張靖 羅慧妮 蘭明才

摘 要 利用株洲地區(qū)2012-2016年強(qiáng)對(duì)流過(guò)程雷達(dá)產(chǎn)品資料，對(duì)比檢驗(yàn)省臺(tái)專(zhuān)家總結(jié)的一些強(qiáng)對(duì)流指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)：冰雹預(yù)警指標(biāo)，省臺(tái)總結(jié)的是大冰雹-20℃層以上有大于等于50dBz左右的回波，這個(gè)指標(biāo)在株洲還可以再高一點(diǎn)，為55dBz;回波移動(dòng)速度多少算快，通過(guò)對(duì)雷雨大風(fēng)和對(duì)流暴雨的回波移動(dòng)速度比較，發(fā)現(xiàn)雷雨大風(fēng)的回波普遍移速5個(gè)體掃基本都能達(dá)到20～25km，甚至能達(dá)到25～30km，而對(duì)流暴雨的雷達(dá)回波移速基本在5個(gè)體掃20km以下;對(duì)產(chǎn)生對(duì)流暴雨的回波強(qiáng)度及持續(xù)時(shí)間統(tǒng)計(jì)，40～45dBz回波要達(dá)2小時(shí)以上，45～50dBz要達(dá)1小時(shí)以上，50dBz以上半小時(shí)左右就可以達(dá)到。

關(guān)鍵詞 預(yù)警指標(biāo);雷雨大風(fēng);對(duì)流暴雨;冰雹

引言

雷雨大風(fēng)、冰雹、短時(shí)強(qiáng)降水是株洲主要的強(qiáng)對(duì)流災(zāi)害天氣，其屬于中小尺度天氣系統(tǒng)，空間尺度小，生命史短暫并帶有明顯突發(fā)性，同時(shí)也是破壞性強(qiáng)的災(zāi)害性天氣。很多專(zhuān)家學(xué)者對(duì)強(qiáng)對(duì)流預(yù)報(bào)預(yù)警方法和監(jiān)測(cè)識(shí)別技術(shù)有很多研究。孫繼松等[1]從預(yù)報(bào)實(shí)踐的角度討論了水汽、不穩(wěn)定層結(jié)、輻合抬升等天氣系統(tǒng)環(huán)境條件與強(qiáng)對(duì)流之間的關(guān)系。俞小鼎[2]介紹了強(qiáng)對(duì)流天氣的多普勒天氣雷達(dá)識(shí)別和預(yù)警技術(shù)。廖玉芳等[3]利用11次強(qiáng)對(duì)流事件中23個(gè)產(chǎn)生三體散射的強(qiáng)對(duì)流風(fēng)暴，對(duì)三體散射的統(tǒng)計(jì)特征進(jìn)行了分析和討論。蔡榮輝等選取2013-2015年洞庭湖區(qū)域15次雷暴大風(fēng)天氣過(guò)程，總結(jié)歸納雷暴大風(fēng)天氣過(guò)程的天氣形勢(shì)配置、雷達(dá)回波特征與預(yù)報(bào)著眼點(diǎn)。葉成志等，姚蓉等，周慧等，唐明暉等，周長(zhǎng)青等對(duì)湖南強(qiáng)對(duì)流個(gè)例進(jìn)行了深入分析，總結(jié)了強(qiáng)對(duì)流過(guò)程環(huán)境條件特點(diǎn)及雷達(dá)回波特征，并分別就雷暴大風(fēng)、冰雹、短時(shí)強(qiáng)降水提出需重點(diǎn)關(guān)注的方面，并且給出了相應(yīng)的指標(biāo)，省內(nèi)其他地市預(yù)報(bào)員也對(duì)本地一些強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程進(jìn)行了總結(jié)，外省預(yù)報(bào)員也對(duì)其本地強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程進(jìn)行了總結(jié)，但都只是個(gè)例分析，株洲雖然也對(duì)強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程做了不少總結(jié)，但一般也限于單次個(gè)例，對(duì)短時(shí)臨近預(yù)警指標(biāo)也缺乏系統(tǒng)有效驗(yàn)證。胡愛(ài)軍副局長(zhǎng)多次在全省講話(huà)中強(qiáng)調(diào)提前量在短臨預(yù)警中的重要性。正是出于這種考慮，本文旨在通過(guò)統(tǒng)計(jì)多年株洲強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程中雷達(dá)產(chǎn)品特征，總結(jié)出更適合株洲的短臨預(yù)警指標(biāo)，更好地做好短臨預(yù)警信號(hào)的發(fā)布。

