許皓琳，鄭佳鋒，張杰，朱克云，黎倩

(成都信息工程大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院高原大氣與環(huán)境四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610225)

引言

雷暴是一種典型的中尺度對(duì)流系統(tǒng)(Madhulatha et al.，2013)，常伴隨暴雨、大風(fēng)等災(zāi)害性天氣，對(duì)人們?nèi)粘Ｉ詈蜕鐣?huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展均有極大影響，因此對(duì)雷暴的實(shí)時(shí)監(jiān)測和預(yù)警具有重要意義。雷暴的形成通常需要三個(gè)條件，包括垂直層結(jié)不穩(wěn)定(Kolendowicz et al.，2017;Singh et al.，2018)、充足水汽和抬升觸發(fā)機(jī)制(俞小鼎等，2014；曹舒婭，2019)。以往研究通常使用氣球探空數(shù)據(jù)來分析雷暴前期不穩(wěn)定和水汽條件，也有使用天氣雷達(dá)等來監(jiān)測雷暴的移動(dòng)路徑和發(fā)展強(qiáng)度。然而，由于雷暴突發(fā)性較強(qiáng)，對(duì)流層的熱力學(xué)性質(zhì)在降水、對(duì)流過程中不斷變化(Chan et al.，2009)，使得研究受限。為了彌補(bǔ)常規(guī)探測手段的不足，目前國內(nèi)外使用微波輻射計(jì)等無球探空資料來對(duì)局地中小尺度系統(tǒng)進(jìn)行研究(陳雙等，2016；沈杭鋒等，2016；Das，2017)。Chakraborty (2016)用輻射計(jì)溫度廓線觀測到了雷暴發(fā)生時(shí)降水過程引起的低層大氣劇烈降溫。王婷婷(2011)使用輻射計(jì)的實(shí)時(shí)探空曲線捕捉到干濕雷暴前大氣層結(jié)曲線的不同演變特征。微波輻射計(jì)還能根據(jù)水汽吸收帶的輻射狀況獲取大氣水汽、液態(tài)水分布(敖雪等，2011；牟艷彬等，2018)，如劉紅燕(2009)、張文剛等(2015)觀測到輻射計(jì)水汽值的躍變對(duì)強(qiáng)天氣有明顯指示性。另外，對(duì)微波輻射計(jì)探測資料進(jìn)一步計(jì)算得到的強(qiáng)對(duì)流指數(shù)(Pushpa et al.，2016)在雷暴的監(jiān)測預(yù)警中效果顯著。

國內(nèi)相關(guān)研究證明，微波輻射計(jì)資料獲取的大氣溫濕、水汽等要素的垂直廓線，在雷暴等中小尺度系統(tǒng)的診斷分析和氣象要素連續(xù)變化的研究中有良好應(yīng)用效果。本文利用地基微波輻射計(jì)資料和風(fēng)廓線雷達(dá)垂直風(fēng)場等資料，對(duì)比研究了昆明長水機(jī)場一次天氣尺度強(qiáng)迫下生成的高空槽雷暴和一次局地?zé)崃π岳妆┌l(fā)生發(fā)展過程中，包括熱力學(xué)參數(shù)、氣象要素時(shí)空演變、水汽和降水轉(zhuǎn)化等不同特征和差異，研究微波輻射計(jì)溫濕參量在不同性質(zhì)雷暴及降水過程中的應(yīng)用效果，并得到一些對(duì)雷暴等強(qiáng)對(duì)流天氣有預(yù)警意義的特征指標(biāo)。

1 設(shè)備和資料

本文采用資料來源于昆明長水國際機(jī)場的HTG-4型(北京愛爾達(dá)電子設(shè)備有限公司研制)地基微波輻射計(jì)探測資料，包括溫度、相對(duì)濕度、水汽密度廓線，綜合水汽(IWV)、積分液態(tài)水(LWP)和大氣可降水量(PW)。另外還使用對(duì)應(yīng)時(shí)段的機(jī)場自觀記錄、無線電氣球探空資料以及風(fēng)廓線雷達(dá)資料。

