王俊

(山東省人民政府人工影響天氣辦公室，山東 濟(jì)南 250031)

線狀中尺度對流系統(tǒng)的多普勒雷達(dá)統(tǒng)計特征分析

王俊

(山東省人民政府人工影響天氣辦公室，山東 濟(jì)南 250031)

利用濟(jì)南CINRAD/SA新一代多普勒天氣雷達(dá)資料，統(tǒng)計分析了2004—2015年約15萬km2區(qū)域內(nèi)發(fā)生的148個線狀中尺度對流系統(tǒng)(linear mesoscale convective systems，簡稱LMCSs)的多普勒雷達(dá)回波特征。主要分析了LMCSs的年和月分布、典型尺度、典型回波強(qiáng)度的統(tǒng)計特征以及初始回波出現(xiàn)時間、位置、LMCSs持續(xù)時間、演變過程回波合并特征、移動速度和方向、發(fā)展后期回波演變特征、組織類型等。LMCSs存在明顯的年際變化，不同年份之間有很大的差別，而每年的6月和7月是LMCSs的高發(fā)期；80%的LMCSs是大于50 km的中-β尺度，20%屬于中-α尺度，成熟期97.3% LMCSs的最大回波強(qiáng)度在55～70 dBz間；10—22時之間易開始形成LMCSs，14—16時是峰值，凌晨不易形成LMCSs，而LMCSs持續(xù)時間在2～18 h之間，6～8 h是峰值；一半的LMCSs在演變過程出現(xiàn)回波合并，合并過程可以分為與孤立對流單體合并、與對流回波群合并和與對流回波帶合并三類；地形對LMCSs的觸發(fā)有重要影響，太行山脈、魯中山區(qū)的北麓和西麓容易觸發(fā)形成LMCSs。這些研究為認(rèn)識LMCSs發(fā)生、演變、減弱各階段的特征，進(jìn)一步提高對LMCSs的實時監(jiān)測、短時預(yù)警水平提供了基礎(chǔ)。

新一代多普勒雷達(dá)； 線狀中尺度對流系統(tǒng)； 回波合并； 組織類型

引言

線狀中尺度對流系統(tǒng)(linear mesoscale convective systems，簡稱LMCSs)是根據(jù)雷達(dá)回波形態(tài)確定的強(qiáng)對流類型，根據(jù)PPI(平面位置顯示)或CR(組合反射率)資料，確定35 dBz以上對流回波區(qū)域的長寬之比大于5，并且長度最少為50 km[1-3]。LMCSs是造成暴雨、冰雹、雷雨大風(fēng)和龍卷等災(zāi)害性天氣的重要系統(tǒng)，基于雷達(dá)觀測資料的統(tǒng)計研究表明，在瑞士[4]、美國東部[2]和西班牙加泰羅尼亞地區(qū)[5]，LMCSs約占中尺度對流系統(tǒng)的二分之一，具有強(qiáng)的降水和冰雹災(zāi)情記錄。Jirak et al.[6]統(tǒng)計分析了美國4—8月的387個MCSs ，首先利用衛(wèi)星資料識別中尺度對流系統(tǒng)(mesoscale convective systems，簡稱MCSs)，然后利用雷達(dá)資料進(jìn)行分類研究，結(jié)果表明：LMCSs占16.3%，并出現(xiàn)最高頻率的大風(fēng)、降雨量和較高頻率的冰雹和龍卷災(zāi)害。岳治國等[7]利用711雷達(dá)資料，分析了陜西渭北地區(qū)335例中尺度對流系統(tǒng)(主要是中-β和中-γ尺度)的組織演變模型，在單體、線狀、區(qū)域型3大類MCSs中，LMCSs約占總數(shù)的21.2%，并且具有最高的降雹概率，雹災(zāi)面積廣，災(zāi)情最重。

因此，對以颮線為主的LMCSs的研究一直受到氣象學(xué)家的廣泛關(guān)注，在LMCSs的分類、時空分布、平均生成環(huán)境、組織模型等方面已經(jīng)有了很多統(tǒng)計研究結(jié)果。Bluestein and Jain[1]利用Oklahoma風(fēng)暴試驗11 a的雷達(dá)資料，將52例強(qiáng)颮線分為斷裂線型、后部擴(kuò)建型、破碎區(qū)域型和嵌入?yún)^(qū)域型4種，它們產(chǎn)生的環(huán)境條件(垂直風(fēng)切變、CAPE值、理查遜數(shù)等)存在差別，而有利于中緯度颮線產(chǎn)生的環(huán)境特征，一是大尺度環(huán)境對流層為位勢不穩(wěn)定，即存在很大的對流有效位能；二是平均風(fēng)的最大垂直切變在低層，切變向量在順時針方向偏離颮線45°左右。Houze et al.[8]根據(jù)成熟階段中緯度颮線系統(tǒng)的對稱程度，將其分為對稱型和不對稱型。Parker and Johnson[9]將美國中部LMCSs分為3類，即拖曳層狀(trailing stratiform，TS)、先導(dǎo)層狀(leading stratiform，LS)和平行層狀(parallel stratiform，PS)MCSs，3類LMCSs的對流有效位能、抬升凝結(jié)高度、對流凝結(jié)高度和抬升指數(shù)等熱力學(xué)要素存在不同。

