浙中一次短時(shí)大暴雨的雙偏振雷達(dá)特征分析*

方桃妮 葉延君 葉妍婷 劉圣楠 沈杭鋒

(1.金華市氣象局,浙江 金華 321000;2.蘭溪市氣象局,浙江 蘭溪 321100;3.杭州市氣象局,浙江 杭州 310008)

0 引 言

天氣雷達(dá)是探測(cè)短時(shí)強(qiáng)降水的主要工具之一。新一代多普勒天氣雷達(dá)在暴洪等強(qiáng)對(duì)流天氣探測(cè)方面已經(jīng)取得了不少成果,但其為單偏振雷達(dá),無(wú)法對(duì)降水粒子的形狀、相態(tài)進(jìn)行進(jìn)一步分析,在定量降水估測(cè)、冰雹識(shí)別等方面有一定局限性。雙偏振多普勒雷達(dá)通過(guò)發(fā)射水平和垂直2個(gè)方向的極化電磁波,除了探測(cè)反射率因子、平均徑向速度、速度譜寬3個(gè)基本參量之外,還可以探測(cè)差分反射率因子ZDR、差分傳播相移率KDP以及相關(guān)系數(shù)CC等偏振參量,能更好地描述降水粒子的尺寸、形狀以及降水類型等信息,在降水估測(cè)和相態(tài)識(shí)別上有更好的表現(xiàn)。1989年以來(lái),國(guó)內(nèi)氣象工作者已經(jīng)在雙偏振雷達(dá)資料的應(yīng)用方面開(kāi)展了部分研究[1-11],劉黎平等[2]、張鴻發(fā)等[3]研究了雙線偏振雷達(dá)的探測(cè)理論、數(shù)據(jù)控制;董振賢等[4]研究了雙偏振雷達(dá)的偏振參量及其應(yīng)用;鄭佳鋒等[7]研究了雙偏振雷達(dá)產(chǎn)品的定量降水估測(cè)方法的效果及其誤差,表明在大雨以上量級(jí)的降水中,雙偏振雷達(dá)的誤差較單偏振低;汪舵等[8]的研究表明，引入雙偏振參量對(duì)不同小時(shí)雨量的降水進(jìn)行估測(cè),其誤差更低,穩(wěn)定性和相關(guān)性更好。雙偏振雷達(dá)是目前國(guó)內(nèi)正在研究開(kāi)發(fā)的新型天氣雷達(dá),其應(yīng)用是未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì),國(guó)家也正在對(duì)原有雷達(dá)進(jìn)行升級(jí),研究雙偏振雷達(dá)資料的應(yīng)用具有重要意義。

2020年衢州雷達(dá)已由CINRAD/SB改造為雙偏振天氣雷達(dá),并投入業(yè)務(wù)使用,通過(guò)研究衢州雙偏振雷達(dá)資料在強(qiáng)對(duì)流天氣中的應(yīng)用,可以提高強(qiáng)對(duì)流天氣的短時(shí)臨近預(yù)報(bào)預(yù)警能力。本文選取2020年5月9—10日發(fā)生在浙江省中南部的一次強(qiáng)對(duì)流天氣,該過(guò)程降水時(shí)間短、小時(shí)雨強(qiáng)強(qiáng)、累計(jì)雨量大、降水時(shí)空分布不均,其中過(guò)程最大雨量為金華市蘭溪站144.2 mm,破有氣象記錄以來(lái)歷史同期紀(jì)錄,發(fā)生了較嚴(yán)重的城市內(nèi)澇等災(zāi)害。此次過(guò)程分為9日上午和9日夜里2個(gè)階段性爆發(fā),9日上午發(fā)生了暴洪,而下午天氣晴,回溫顯著,夜里開(kāi)始又一波短時(shí)暴雨侵襲,且伴隨大風(fēng)。天氣預(yù)報(bào)難度大,具有較好的研究意義。利用常規(guī)氣象資料、區(qū)域自動(dòng)氣象站資料、0.25°×0.25°歐洲天氣預(yù)報(bào)中心(簡(jiǎn)稱EC)再分析資料、雙偏振雷達(dá)資料分別分析了該過(guò)程發(fā)生的天氣背景、物理量特征和雙偏振雷達(dá)回波特征,為雙偏振雷達(dá)資料在當(dāng)?shù)囟虝r(shí)強(qiáng)降水天氣預(yù)報(bào)預(yù)警中的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

