短时强降水的多普勒雷达特征分析_彭九慧

短时强降水的多普勒雷达特征分析彭九慧 洪淑娥 刘文辉（承德气象局，承德， 067000）摘要选取2007年7月-2008年10月承德市39次短时强降水天气的雷达产品资料和常规观测资料,对于强降水开始前和强降水期间的雷达反射率因子、径向速度、垂直累积液态水含量、回波顶高等雷达产品进行分析发现：（1）承德短时强降水均由强单体风暴或多单体风暴弥合成的带状、片状积层混合回波造成，短时强降水回波的生成可分为回波移动型、聚合加强型、本地汇聚型、暴雨型4个型；回波移动型的最强回波在38-58dBz之间，最强回波顶高在10-11 km；本地汇聚型的特征是回波范围更大，持续时间更长，最大回波强度48-53dBz，回波顶高在10 km。

聚合加强型与暴雨型具有回波强度更强，强中心高度更高，造成的天气更剧烈、降水时段更集中的特点，两者的最强回波均在53-58dBz之间，当伴有强对流天气时最强回波可达63dBz,最强回波顶高在11 km以上，暴雨型持续的时间更长，雨量更大（2）承德短时强降水的径向速度的共同特征是中低层有入流急流或逆风区，入流急流导致中低层的中尺度辐合和逆风区形成的中小尺度辐合，导致降水回波的汇聚和发展，是形成短时强降水的根本原因。

回波移动型入流急流最显著的特征是水平方向有中小尺度的风速辐合，垂直方向有风速切变。

聚合加强型一般有风场辐合线或风场辐合速度对存在，本地汇聚型的平均径向速度特征是零速度线由不连续变为连续，同一高度，入流速度大于出流速度，入流面积大于出流面积，大范围汇合型流场，强降水区均有逆风区存在。

暴雨型一般有偏南急流和逆风区同时存在，有时中尺度辐合线、风场辐合速度对、中气旋。

（3）回波移动型垂直液态水数值，一般在13-28 kg.m-2.之间，聚合加强型垂直液态水数值在28-33 kg.m-2.之间，本地汇聚型垂直液态水数值在23-28 kg.m-2.之间，暴雨型垂直液态水数值较大，且不断跃增、骤减，跃增数值一般在28-43kg.m-2之间。

关键词：资料 分型 回波特征 对比分析引言承德市地处山区，是短时强降水的频发地区,局地的短时强降水可造成山洪暴发，进而引发泥石流等地质灾害，承德市每年都有因局地山洪暴发造成的人员伤亡。

因此具有尺度小、突发性强、灾害大、预报难度大的特点。

随着多普勒天气雷达布网的发展，高时空分辨率的雷达产品大大增强了对短时和临近灾害性天气的监测和预警能力，目前对短时强降水的雷达特征分析和预警方面，很多专家作了大量的研究工作。

但是侧重点不同，有的侧重于速度辐合风场特征的分析[1-2]，有的侧重于回波强度和移向的研究[3]，取得了很多有益的结论，但是这些研究大多局限于各自的地区。

本文应用承德市多普勒天气雷达（CINRAD-CB）资料，对2007 -2008年承德市短时强降水天气进行分析和总结，为做好短时强降水预警提供依据。

1 资料的来源和特征选取2007年7月-2008年10月承德市39次短时强降水天气（1小时降水量＞10mm）的雷达产品资料和常规观测资料对于强降水开始前和强降水期间的雷达反射率因子、径向速度、垂直累积液态水含量、回波顶高等雷达产品进行分析，本文重点就10个不同类型的典型（1小时降水量≥15mm）短时强降水个例进行回波特征分析。

基金项目：河北省气象局科研开发项目“新一代雷达在承德灾害性天气短时预报中的应用”资助（本文已在《干旱气象》2010年第2期发表）2 短时强降水的分型承德的短时强降水，全部出现在6-10月，同一时次单站出现短时强降水的频率为85%，在适宜的风场条件下，全是由强单体风暴或多单体风暴弥合成的带状、片状积层混合回波造成，39个个例均是阵性降水，其中有38次是伴有雷暴或强雷暴的对流性降水。

短时强降水回波的生成可分为4个型：（1）回波移动型，外地移来的降水回波，移动缓慢停滞，引起当地的短时强降水；该型回波特点是，降水强度小，持续时间长（图1a）。

（2）聚合加强型，受中小尺度辐合影响外地移来的回波在本地加强或与本地块状回波聚合加强，特点是雨强大，持续时间短，1小时雨量主要集中在3-5个体扫（图1b）。

（3）本地汇聚型，受大范围环境汇合流场的影响，多个零散回波在当地合并范围扩大，强度加强，该型出现强降水的范围广、时间长（图1c）。

（4）暴雨型，沿平均气流的方向，几个对流单体侧向排列，移动与传播的方向相反，或本地强回波与外来回波聚合成带状，带状走向和移向夹角很小，形成“列车效应”（图1d）。

图1承德短时强降水类型模式图（箭头为回波移向）Fig .1 the Chengde short-time strong precipitation type schema chart (arrow carries over for echo) 3各型的雷达回波特征3.1回波移动型该型是积层混合结构的片状回波沿着700hPa的环境风由外地移入，回波移动方向的前部回波梯度较大，而其后部回波梯度较小，在 2-4km之间入流速度大于出流速度，或存在逆风区，中层的风场辐合是导致移入回波发展和维持的主要原因。