丁一匯等[10]研究我國颮線的生成環(huán)境表明，切變線、冷性高壓后部、冷渦、冷鋒、露點鋒、輻合線甚至地形都是颮線形成的背景條件。岳治國等[11]根據(jù)雷達(dá)回波的形態(tài)，把陜西渭北7 a間71次帶狀MCSs個例分為拖曳層狀、先導(dǎo)層狀、平行層狀和斷裂帶狀MCSs 4種類型，分析了4類帶狀MCSs的雷達(dá)回波統(tǒng)計特征。段鶴等[12]統(tǒng)計歸納出滇南普洱市2004—2009 年18 次颮線發(fā)生前的天氣形勢及物理量場特征、颮線的時間分布特征、颮線的移動路徑等，根據(jù)災(zāi)害類型和颮線中單體的結(jié)構(gòu)將颮線分為5 種類型。

濟(jì)南位于華北東南部，周邊區(qū)域是MCSs的多發(fā)區(qū)之一[13]，山東和渤海區(qū)域也是我國北方(35°N以北)MCSs和MαCS較為活躍的區(qū)域[14]。卓鴻等[15]利用13 a逐小時衛(wèi)星資料研究了黃河下游中尺度對流系統(tǒng)的氣候特征。近10 a來，這一區(qū)域幾乎每年都有強(qiáng)中尺度對流系統(tǒng)的發(fā)生，如2001年8月23日的強(qiáng)颮線、2004年6月21日較大范圍颮線、2005年7月12日弓狀回波、2006年4月28日弓狀回波、2007年7月18日大暴雨、2009年6月2—3日的強(qiáng)颮線等過程[16-23]，暴雨、大風(fēng)、冰雹和龍卷等災(zāi)害性天氣造成了嚴(yán)重的財產(chǎn)損失和人員傷亡。

本文利用濟(jì)南CINRAD/SA新一代多普勒雷達(dá)產(chǎn)品資料，統(tǒng)計分析了2004—2015年148例LMCSs的多普勒雷達(dá)回波特征。主要統(tǒng)計分析了LMCSs的年和月分布、典型尺度、典型回波強(qiáng)度、初始回波出現(xiàn)時間和位置、持續(xù)時間、演變過程回波合并特征、移動速度和方向、發(fā)展后期回波演變規(guī)律、組織類型等基本特征。為認(rèn)識LMCSs發(fā)生、演變、減弱各階段的雷達(dá)回波特征，進(jìn)一步提高對LMCSs的實時監(jiān)測、短時預(yù)警水平提供基礎(chǔ)。

1 資料說明

使用的資料主要是濟(jì)南CINRAD/SA(36°48′10″N，116°46′51″E)的37、38號產(chǎn)品，分析的個例在成熟階段的對流回波三分之二位于區(qū)域(35°00′～38°35′N，114°32′～119°011′E)，即37號產(chǎn)品的200 km探測范圍，面積約15萬km2，包括山東大部、河北東南部和河南東北部小部分區(qū)域(圖5中虛線方形區(qū)域)。而38號產(chǎn)品主要用于分析一些個例的開始、結(jié)束時間以及源地和結(jié)束地點。

統(tǒng)計時間是2004—2015年共12 a，每年的4—9月。LMCSs的判別標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)CR或PPI資料，40 dBz以上對流回波區(qū)域的長寬之比大于5，長度大于等于50 km，最大回波強(qiáng)度大于50 dBz。

2 統(tǒng)計結(jié)果

2.1 年、月分布

統(tǒng)計表明，12 a總計有148個LMCSs個例(表1)。每年出現(xiàn)線狀中尺度對流系統(tǒng)的次數(shù)存在明顯差別，最多是2008年，有23個個例，2005—2008年個例較多，而2010年以來LMCSs的個例明顯減少，2011年和2010年是低值,只有3個和4個，2012年以后有增加的趨勢。

不同月份LMCSs的出現(xiàn)有明顯差別，6、7月出現(xiàn)的頻數(shù)最高，這兩個月共占總數(shù)的64.9%，是LMCSs出現(xiàn)的主要月份。另外，不同年份各月出現(xiàn)的頻數(shù)不同，但峰值基本是在6月或者7月。9月只有4例LMCSs，2012年9月27日的LMCSs是統(tǒng)計個例中出現(xiàn)最晚的。4月出現(xiàn)了一定數(shù)量的個例，最早過程是2006年4月6—7日，而2006年4月28日發(fā)生的弓狀回波則產(chǎn)生較強(qiáng)的災(zāi)害[19]。