1 過(guò)程概況

2020年5月9日00時(shí)在江西有雷暴生成,且其在東移過(guò)程中不斷發(fā)展,05時(shí)左右雷暴進(jìn)入浙江,影響浙江中西部,造成短時(shí)強(qiáng)降水天氣。9日下午階段性降水結(jié)束后,浙江中南部出現(xiàn)35 ℃以上的高溫,而在兩湖交界處生成了新的雷暴,東移發(fā)展,20時(shí)在江西加強(qiáng)為颮線,東移橫掃江西東部、浙江中南部,造成了短時(shí)強(qiáng)降水和局地極端大風(fēng)天氣。

分析對(duì)流天氣的時(shí)空分布特征,此過(guò)程分為兩個(gè)階段:階段1發(fā)生在9日上午,以短時(shí)強(qiáng)降水為主,暴雨中心在浙中的金華蘭溪市和杭州建德市南部,強(qiáng)降水主要集中在9日07—11時(shí),累計(jì)降水量大于100 mm的站點(diǎn)有7個(gè)(均在蘭溪市),最大為蘭溪站134.4 mm(含過(guò)程最大小時(shí)雨強(qiáng)63.4 mm),破歷史同期紀(jì)錄。階段2發(fā)生在9日后半夜至10日凌晨,暴雨中心在金華永康市,強(qiáng)降水主要集中在9日23時(shí)—10日02時(shí),累計(jì)降水量大于100 mm的站點(diǎn)有3個(gè),最大為永康西溪111.6 mm(含最大小時(shí)雨強(qiáng)81.3 mm),麗水、溫州有8～9級(jí)雷雨大風(fēng)。

該過(guò)程具有時(shí)空分布不均勻、局地性強(qiáng)、短時(shí)雨量和累計(jì)雨量大等特點(diǎn),有一定的預(yù)報(bào)難度,且大降水中心均發(fā)生在金華市,故選取金華市境內(nèi)的強(qiáng)對(duì)流進(jìn)行詳細(xì)分析,對(duì)當(dāng)?shù)仡A(yù)報(bào)員的業(yè)務(wù)工作有借鑒意義,對(duì)更好地推進(jìn)雙偏振雷達(dá)資料的應(yīng)用提供支持。

2 環(huán)流形勢(shì)和影響系統(tǒng)

2020年5月9日08時(shí)浙江省處于200 hPa高壓環(huán)流東北側(cè),氣流分流輻散,高空的抽吸作用有利于強(qiáng)天氣的發(fā)生。500 hPa副熱帶高壓(簡(jiǎn)稱副高)呈東東北西西南帶狀分布,脊線在20°N附近,588 dagpm線在浙閩交界一帶,浙江省處在副高北緣,有較強(qiáng)的不穩(wěn)定能量。副高西北側(cè)從華南至浙西700 hPa、850 hPa有一條16～18 m/s的西南急流軸,預(yù)報(bào)區(qū)處在急流軸出口區(qū)左側(cè),有較強(qiáng)的暖濕平流。850 hPa在山東至渤海一帶有低渦,其南側(cè)的槽切南伸至長(zhǎng)江中下游地區(qū),槽切后部是偏北風(fēng)急流,與等溫線有較大交角,表明有較強(qiáng)冷平流南侵。冷暖平流在預(yù)報(bào)區(qū)上空交匯,為強(qiáng)對(duì)流的發(fā)生提供了位勢(shì)不穩(wěn)定條件。地面冷鋒已至江浙皖贛交界一帶,觸發(fā)了強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)生。根據(jù)《中國(guó)強(qiáng)對(duì)流天氣預(yù)報(bào)手冊(cè)》中強(qiáng)對(duì)流的基本配置可以判斷,這是一次斜壓鋒生類強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程。