微波輻射計(jì)依據(jù)大氣中氣體粒子對(duì)大氣的衰減作用，來探測與大氣溫度、濕度相聯(lián)系的氣體粒子空間分布。HTG-4 型地基微波輻射計(jì)通過接收氧分子的輻射強(qiáng)度反演大氣溫度情況，利用水汽的輻射強(qiáng)度同其密度成正比的原理來遙感探測濕度信息。該儀器共配置兩個(gè)頻段，14 個(gè)信號(hào)通道，實(shí)時(shí)獲取機(jī)場上空地面至空中10 km范圍內(nèi)的溫度、相對(duì)濕度、水汽密度、水汽總量和液態(tài)水路徑等資料，其基本參數(shù)配置見表1。由于微波輻射計(jì)水汽密度資料表示了大氣中各層水汽的含量，因此，可利用水汽密度隨高度分布的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)一步計(jì)算出大氣可降水量(PW)

表1 HTG-4型地基微波輻射計(jì)基本參數(shù)Table 1 Basic parameters of HTG-4 ground-based microwave radiometer.

式(1)—(2)中，PW1為大氣可降水量，PW 為換算為水深的可降水量(單位：mm)，mv為大氣中水汽的質(zhì)量，ρv為水汽密度，z為垂直高度，ρ為液態(tài)水密度。

為了對(duì)微波輻射計(jì)的資料質(zhì)量進(jìn)行初步評(píng)估，文中引入相關(guān)系數(shù)(CC)，計(jì)算公式如下

式(3)中，xi和yi分別為微波輻射計(jì)和氣球探空得到的參數(shù)值。

2 天氣形勢分析

2.1 個(gè)例選取

昆明機(jī)場受到多種天氣系統(tǒng)的影響，當(dāng)?shù)乩妆┨鞖忸l發(fā)，且雷暴過程之間差異性較大。根據(jù)鄒琴等(2017)對(duì)2006—2015年影響昆明機(jī)場地區(qū)強(qiáng)雷暴過程的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，昆明機(jī)場的雷暴主要有兩類：一類是天氣尺度系統(tǒng)過境(如鋒面或空中槽線等)引發(fā)的雷暴。另一類是沒有天氣系統(tǒng)控制，而是局地午后或傍晚出現(xiàn)的突發(fā)性短時(shí)雷暴。本文分別選取了兩種雷暴的典型個(gè)例進(jìn)行分析，包括2016 年8 月6 日發(fā)生的在明顯天氣尺度強(qiáng)迫情況下生成的雷暴(以下簡稱天氣尺度強(qiáng)迫下雷暴過程)和8 月21 日發(fā)生的局地?zé)崃妆┻^程(以下簡稱熱力雷暴過程)。

2.2 天氣圖分析

圖1 為2016 年8 月6 日08∶00(北京時(shí)，下同)和8月21日08∶00的500 hPa天氣圖。天氣尺度強(qiáng)迫下雷暴過程是在高空前傾槽和低空切變線的共同影響下生成。從中可見，在6日08∶00，500 hPa上昆明位于兩高壓中心之間的低壓槽下方，有利于雷暴等強(qiáng)天氣的形成。據(jù)機(jī)場天氣記錄，18∶07 機(jī)場西面聞雷，3 min后陣雨開始，雷暴移至機(jī)場上方，雷暴在機(jī)場上方發(fā)展到最強(qiáng)后東移減弱，20∶47 于機(jī)場東部消散，整個(gè)過程持續(xù)3 h 左右，降雨持續(xù)到22∶30，整個(gè)過程降水量達(dá)28 mm。熱力雷暴過程是高層受高壓控制，低層為弱氣壓場影響。我國500 hPa 處于副熱帶高壓控制下，盛行偏東風(fēng)，層結(jié)較穩(wěn)定。據(jù)記錄，19∶47 機(jī)場東北向聞雷，21∶10 雷暴系統(tǒng)移至機(jī)場北面，21∶15—22∶02 本場有弱陣雨，總降水量僅0.3 mm，22∶45 雷暴消散。熱力雷暴過程持續(xù)3 h。

圖1 2016年8月6日08∶00(a)和21日08∶00(c)500 hPa環(huán)流形勢Fig.1 The circulation situation of 500 hPa at(a)08∶00 BT on August 6 and(b)08∶00 BT on August 21 of 2016.