表1不同年、月線狀中尺度對流系統(tǒng)統(tǒng)計

Table 1 Statistics of linear mesoscale convective systems for different years and months 個

2.2 典型尺度統(tǒng)計

LMCSs的典型尺度是指成熟時大于40 dBz回波區(qū)的連續(xù)長度，為了較為詳細(xì)地了解系統(tǒng)回波的長度，間隔50 km分為一級進(jìn)行統(tǒng)計，大于300 km的歸為一檔，主要是考慮尺度比較大時單雷達(dá)不易給出全貌。統(tǒng)計結(jié)果(表2)表明，LMCSs的典型尺度為100～150 km，共有45個個例，占總數(shù)的30.4%；50～100 km具有次高的幾率，共有40個個例，約占27.0%；150～200 km間有28個個例，占總數(shù)的18.9%。大于200 km的中-α尺度一共出現(xiàn)35次，占總數(shù)的23.6%。表明分析個例中LMCSs的尺度主要是大于50 km的中-β尺度，約占總數(shù)的五分之四，而中-α尺度約占五分之一。

表2線狀中尺度對流系統(tǒng)典型尺度統(tǒng)計

Table 2 Statistics of linear mesoscale convective systems on typical scales 個

2.3 典型回波強(qiáng)度統(tǒng)計分析

典型回波強(qiáng)度是指LMCSs成熟期時的最大回波強(qiáng)度，間隔5 dBz進(jìn)行分級統(tǒng)計。結(jié)果(表3)表明，最大回波強(qiáng)度主要出現(xiàn)在55～70 dBz間，出現(xiàn)幾率約為97.3%，其中60～65 dBz具有最大幾率，出現(xiàn)64次，約占總數(shù)的43.2%。50～55 dBz出現(xiàn)的幾率較小，一共只有4個個例。

另外，不同年份最大回波強(qiáng)度的分布略有不同，如2004年最大回波強(qiáng)度偏小，出現(xiàn)幾率較大的是55～65 dBz，而2008年最大回波強(qiáng)度偏大，出現(xiàn)幾率較大的是60～70 dBz。

表3典型回波強(qiáng)度統(tǒng)計

Table 3 Statistics of linear mesoscale convective systems on typical reflectivity 個

2.4 開始時間、持續(xù)時間統(tǒng)計分析

開始時間是指形成LMCSs的雷達(dá)初始回波(≥15 dBz)出現(xiàn)的時刻。由于雷達(dá)回波不斷生消變化，需要仔細(xì)分析才能確定直接形成線狀中尺度對流系統(tǒng)的雷達(dá)初始回波。如2005年7月12日弓狀回波產(chǎn)生過程[18]，12日01:19(北京時，下同)在山西的陽泉附近有回波生成，經(jīng)過一系列發(fā)展演變，12日10:13在清河附近有新回波產(chǎn)生，而這新生回波直接發(fā)展成弓狀回波，這種情況下開始時間是指直接發(fā)展成LMCSs的回波出現(xiàn)的時刻。

持續(xù)時間是指LMCSs的開始時間到回波結(jié)束之間的時間。所謂回波結(jié)束，在此是指最大回波強(qiáng)度小于40 dBz，原因是線狀中尺度對流系統(tǒng)在減弱階段有時回波很快消散結(jié)束，有時候則轉(zhuǎn)變?yōu)榇蠓秶e層混合云，持續(xù)較長時間，有時單雷達(dá)跟蹤不到回波完全消散結(jié)束，并且由于后期回波性質(zhì)已發(fā)生變化，回波轉(zhuǎn)變成積層混合云，所以采用這個標(biāo)準(zhǔn)。

LMCSs開始時間的統(tǒng)計(表4)表明，一天的絕大部分時間都可以開始形成線狀中尺度對流系統(tǒng)， 10—22時之間易產(chǎn)生LMCSs，共有115個個例，占總數(shù)的77.7%。午后14—16時是峰值，產(chǎn)生LMCSs的機(jī)會比較大。22時之后逐漸減少，特別是00—08時之間不易產(chǎn)生LMCSs。

表4開始時間統(tǒng)計

Table 4 Statistics on initial time 個

持續(xù)時間統(tǒng)計(表5)表明，LMCSs持續(xù)時間為2～18 h，4～12 h出現(xiàn)的幾率比較大，共出現(xiàn)124次，占總個例的83.8%，其中6～8 h是峰值，共出現(xiàn)42次，占總個例的28.4%，持續(xù)時間超過16 h和小于4 h的個例都比較少?？偟膩碚f，大部分線狀中尺度對流系統(tǒng)的雷達(dá)回波持續(xù)時間在7 h左右。