另外,850 hPa形勢(shì)圖(圖略)上長(zhǎng)江下游以南有一條露點(diǎn)鋒,即干線;925 hPa形勢(shì)圖(圖略)上從湖南中南部經(jīng)江西中部至浙中西部有一條中尺度輻合線,干線與超低空輻合線為階段1的強(qiáng)對(duì)流天氣提供了中尺度觸發(fā)機(jī)制。

9日白天浙江省上空有一個(gè)干暖蓋結(jié)構(gòu)(500 hPa溫度露點(diǎn)差大于20 ℃,44 ℃的暖中心),有利于積蓄不穩(wěn)定能量。處在副高北部邊緣的浙中南地區(qū)最高溫度普遍升至35 ℃以上,熱力條件明顯轉(zhuǎn)好。20時(shí)500 hPa高空槽加深東移,低層西南氣流增大,冷暖平流進(jìn)一步加劇,大氣斜壓性更大,在700 hPa急流軸出口左側(cè)與地面冷鋒之間的江西地區(qū),激發(fā)出新的對(duì)流,此處是850 hPa干線和925 hPa中尺度輻合線所在的位置,為強(qiáng)對(duì)流的發(fā)生起到中尺度觸發(fā)作用。

綜上所述,2個(gè)階段對(duì)流均發(fā)生在副高北緣、700 hPa西南急流軸出口、850 hPa濕舌中,地面冷鋒、干線和超低空輻合線共同觸發(fā)了強(qiáng)對(duì)流。階段2高空槽更靠近預(yù)報(bào)區(qū),斜壓性更強(qiáng),強(qiáng)對(duì)流的強(qiáng)度和范圍均比階段1強(qiáng)。

3 大氣不穩(wěn)定度分析

圖1a是2020年5月8日20時(shí)衢州站探空?qǐng)D,從環(huán)境垂直風(fēng)切變來(lái)看,6 km以下風(fēng)向隨高度順時(shí)針旋轉(zhuǎn),6 km以上風(fēng)向隨高度逆時(shí)針旋轉(zhuǎn),說(shuō)明低層有暖平流,高層有冷平流,使得溫度遞減率加大,并且中高層層結(jié)曲線和露點(diǎn)曲線分開(kāi),低層緊靠,表明大氣層結(jié)是上干冷下暖濕結(jié)構(gòu),非常有利于強(qiáng)對(duì)流發(fā)生發(fā)展。有效位能(CAPE)達(dá)1 250.3 J/kg,分布呈狹長(zhǎng)形,K指數(shù)為35.1 ℃,總指數(shù)TT為37.8 ℃,表明有強(qiáng)的對(duì)流不穩(wěn)定。抬升凝結(jié)高度LFC僅為923.1 hPa,有較低的抬升凝結(jié)高度,0 ℃層高度約為5 km,表明暖云層比較厚,對(duì)降水有利。925 hPa和850 hPa比濕分別為15.49 g/kg、15.45 g/kg,925 hPa露點(diǎn)溫度為19.6 ℃,說(shuō)明降水區(qū)低層水汽飽和,這是大暴雨發(fā)生的必要條件[12]。0 ℃、-20 ℃層(8 km以上)高度較高,不利于冰雹的發(fā)生。850 hPa與500 hPa溫差小于20 ℃,不利于雷雨大風(fēng)的發(fā)生。

圖1 2020年5月衢州站探空?qǐng)D(a.8日20時(shí)、b.9日20時(shí))

