基于新型探測(cè)資料的沈陽(yáng)城區(qū)極端短時(shí)暴雨成因分析

王一文，柴曉玲，李姝婷，于增華，吳舒婷

摘要 利用多普勒雷達(dá)、FY4衛(wèi)星、GNSS、風(fēng)廓線雷達(dá)分析了2019年8月16日沈陽(yáng)短時(shí)暴雨個(gè)例。結(jié)果表明，沈陽(yáng)受到高空冷渦東部和臺(tái)風(fēng)“羅莎”后部云系的共同影響。短時(shí)暴雨發(fā)生前，CAPE達(dá)到874.7 J/kg并形成中層干、下層濕的不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，具有觸發(fā)強(qiáng)對(duì)流天氣的基本條件。本次降水是由后向傳播的雷達(dá)回波單體與塊狀回波不斷合并產(chǎn)生的，回波中心強(qiáng)度維持在45～55 dBZ，地面有風(fēng)切變不斷觸發(fā)、維持系統(tǒng)發(fā)展，GNSS表明PWV1 h最大增量達(dá)到13 mm，這種異常增濕是出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水的主要原因之一。

關(guān)鍵詞 風(fēng)廓線雷達(dá);短時(shí)暴雨;GNSS

中圖分類號(hào)：P426 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2022）03–0119–03

近年來(lái)，極端降水事件的發(fā)生頻率在我國(guó)呈上升態(tài)勢(shì)，眾多學(xué)者對(duì)此做了大量研究[1-5]，結(jié)果表明，熱力因子、動(dòng)力因子和水汽條件和極端暴雨的關(guān)系十分密切[6-7]。

沈陽(yáng)位于遼寧中部地區(qū)，地處平原，是東北地區(qū)重要的交通樞紐，具有重要的政治、經(jīng)濟(jì)、文化意義。因此，深入研究本地極端暴雨成因?qū)μ岣呓邓A(yù)報(bào)水平具有重要意義。將利用多源資料對(duì)此次極端短時(shí)暴雨進(jìn)行分析，為以后的極端降水事件預(yù)報(bào)提供參考。

1 天氣實(shí)況

2019年8月16日17：30～19：00沈陽(yáng)城區(qū)出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水，自動(dòng)站資料顯示，2019年8月16日17：00～17日8：00沈陽(yáng)市和平區(qū)南湖街道沈水灣公園站累計(jì)降水量132.1 mm，17：55～18：55降水量為100.8 mm，同時(shí)本次天氣過(guò)程中出現(xiàn)了冰雹、短時(shí)大風(fēng)等強(qiáng)對(duì)流天氣。

2 成因初步分析

2.1 環(huán)境背景分析

沈陽(yáng)位于高空冷渦東部，同時(shí)受臺(tái)風(fēng)“羅莎”后部云系影響，高層以西南氣流為主，中低層受偏北氣流控制，高低空沈陽(yáng)地區(qū)相對(duì)濕度大于70%，并有冷濕氣流不斷影響沈陽(yáng)地區(qū)，有利于水汽輸送、凝結(jié)（圖1）。

根據(jù)16日14：00、17：00沈陽(yáng)探空預(yù)報(bào)（圖2），低層850 hPa以下為一致的西北氣流，700 hPa以上風(fēng)向隨高度逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，14：00 CAPE值764.8 J/kg，17：00 CAPE值874.7 J/kg，對(duì)流抑制能量均較弱，較弱的輻合抬升可以觸發(fā)對(duì)流系統(tǒng);14：00、17：00抬升凝結(jié)高度較低，位于925 hPa，從925 hPa～800 hPa溫度露點(diǎn)差均小于3℃，水汽條件較好，易于抬升凝結(jié)產(chǎn)生降水;中層700 hPa水汽條件較差，與低層形成中層干、下層濕的不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，有利于觸發(fā)對(duì)流天氣。