2.3 探空資料和微波輻射計(jì)資料分析

圖2 給出兩類雷暴過程的氣球探空T-lnp 圖。從中可見，天氣尺度強(qiáng)迫下雷暴當(dāng)日08∶00(圖2a)，中低層濕度較大，風(fēng)向順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，表明本站有暖平流；對(duì)流有效位能(CAPE)為559.4 J·kg-1，沙氏指數(shù)為-0.07，本站呈弱對(duì)流不穩(wěn)定態(tài)勢。到了20∶00(圖2b)，高層濕度增大，CAPE 為498.6 J·kg-1，不穩(wěn)定能量開始釋放，沙氏指數(shù)達(dá)-2.24，此時(shí)雷暴已將開始。熱力雷暴過程當(dāng)日08∶00(圖2c)，650 hPa以上干燥，高低層風(fēng)向一致，CAPE 值為304 J·kg-1，沙氏指數(shù)大于3。20∶00(圖2d)，CAPE為261.9 J·kg-1，沙氏指數(shù)為0.99，當(dāng)日兩次探空中，抬升凝結(jié)高度(LCL)均較高，且對(duì)流抑制能量較強(qiáng)。兩次雷暴均發(fā)生在離業(yè)務(wù)放球時(shí)間(08∶00和20∶00)較長的時(shí)段，天氣尺度強(qiáng)迫下雷暴過程在高低空天氣系統(tǒng)影響下產(chǎn)生，環(huán)流形勢上有一些預(yù)示；而熱力雷暴過程無明顯天氣系統(tǒng)影響且發(fā)生時(shí)間較晚，08∶00的探空和環(huán)流形勢上均沒有預(yù)示。

圖2 2016年8月6日08∶00(a)、20∶00(b)及8月21日08∶00(c)、20∶00(d)T-lnp圖Fig.2 The T-lnp at(a)08∶00 BT,(b)20∶00 BT on 6August and(c)08∶00 BT,(d)20∶00 BT on 21August 2016.

HTG-4 型地基微波輻射計(jì)探測的溫濕數(shù)據(jù)結(jié)合風(fēng)廓線雷達(dá)風(fēng)場數(shù)據(jù)，參照氣球探空的原理，能給出當(dāng)?shù)貙?shí)時(shí)探空圖，結(jié)果如圖3所示。為了更好比較，選取天氣尺度強(qiáng)迫下雷暴的前期(圖3a)、成熟期(圖3b)兩時(shí)間段進(jìn)行分析。8月6日，雷暴前40 min(17∶24)，CAPE 為695 J·kg-1，700 hPa 上下飽和度較大，對(duì)流凝結(jié)高度(CCL)低于850 hPa，大氣層結(jié)不穩(wěn)定，有利于雷暴天氣的出現(xiàn)。雷暴開始后，不穩(wěn)定能量迅速釋放，以1.2 km為界，呈“上干下濕”分布；18∶19，800—600 hPa形成深厚等溫層，雷暴在的等溫層之上發(fā)展，此時(shí)輻射計(jì)受到降水影響，露點(diǎn)溫度偏差較大。此后，探空曲線逐漸向雷暴過程前恢復(fù)(圖略)。由于熱力雷暴過程中探空曲線對(duì)降水的開始更為敏感，因此取雷暴降水前期(圖3c)、成熟期(圖3d)來分析。熱力雷暴降水前，21∶14，探空圖上CAPE 值較小，在100 J·kg-1左右，且存在CIN，說明對(duì)流不會(huì)發(fā)展很強(qiáng)；低層溫度露點(diǎn)差在2 ℃左右，空氣中濕度較大。降水開始后，CAPE迅速減小到0，700 hPa達(dá)到飽和，對(duì)流發(fā)展旺盛。

圖3 2016年8月6日17:24(a)、18∶19(b)以及8月21日21∶14(c)、21∶33(d)昆明機(jī)場微波輻射計(jì)探空圖Fig.3 The radiometer sounding at(a)17∶24 BT,(b)18∶19 BT on August 6 and(c)21∶14 BT,(d)21∶33 BT on August 21 in 2016 at Kunming Airport.