分析結(jié)果表明,大氣存在強(qiáng)烈的不穩(wěn)定,且各項(xiàng)指標(biāo)顯示對(duì)強(qiáng)降水有利,與階段1實(shí)況相符。

中等以上的環(huán)境垂直風(fēng)切變有利于風(fēng)暴發(fā)展、加強(qiáng)和維持,決定了風(fēng)暴類型的演變和發(fā)展。中高緯度低海拔地區(qū)暖季0～6 km垂直風(fēng)切變平均為10～20 m/s[13],為中等到強(qiáng)垂直風(fēng)切變[14]。圖1b是5月9日20時(shí)衢州站探空?qǐng)D,0～6 km垂直風(fēng)切變?yōu)?6 m/s,有利于誘發(fā)階段2的颮線。對(duì)流不穩(wěn)定也較第1階段時(shí)更強(qiáng),CAPE值增至1 930.3 J/kg,K指數(shù)增至38.2 ℃,SI指數(shù)減至-2.15 ℃,LI指數(shù)減至-4 ℃,總指數(shù)TT增至45.5 ℃。LFC高度較第1階段更低,925 hPa、850 hPa比濕分別增至16.91 g/kg、16.25 g/kg,925 hPa露點(diǎn)溫度增至21 ℃,低層的水汽條件更好。850 hPa與500 hPa溫差增至23.6 ℃,且層結(jié)曲線與露點(diǎn)曲線呈“喇叭口”結(jié)構(gòu),有利于雷雨大風(fēng)的發(fā)生。0 ℃層和-20 ℃層高度仍較高,不利于冰雹的發(fā)生。

分析結(jié)果表明,大氣變得更加不穩(wěn)定,且低層的水汽條件進(jìn)一步轉(zhuǎn)好,更有利于強(qiáng)降水發(fā)生,同時(shí)有出現(xiàn)雷雨大風(fēng)的可能。與階段2實(shí)況相符。

4 水汽條件

除了分析單站探空曲線的水汽情況外,仍然需要結(jié)合降水區(qū)水平和垂直方向上的水汽分布情況來(lái)判斷降水,其中低層的濕度對(duì)降水的貢獻(xiàn)最為重要。

在5月8日20時(shí)、9日08時(shí)及20時(shí)的925 hPa比濕分布圖(圖略)上,降水區(qū)上空比濕均大于15 g/kg。8日20時(shí)起上游地區(qū)至浙中是一致的西南急流,有顯著濕平流,使得降水區(qū)比濕增加,9日08時(shí)、20時(shí)達(dá)18 g/kg以上。表明此次過(guò)程低層的水汽非常充沛。

在垂直剖面上,常用相對(duì)濕度的剖面來(lái)表示空氣的飽和程度。從9日08時(shí)沿110°E的相對(duì)濕度緯度—高度剖面圖(圖2a)可以看出,水汽主要集中在700 hPa以下,尤其是850 hPa至地面是相對(duì)濕度為95%以上的飽和區(qū)。從9日20時(shí)沿110°E的相對(duì)濕度緯度—高度剖面圖(圖2b)可知，水汽分布略差于08時(shí),90%以上的區(qū)域主要在800 hPa以下,不僅濕層略薄,空氣的飽和程度也略差。

圖2 2020年5月9日沿110°E相對(duì)濕度緯度—高度剖面圖[a.08時(shí)、b.20時(shí)(單位：%)]