2.5 線狀中尺度對流系統(tǒng)后期演變特征

LMCSs在后期的演變存在很大差別，有些個例在減弱階段回波減弱消散得很快，而有些個例則減弱成大范圍的積層混合云，可以持續(xù)較長時間，這對于分析LMCSs的持續(xù)時間以及臨近預(yù)報服務(wù)都會產(chǎn)生重要影響。下面對LMCSs后期的演變特征進(jìn)行簡單統(tǒng)計分析，判斷大范圍積層混合云的標(biāo)準(zhǔn)是20≤Z<40 dBz的積層混合云回波區(qū)長和寬分別大于200 km和100 km。

表5持續(xù)時間統(tǒng)計

Table 5 Statistics on duration time 個

統(tǒng)計表明，大范圍積層混合云共出現(xiàn)20個個例，占總數(shù)的13.5%。圖1給出了2次典型個例的組合反射率，圖1a是2004年6月22日颮線過程后期02:59的組合反射率圖，此時對流帶后面的積層混合云的長和寬分別大于200 km和150 km。圖1b是2007年7月18日LMCSs在20:04的組合反射率圖，此時對流帶后面的積層混合云長度大于300 km，而寬度在最大處也超過了100 km。因此，過程在短時強(qiáng)降水結(jié)束后，還有較長時間的積層混合云降水。

圖1 具有大范圍積層混合云的LMCSs個例——2004年6月22日02:59(a)和2007年7月18日20:04(b)組合反射率Fig.1 Cases of LMCSs with mixed convective-stratiform clouds (Composite reflectivity:a.at 02:59 BST on 22 Jun. 2004, b. at 20:04 BST on 18 Jul. 2007)

2.6 組織類型

利用組合反射率產(chǎn)品(37和38號產(chǎn)品)，按照Parker and Johnson[9]對線狀中尺度對流系統(tǒng)的分類標(biāo)準(zhǔn)，分析成熟期時LMCSs的組織類型。統(tǒng)計表明，TS型是LMCSs的主要類型，總計91個個例，占總數(shù)的61.5%。LS型有27個例，占總數(shù)的18.2%。PS型有30個例，占總數(shù)的20.3%。

另外，Parker and Johnson研究表明，LMCSs的類型在發(fā)展演變過程不是固定不變的，各種類型之間存在相互轉(zhuǎn)化，PS型轉(zhuǎn)成其它類型的概率比較大，我們的統(tǒng)計分析也有類似的結(jié)果，特別是由于運動方向的改變，PS型易轉(zhuǎn)變成其他類型。典型TS型LMCSs的雷達(dá)回波結(jié)構(gòu)由Houze et al.[24]給出，目前國內(nèi)對LMCSs的研究主要集中在TS型。LS型線狀中尺度對流系統(tǒng)只有很少的個例分析[25]，而PS型中尺度對流系統(tǒng)還未見相關(guān)研究。圖1中的個例都是典型TS型LMCSs，下面給出其他兩種類型的典型個例。

2.6.1 先導(dǎo)層狀型

2006年4月6日是一次較典型的LS型線狀中尺度對流系統(tǒng)(圖2)，09:35時成熟階段的積層混合云區(qū)范圍不大，10:24時減弱階段積層混合云區(qū)范圍明顯增大。與TS型的積層混合云相比，我們統(tǒng)計的LS型LMCSs的積層混合云區(qū)一般要小得多。

許多研究表明，由于低層入流的來源不同又可以把LS型LMCSs分成RFLS(rear-fed leading stratiform)和FFLS(front-fed leading stratiform)兩種[26]。FFLS突出的特征[27]是在系統(tǒng)的層狀降水區(qū)低層前方有一個由上而下、從前向后加速的入流、翻轉(zhuǎn)的上升氣流和中上層形成從后向前的氣流，這個從后向前的氣流攜帶了大量的暖濕水汽是系統(tǒng)前方層狀云形成的主要來源。而RFLS除了有FFLS的特征氣流外，還有一股從后向前的對流層低層入流。本文只給出了各種類型的雷達(dá)回波特征，各種類型LMCSs形成的環(huán)境條件、內(nèi)部結(jié)構(gòu)等特征需要深入研究更多個例。

圖2 2004年4月6日不同時刻LMCSs組合反射率(a. 09:35, b. 10:24)Fig.2 Composite reflectivity of LMCSs at different time on 6 Apr. 2004 (a. 09:35 BST, b. 10:24 BST)

2.6.2 平行層狀型

2008年5月14日是一次PS型線狀中尺度對流系統(tǒng)個例(圖3a)，成熟階段強(qiáng)對流回波位于右端(相對于白色箭頭所示的前進(jìn)反方向)，層狀云區(qū)位于左側(cè)，運動方向基本與強(qiáng)對流回波的走向垂直，移動速度61 km/h，方向326°。