微波輻射計(jì)的探空曲線可詳細(xì)分析出天氣尺度強(qiáng)迫下雷暴及熱力雷暴降水過程前后大氣穩(wěn)定度的變化，對(duì)比常規(guī)氣球探空，更有利于發(fā)生在午后較遲時(shí)刻等非放球時(shí)間的雷暴觀測，另外通過高時(shí)間精度T-lnp 圖的變化，更能突出微波輻射計(jì)對(duì)大氣層結(jié)條件的實(shí)時(shí)監(jiān)測能力。對(duì)文中兩次雷暴過程中微波輻射計(jì)資料質(zhì)量進(jìn)行初步評(píng)估，在時(shí)空同步處理后，計(jì)算其溫濕參量的相關(guān)系數(shù)，結(jié)果如表2。對(duì)比分析可知，微波輻射計(jì)和氣球探空溫濕參量的相關(guān)性較好，微波輻射計(jì)的溫度、水汽密度數(shù)據(jù)在降水后依然能保持較高探測精度，但較強(qiáng)的雷暴降水過程對(duì)輻射計(jì)高層相對(duì)濕度數(shù)據(jù)的精度有較大影響，因此在第三節(jié)雷暴相對(duì)濕度特征的分析中僅涉及降水前以及降水后大氣層結(jié)的干濕狀態(tài)。

表2 微波輻射計(jì)與氣球探空溫濕數(shù)據(jù)的相關(guān)系數(shù)Table 2 The correlation coefficient of temperature and humidity data between microwave radiometer and balloon sounding.

3 兩種雷暴的溫濕參量演變特征分析

3.1 溫度、相對(duì)濕度和水汽密度的時(shí)間演變特征

在強(qiáng)對(duì)流天氣的形成和發(fā)展過程中，大氣層氣象要素的垂直分布會(huì)發(fā)生顯著變化。下面利用微波輻射計(jì)高時(shí)間分辨率觀測資料，進(jìn)一步對(duì)兩種雷暴的溫度、相對(duì)濕度和水汽密度的垂直分布和變化特征進(jìn)行分析。

圖4 為兩個(gè)雷暴個(gè)例發(fā)展演變期間的溫度、水汽密度和相對(duì)濕度的垂直分布。從中可見，正午之后，對(duì)流層低層大氣在太陽輻射的作用下顯著升溫，受到地表加熱的影響，低層空氣的飽和度降低，相對(duì)濕度呈“上下干，中間濕”分布特征。受到高低空槽線切變線的影響，天氣尺度強(qiáng)迫下雷暴當(dāng)日(圖4a1、b1、c1)大氣溫濕變化劇烈，相對(duì)濕度高濕區(qū)厚度達(dá)4—5 km，上下邊緣波動(dòng)大。16∶00，在高溫影響下，低層飽和度進(jìn)一步減小，垂直方向上濕度梯度增大，預(yù)示強(qiáng)對(duì)流的產(chǎn)生。17∶20 起，0—2 km 大氣溫度陡然下降，下沉氣流出現(xiàn)，相對(duì)濕度高濕區(qū)向上下擴(kuò)展，中心值達(dá)90%以上，0—4 km水汽密度開始顯著增大，水汽積聚。18∶02—18∶07，0—1.2 km降溫，1.2—4 km溫度升高并達(dá)到峰值，其中地表降溫達(dá)4 ℃，3 km處增溫達(dá)5 ℃，低層大氣垂直運(yùn)動(dòng)顯著，溫度的反向變化引起了高低層飽和度的轉(zhuǎn)變，相對(duì)濕度轉(zhuǎn)為“上干下濕”分布。此時(shí)，各層水汽密度達(dá)到峰值，1.5 km 水汽密度增幅達(dá)2.97 g·m-3，低層有充足水汽，雷暴開始在機(jī)場上空發(fā)展。雷暴開始后，0—1 km持續(xù)降溫并伴隨強(qiáng)降水，隨著雷暴的發(fā)展，下沉氣流逐漸增強(qiáng)，此后雷暴進(jìn)入消亡期。

