毛榮方，沈永生，章達(dá)華，杜大梁，宋亞杰

（1.福建省將樂縣氣象局，福建 將 樂353300；2.福建省三明市氣象局，福建 三 明365000；3.黑龍江省寧安縣氣象局，黑龍江 寧 安157401）

1 引言

近年來天氣預(yù)報(bào)技術(shù)得到重大改進(jìn)，以雷達(dá)和衛(wèi)星為主的遙感觀測技術(shù)得到廣泛的發(fā)展和應(yīng)用。對天氣雷達(dá)、氣象衛(wèi)星等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測、追蹤、分析，是提高短時(shí)災(zāi)害天氣預(yù)警水平的重要途徑。近20年來，國內(nèi)外氣象工作者針對短時(shí)對流災(zāi)害性天氣預(yù)警開展了廣泛的研究工作，并取得長足進(jìn)展。如英國20世紀(jì)80年代的FRONTIERS系統(tǒng)、90年代的NIMROD系統(tǒng)和21世紀(jì)初的GANDOLF系統(tǒng)。美國在20世紀(jì)90年代完成多普勒天氣雷達(dá) WSR－88D布網(wǎng)之后，立即著手以雷達(dá)探測為基礎(chǔ)的強(qiáng)風(fēng)暴臨近預(yù)報(bào)系統(tǒng)的研究，如美國國家大氣研究中心（NCAR）研究開發(fā)了臨近預(yù)報(bào)系統(tǒng)ANC系統(tǒng)等。

目前開展暴雨強(qiáng)對流天氣的臨近預(yù)警報(bào)業(yè)務(wù)的主要途徑通過預(yù)報(bào)員綜合分析各種探測資料、短時(shí)預(yù)警的各種客觀產(chǎn)品，并以β中尺度、風(fēng)暴尺度對流系統(tǒng)物理概念模型等為基礎(chǔ)，采用經(jīng)驗(yàn)識別和外推。因此，如何根據(jù)雷達(dá)觀測識別暴雨回波、確定降雨量對暴雨預(yù)警十分重要。2010年6月14～26日福建省出現(xiàn)了歷史罕見的持續(xù)性暴雨天氣過程，此次暴雨的強(qiáng)對流特征明顯，各別鄉(xiāng)鎮(zhèn)最大6h雨量達(dá)228mm，造成了嚴(yán)重的洪澇災(zāi)害。本文利用福建省多普勒雷達(dá)觀測此次暴雨天氣過程重點(diǎn)研究暴雨回波系統(tǒng)的一些基本特征，并利用新一帶多普勒天氣雷達(dá)產(chǎn)品如何在暴雨回波分析方面進(jìn)行簡述，為暴雨臨近預(yù)警提供參考。

福建省2010年6月14～26日發(fā)生的歷史罕見的持續(xù)性暴雨天氣過程中，共有59個(gè)縣（市、區(qū)）的737個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)雨量超過250mm，其中內(nèi)陸地區(qū)共有25縣（市、區(qū)）155個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)超過500mm，以建寧櫻桃?guī)X的857.7mm最大。3個(gè)雨量集中區(qū)分別在武夷山至光澤一帶、建寧至泰寧一帶和順昌至南平一帶。

此次連續(xù)性暴雨天氣過程有5個(gè)特點(diǎn)：持續(xù)時(shí)間長，連續(xù)13d暴雨；過程雨量多：21個(gè)縣（市、區(qū)）偏多2倍以上，5個(gè)縣（市、區(qū)）偏多3倍以上；范圍廣，64個(gè)縣市暴雨日大于等于1d，59個(gè)縣市暴雨日大于等于2d，43個(gè)縣市暴雨日大于等于4d；（4）降水強(qiáng)度大，閩北順昌、武夷山和延平3個(gè)縣（市、區(qū)）最大的日降水量突破有氣象記錄以來最高值；強(qiáng)降水區(qū)域集中，大暴雨和特大暴雨主要集中在南平和三明兩地市。過程總雨量超過600mm的16個(gè)縣市中有13個(gè)縣市集中在南平和三明市。

2 β中尺度暴雨回波基本特征

2.1 暴雨回波的形態(tài)、強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)特征

暴雨是一種中尺度現(xiàn)象，它是由組織化中尺度對流系統(tǒng)產(chǎn)生。雷達(dá)觀測的放射率因子在一定程度能夠放映中尺度系統(tǒng)的活動(dòng)。因此，從雷達(dá)觀測上，對暴雨回波基本特征的認(rèn)識有助于暴雨β中尺度系統(tǒng)的監(jiān)測預(yù)警。根據(jù)對福建省2010年6月14～26日連續(xù)性暴雨中主要降水時(shí)段降水區(qū)域的暴雨回波特征分析，歸納出此次暴雨回波的形態(tài)、強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)等基本特征。