2012年7月29日是PS型轉(zhuǎn)TS型個例(圖3b、c)，29日 15:15在濟(jì)南東部的鄒平—章丘一帶有孤立對流回波發(fā)展，回波緩慢向東北方向移動，17:20已發(fā)展成為LMCSs，長約70 km， 回波強(qiáng)度64 dBz，積層混合云在對流回波帶的前方。17:50時線狀中尺度對流系統(tǒng)開始緩慢向偏南方向移動，層狀云區(qū)逐漸轉(zhuǎn)向LMCSs的左后側(cè)，即成為TS型LMCSs。以上兩個個例具有不同的特點，2008年5月14日LMCSs的運動方向與對流回波帶垂直，而2012年7月29日LMCSs具有較復(fù)雜的運動特征，前期的運動方向平行于對流回波帶、后期則垂直于對流回波帶。

Parker[28-29]基于雷達(dá)觀測和數(shù)值模擬等研究總結(jié)出了PS型LMCSs的概念模型，可能由于典型PS型LMCSs的尺度偏小，這類中尺度對流系統(tǒng)的觀測研究還較少。

圖3 平行層狀型LMCSs組合反射率(a.2008年5月14日15:36，白色箭頭指示移動方向，b. 2012年7月29日17:20，c. 2012年7月29日19:07)Fig.3 Composite reflectivity of parallel layer type LMCSs (a. at 15:36 BST on 14 May 2008, the white arrow indicates moving direction,b. at 17:20 BST， and c. 19:07 BST on 29 Jul. 2012)

2.7 合并特征

回波合并在LMCSs的演變過程起到重要作用，研究合并過程不僅對搞清楚很多LMCSs的形成過程有意義，而且對已有LMCSs和孤立雷暴(或者雷暴群)合并的研究有助于搞清楚許多突發(fā)強(qiáng)對流天氣產(chǎn)生的原因，對臨近預(yù)報服務(wù)也有積極意義。Jirak et al.[6]統(tǒng)計表明，MCSs具有通過合并形成的傾向，71%的中尺度對流系統(tǒng)在生成、發(fā)展階段出現(xiàn)合并，而49.2%的LMCSs存在合并過程，合并個例有更強(qiáng)的龍卷、冰雹、大風(fēng)災(zāi)害。不同尺度對流回波通過合并可以形成線狀中尺度對流系統(tǒng)[25]，而LMCSs與局地對流回波(或回波帶)合并可造成災(zāi)害性暴雨和大風(fēng)[30-31]。

統(tǒng)計表明，合并個例共計有80例，占總數(shù)54.1%，即一半以上的個例出現(xiàn)合并過程。另外，分析表明合并過程可以發(fā)生在不同尺度回波之間，也可以在相近尺度回波之間產(chǎn)生合并。既存在不同移動方向、較大回波間的合并，也有LMCSs與較小尺度回波間的合并。下面進(jìn)一步分類分析LMCSs與其他回波合并的初步特征。

1)LMCSs與孤立對流單體回波合并，合并次數(shù)一般在5次以下。一共有36例，占合并個例的45%。合并后LMCSs一般有加強(qiáng)或者變化不大，減弱的個例較少。另外，一般是靠近過程孤立回波發(fā)展得較強(qiáng)，而回波合并后變化不劇烈。單體與LMCSs的距離一般較近，約10 km，統(tǒng)計個例中如2005年7月12日被合并單體距離線狀中尺度對流系統(tǒng)75 km的情況并不多見。

2)LMCSs與對流回波群合并，合并次數(shù)5次以上。一共有30例，占合并個例的37.5%。圖4a、b是2006年5月4日LMCSs與對流回波群合并個例，21:24在線狀中尺度對流系統(tǒng)L1的尾部前方C區(qū)有對流回波群發(fā)展，L1在向東北方向移動過程中逐漸與對流回波合并，至22:06合并結(jié)束。合并過程形成了L1的新尾部回波，而原有的尾部回波逐漸分離。

3)LMCSs與對流回波帶合并。一共有14例，占合并個例的17.5%。2006年7月31日是LMCSs與對流回波帶間的合并(圖4c)，線狀中尺度對流系統(tǒng)L1為拖曳層狀型LMCSs，向東北方向移動，其前面的對流回波帶L2屬于平行層狀型，移動速度偏慢，L1追上L2后兩者逐漸合并，而合并處回波強(qiáng)度基本無變化。

圖4 回波合并個例的組合反射率(a、b. 2006年5月4日LMCSs與對流回波群合并， c. 2006年7月31日LMCSs與對流回波帶間的合并個例)Fig.4 Composite reflectivity during echo merger (a,b.merger between LMCSs and convective echo groups on 4 May 2006,c.merger between LMCSs and convective echo bands on 31 Jul. 2006)

2.8 初始回波源地

圖5是LMCSs初始回波源地分布圖?？梢钥闯?，大部分區(qū)域都可以開始出現(xiàn)線狀中尺度對流系統(tǒng)，但是也存在一些比較集中的區(qū)域，說明在這些區(qū)域更容易開始產(chǎn)生LMCSs。源地1位于廣靈—五臺一帶，有近30個個例。源地2位于昔陽—左權(quán)一帶以及以西的區(qū)域，有23個個例。這兩個源地都位于太行山附近。源地3位于濟(jì)南東西兩側(cè)，東面的區(qū)域在濟(jì)南—萊蕪—章丘附近，位于魯中山區(qū)的北麓，共有9個個例，而西面5個個例位于魯中山區(qū)西北側(cè)且沿黃河一帶。另外，沿靜?！蠈m一帶有20多個個例，也是比較集中的區(qū)域。