將一單位面積地區(qū)上空整層大氣的水汽全部凝結(jié)并降至地面的降水量稱為該地區(qū)的可降水量。9日08時(shí)蘭溪市可降水量為55 mm,9日20時(shí)永康市可降水量為60 mm。水汽通量散度是指單位時(shí)間匯入單位體積或從該體積輻散出的水汽量。負(fù)值表示四周有水汽向該地區(qū)匯集。雖然階段1可降水量要小于階段2,但從925 hPa水汽通量散度(圖略)可知,9日08時(shí)蘭溪市附近有-120 g/(cm2·hPa·s)的輻合中心,輻合的方向與低空急流相垂直,表明有源源不斷的水汽輸送進(jìn)入降水區(qū)，并且在降水區(qū)輻合,輻合區(qū)與暴雨區(qū)有較好的對(duì)應(yīng),而9日23時(shí) 925 hPa水汽通量散度(圖略)在永康市附近只有-40 g/(cm2·hPa·s),水汽的輻合不如階段1好,這是階段2降水略小的重要原因。

由綜合分析得出,兩個(gè)階段的低層水汽均非常充沛,但階段2濕層厚度和空氣的飽和程度均比階段1略差,且低層水汽通量散度也比階段1小,故階段2降水總量小于階段1。

5 雙偏振雷達(dá)特征

5.1 雷達(dá)回波演變情況

9日00時(shí)起地面輻合線自南昌—婺源一帶逐漸東伸,至04時(shí)到達(dá)開(kāi)化—淳安南部一帶,雷達(dá)監(jiān)測(cè)到上游地區(qū)有大片強(qiáng)對(duì)流回波沿著地面輻合線東移發(fā)展,造成了15～50 mm/h的降水。05時(shí)造成浙中短時(shí)大暴雨的單體回波分別在開(kāi)化—上饒、淳安新生,標(biāo)記為E1、E2,東移過(guò)程中小單體逐漸合并加強(qiáng),回波范圍不斷擴(kuò)大,至06時(shí)30分,E1東移至建德,靠近蘭溪邊界,中心強(qiáng)度達(dá)50 dBZ,地面有10～30 mm/h的降水。而E2在東移過(guò)程中逐漸分裂成南北兩塊,北回波E2-1與E1逐漸合并成一塊范圍更大、強(qiáng)度更強(qiáng)的回波E1-21,小時(shí)雨強(qiáng)也普遍增至30～40 mm。07時(shí)30分回波E1-21的中心強(qiáng)度達(dá)55 dBZ,且移速進(jìn)一步減慢,僅為不到10 km/h,移向則由原先的東移為主轉(zhuǎn)變?yōu)橄驏|北移動(dòng),與強(qiáng)回波的軸線方向一致,強(qiáng)回波在移動(dòng)過(guò)程中會(huì)經(jīng)過(guò)同一地點(diǎn),且E2-2與E1-21分布在移動(dòng)的軸線上,開(kāi)始形成中尺度對(duì)流雨帶,因E1-21回波范圍大強(qiáng)度強(qiáng),移速緩慢,E2-2逐漸追上E1-21并合并成新的回波E12。08時(shí),在衢州、龍游又原地新生出單體回波E3、E4,它們與E12同樣也分布在移動(dòng)的軸線上,形成了明顯的中尺度對(duì)流雨帶,且其移動(dòng)方向基本上與其主軸方向一致,對(duì)流雨帶中的每一個(gè)強(qiáng)降水單體依次經(jīng)過(guò)了蘭溪,形成“列車效應(yīng)”。07—11時(shí),這些回波造成蘭溪市普降暴雨,面雨量達(dá)69.7 mm,最大雨量達(dá)134.4 mm。

9日20時(shí)起在江西境內(nèi)的強(qiáng)對(duì)流發(fā)展成颮線,快速東移至浙江境內(nèi),22時(shí)起從衢州開(kāi)始橫掃浙江中南部。23時(shí)52分颮線前沿強(qiáng)回波區(qū)影響永康市,強(qiáng)反射率因子達(dá)45～55 dBZ,颮線整體移速約為60 km/h。但從連續(xù)幾個(gè)時(shí)次永康境內(nèi)的回波情況可知,颮線前沿雖然東移,但颮線北段位于永康境內(nèi)的強(qiáng)回波不斷發(fā)展,范圍增大,且回波的移動(dòng)方向也呈東北向,移入加強(qiáng),移出減弱,使得永康市內(nèi)的高強(qiáng)度回波維持了約1.5 h,構(gòu)成了一定程度上的“列車效應(yīng)”。而颮線南段則表現(xiàn)為帶狀回波快速東移,如麗水松陽(yáng)站,00時(shí)03分強(qiáng)回波還在站點(diǎn)西側(cè),00時(shí)19分,強(qiáng)回波正好位于站點(diǎn)上,00時(shí)40分強(qiáng)回波已經(jīng)移出松陽(yáng)。

