預(yù)警的一個重要指標(biāo)?？紤]到預(yù)警的提前量，我們在實(shí)際預(yù)警發(fā)布過程中多數(shù)時候不能根據(jù)回波是否產(chǎn)生列車效應(yīng)來判斷對流暴雨的預(yù)警，在研判存在暴雨的前提下，一種有效方法是首先看上游實(shí)況結(jié)合強(qiáng)降水回波移動情況，如果上游出現(xiàn)了成片的暴雨區(qū)域，且強(qiáng)降水回波繼續(xù)影響，則可以考慮發(fā)布，如果回波后續(xù)發(fā)展情況不太明了，可以看是否存在逆風(fēng)區(qū)，如果存在，可以考慮發(fā)布暴雨預(yù)警信號。但是由于夏季局地?zé)釋α髟斐傻谋┯昃值匦詮?qiáng)，持續(xù)時間短，目前來看，對此情況，最有效的預(yù)報預(yù)警手段是在充分分析對流潛勢的前提下，加強(qiáng)實(shí)況監(jiān)測。

1.3 冰雹

目前省臺總結(jié)的冰雹預(yù)警指標(biāo)較多，也較為具體。通過分析9次發(fā)生在株洲地區(qū)的冰雹，發(fā)現(xiàn)其都滿足這些冰雹預(yù)警指標(biāo)，回波中心強(qiáng)度均在60dBz以上，回波中心越強(qiáng)，三體散射特征越明顯，VIL值也都在55g/kg以上，均存在BWER或WER，均存在風(fēng)暴頂輻散，冰雹尺寸與最強(qiáng)反射率因子和擴(kuò)展高度有關(guān)，當(dāng)強(qiáng)度達(dá)到65dBz且-20℃達(dá)到55dBz以上時，冰雹尺寸達(dá)到3～5cm，當(dāng)強(qiáng)度達(dá)到60dBz且-20℃達(dá)到50dBz以上時，冰雹尺寸一般為2～3cm，這些指標(biāo)與省臺專家總結(jié)的基本一致，有一點(diǎn)區(qū)別是省臺總結(jié)的是大冰雹-20℃層以上有大于等于50dBz左右的回波，這個指標(biāo)在此次統(tǒng)計中還可以再調(diào)高一點(diǎn)，為55dBz。總的來說，這些指標(biāo)在預(yù)警發(fā)布時非常有效，有助于我們迅速判斷冰雹位置，我們就可以根據(jù)冰雹回波的移動來判斷冰雹的落區(qū)。根據(jù)這些指標(biāo)，以及對冰雹回波的移動路徑判斷，今年5月5日0-2時成功地對株洲縣、醴陵、攸縣發(fā)布了多次冰雹橙色預(yù)警，提前量最短為半小時以上（醴陵），長的達(dá)到1小時以上（株洲縣）。

2結(jié)束語

本文旨在對省臺專家總結(jié)的強(qiáng)對流預(yù)警指標(biāo)進(jìn)行檢驗(yàn)，通過上述強(qiáng)對流過程總結(jié)對比，發(fā)現(xiàn)這些指標(biāo)在株洲的適用性非常好，運(yùn)用好這些指標(biāo)能在短臨預(yù)警發(fā)布中發(fā)揮重要作用，但是也存在不足：

（1）對某些指標(biāo)比較定的比較寬泛，例如冰雹預(yù)警指標(biāo)，省臺總結(jié)的是大冰雹-20℃層以上有大于等于50dBz左右的回波，通過多次株洲冰雹過程統(tǒng)計，這個指標(biāo)在株洲的應(yīng)用還可以再高一點(diǎn)，為55dBz。

（2）回波移動速度何快何慢省臺沒有明確指出，本人通過對雷雨大風(fēng)和對流暴雨的回波移動速度比較，發(fā)現(xiàn)雷雨大風(fēng)的回波普遍移速較快，5個體掃基本都能達(dá)到20～25km，甚至能達(dá)到25～30km，而對流暴雨的雷達(dá)回波移速通常較慢，基本在5個體掃20km以下。

（3）對反射率因子強(qiáng)度和降水效率統(tǒng)計得到，要達(dá)到暴雨標(biāo)準(zhǔn)，40～45dBz回波要達(dá)2小時以上，45～50dBz要達(dá)1小時以上，50dBz以上半小時左右就可以達(dá)到。

參考文獻(xiàn)

[1] 孫繼松，陶祖鈺.強(qiáng)對流天氣分析與預(yù)報中的若干基本問題[J].氣象，2012，38（2）：164-173.

[2] 俞小鼎.強(qiáng)對流天氣的多普勒天氣雷達(dá)探測和預(yù)警[J].氣象科技進(jìn)展，2011，1（3）：31-41.

[3] 廖玉芳，俞小鼎，吳林林，等.強(qiáng)雹暴的雷達(dá)三體散射統(tǒng)計與個例分析[J].高原氣象，2007，26（4）：812-820.