第32卷第3期 气象研究与应用 V01.32 No.3 2011年9月 JOURNAL OF METEOROL0GICAL RESEARCH AND APPLICATION SeD.2Oll 文章编号:1673—8411(2011)03—0042—04 春季两次强对流天气过程多普勒雷达回波中尺度特征分析 乔 琪,汤 俊 (贵卅l省气象台,贵州贵阳550002) 摘 要:根据贵阳多普勒天气雷达获取的2005年春季贵阳市两次典型的强对流天气过程的雷达径向速度场、垂直液 态水含量和强度场回波资料,结合当日探空、高低空及地面天气形势等资料进行分析,2005年3月28日贵阳市冰雹天 气(以下简称3.28)由经典超级单体引起的强对流天气及4月28日贵阳飑线天气过程(以下简称4.28)的发生、发展, 均有较好的动力和热力条件,层结均表现出了不稳定特征。在多普勒天气雷达产品上,“3.28”属于中一 尺度的经典超 级单体.出现了有界弱回波区,“V”型缺口、三体散射等较清晰的特征性回波;“4.28”是一次明显的飑线过程,具有明显 的“人”字型回波及“弓”型回波特征,径向速度图上,呈现出中一 尺度的(反)气旋性辐合、逆风区、后部人流急流、径向 速度相对大值区、中层径向辐合及风暴右移增强等特征。 关键词:经典超级单体;有界弱回波区;飑线;中气旋 中图分类号:P458 文献标识码:A Mesoscale Characteristics of Doppler Radar Echo in Two Strong Convective Weather Process in Spring Qiao Qi,Tang Jun (Guizhou Meteorological Service,Guiyang Guizhou 550002) Abstract:Basing radial velocity data,vertical liquid water content and echo intensity data of Guiyang Doppler Radar,and the conventional observation data respectively on May 28(,3.383,and on April 28 (,4.28,),2005,The mesoscale characteristics of Doppler radar echo of two s ̄ong convective weather process were analyzed.The results show that there are good dynamical and thermal conditions and instability atmospheric stratification structure during two processes.From Doppler weather radar products, during 3.38 "hail(,4.28 Squall linc)processes,the radar echo characteristic is bounded weak echo region,”V”notch,Three—body scattering C人”and”弓”type echo).On radial velocity map of ,4.28 squall line processes.there are such characteristic as anti—cyclonic or cyclonic convergence, upwind areas,rear inflowing jet,relatively lrage value area of the radial velocity,radila velocity convergence in middle level,storm moving right and enhancing. Key words:Classic super cell;Bounded weak echo region;Squall line;Cyclone 1 引言 空间尺度小。突发性强的特点,是短时预报和防灾减 灾的难点。飑线是一种线状的中尺度深厚对流系统, 冰雹、雷雨、飑线等强对流天气是我省春季最主 具有水平尺度小,时间尺度在4一lOh,可产生强风、 要的灾害性天气,往往造成严重的自然灾害,这种天 雷暴、暴雨、冰雹等强对流天气。