2.2 雷達(dá)特征分析

8月16日傍晚，有對(duì)流系統(tǒng)自西向東移動(dòng)，沈陽(yáng)位于對(duì)流系統(tǒng)的東側(cè)。17：38回波系統(tǒng)東側(cè)形成一條“東南—西北偏北”方向的帶狀回波，帶狀回波南部有多個(gè)對(duì)流單體形成，并影響沈陽(yáng)市區(qū)，沈陽(yáng)市多個(gè)氣象自動(dòng)站開始出現(xiàn)降水。18：01帶狀回波南部的對(duì)流單體合并形成一個(gè)中β尺度的塊狀回波，其0.5°仰角回波中心強(qiáng)度達(dá)到56.5 dBZ，氣象自動(dòng)站沈水灣公園開始出現(xiàn)降水，且10 min降水量達(dá)到19.3 mm。18：00開始，北部帶狀回波結(jié)構(gòu)逐漸松散，并分裂成多個(gè)塊狀回波，南部的中β尺度塊狀回波維持在沈陽(yáng)市區(qū)上空，其后部不斷有新生單體生成并與塊狀回波合并，回波中心強(qiáng)度維持在45～55 dBZ。18：51，南部的中β尺度塊狀回波開始減弱，并以 30～40 dBZ的回波強(qiáng)度緩慢向東移動(dòng)。17：55～18：55氣象自動(dòng)站沈水灣公園累計(jì)降水100.8 mm。19：00沈陽(yáng)市區(qū)降水強(qiáng)度迅速減弱（圖3）。

2.3 風(fēng)云四號(hào)衛(wèi)星多光譜通道特征分析

從風(fēng)云四號(hào)衛(wèi)星云圖和EC預(yù)報(bào)場(chǎng)（圖4）來(lái)看，17：00 500 hPa冷渦中心位于遼寧西北部，850 hPa在葫蘆島地區(qū)存在渦旋中心，沈陽(yáng)市地區(qū)恰好位于渦旋云團(tuán)的東部邊界，可見(jiàn)光云圖顯示沈陽(yáng)地區(qū)存在對(duì)流云，但強(qiáng)對(duì)流云特征并不明顯。從水汽云圖來(lái)看，沈陽(yáng)地區(qū)存在明顯的水汽亮溫區(qū)，表明此區(qū)域?yàn)樯仙龑?duì)流區(qū)，在水汽亮溫區(qū)的南部存在亮區(qū)和暗區(qū)交匯，說(shuō)明同時(shí)存在上升氣流和下沉氣流，對(duì)流系統(tǒng)發(fā)展強(qiáng)烈;沈陽(yáng)市區(qū)位于水汽亮溫區(qū)東側(cè)亮區(qū)與暗區(qū)交界處，西側(cè)的上升氣流與東側(cè)暗區(qū)的下沉氣流形成了垂直方向的明顯次級(jí)環(huán)流，有利于強(qiáng)對(duì)流天氣的形成;同時(shí)結(jié)合850 hPa風(fēng)場(chǎng)可知，有偏北風(fēng)從水汽亮溫區(qū)向沈陽(yáng)地區(qū)輸送水汽，使得沈陽(yáng)地區(qū)濕度不斷增加，出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水。

2.4 GNSS水汽資料特征分析

8月16日15：00，沈陽(yáng)市區(qū)大氣可降水量（preipitable water vapor，PWV）為39 mm，18：00 PWV增加至52 mm，沈陽(yáng)地區(qū)GNSS 1 h最大增量達(dá)13 mm，說(shuō)明沈陽(yáng)市區(qū)上空有明顯增濕過(guò)程。從PWV異常值分析，18：00，PWV異常指數(shù)為1.17，沈陽(yáng)市區(qū)水汽聚集主要受冷濕的偏北氣流影響，使得沈陽(yáng)市水汽條件較歷史同期偏高（圖5）。