圖4 微波輻射計(jì)探測的2016年8月6日12時(shí)—7日02時(shí)(a1—c1)和8月21日—22日02(a2—c2)時(shí)溫度(a1,a2,單位:℃)、水汽密度(b1,b2,單位:g.m-3)和相對(duì)濕度(c1,c2,單位:%)(實(shí)線劃分雷暴的起止時(shí)間，虛線劃分降水的起止時(shí)間)Fig.4 (a1,a2)Temperature(unit:℃),(b1,b2)relative humidity(unit:g·m-3)and(c1,c2)water vapor density(unit:%)(a1-c1)from 12∶00 BT 6 to 02∶00 BT 7 August and(a2-c2)from 12∶00 BT 21 to 02∶00 BT 22 August detected by the microwave radiometer(Solid lines divide the start and end times of the thunderstorm stage and dotted lines divide the start and end times of the precipitation stage).

如圖4a2、b2、c2所示，熱力雷暴主要由局地增熱引起。8 月21 日，雷暴前8 h(12∶00)到雷暴前40 min(19∶18)，0—1 km大氣存在長時(shí)間的增溫過程，期間低層溫度平均增高3 ℃。對(duì)比8 月6 日的天氣尺度強(qiáng)迫下雷暴，熱力雷暴當(dāng)日相對(duì)濕度的高濕區(qū)窄而平滑，并于雷暴降水前20 min 上下擴(kuò)展，中心值升至90%，對(duì)應(yīng)水汽密度也顯著上升，半小時(shí)內(nèi)2—3 km 水汽密度平均增大0.38 g·m-3，小于系統(tǒng)性雷暴，反映了兩類雷暴降水強(qiáng)度的差異。雷暴降水開始后，水汽密度逐漸減小，高低層大氣溫度在1 km上下也出現(xiàn)反向變化，1 km以上平均升溫3 ℃，0—1 km 平均降溫2 ℃，溫度變化相對(duì)緩慢；相對(duì)濕度逐漸轉(zhuǎn)為“上干下濕”分布。

兩類雷暴減弱后，大氣溫濕分布逐漸恢復(fù)常態(tài)，但受到持續(xù)降水的影響，天氣尺度強(qiáng)迫下雷暴結(jié)束后，低層大氣降溫顯著，低層空氣維持飽和狀態(tài)時(shí)間長。

3.2 水汽和降水的變化特征分析

雷暴降水的產(chǎn)生需要充足的水汽，而大氣中水分是以氣態(tài)、固態(tài)和液態(tài)三種形式存在。以往對(duì)雷暴降水的分析研究，因?yàn)槿狈B續(xù)資料，不能較好地區(qū)分不同形態(tài)的水在降水發(fā)展中的作用。HTG-4 型微波輻射計(jì)可通過接收22-31 GHz 頻段水分子的輻射信息，反演出代表0—10 km內(nèi)氣態(tài)水總量的積分水汽含量(IWV)和云層內(nèi)液態(tài)水路徑(LWP)(李鐵林等，2007)。為詳細(xì)分析兩類雷暴降水期間不同形態(tài)的水在降水發(fā)展中的作用。圖5給出了兩類雷暴發(fā)展演變過程中IWV和LWP的觀測結(jié)果。兩類雷暴在來臨前，空中云水含量均較少，IWV低于30 kg·m-2，LWP低于0.01 kg·m-2。從圖5a 可見，當(dāng)天氣尺度強(qiáng)迫下雷暴發(fā)生時(shí)，IWV 在33 kg·m-2左右，17∶10—17∶50，IWV 略微升高，LWP 劇烈波動(dòng)，水汽、液態(tài)水在高溫的影響下起伏明顯。大氣飽和后，0—1 km 持續(xù)降溫使LWP 自17∶52 起迅速躍升到1 kg·m-2以上，10 min 后達(dá)到峰值3.04 kg·m-2。此時(shí)1.2 km 以上大氣顯著增溫，1 min 內(nèi)溫度升高達(dá)0.2～0.6 ℃，對(duì)應(yīng)高度的云中液態(tài)水受熱蒸發(fā)，LWP 減少，IWV躍升30 kg·m-2。而當(dāng)?shù)孛娈a(chǎn)生降水后，LWP不斷減小，而降水帶來大量的水分使得IWV 持續(xù)升高，雨滴下落時(shí)的強(qiáng)下沉氣流引起了低層的劇烈降溫，在本地水汽充分的條件下，溫度的驟降又進(jìn)一步引起降水強(qiáng)度的增大。強(qiáng)降水期間IWV 減小7.6 kg·m-2，一部分形成地面強(qiáng)降水，一部分轉(zhuǎn)化為云中液態(tài)水，LWP 升高0.66 kg·m-2。降水期間IWV 和LWP 的反相變化關(guān)系，較好地反映了降水過程中氣態(tài)水和液態(tài)水的互相轉(zhuǎn)化過程。熱力雷暴過程的變化如圖5b，可見熱力作用增強(qiáng)與局地降水相伴隨。熱力雷暴過程中，IWV在30 kg·m-2左右波動(dòng)變化。19∶15，低層溫度已達(dá)峰值，相對(duì)濕度中心值為80%，此時(shí)IWV 逐漸增大，水汽積聚。20∶30 后，IWV 的加速上升和低層溫度的降低，導(dǎo)致了空氣飽和度的增大，預(yù)示著降水的臨近。19∶15—21∶15，IWV 均勻上升，增加6.19 kg·m-2，其增量遠(yuǎn)低于系統(tǒng)性雷暴降水。LWP在21∶15后顯著上升。強(qiáng)降水階段，LWP迅速增大，峰值達(dá)1.8 kg·m-2，伴隨著降水強(qiáng)度的明顯減弱，IWV、LWP幾乎同時(shí)轉(zhuǎn)為下降趨勢。