早年藤田[1-41等人对 气主要是由中小尺度天气系统造成,一般具有时间、 飑线的结构及特征进行了研究,指出了飑线内的中 收稿日期:2011-07—20 作者简介:乔琪(1978一),女,山东胶州人,工程师,主要从事天气预报方法研究 3期 乔琪,汤俊:春季两次强对流天气过程多普勒雷达回波中尺度特征分析 43 高压和尾流低压结构。很多学者研究了这类强对流 发生发展与大气不稳定以及与风垂直切变等的关 系。新一代天气雷达由于其灵敏度高,可以在反射率 因子和速度图上识别这类强对流系统。Johns和 Doswell注意到弓形回波能在多种天气环境中生成 _5】 Przybylinski识别了一个预示地面大风的与弓形 回波、飑线或超级单体相联系的径向速度特征¨6]。国 内也有一些学者对飑线、强对流单体系统进行研究 E7-12 ̄.总结了一些飑线、雹暴系统的回波特征和结构 特征.对此类强对流天气的预报具有一定的指示意 义。 3月28日傍晚到夜间,贵州省毕节地区的织金 县。安顺市的平坝县,贵阳市城区及花溪区、清镇市, 黔南自治州的惠水、三都、贵定、龙里、平塘等县,黔 东南自治州的榕江县遭受雷雨、冰雹袭击.部分地区 在雷雨中伴有瞬时大风,其中清镇市冰雹最大直径 为4O毫米,部分乡镇灾情较重。4月28日下午到夜 间,贵州中部及以北部分地区出现雷雨冰雹天气过 程,贵阳市区受灾较重。4月28日23时20分,贵阳 市城区出现雷雨天气,在雷雨中夹降冰雹并伴有瞬 时强烈大风,持续时间15分钟左右,降雨量达到 32mm,最大风速达到25.4m 。。 本文通过运用多普勒天气雷达产品对这两次强 对流天气进行分析。以寻找在贵州复杂山地地形下 强对流系统的特征,为今后的短时临近预报预警工 作提供一些帮助。 2大尺度环流背景和影响天气系统 2.1 3.28贵阳市冰雹天气 3月28日500hPa高空我省受南支槽影响. 700hPa我省及周边区域为西南暖湿气流控制. 850hPa宜宾一我省西北部有一切变,08时和14时 的地面图上,我省中部一线维持一条辐合线。由于 500hPa南支波动东移使得低层及地面辐合线锋生. 700hPa的西南暖湿带来了好的水汽和热力条件,并 与辐合线锋生产生的弱冷空气在我省中部交汇,探 空图中(图略),在500hPa及700hPa存在不稳定层 结,0cC层高度为3545m,根据贵州过去的统计分析. 0℃层高度非常有利于降雹。 2.2 4.28贵阳市飑线 4月28日20点500hPa上我省主要受南支小 波动影响,从500hPa到850hPa我省到广西、广东均 为较大的西南风,带来了较好的水汽输送和热力条 件。在大尺度天气背景下,沙氏指数及850hpa与 500hPa两层的@se值之差可以看出大气层结是不 稳定的,从低层到高层均为不稳定层结,0℃层高度 为4883m,不太有利于降雹。在贵阳28日08:00的 静力能量廓线分析图上(图略),静力能量廓线与干 静力能量廓线所包围的面积由下向上减小,这表明 低层潮湿、高层干燥,这是冰雹、强风及飑线天气过 程出现的温、湿状况随高度变化所具有的典型特 征。 3多普勒雷达的回波分析 “3.28”贵阳冰雹过程是一次典型的由经典超级 单体型风暴云形成的强对流天气过程,这个经典超 级单体属于中一 尺度系统,具有单一的特大垂直 环流的巨大强风暴云。由于经典超级单体距贵阳雷 达较近,雷达分辨率较高.“v”型缺口、三体散射等 特征性回波都很清晰。4.28是一次由飑线引起的强 对流天气,飑线过境时贵阳站气象要素变化剧烈,气 温骤降,气压骤升。风向突变.风速突增。 3.1反射率因子 3.1.1 3月28日贵阳市冰雹天气 3月28日15时24分在清镇市南部距离GYR. DA30公里处阵雨回波形成并沿地面辐合线逐渐东 移发展成雷雨回波.16时38分东移加强为60dbz 冰雹云回波,形成超级单体,17时37分超级单体回 波强度升到84dbz,距离GYRDA5km,超级单体开始 向东偏北方向移动,此时超级单体处于发展最旺盛 期,17时40分贵阳市开始降雹,18时02分超级单 体处于成熟阶段,回波强度仍然有80dbz,19时以 后,回波消失。“V”形槽口及三体散射非常明显,冰 雹云的强反射率因子区的回波强度大于80dbz。“V” 形槽口及三体散射是冰雹云回波的一个重要形态特 征。 从17时l2分到17时37分.