Morel and Senest[32]對4—9月歐洲6 000個MCSs的統(tǒng)計結(jié)果表明，其大多形成于山脈附近，地形是觸發(fā)MCSs的重要因素。馬禹等[13]統(tǒng)計表明，黃河和長江中下游地區(qū)是MαCS的多發(fā)區(qū)。鄭永光等[14]利用10 a資料統(tǒng)計35°N以北MCSs的活動頻率發(fā)現(xiàn)，河套地區(qū)向東MCSs的活動頻率逐漸增加，在山東中東部、渤海與黃海一帶達(dá)到極值。這些結(jié)果是根據(jù)衛(wèi)星資料分析成熟時MCSs分布規(guī)律得出的結(jié)論，并不能完全指示MCSs起源的詳細(xì)位置，而雷達(dá)回波資料可以較為準(zhǔn)確地分析形成MCSs的初始回波形成的地點和時間。上述資料分析表明，一半以上的個例初始回波出現(xiàn)在山地地形附近，特別是太行山脈附近處于分析區(qū)域的上游，也是位于西風(fēng)槽影響路徑上，所以在有利的天氣系統(tǒng)影響下，加上地形作用，利于觸發(fā)形成MCSs的初始回波。

利用38號產(chǎn)品分析初始回波的出現(xiàn)時間和初始位置存在不足，由于雷達(dá)仰角和地球曲率的影響，在0.5°仰角的情況下，昔陽和五臺對應(yīng)的最低高度分別超過7 km和10 km，因此，這些區(qū)域出現(xiàn)的初始回波可能已經(jīng)發(fā)展到一定的高度和強(qiáng)度，所以初始回波出現(xiàn)的位置應(yīng)該更遠(yuǎn)，而在時間上更早。

圖5 初始回波發(fā)生源地圖(圖中虛框是分析區(qū)域) Fig.5 Source area of initial echoes (the dashed frame indicates the analysis area)

2.9 移動速度方向統(tǒng)計

統(tǒng)計分析了LMCSs在成熟期前后的移動速度、方向(圖略)，結(jié)果表明，LMCSs移動速度為5～90 km/h，具有比較大的范圍，其中25～70 km/h之間出現(xiàn)101次，占總數(shù)的84.2%，35～40 km/h、45～50 km/h兩個區(qū)間分別出現(xiàn)17次、16次，具有最大和次大的出現(xiàn)頻率。

LMCSs的移動方向比較集中，出現(xiàn)在168°～101°之間(順時針)，特別是281°～326°之間是明顯的峰值，共有59次，占總數(shù)的49.2%，也就是說，西偏北和西北是LMCSs的主要來向。

系統(tǒng)的移動速度、方向并不是固定的，而是存在變化，特別是方向的變化更加明顯。

3 結(jié)論與討論

利用新一代多普勒雷達(dá)產(chǎn)品資料，統(tǒng)計分析了2004—2015年約15萬km2區(qū)域內(nèi)發(fā)生的148個線狀中尺度對流系統(tǒng)的多普勒雷達(dá)回波特征。

1)線狀中尺度對流系統(tǒng)的年、月分布特征表明，LMCSs存在明顯的年際變化，最多一年有23例，而最少僅有3例。不同月份LMCSs的出現(xiàn)頻次也有明顯差別，7月最多，6月次之，這兩個月份出現(xiàn)的LMCSs約占總數(shù)的69.7%。

2)大于50 km的中-β尺度LMCSs個例約占總數(shù)的五分之四，中-α尺度個例約占五分之一。97.3%的最大回波強(qiáng)度出現(xiàn)在55～70 dBz間，而43.2%的最大回波強(qiáng)度在60～65 dBz之間。

3)線狀中尺度對流系統(tǒng)初始回波出現(xiàn)時間統(tǒng)計表明，10—22時之間易開始形成LMCSs，14—16時是峰值，而凌晨不易形成LMCSs。LMCSs持續(xù)時間在2～18 h之間，6～8 h是峰值，總的來說，線狀中尺度對流系統(tǒng)的雷達(dá)回波持續(xù)時間在7 h左右。

4)成熟時期線狀中尺度對流系統(tǒng)主要是TS型，約占總數(shù)的61.5%；LS型和PS型分別占18.2%、20.3%。而13.5%的線狀中尺度對流系統(tǒng)在后期演變成大范圍積層混合云，產(chǎn)生較大范圍的弱降水。