圖5 2016年8月6日17∶30—22∶30(a)和8月21日19∶15—22∶15(b)的IWV、LWP分布(單位:kg·m2,虛線劃分強(qiáng)降水的起止時(shí)間，即降水量大于20 mm·h-1的時(shí)段)Fig.5 IWV and LWP(a)from 17∶30 BT to 22∶30 BT on 6 August and(b)from 19∶15 BT to 22∶15 BT on 21 August 2016(unit:kg·m2，dotted line divides the start and end times of heavy precipitation,the period when precipitation is greater than 20 mm·h-1).

圖6是由各層水汽密度含量積分算出的兩次雷暴降水過程的PW 曲線。PW 是單位面積氣柱內(nèi)的水汽總量，代表降水可能發(fā)生的最大強(qiáng)度，其演變趨勢同IWV 基本一致，但對(duì)降水的指示更明確。兩次雷暴降水前2 h，PW開始上升，達(dá)到峰值后地面降水開始，但由于是雷暴引起的短時(shí)強(qiáng)降水，兩次降水前，PW 上升時(shí)間更短，增長速度更快。天氣尺度強(qiáng)迫下雷暴當(dāng)日的PW比熱力雷暴高2～3 mm，說明高空前傾槽為系統(tǒng)性雷暴的產(chǎn)生帶來了更加充足的水汽條件。天氣尺度強(qiáng)迫下雷暴降水期間PW峰值為45.4 mm，總增幅14.6 mm，實(shí)際降水達(dá)28 mm；對(duì)應(yīng)IWV，降水前10 min，PW 也有近10 mm 的增長量。熱力雷暴降水期間，PW 峰值為36.5 mm，總增幅7.5 mm，實(shí)際降水卻不到1 mm。

圖6 2016年8月6日12:00—7日02:00和21日12∶00—22日02∶00大氣可降水量(PW)分布(實(shí)線劃分天氣尺度強(qiáng)迫下雷暴降水起止時(shí)間，虛線劃分熱力雷暴降水起止時(shí)間，降水時(shí)段按照大于0.1 mm·h-1記錄)Fig.6 Atmospheric precipitable water distribution from 12∶00 BT 6 to 02∶00 BT 7 August and from 12∶00 BT 21 to 02∶00 BT 22 August 2016(Solid lines divides the start and end times of the thunderstorm precipitation forced by weather scale and dotted lines divide the start and end times of the thermal thunderstorm precipitation,precipitation periods are recorded at greater than 0.1 mm·h-1)