经典超级单体处 于发展阶段,冰雹云的中层到高层回波分布的平面 位置几乎完全重合,而从冰雹云的低层到高层则出 现明显的斜升气流,同时在冰雹云的低层却持续形 成宽阔的包含云粒子但不包含降水粒子的一个强上 升气流区,也就是有界弱回波区(BWER),它像一个 “穹窿”(图1,见彩页)。这个BWER持续时间长达 20分钟以上,它意味着有一个中气旋存在。在18时 l7分和18时33分反射率因子PPI图上,超级单体 型风暴云呈现从成熟到消亡阶段,风暴云从低层到 气象研究与应用 32卷 高层回波分布的平面位置几乎完全重合,超级单体 从低层到高层则出现明显的正压气流。没有有界弱 回波区(BWER)。 3.1.2 4月28日贵阳市飑线 4月28日下午l5:00左右。从我省西部开始有 阵雨回波发展.并随着我省西北部辐合线的东移南 压而逐渐东移加强,发展成雷雨回波,并形成带状。 到2l:43在距离贵阳雷达站60km左右处回波发展 飑线后部存在一个与其运动方向一致的大风急 流即后部人流急流(RIJ),RIJ是地面强风的来源。可 以作为地面大风的评估依据。此次飑线天气过程后 部人流急流是非常明显的,从22:37开始RU基本 形成,之后在回波的东移过程中一直存在并不断加 强,人流速度最大时达一23.96m・s一。在飑线强回波中 心东移过程中,可观测到强回波移动路径的前侧常 有一个径向速度相对大值区,并表现出中.一y尺度气 成“S”形。中心强度达60DBZ。在其后侧出现了“V” 旋式辐合的流场特征。23:04时在距离贵阳市区约 型槽口(弱回波槽WEC),前侧也出现了人流槽口, 这时飑线已基本形成。2l:52在其前侧的人流槽口 变大,“人”字型回波形成。“人”字型回波东移加强, 23:lO开始影响贵阳。贵阳主要是受“人”型回波左 侧的“S”形回波影响。23:04在飑线影响贵阳前几分 钟。距离贵阳雷达站10km左右的“S”形回波南段呈 明显的弓形.弓形回波是一种对流雷达回波的中尺 度结构。 最强的风一般发生在弓形回波的顶部.也就是 凹状回波移动最快的部分。回波的后部有WEC,表 明大风急流所在。而弓形回波北前侧也有人流槽口。 后侧“V”型槽口回波表明强的下沉气流或者后侧人 流气流,并可能引起破坏性大风,而前侧“V”型槽13 回波表明了强的入流气流进入上升气流,使上升气 流很强。这时的对流非常旺盛。而弓形回波的顶部 即凹状回波部分的前方就是贵阳。贵阳出现了瞬时 强烈大风。最大风速达25.4m・s~。 3.2径向速度 3.2.1 3月28日贵阳市冰雹天气 在28日17时37分冰雹云回波的径向速度图 上可看出(图2,见彩页),它有一个中气旋,中气旋 的最大人流、出流速度中心距雷达等距离,零线基本 呈直线穿过雷达中心,风向随高度不变。在它的左 侧有强烈的上升气流,右侧是下沉气流,而且上升气 流呈螺旋性上升沿雷达径向方向,最大人流速度中 心位于右侧,中气旋为反气旋性旋转。中气旋的核 就在RDA附近.中气旋的延伸厚度大于3km,从 0.50 l9.50o仰角的垂直距离为lkm,在这样高的一 段空间距离上两个气旋中心仍然重合,这说明中气 旋发展旺盛.核区直径大约6km。 在冰雹云的发展阶段,17时27分、17时32分、 17时37分在中气旋出流速度区出现逆风区,逆风 区对应着回波最强的点84dbz(图略)。 3.2.2 4月28日贵阳市飑线 10km处有一个负径向速度相对大值区,径向速度大 小约为一21.32m・s一。 在飑线附近出现了中层径向辐合MARC(图 略),人流速度达一23.96m・S一,辐合较强,说明对流比 较旺盛。由于MARC可以到达中层,雷达可以在相 对较远处就探测到它,结合其它产品,对强风的预警 可以有10~30min的预报提前时间。 飑线的另一个特征:低层阵风锋前辐合、雨区 内下曳气流辐散以及风暴顶的辐散。由图3(见彩 页)分析看出,22:54时,距离雷达14km处,低层有 一人流与出流的辐合区,到了高层l4.6o和19.5o仰 角时距离雷达14km处在低层的辐合区成为辐散 区,对应风暴顶的辐散。雨区一般位于风暴的后部。 前面已经提到在左侧弓形回波的后部有“V”槽口。 表明有下沉气流,与雨区内的下曳气流辐散也是相 对应的。 在图4(见彩页)中,23:04在贵阳雷达西南面负 速度区中包含有小块逆风区,不同的仰角上。此逆风 区由贵阳雷达的西南面逐渐北移到贵阳雷达的正西 面,可以说.有东一东南风的前侧人流进入飑体后右 向爬升,符合风暴右移增强的概念模型。因此,这个 过程将在上升气流的主要部分导致强的、持久的气 旋式旋转。 3.3垂直液态水含量(VIL) 雷雨大风的爆发之前,常发现VIL值突然减 少.