2.5 風(fēng)廓線雷達(dá)WPR特征分析

根據(jù)圖6可知，8月16日16：10～16：50地面到3 000 m高度的垂直速度為負(fù)值，且負(fù)值范圍不斷向上延伸，可達(dá)到4 000 m以上高空。說(shuō)明在沈陽(yáng)出現(xiàn)降水前，地面到700 hPa上有上升氣流。700 hPa以上垂直速度為正值，說(shuō)明中高層為下沉氣流，其與底層上升氣流相遇易于觸發(fā)對(duì)流系統(tǒng)。16：50整層垂直速度均轉(zhuǎn)為正值，此時(shí)沈陽(yáng)開始出現(xiàn)降水。

水平風(fēng)場(chǎng)上，17：20在4 000 m高度上出現(xiàn)20 m/s以上的大風(fēng)，17：35分大風(fēng)傳播至3 000 m高度，從17：00開始不斷有大風(fēng)從5 000 m以上高空向低空傳播，使得中低層輻合持續(xù)加強(qiáng)。同時(shí)，17：00～18：35水平風(fēng)場(chǎng)的中低層持續(xù)有風(fēng)切變影響沈陽(yáng)市區(qū)，有利于降水系統(tǒng)的不斷觸發(fā)和維持加強(qiáng)。17：50沈陽(yáng)沈水灣公園開始出現(xiàn)降水。

3 小結(jié)

結(jié)合多普勒雷達(dá)、風(fēng)廓線雷達(dá)、GNSS水汽資料、FY4衛(wèi)星數(shù)據(jù)對(duì)2019年8月16日沈陽(yáng)極端短時(shí)暴雨進(jìn)行分析，從水汽、動(dòng)力方面分析了此次極端暴雨特征。

（1）2019年8月16日沈陽(yáng)城區(qū)短時(shí)暴雨過(guò)程中，沈陽(yáng)受到高空冷渦東部和臺(tái)風(fēng)“羅莎”后部云系的共同影響。

（2）短時(shí)暴雨發(fā)生前，沈陽(yáng)市CAPE達(dá)874.7 J/kg，形成中層干、低層濕的不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，具有觸發(fā)強(qiáng)對(duì)流天氣的基本條件。

（3）通過(guò)多種探測(cè)資料可以發(fā)現(xiàn)，本次降水是由后向傳播的雷達(dá)回波單體與塊狀回波不斷合并產(chǎn)生，回波中心強(qiáng)度維持在45～55 dBZ，地面有風(fēng)切變不斷觸發(fā)和維持系統(tǒng)發(fā)展，GNSS表明PWV 1 h最大增量達(dá)13 mm，沈陽(yáng)地區(qū)異常增濕時(shí)地面出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水的主要原因。

利用新型探測(cè)資料GNSS可以探測(cè)到水汽變化，風(fēng)廓線雷達(dá)可以揭示近地面風(fēng)場(chǎng)的細(xì)微結(jié)構(gòu)。

參考文獻(xiàn)

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責(zé)任編輯：黃艷飛

Analysis of an Extreme Short-term Rainstorm of the City Proper of ShenYang Based on New-Type Observational Data

WANG Yiwen et al（Liaoning Meteorological Disaster Monitoring and Early Warning Centre， Shenyang， Liaoning 110166）

Abstract Based on conventional obser-vation，F(xiàn)Y4 satellite， Doppler radar data， GNSS data and? WPR （wind profile radar ） data to analysis an extreme short-term rainstorm occurred on August 16th 2019 ，the results shows that ：Shenyang is affected by the eastern high-altitude cold vortex and the cloud system behind typhoon Rosa. Before the short-term heavy rain， the CAPE reached 874.7 J/kg and formed an unstable structure with a dry middle layer and a wet lower layer， which had the basic conditions for triggering strong convective weather. This precipitation is generated by the continuous merger of backward propagating radar echo monomers and block echoes. The echo center intensity is maintained at 45～55 dBZ. The wind shear on the ground continues to trigger and maintain the development of the system. GNSS indicates that the maximum increment of one hour of the PWV had reached 13 mm， and this abnormal humidification is one of the main reasons for the occurrence of short-term heavy precipitation.

Key words Wind profile radar;A short rainstorm; GNSS