5)一半的線狀中尺度對流系統(tǒng)演變過程出現(xiàn)回波合并，合并過程可以分為與孤立對流單體合并、與對流回波群合并和與對流回波帶合并三類。地形對LMCSs的觸發(fā)有重要影響，太行山脈、魯中山區(qū)的北麓和西麓易觸發(fā)形成LMCSs。

本文對線狀中尺度對流系統(tǒng)的雷達(dá)回波特征進(jìn)行了初步統(tǒng)計分析，還有許多方面沒有涉及或者沒有深入研究，如僅根據(jù)層狀云區(qū)的位置進(jìn)行了分類，還可以根據(jù)最強(qiáng)回波在LMCSs中的位置進(jìn)行分類研究，而這種研究對于地面災(zāi)害的臨近預(yù)報更有意義。另外，下一步需要與衛(wèi)星、天氣資料、地面災(zāi)情等各種資料結(jié)合，分析產(chǎn)生LMCSs的有利天氣形勢、地面災(zāi)害分布以及LMCSs的衛(wèi)星云圖特征等。

[1] Bluestein H B，Jain M H. Formation of mesoscale lines of precipitation:Severe squall lines in Oklahoma during the spring[J]. J Atmos Sci,1985,42(16):1711-1732.

[2] Geerts B. Mesoscale convective systems in the southeast United States during 1994-95: A survey[J]. Wea Forecasting,1998,13(3):860-869.

[3] 俞小鼎.強(qiáng)對流天氣的多普勒天氣雷達(dá)探測和預(yù)警[J].氣象科技進(jìn)展，2011，1(3)：31-41.

[4] Schiesser H H,Houze R A Jr,Huntrieser H. The mesoscale structure of severe precipitation systems in Switzerland[J]. Mon Wea Rev,1995,123(7):2070-2097.

[5] Rigo T, Llasat M C. Analysis of mesoscale convective systems in Catalonia using meteorological radar for the period 1996-2000[J]. Atmos Res,2007,83(2/4): 458-472.

[6] Jirak I L, Cotton W R, Mcanelly R L. Satellite and radar survey of mesoscale convective system development [J]. Mon Wea Rev, 2003,131(10): 2428-2449.

[7] 岳治國，牛生杰，梁谷.陜西渭北中尺度對流系統(tǒng)組織模型及災(zāi)害分析[J].南京氣象學(xué)院學(xué)報，2008，31(1)：395-402.

[8] Houze R A Jr,Smull B F,Dodge P. Mesoscale organization of springtime rainstorms in Oklahoma [J]. Mon Wea Rev,1990,118(3):613-654.

[9] Parker M D,Johnson R H. Organizational modes of midlatitude mesoscale convective systems [J]. Mon Wea Rev,2000,128(10):3413-3436.

[10] 丁一匯，李鴻洲，章名立，等.我國颮線發(fā)生條件的研究[J].大氣科學(xué)，1982，6(1)：18-27.

[11] 岳治國，梁谷，李燕，等.陜西渭北帶狀中尺度對流雷達(dá)回波統(tǒng)計特征[J].氣象，2010，36(6)：66-72.

[12] 段鶴，嚴(yán)華生，王曉君. 滇南颮線的發(fā)生環(huán)境及其多普勒雷達(dá)回波特征[J]. 熱帶氣象學(xué)報，2012，28(1)：68-76.

[13] 馬禹，王旭，陶祖鈺.中國及其鄰近地區(qū)中尺度對流系統(tǒng)的普查和時空分布特征[J].自然科學(xué)進(jìn)展，1997，7(6)：701-706.

[14] 鄭永光，陳炯，朱佩君.中國及周邊地區(qū)夏季中尺度對流系統(tǒng)分布及其日變化特征[J]. 科學(xué)通報，2008，53(4)：471- 481.

[15] 卓鴻，趙平，李春虎，等.夏季黃河下游地區(qū)中尺度對流系統(tǒng)的氣候特征分布[J].大氣科學(xué)，2012，36(6)：1112-1122.

[16] 龔佃利，吳增茂，傅剛.一次華北強(qiáng)對流風(fēng)暴的中尺度特征分析[J].大氣科學(xué),2005，29(3)：453-464.

[17] 王俊，朱君鑒，任鐘冬.利用雙多普勒雷達(dá)研究強(qiáng)颮線過程的三維風(fēng)場結(jié)構(gòu)[J].氣象學(xué)報，2007，65(2)：241-251.

[18] 王俊，龔佃利，刁秀廣，等.一次弓狀回波、強(qiáng)對流風(fēng)暴及合并過程研究Ⅰ：以單多普勒雷達(dá)資料為主的綜合分析[J].高原氣象，2011，30(4)：1067-1077.

[19] 朱君鑒，刁秀廣，曲軍，等.4.28臨沂強(qiáng)對流災(zāi)害性大風(fēng)多普勒天氣雷達(dá)產(chǎn)品分析[J].氣象，2008，34(12)：21-26.