分別對(duì)2個(gè)階段對(duì)流發(fā)展旺盛時(shí)期9日08時(shí)02分和10日00時(shí)40分2個(gè)時(shí)刻，沿1到2、1到2到3進(jìn)行剖面(圖略)。階段1 45 dBZ以上的回波基本上分布在4 km以下,因?yàn)榛夭ň嚯x衢州站較遠(yuǎn),3 km以下的回波雷達(dá)探測(cè)不到,故剖面無(wú)法顯示3 km以下的回波分布狀態(tài)。結(jié)合各個(gè)仰角的強(qiáng)回波分布中心(圖略)比對(duì)發(fā)現(xiàn),階段1的強(qiáng)對(duì)流強(qiáng)回波在垂直方向上的分布比較鉛直。2個(gè)特征均符合強(qiáng)降水回波的特征。階段2中1到2為颮線北段的剖面,45 dBZ的回波也基本上分布在4 km以下,強(qiáng)降水在垂直方向上的分布呈鉛直狀,與階段1形態(tài)相似;而2到3為颮線南段的剖面,結(jié)果顯示強(qiáng)回波的擴(kuò)展高度超過(guò)10 km,且回波出現(xiàn)懸垂結(jié)構(gòu)。結(jié)合實(shí)況階段2北部以強(qiáng)降水為主,局部站點(diǎn)出現(xiàn)6級(jí)大風(fēng),而南段則出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水和8級(jí)以上雷雨大風(fēng)。

從平均徑向速度產(chǎn)品(圖略)可知,零等速線呈弓形,開(kāi)口方向?yàn)樨?fù)速度區(qū),故環(huán)境場(chǎng)為輻合場(chǎng)。100 km圈內(nèi)最大的負(fù)速度為20 m/s,最大正速度僅為15 m/s,流入速度大于流出速度,表明預(yù)報(bào)區(qū)上空為輻合。同時(shí),50 km圈內(nèi)負(fù)速度面積大于正速度面積,表示低層也是一個(gè)輻合場(chǎng)。在輻合場(chǎng)中,對(duì)流容易新生和發(fā)展。

5.2 差分反射率因子ZDR、差分傳播相移率KDP、相關(guān)系數(shù)CC的特征

差分反射率因子ZDR是降水粒子水平反射率因子ZH和垂直反射率因子ZV的比值,與降水粒子的尺寸和軸比(粒子的水平軸半徑/粒子的垂直軸半徑)有關(guān),與降水粒子的數(shù)量無(wú)關(guān)。差分反射率可以有效地識(shí)別粒子的尺寸[15]。雨滴越大,ZDR越大[16-17]。對(duì)比9日08時(shí)02分的0.5°仰角雷達(dá)反射率因子和差分反射率因子可知,ZDR與ZH在形狀和強(qiáng)度分布上均有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系,最大的ZH對(duì)應(yīng)最大的ZDR。30 dBZ以下回波對(duì)應(yīng)ZDR值為0～1 dB,這主要是因?yàn)樾∮甑胃咏蛐?因此ZDR接近于0。30 dBZ以上雨滴逐漸變成橢圓形,軸比增大,ZDR逐漸增大。40 dBZ以上回波對(duì)應(yīng)ZDR基本上大于1.2 dB,50 dBZ以上回波對(duì)應(yīng)ZDR大于2 dB,回波越強(qiáng),ZDR越大,最大值超過(guò)3 dB。說(shuō)明造成此階段強(qiáng)降水的雨滴直徑比較大,根據(jù)雨滴直徑和ZDR的理論關(guān)系,雨滴直徑約在1.3～3.0 mm。蘭溪市姚郎站9日08時(shí)、09時(shí)、11時(shí)的3個(gè)小時(shí)降水量分別為43.3 mm、38.8 mm、34.5 mm,相應(yīng)的ZDR在該站點(diǎn)值均達(dá)到1.75 dB以上,60%的時(shí)間大于2 dB,最大達(dá)3.06 dB?？梢?jiàn)在一定的持續(xù)時(shí)間下,雨滴較大也是累計(jì)雨量達(dá)到大暴雨的重要因素之一。