選取兩次雷暴降水前后發(fā)生顯著升(降)溫層次的溫度廓線(圖7)，結(jié)合水汽、液態(tài)水條件綜合分析，明顯天氣尺度強(qiáng)迫下，雷暴降水前，以1.2 km為界，高低層溫度反向變化，1.2—4 km 正處于云層，該層升溫使得云中液態(tài)水蒸發(fā)，對(duì)應(yīng)IWV 和PW 迅速升高且居高不下，但18∶02—18∶10，IWV 增量達(dá)29.9 kg·m-2，LWP 所轉(zhuǎn)化的0.95 kg·m-2遠(yuǎn)小于IWV 的增量，結(jié)合IWV 的躍升過程，認(rèn)為降水前西南暖濕氣流為當(dāng)?shù)貛砹藦?qiáng)水汽輸送。降水開始后，1.2 km以上溫度到達(dá)峰值，降水及其帶來的下沉氣流使得0—1 km 發(fā)生劇烈降溫，引起飽和空氣里的水汽加速凝結(jié)下落，降水強(qiáng)度增大；且降水前減小的LWP 中，部分較大液滴可能直接降落，因此系統(tǒng)性雷暴當(dāng)日降水強(qiáng)度較大。而熱力雷暴降水前期，溫度無顯著變化，LWP 極??；降水后，高低層溫度均勻升高(降低)，IWV和LWP也均勻變化，整個(gè)降水過程中水汽的轉(zhuǎn)化量極小。

圖7 2016年8月6日17:10—19∶10(a)、8月21日20∶15—22∶15(b)溫度變化Fig.7 Temperature change(a)from 17∶10 BT to 19∶10 BT on 6 August and(b)from 20∶15 BT to 22∶15 BT on 21August 2016.

4 結(jié)論

對(duì)雷暴發(fā)展演變過程中溫度、濕度和水汽密度等氣象要素探測，有助于提高雷暴監(jiān)測和預(yù)警預(yù)報(bào)能力。本文利用一步地基微波輻射計(jì)的高時(shí)間分辨率探測資料，對(duì)昆明長水國際機(jī)場兩次不同性質(zhì)雷暴天氣過程不同發(fā)展階段的氣象要素時(shí)空分布和演變特征進(jìn)行了研究，得到如下結(jié)論：

(1)與探空資料相比，微波輻射計(jì)資料能更精細(xì)和連續(xù)地反映出雷暴發(fā)展過程中大氣層結(jié)狀態(tài)。在明顯天氣尺度強(qiáng)迫下，雷暴過程前40 min，CAPE 值顯著增大，CCL和LCL較低，層結(jié)開始不穩(wěn)定。在熱力雷暴前幾分鐘，出現(xiàn)CAPE正值。

(2)不同類型雷暴的溫度和濕度分布及變化特征具有明顯差異。在明顯天氣尺度強(qiáng)迫下，雷暴發(fā)生前40 min，低層(0—1.2 km)顯著降溫，相對(duì)濕度和水汽密度均升高。雷暴前10 min，1 km以上(以下)溫度劇烈增高(降低)，水汽密度顯著增高。局地?zé)崃妆┣? h～40 min，大氣溫度均勻持續(xù)上升。降水前20 min，相對(duì)濕度濕區(qū)開始上下擴(kuò)展，高低層溫度在降水開始后呈反向變化，但溫度升降較緩慢。

(3)IWV、LWP能較好描述兩類雷暴降水期間的水相變化。天氣尺度引發(fā)的雷暴在降水前1 h，IWV、LWP開始增大，并相互轉(zhuǎn)化，降水時(shí)，IWV減小7.6 kg·m-2，轉(zhuǎn)化為LWP和地面強(qiáng)降水。熱力雷暴降水前2 h，IWV均勻增大，LWP在降水時(shí)躍升，降水強(qiáng)度減弱時(shí)，對(duì)應(yīng)IWV、LWP轉(zhuǎn)為下降趨勢。

(4)PW值可指示雷暴降水的強(qiáng)度。天氣尺度強(qiáng)迫下的雷暴，降水前10 min，PW 躍升近10 mm，PW 值顯著減小時(shí)，降水減弱結(jié)束。熱力雷暴過程中水汽增量幅度稍低，且降水前后溫度變化較均勻，PW于降水前30 min增加7.5 mm，降水后PW迅速減小。