[20] 卓鴻，趙平，任健，等. 2007年濟(jì)南“7.18”大暴雨的持續(xù)拉長狀對流系統(tǒng)研究[J].氣象學(xué)報，2011，69(2)：263-276.

[21] 梁建宇，孫建華.2009年6月一次颮線過程災(zāi)害性大風(fēng)的形成機(jī)制[J].大氣科學(xué)，2012，36(2)：316-336.

[22] 張婷婷，王培濤，王鳳嬌.一次長壽命超級單體風(fēng)暴雷達(dá)回波特征分析[J].海洋氣象學(xué)報，2017，37(1)：98-103.

[23] 高帆，張永婧，李瑞，等.2015年8月3日山東西北部暴雨過程的中尺度特征分析[J].海洋氣象學(xué)報，2017，37(2)：96-101.

[24] Houze R A Jr, Rutledge S A, Biggerstaff M I, et al. Interpretation of Doppler weather radar displays of midlatitude mesoscale convective systems [J]. Bull Amer Meteor Soc, 1989, 70(6):608-619.

[25] 王曉芳，胡伯威，李紅莉，等.梅雨期一個伴有前導(dǎo)層狀降水對流線的結(jié)構(gòu)特征[J].高原氣象，2011，30(4)：1052-1066.

[26] Parker M D,Johnson R H.Structures and dynamics of quasi-2D mesoscale convective systems[J]. J Atmos Sci,2004,61(5):545-567．

[27] Pettet C R,Johnson R H.Airflow and precipitation structure of two leading stratiform mesoscale convective systems determined from operational datasets[J]. Wea Forecasting，2003,18(5):685-699．

[28] Parker M D. Simulated convective lines with parallel stratiform precipitation. Part I：An archetype for convection in along-line shear [J]. J Atmos Sci,2007,64(2):267-288.

[29] Parker M D. Simulated convective lines with parallel stratiform precipitation. Part II：Governing dynamics and associated sensitivities[J]. J Atmos Sci,2007,64(2):289-313.

[30] 付丹紅，郭學(xué)良.積云并合在強(qiáng)對流系統(tǒng)形成中的作用[J].大氣科學(xué)，2007，31(4)：635-644.

[31] Metz N D, Lance F B. Derecho and MCS development, evolution, and multiscale interactions during 3-5 July 2003[J]. Mon Wea Rev,2010,138(8):3048-3070.

[32] Morel C,Senest S. A climatology of mesoscale convective systems over Europe using satellite infrared imagery,Part II：Characteristics of European mesoscale convective systems[J]. Quart J Roy Meteor Soc,2002,128(584):1973-1995.

StudyonDopplerradarfeaturesoflinearmesoscaleconvectivesystems

WANG Jun

(ShandongWeatherModificationOffice,Jinan250031,China)

Using data of a new generation Doppler weather radar located at Qihe, the features of 148 linear mesoscale convective systems (LMCSs), which occurred within area about 150 thousand square kilometers from 2004 to 2012, are statistically analyzed including inter-annual and inter-monthly distributions, typical scales and typical echo intensities; The presentation time and position of initial echoes, duration, echo merge features, move speeds and directions, evolution characteristics and types of organizations at later stage of LMCSs are also studied. LMCSs has obvious inter-annual characteristic, while the peak period within a year is from June to July. 80% LMCSs are meso-β systems with diameters greater than 50 km, and 20% LMCSs belong to meso-α system. For 97.3% of the LMCSs, the maximum echo during their mature stage are between 55 and 70 dBz. LMCSs tend to formation between 10:00-22:00 with maximum frequency between 14:00-16:00, while it is barely developed during wee hours. The durations of LMCSs are between 2 and 18 hours, and most between 6 and 8 hours. Half LMCSs experience echo merges, which are grouped into 3 categories including with Isolated Convection, with Convective echo group, and with convective echo belt. Underlying topography may has great influence on initials of LMCSs. The topography around Tai-hang Mountains, north and west parts of Mountain Tai is favorable for LMCSs triggering. This study could be helpful for understanding the features of LMCSs in different stages. In addition, it could be helpful to improve the real-time monitoring and short-term warning for the LMCSs.

Doppler radar; linear mesoscale convective systems; echo merger; organizational mode

王俊.線狀中尺度對流系統(tǒng)的多普勒雷達(dá)統(tǒng)計特征分析[J].海洋氣象學(xué)報,2017,37(4):25-33.

Wang Jun. Study on Doppler radar features of linear mesoscale convective systems[J].Journal of Marine Meteorology,2017,37(4):25-33.

10.19513/j.cnki.issn2096-3599.2017.04.004.(in Chinese)

P458.2

A

2096-3599(2017)04-0025-09

10.19513/j.cnki.issn2096-3599.2017.04.004

2017-08-18；

2017-10-10

國家自然科學(xué)基金項目(41275044)

王俊(1966—)，男，研究員級高級工程師，主要從事云降水物理研究，wangjun818@sohu.com。