1強(qiáng)對(duì)流天氣雷達(dá)產(chǎn)品預(yù)警指標(biāo)

省臺(tái)專(zhuān)家周長(zhǎng)青指出，雷雨大風(fēng)重點(diǎn)關(guān)注低仰角速度大值區(qū)、中層徑向輻合，反射率因子核迅速下降、快速移動(dòng)的回波，颮線(xiàn)、弓形回波、超級(jí)單體等對(duì)流系統(tǒng);對(duì)流暴雨關(guān)注列車(chē)效應(yīng)，低質(zhì)心降水回波;冰雹重點(diǎn)關(guān)注三體散射、最強(qiáng)反射率大雨等于60dBz、較大的基于單體的VIL（一般來(lái)說(shuō)大于等于40kg/m2）;小冰雹，0—-20℃層之間有大于等于50dBZ左右的回波;大冰雹-20℃層以上有大于等于50dBZ左右的回波;存在BWER或WER;速度圖上單體頂層輻散強(qiáng);當(dāng)風(fēng)暴質(zhì)心開(kāi)始下降時(shí)，即將出現(xiàn)冰雹，本文主要分析2012-2016年發(fā)生在株洲地區(qū)的強(qiáng)對(duì)流過(guò)程中雷達(dá)產(chǎn)品特征，試圖找出更適合株洲的短臨預(yù)警指標(biāo)。

1.1 雷雨大風(fēng)

本文統(tǒng)計(jì)了株洲全市10次雷雨大風(fēng)天氣（表1），對(duì)回波特征、回波移動(dòng)方向、上游實(shí)況、低仰角速度大值區(qū)、中層徑向輻合等特征，發(fā)現(xiàn)這幾次雷雨大風(fēng)天氣多由颮線(xiàn)、弓形回波、線(xiàn)狀回波或超級(jí)單體造成，低仰角徑向速度圖基本都出現(xiàn)了速度模糊或達(dá)到27m/s的徑向速度，并且都能看到中層徑向輻合，中層徑向輻合都提前大風(fēng)10～30min，大部分大風(fēng)都可以觀(guān)察到反射率因子核的快速下降，一般可以在一兩個(gè)體掃的時(shí)間內(nèi)從5km以上降到3km以下，大部分回波移動(dòng)速度為5個(gè)體掃25～30km，上游（長(zhǎng)沙、湘潭、衡陽(yáng)等）的雷雨大風(fēng)天氣對(duì)我市的雷雨大風(fēng)預(yù)警指示作用也很好，中層徑向輻合一般可以提前10-30分鐘預(yù)報(bào)，因此，可以作為預(yù)警信號(hào)發(fā)布的重要著眼點(diǎn)，還可以關(guān)注低仰角徑向速度。因此，對(duì)于雷雨大風(fēng)的短臨預(yù)警，在研判存在對(duì)流潛勢(shì)的前提下，如果上游已經(jīng)出現(xiàn)了實(shí)況，回波外推又會(huì)影響到本地，最好及時(shí)發(fā)布預(yù)警信號(hào)，如果是夏季局地?zé)釋?duì)流引起的雷雨大風(fēng)，一般范圍很小，很難獲取上游信息，根據(jù)2012年4月27日、2014年6月19日、2016年8月26日中的相關(guān)數(shù)據(jù)，預(yù)警就只能在研判存在雷雨大風(fēng)潛勢(shì)的前提下，通過(guò)查看回波特征、中層徑向輻合、低仰角速度大值區(qū)特征、是否有反射率因子核快速下降等特征來(lái)發(fā)布。利用2020年5月4日全省較大范圍的雷雨大風(fēng)天氣檢驗(yàn)，這次過(guò)程回波從西北往東南發(fā)展，湘西、張家界、常德、益陽(yáng)先后出現(xiàn)雷雨大風(fēng)天氣，至4日23時(shí)回波主體還在婁底-益陽(yáng)境內(nèi)，經(jīng)過(guò)強(qiáng)對(duì)流潛勢(shì)判斷，我們覺(jué)得回波主體會(huì)繼續(xù)移動(dòng)到我市境內(nèi)，并造成我市雷雨大風(fēng)，于是我們?cè)?日23時(shí)57分發(fā)布了雷雨大風(fēng)藍(lán)色預(yù)警信號(hào)（圖1），實(shí)況是5日1時(shí)21分我市株洲站達(dá)到了雷雨大風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)（圖2），預(yù)警信號(hào)提前量將近一個(gè)半小時(shí)。