從表1可見，此次連續(xù)性暴雨中暴雨回波主要表現(xiàn)為：β中尺度的帶狀暴雨回波，主要表現(xiàn)為二種形式：一是由單體構(gòu)成的帶狀，二是由回波團(tuán)構(gòu)成的帶狀；β中尺度的團(tuán)狀暴雨回波，其中包括密實(shí)性團(tuán)狀暴雨回波和離散型團(tuán)狀暴雨回波；多條平行帶。

帶狀暴雨回波較團(tuán)狀降水回波產(chǎn)生的大暴雨的幾率大，日大暴雨站次大于等于3站的5d中，主要影響回波有4d為帶狀暴雨回波，1d為團(tuán)狀、帶狀混合暴雨回波。而在暴雨方面，帶狀暴雨回波與團(tuán)狀暴雨回波所產(chǎn)生的站次幾率無明顯差異，這與帶狀回波與移向夾角、團(tuán)狀回波的范圍大小相關(guān)。

從水平結(jié)構(gòu)上可以發(fā)現(xiàn)此次暴雨回波具有多尺度特征，較大的β中尺度回波團(tuán)或帶內(nèi)，常鑲嵌著若干較小的γ中尺度的對流單體或較小的β中尺度對流回波團(tuán)。不同尺度的回波生命史有很大差異，如較大的β中尺度有較長的生命史，而鑲嵌其中的若干較小的γ中尺度的對流單體生命史短。在垂直結(jié)構(gòu)上，多為層積混合性降水，對流回波頂高不高，回波強(qiáng)度不強(qiáng)，回波強(qiáng)度多為30～45dBz之間，各別達(dá)50dBz，但范圍廣，強(qiáng)回波集中在對流層中下層。這種結(jié)構(gòu)與產(chǎn)生冰雹、雷雨大風(fēng)的強(qiáng)風(fēng)暴強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)多達(dá)到對流層中高層有著顯著的差異。在實(shí)際業(yè)務(wù)工作中，不同于冰雹回波著重于單體識別，暴雨回波的識別和臨近預(yù)報(bào)關(guān)鍵需引起注意的是要抓住較大的β中尺度回波系統(tǒng)的活動(dòng)，從整體上把握β

表1 暴雨回波形態(tài)強(qiáng)度結(jié)構(gòu)基本特征一覽

中尺度暴雨回波系統(tǒng)的發(fā)生發(fā)展過程，而不是從局部來分析研究一個(gè)對流單體的演變。

2.2 暴雨回波系統(tǒng)的走向、移動(dòng)與持續(xù)性強(qiáng)降水的關(guān)系

降雨量是雨強(qiáng)對時(shí)間的積分。因此，暴雨回波要有一定的強(qiáng)度和尺度。以Doswell給出的暴雨的走向、移動(dòng)與降水的關(guān)系圖結(jié)合此次連續(xù)性暴雨過程中暴雨回波來定性討論暴雨回波降水的特點(diǎn)（圖1）。以帶狀暴雨回波為例，持續(xù)性強(qiáng)降水除與回波帶的強(qiáng)度、尺度、移動(dòng)速度有關(guān)外，還與回波帶上的單體或回波團(tuán)的移動(dòng)與回波帶的夾角有關(guān)，夾角越小強(qiáng)降水持續(xù)時(shí)間越長。圖1a兩者夾角幾乎為90°，強(qiáng)降水持續(xù)時(shí)間短，暴雨多為單峰型，總雨量相對較少（以下稱為a型帶狀回波）；圖1b夾角較小，強(qiáng)降水持續(xù)時(shí)間長，暴雨多為多峰型（以下稱為b型帶狀回波）；圖1c除夾角小外且有層狀云降水，雨強(qiáng)雖不大，但因持續(xù)時(shí)間長總雨量也較大（以下稱為c型帶狀回波）；圖1d夾角基本為零，多個(gè)強(qiáng)單體的強(qiáng)降水回波經(jīng)過同一地區(qū)，又稱“火車型”回波，由于雨強(qiáng)大持續(xù)時(shí)間長，易造大暴雨或特大暴雨（以下稱為d型帶狀回波）。