这是因为大风的爆发是在单体发展到最强阶段 (VIL最强)后,单体溃塌时降水拖曳和蒸发冷却导 致的。如图5(见彩页),4月28日23:04和23:08 时回波的液态水含量很高,到23:l3贵阳开始降 水。VIL减弱。23:18减弱的更加明显,贵阳正西面 的VIL大值区已消失,此时贵阳开始出现强降水, 两分钟后贵阳出现大风。而3月28日贵阳冰雹过 程并无此特征。 3期 乔 琪,汤 俊:春季两次强对流天气过程多普勒雷达回波中尺度特征分析 45 4 小结 从以上两个个例分析可见: 的分析.加深对贵州强对流天气的认识。 参考文献 [1]Fujit T T.Analytical mesometeorology:A Review of Severe Local Storm[J].Meteor.Monogr.,1963,27: 77-125 (1)“3.28”是一个中一^y尺度的经典超级单体, 有明显的有界弱回波区;“4.28”飑线回波有明显的 “人”字型及“弓”型回波特征。 [2] Johnson R H.Surface mesohigh and mesolows[J]. Bul1.Amer.Meteor.Soc.2000,82:1 3-3 1 (2)“3.28”经典超级单体中冰雹云的“V”型缺 口、三体散射等特征性回波都很清晰,有助于预报员 及时辨别出冰雹云回波;“4.28”贵阳市正位于“弓” [3]Parker M D,r h Johnson.Organizational modes of mid21atitude mesoscale convective systems[3 1.Mon. Wea.Rev.20oo,128:3413-3436 形回波的顶部.贵阳市区出现了1O级大风。因此鉴 别R上的一些特征回波如“V”型缺口、三体散射、 “弓”形回波,监视其演变发展,可及时确定冰雹、大 风等强对流的发生时间和落区。 (3)径向速度,“3.28”含有一个中气旋,“4.28”也 有一个中一 尺度的气旋性辐合,是对流风暴中的 旋转特性。 (4)两次过程均出现了逆风区,对应回波最强的 点,逆风区的位置往往与灾害性天气发生区域相对 吻合,在时间上也有一定的提前量。 (5)“4.28”飑线天气过程径向速度产品上有 RIJ、MARC,辨别它们的位置和强度,可以估算地面 大风。另外.还出现了风暴右移增强的特征及径向 速度相对大值区.是产生冰雹、雷雨大风的重要标 志。 (6)“4.28”飑线天气过程在VIL上也有明显特 征.雷雨大风爆发前.VIL值突然减小,而“3.28”冰 雹过程并无此特征。 (7)由于个例较少以及单步雷达探测的局限性, 诸如径向风场与实际风场之间的不确定性。使得对 强对流天气雷达回波的认识还不够,需要进行更多 [4]Haertel P T, R H Johnson.The linear dynamics of spuall line mesohighs and wake lows[J].Atmos.Sci. 2000,57:93—107 [5]Johns R H,Dosell O C A.Severe local storms fore— casting[J].Wea.Forecasting,1992,7:588-612 [6]Przybylinski R W.The bow echo: Observations, nu— mefical simulations.and severe weather detection meth— ods[J].Wea.Forecasting,1995,10:203—218 [7]廖玉芳,俞小鼎,郭庆.一次强对流系列风暴个例的多 普勒雷达资料分析[J].应用气象学报,2003,6: 656—662 [8]俞小鼎,姚秀萍,熊廷南.多普勒天气雷达原理与业务 应用[M].北京:气象出版社,2006:116—124 [9]罗建英,廖胜石,梁岱云.2005年3月22日华南飑线 的综合分析[J].气象,2006,32(10):70—76 [10]张芳华,张涛,周庆亮.2004年7月12日上海飑线 天气过程分析[J].气象,2005,31(5):47—52 [11]覃靖,潘海,2007年4月17日广西飑线特征分析, 气象研究与应用,2008,29(S1):5-6 [12]黄耀怀,郑艳,林建兴,海南一次飑线过程的多普勒 雷达回波分析,气象研究与应用,2007,28(S2): 53-55