如08年6月26日丰宁强降水时段，17：03位于丰宁西部的片状降水回波自西向东移动，最大回波强度只有33dBz,移动过程中不断增强，强回波面积不断增大，18:04最大回波强度已达43dbz，移速缓慢，18-19时丰宁1小时降水量为20.2mm,从径向速度图可以看到，在强降水开始前一个体扫，丰宁上空西南风随高度风速加大，在3.5km入流速度达17m/s，沿径向入流的风速梯度较大(4km风速梯度10 m/s)，在水平方向上有明显的风速辐合。

08年8月10日，隆化强降水时段（16-17时），反射率因子图和丰宁强降水时段差不多，平均径向速度图则表现为，在强降水开始前一个体扫，在2.3km的高度上有明显的逆风区，张沛源等[3]认为逆风区反映了局部整层抬升或强对流内的上升气流引起的水平动量交换过程，这种动量交换影响了水平辐合辐散的强弱和分布，造成中尺度垂直环流的形成，有利于低层水汽的向上输送，也有利于降水粒子的降落。

因此，逆风区引起的中小尺度的风场辐合，是隆化强降水的主要原因（图2）。

图2 08年6月26日丰宁基本反射率因子和平均径向速度及08年8月10日隆化平均径向速度 Fig. 2 08 years on June 26 Fengning basic index of reflection factor and average radial velocity and 08 years on August 10 Longhua average radial velocity3.2聚合加强型该型开始时，本地有零散的小尺度的块状单体发展，当外地有沿着一定方向移动的片状回波过境时，块状单体与片状回波聚合加强并嵌在片状回波中，形成混合回波。

如2008年7月18日围场县在2-3时1小时降水量为18.6 mm,从1.5°仰角的反射率因子图上可以看到，00:15在围场的北部有片状降水回波向南移动，最大回波强度为38dBz，在片状回波移动方向的前部15-30km处，有3个本地生成的块状对流单体发展，最大回波强度在43-48dBz,02:05外移回波与本地对流单体合并增强，强回波范围增大，最大回波强度为53 dBz（图3a），从同时刻的径向速度图图上看到，风随高度顺转，2km以下呈内“弓”型的零速度线表明低层为汇合型流场，围场存在一条远负近正的中尺度辐合线（图3b），陈明轩等[4]认为：低层风场辐合有利于边界层辐合线的形成，而辐合线与对流回波的变化存在着内在联系。

围场的中尺度辐合线导致了块状单体与片状回波聚合加强。

3.3本地汇聚型该型是受大范围环境风场辐合影响，局地生成的对流单体逐渐弥合成片，形成大面积的积层混合回波，范围广、移动缓慢、持续时间长。

这种类型的较少39次仅出现2次，但是每次都有2个县区以上出现短时强降水，如2007年8月7日兴隆县和承德市区在16-17时，17-18连续出现短时强降水16-17时兴隆县1小时时降水量达27.1mm，从反射率因子图上可以看到，14：11在距雷达站150km的范围内有大量的局地生成的块状单体风暴发展，兴隆县刚生成的块状回波强度只有15 dBz（图3c）,同时刻的径向速度图上，回波零散，零速度线不连续，零速度线的不连续表现出风场的垂直切变，在同-高度上，入流速度大于出流速度，特别是在5.5km以上入流速度大于出流速度12m/s，16：32，块状单体逐渐弥合成片，形成尺度达200km以上的大面积混合回波，夹杂其中的兴隆对流单体的最大回波强度达53 dBz，同时有逆风区存在，这种高降水效率的强回波，移动缓慢，持续了30个体扫，速度图上零速度线趋于连续，在1.0km以下风随高度逆转，有弱的冷平流，1.0km以上风随高度顺转，在2.5km以下入流面积远远大于出流面积，环境风场的这种结构，有利于强回波长时间滞留在兴隆上空（图3d）。

图3 2007年7月18日（a、b）与2007年8月7日(c、d)基本反射率因子和平均径向速度 Fig.3 on July 18, 2007 (a, b) and on August 7, 2007 (c, d) basic index of reflection factor and average radial velocity3.4暴雨型该型初始阶段有零散的对流单体生成，后来随着环境风场的变化，对流单体侧向排列，沿风暴承载层风的方向移动，或本地强回波与外来回波聚合成带状，形成含有多个对流单体的中尺度对流系统，由于带状回波的走向和移动方向趋于一致，强回波反复经过同一地点造成该地的强降水。

如2007年7月3日15：16在承德的北部、西部、东部和南部各有一个单体风暴在强烈发展，在风场的作用下，东部、南部的对流单体向东北方向移动，北部、西部的对流单体向东南方向移动，16:48北部回波南下沿速度场的中尺度辐合线与南部、东部块状回波形成尺度为200km左右的东西向带状回波，回波带中心强度为63dbz（伴有冰雹），回波带整体向ESE方向移动，回波带的走向和移动方向夹角＜30°，由于带状回波的西端不断有新的单体生成，东端不断有单体减弱消失，大于35dbz的单体风暴反复经过平泉，导致16-17时平泉县1小时降水量59.2mm（图4a）；16：05的径向速度图上，高低层存在着强的风场垂直切变，平泉1.5°仰角出现了逆风区，逆风区的出现，更导致了中小尺度的辐合加强，风暴强烈发展。

16：36在雷达站的北部、西部均存在强的中尺度辐合线，在1.3km存在24 m/s的入流急流，根据零速度线的走向，可以看出在雷达站的西北部形成一个中尺度辐合中心，汇合的流场加速了单体回波的弥合，沿辐合线生成的风场辐合速度对为带状回波中单体风暴的发展提供了动力条件，。