圖1 對流回波帶走向與對流單體移動(dòng)之間的關(guān)系

從表1中可見，在13d的連續(xù)性暴雨過程中，b型、c型、d型帶狀回波由于影響的時(shí)間較長，造成的大暴雨站數(shù)也相對較多，團(tuán)狀回波造成的大暴雨站數(shù)次之，a型帶狀回波由于影響時(shí)間較短，造成的大暴雨站數(shù)最少。

圖2 6月23日11時(shí)20分建陽雷達(dá)回波及建寧縣23日00～13時(shí)逐小時(shí)雨量

圖3 6月23日08時(shí)56分龍巖雷達(dá)回波及清流縣21日06～17時(shí)逐小時(shí)雨量

本文分別選取了兩個(gè)典型帶狀暴雨回波過程，圖2為d型帶狀回波，圖3為a型帶狀回波。從逐小時(shí)雨量圖中可見，圖2有3個(gè)峰值，且持續(xù)時(shí)間長達(dá)13h，雨量達(dá)201.3mm，而圖3僅有一個(gè)峰值，雖然峰值較圖2峰值大，但由于持續(xù)時(shí)間短，僅5h，雨量相對較少達(dá)61.5mm。

2.3 VIL產(chǎn)品在暴雨回波中的分析

垂直積分液態(tài)水含量VIL（Vertically Integrated Liquid water content）的值是單位面積氣柱內(nèi)的液態(tài)水總量，VIL與強(qiáng)對流回波的強(qiáng)度及伸展的高度有關(guān)，是一個(gè)放映風(fēng)暴三維特征的物理量。對整個(gè)福建“6.14～26”持續(xù)性暴雨回波統(tǒng)計(jì)表明（表1），此次對流性暴雨回波統(tǒng)計(jì)表明對應(yīng)的VIL大多在5～10kg/m2，個(gè)別高中心可以達(dá)到20kg/m2。過程中無明越升，變化平緩，較冰雹大風(fēng)回波有著明顯差異。

3 暴雨回波發(fā)生及發(fā)展

在此次持續(xù)性暴雨天氣過程暴雨回波分析中，可以發(fā)現(xiàn)：暴雨回波易在弱回波區(qū)域邊緣發(fā)生，一般降水區(qū)域可以看成是一個(gè)冷區(qū)，無降水區(qū)特別是在西南暖濕氣流活動(dòng)的無降水區(qū)可以看成一個(gè)暖區(qū)，交界處則可以看成一個(gè)中尺度鋒面，此時(shí)在交界處有中尺度的對流系統(tǒng)發(fā)生發(fā)展；暴雨回波易在兩個(gè)或多個(gè)回波系統(tǒng)匯合的地方加強(qiáng)，這主要源于近地面不同來向的氣流匯合導(dǎo)致邊界輻合的加強(qiáng)；對流單體群發(fā)展，并逐漸匯合的時(shí)候，可能有暴雨回波系統(tǒng)發(fā)展。

4 結(jié)語

（1）福建省2010年6月14～26日連續(xù)性暴雨中暴雨回波主要表現(xiàn)為β中尺度的帶狀暴雨回波、β中尺度的團(tuán)狀暴雨回波、多條平行帶暴雨回波。帶狀暴雨回波較團(tuán)狀降水回波產(chǎn)生的大暴雨的幾率大，而在暴雨方面，帶狀暴雨回波與團(tuán)狀暴雨回波所產(chǎn)生的站次幾率無明顯差異。

（2）水平結(jié)構(gòu)上發(fā)現(xiàn)此次暴雨回波具有多尺度特征，較大的β中尺度回波團(tuán)或帶內(nèi)，常鑲嵌著若干較小的γ中尺度的對流單體或較小的β中尺度對流回波團(tuán)。在垂直結(jié)構(gòu)上，多為層積混合性降水，對流回波頂高不高，回波強(qiáng)度不強(qiáng)。

（3）暴雨回波系統(tǒng)的走向、移動(dòng)與降水密切相關(guān)。通過對此次暴雨回波的統(tǒng)計(jì)，移動(dòng)方向與回波帶的夾角越小降水持續(xù)時(shí)間越長，峰值相對越多，總降雨量越大。

（4）對流性暴雨回波的VIL大多值較低，過程中無明越升，變化平緩，較冰雹大風(fēng)回波有著明顯差異。

（5）暴雨回波易在弱回波區(qū)域邊緣發(fā)生，在兩個(gè)或多個(gè)回波系統(tǒng)匯合的地方加強(qiáng)，對流單體群發(fā)展，并逐漸匯合的時(shí)候，可能有暴雨回波系統(tǒng)發(fā)展。

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