1.2 對(duì)流暴雨

對(duì)流暴雨一般考慮列車(chē)效應(yīng)或者低質(zhì)心降水回波，從下表（表1）可以看到，多數(shù)對(duì)流暴雨是由列車(chē)效應(yīng)產(chǎn)生，從回波移動(dòng)速度來(lái)看，5個(gè)體掃10～15km的占44.4%，5個(gè)體掃15～20km的占55.5%，質(zhì)心高度都在4km以下，部分對(duì)流暴雨出現(xiàn)前都有逆風(fēng)區(qū)的存在，并且逆風(fēng)區(qū)提前10分鐘到1小時(shí)，VIL都在40kg/m3以下，通過(guò)對(duì)反射率因子強(qiáng)度的連續(xù)監(jiān)測(cè)和雨量監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)不同強(qiáng)度回波降水效率不同：要達(dá)到暴雨標(biāo)準(zhǔn)，40～45dBz回波要達(dá)2小時(shí)以上，45～50dBz要達(dá)1小時(shí)以上，50dBz以上半小時(shí)左右就可以達(dá)到。由于逆風(fēng)區(qū)一般提前強(qiáng)降水10分鐘到1小時(shí)，因此，逆風(fēng)區(qū)可以作為暴雨預(yù)警的一個(gè)重要指標(biāo)?？紤]到預(yù)警的提前量，我們?cè)趯?shí)際預(yù)警發(fā)布過(guò)程中多數(shù)時(shí)候不能根據(jù)回波是否產(chǎn)生列車(chē)效應(yīng)來(lái)判斷對(duì)流暴雨的預(yù)警，在研判存在暴雨的前提下，一種有效方法是首先看上游實(shí)況結(jié)合強(qiáng)降水回波移動(dòng)情況，如果上游出現(xiàn)了成片的暴雨區(qū)域，且強(qiáng)降水回波繼續(xù)影響，則可以考慮發(fā)布，如果回波后續(xù)發(fā)展情況不太明了，可以看是否存在逆風(fēng)區(qū)，如果存在，可以考慮發(fā)布暴雨預(yù)警信號(hào)。但是由于夏季局地?zé)釋?duì)流造成的暴雨局地性強(qiáng)，持續(xù)時(shí)間短，目前來(lái)看，對(duì)此情況，最有效的預(yù)報(bào)預(yù)警手段是在充分分析對(duì)流潛勢(shì)的前提下，加強(qiáng)實(shí)況監(jiān)測(cè)。