差分傳播相移率KDP是指在特定距離內(nèi)水平和垂直偏振回波的相位差。KDP隨粒子橢率的增大而增大,與粒子的密度有關(guān)。用KDP估測(cè)降水時(shí),因其對(duì)雨滴譜變化較不敏感,與降水率幾乎是線性關(guān)系,所以能夠得到較為精確的結(jié)果,而且不受冰雹影響。9日08時(shí)02分KDP的大值分布與ZH回波強(qiáng)度也有很好的對(duì)應(yīng),并且與35 dBZ以上的強(qiáng)回波分布基本吻合。35 dBZ以下回波對(duì)應(yīng)KDP為0,35 dBZ以上回波強(qiáng)度增加,KDP迅速增加。說(shuō)明KDP對(duì)強(qiáng)降水更敏感,更能反映強(qiáng)降雨的特性。KDP大值在2°/km以上,中心值達(dá)到3°/km以上,大值區(qū)表明此處有大量呈水平向的粒子,KDP顯著增大的區(qū)域?yàn)閺?qiáng)降水區(qū)域。

相關(guān)系數(shù)CC描述水平和垂直極化回波信號(hào)變化的相似度,粒子的形狀和空間取向以及降水粒子的數(shù)量是影響其值的主要因素。從9日08時(shí)02分、10日00時(shí)40分的CC產(chǎn)品圖(圖略)可以看出,30 dBZ以上的回波對(duì)應(yīng)的CC為0.995,整體較為平滑,最強(qiáng)回波處對(duì)應(yīng)的CC并不是最強(qiáng)的,但為0.98以上,說(shuō)明其對(duì)強(qiáng)降水的反應(yīng)不敏感,不能很好地指示強(qiáng)降水區(qū)。30 dBZ以下回波對(duì)應(yīng)的CC值比較雜亂零散,很多為0.9以下,主要原因是弱回波信噪比較低,CC受信噪比影響,計(jì)算失誤較大,數(shù)據(jù)質(zhì)量較差。

6 地 形

該次降水過(guò)程出現(xiàn)的累計(jì)雨量較大的站蘭溪站、姚郎站、西溪站均分布在山地迎風(fēng)坡上,當(dāng)氣流過(guò)山時(shí),迎風(fēng)坡上升運(yùn)動(dòng)加強(qiáng),對(duì)降水有增幅作用。其中蘭溪、姚郎站所在的北山走向與西南風(fēng)向夾角接近垂直,其海拔也高于西溪站所在的山脈,地形造成的垂直運(yùn)動(dòng)更強(qiáng),對(duì)降水的增幅作用更加顯著,是階段1累計(jì)雨量較大的原因之一。另外,蘭溪、永康為金華地區(qū)的小盆地,盆地走向?yàn)闁|北—西南向,與當(dāng)日的引導(dǎo)氣流風(fēng)向基本一致,有利于對(duì)流單體排列成帶狀形成中尺度對(duì)流系統(tǒng);階段2為颮線系統(tǒng),但其北段在永康境內(nèi)仍出現(xiàn)了一定程度的列車效應(yīng),與其盆地地形呈匯合狀有一定的關(guān)系,氣流在山前輻合,造成新生和加強(qiáng),并沿盆地移動(dòng)。

7 結(jié) 語(yǔ)

本文分析了2020年5月9—10日發(fā)生在浙江中南部的一次短時(shí)強(qiáng)降水天氣過(guò)程。此過(guò)程爆發(fā)了2波強(qiáng)對(duì)流,均有降水時(shí)間短、小時(shí)雨強(qiáng)強(qiáng)、累計(jì)雨量大、降水時(shí)空分布不均等特點(diǎn);階段1累計(jì)雨量更大,階段2小時(shí)雨強(qiáng)更強(qiáng)且伴有8級(jí)以上雷雨大風(fēng)。

通過(guò)分析2個(gè)階段的環(huán)流背景和物理量發(fā)現(xiàn)：(1)2個(gè)階段對(duì)流均發(fā)生在副高北緣、700 hPa西南急流軸出口、850 hPa濕舌中,地面冷鋒、干線和超低空輻合線共同觸發(fā)了強(qiáng)對(duì)流。階段2高空槽更靠近預(yù)報(bào)區(qū),西南氣流更強(qiáng),暖平流更明顯,冷暖交匯的斜壓性更強(qiáng),深層垂直風(fēng)切變也增強(qiáng),強(qiáng)對(duì)流的強(qiáng)度和范圍均較階段1強(qiáng);(2)2個(gè)階段均具備高溫高濕的條件,尤其是低層水汽飽和對(duì)短時(shí)大暴雨的發(fā)生有很重要的指示作用;但階段2濕層厚度和空氣的飽和程度均比階段1略差,且低層水汽通量散度也比階段1小,故階段2降水總量小于階段1。

分析此過(guò)程2個(gè)階段的雙偏振雷達(dá)特征發(fā)現(xiàn):(1)階段1、2分別爆發(fā)了強(qiáng)多單體風(fēng)暴和颮線;強(qiáng)多單體風(fēng)暴和颮線北段回波強(qiáng)度在55 dBZ以下且回波質(zhì)心較低,以短時(shí)強(qiáng)降水為主;颮線南段回波強(qiáng)度最大達(dá)55 dBZ以上,回波質(zhì)心達(dá)10 km以上,且有垂懸結(jié)構(gòu),出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水伴隨雷雨大風(fēng);階段1“列車效應(yīng)”、移動(dòng)方向上降水系統(tǒng)的尺度均較階段2明顯,降水系統(tǒng)持續(xù)的時(shí)間也更長(zhǎng),故累計(jì)雨量更大;(2)短時(shí)暴雨區(qū)(ZH為35～55 dBZ)的ZDR、KDP均隨著回波強(qiáng)度ZH的增大而增大,ZDR為1.2～4 dB,KDP為1～3°/km,且3者最大中心基本重疊,表明暴雨區(qū)雨滴濃度大、直徑大、降水效率高;在ZH相同的情況下,更大的ZDR、KDP有更大的降水;(3)35 dBZ以下回波對(duì)應(yīng)的KDP為0,35 dBZ以上回波強(qiáng)度增加，KDP迅速增加,說(shuō)明KDP對(duì)強(qiáng)降水更敏感;(4)30 dBZ以上的回波對(duì)應(yīng)的CC為0.995以上,但最強(qiáng)回波處對(duì)應(yīng)的CC并不是最強(qiáng)的,說(shuō)明其對(duì)強(qiáng)降水的反應(yīng)不敏感,不能很好地指示強(qiáng)降水區(qū)。

此外,地形的迎風(fēng)坡對(duì)此次降水有一定的增幅作用,地形走向與引導(dǎo)氣流一致,對(duì)“列車效應(yīng)”有一定的貢獻(xiàn)。