1.3 冰雹

目前省臺(tái)總結(jié)的冰雹預(yù)警指標(biāo)較多，也較為具體。通過(guò)分析9次發(fā)生在株洲地區(qū)的冰雹，發(fā)現(xiàn)其都滿(mǎn)足這些冰雹預(yù)警指標(biāo)，回波中心強(qiáng)度均在60dBz以上，回波中心越強(qiáng)，三體散射特征越明顯，VIL值也都在55g/kg以上，均存在BWER或WER，均存在風(fēng)暴頂輻散，冰雹尺寸與最強(qiáng)反射率因子和擴(kuò)展高度有關(guān)，當(dāng)強(qiáng)度達(dá)到65dBz且-20℃達(dá)到55dBz以上時(shí)，冰雹尺寸達(dá)到3～5cm，當(dāng)強(qiáng)度達(dá)到60dBz且-20℃達(dá)到50dBz以上時(shí)，冰雹尺寸一般為2～3cm，這些指標(biāo)與省臺(tái)專(zhuān)家總結(jié)的基本一致，有一點(diǎn)區(qū)別是省臺(tái)總結(jié)的是大冰雹-20℃層以上有大于等于50dBz左右的回波，這個(gè)指標(biāo)在此次統(tǒng)計(jì)中還可以再調(diào)高一點(diǎn)，為55dBz?？偟膩?lái)說(shuō)，這些指標(biāo)在預(yù)警發(fā)布時(shí)非常有效，有助于我們迅速判斷冰雹位置，我們就可以根據(jù)冰雹回波的移動(dòng)來(lái)判斷冰雹的落區(qū)。根據(jù)這些指標(biāo)，以及對(duì)冰雹回波的移動(dòng)路徑判斷，今年5月5日0-2時(shí)成功地對(duì)株洲縣、醴陵、攸縣發(fā)布了多次冰雹橙色預(yù)警，提前量最短為半小時(shí)以上（醴陵），長(zhǎng)的達(dá)到1小時(shí)以上（株洲縣）。

2結(jié)束語(yǔ)

本文旨在對(duì)省臺(tái)專(zhuān)家總結(jié)的強(qiáng)對(duì)流預(yù)警指標(biāo)進(jìn)行檢驗(yàn)，通過(guò)上述強(qiáng)對(duì)流過(guò)程總結(jié)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)這些指標(biāo)在株洲的適用性非常好，運(yùn)用好這些指標(biāo)能在短臨預(yù)警發(fā)布中發(fā)揮重要作用，但是也存在不足：

（1）對(duì)某些指標(biāo)比較定的比較寬泛，例如冰雹預(yù)警指標(biāo)，省臺(tái)總結(jié)的是大冰雹-20℃層以上有大于等于50dBz左右的回波，通過(guò)多次株洲冰雹過(guò)程統(tǒng)計(jì)，這個(gè)指標(biāo)在株洲的應(yīng)用還可以再高一點(diǎn)，為55dBz。

（2）回波移動(dòng)速度何快何慢省臺(tái)沒(méi)有明確指出，本人通過(guò)對(duì)雷雨大風(fēng)和對(duì)流暴雨的回波移動(dòng)速度比較，發(fā)現(xiàn)雷雨大風(fēng)的回波普遍移速較快，5個(gè)體掃基本都能達(dá)到20～25km，甚至能達(dá)到25～30km，而對(duì)流暴雨的雷達(dá)回波移速通常較慢，基本在5個(gè)體掃20km以下。

（3）對(duì)反射率因子強(qiáng)度和降水效率統(tǒng)計(jì)得到，要達(dá)到暴雨標(biāo)準(zhǔn)，40～45dBz回波要達(dá)2小時(shí)以上，45～50dBz要達(dá)1小時(shí)以上，50dBz以上半小時(shí)左右就可以達(dá)到。

參考文獻(xiàn)

[1] 孫繼松，陶祖鈺.強(qiáng)對(duì)流天氣分析與預(yù)報(bào)中的若干基本問(wèn)題[J].氣象，2012，38（2）：164-173.

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

[3] 廖玉芳，俞小鼎，吳林林，等.強(qiáng)雹暴的雷達(dá)三體散射統(tǒng)計(jì)與個(gè)例分析[J].高原氣象，2007，26（4）：812-820.