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      牡丹江一次局部對流天氣雷達回波特征分析

      2012-12-25 09:38:22徐明偉李春艷路平平
      黑龍江氣象 2012年1期
      關鍵詞:徑向速度逆風氣旋

      徐明偉,李春艷,路平平

      (牡丹江市氣象局,黑龍江牡丹江 157009)

      牡丹江一次局部對流天氣雷達回波特征分析

      徐明偉,李春艷,路平平

      (牡丹江市氣象局,黑龍江牡丹江 157009)

      本文利用新一代天氣雷達觀測到的回波強度、回波速度等產(chǎn)品來判斷分析,得出牡丹江地區(qū)此次局部對流天氣的雷達回波,具有移動速度緩慢、高度高、中心強度強、速度場上有明顯的逆風區(qū)結構、垂直風切變明顯等特征,利用這些回波特征是判斷此次局地短時暴雨的重要指標。

      對流天氣;雷達回波;逆風區(qū);垂直風切變;中小尺度氣旋

      1 引言

      新一代天氣雷達是監(jiān)測與預警災害性天氣的重要手段。由于其探測資料的時空尺度分辨率較高,其資料的應用對研究各種尺度天氣發(fā)生、發(fā)展的內在機理也有著十分重要的作用[1]。因對流天氣時間、空間尺度較小,應用常規(guī)的探測手段難以監(jiān)測到其運動、變化的全過程,而連續(xù)工作的新一代天氣雷達能探測到其發(fā)展、變化的全部,強對流天氣是指冰雹、雷雨大風和對流性短時暴雨,通常尺度為幾千米到幾十千米的強對流云單體,生命史一般約幾十分鐘。本文選取了2005年7月28日牡丹江市新一代天氣雷達觀測到的強降水過程和自動氣象站資料,來分析本次局部對流天氣的變化過程。

      2 天氣實況

      2005年7月28日牡丹江地區(qū)局部出現(xiàn)了對流性短時暴雨天氣,其中,林口、東寧、海林、寧安出現(xiàn)了雷雨大風,部分地區(qū)出現(xiàn)了冰雹,雷達站東北五林鎮(zhèn)3 h降雨69.9 mm,逐時降雨量分別為7.5 mm、23.8 mm、38.6 mm,24 h降雨73.5 mm,柳樹鎮(zhèn)3 h降雨90.1 mm,逐時降雨量分別為52.3 mm、34.8 mm、4.0 mm,24 h降雨114.0 mm。據(jù)不完全統(tǒng)計,這次暴雨過程導致了柳樹鎮(zhèn)大量房屋、樹木、電桿、橋梁等倒塌,大部分路面被沖毀,部分農(nóng)田決產(chǎn)。

      3 大尺度環(huán)流形勢背景

      2005年7月28日08 時,500 hPa、700 hPa和850 hPa的影響系統(tǒng)均是向東緩慢移動的高空槽,高空槽位于哈爾濱西南和吉林省西部,地面水分充足,渤海低壓北上與高空槽配合強烈發(fā)展,哈爾濱西南從低層到高層為深厚強烈的上升運動。高空有冷平流,低渦后部不斷有冷空氣甩下來,500 hPa和850 hPa溫差為28℃,整個環(huán)流背景形勢有利于產(chǎn)生強烈的對流天氣。

      4 雷達回波強度特征分析

      2005年7月28日13 時30分-18時30分,牡丹江的東北方向有回波新生,從幾塊10 dBz的小單體逐漸發(fā)展成長約30 km、寬約15 km的回波帶并逐漸加強?;夭◣а匾龑饬鞣较颍驏|北移動并不斷加強,14時43分在五林鎮(zhèn)附近有一較強的回波單體生成,在形成的過程中逐漸向東北方向移動,50 min后部分強回波單體移出五林鎮(zhèn)并開始逐漸消散,在其右方又有新的單體生成,16時07分在整條回波帶移動方向的右下側的回波單體不斷加強(中心強度為56 dBz,高度為7.0 km),在北抬的過程中,強回波單體不斷的融入到回波帶中,此時系統(tǒng)處于成熟階段,位于雷達站東北側的柳樹鎮(zhèn)形成了大暴雨,回波帶的強中心從15時57分到16時07分僅維持10 min左右,然后回波強度開始減弱,減弱5~10 dBz,回波強度維持在45 dBz以上大約1 h左右,從16時18分以后演變成層狀云降水向東北移動。強中心柳樹鎮(zhèn)從16-19時降雨90.1 mm。云中最大反射率因子隨時間的演變(圖1),從14時20分到16時20分,回波強中心強度大部分時間都在50 dBz以上,最強時段達到56 dBz,在16時20分之后回波強度逐漸減弱。

      圖1 云中最大反射率因子隨時間的演變

      綜觀回波的演變全過程,從14時17分到18時13分在牡丹江東北側有一條東北向的回波生成、發(fā)展,由多個對流單體形成了一條回波帶,在整個過程中不斷有新生的單體回波生成、發(fā)展、消亡。

      5 回波速度分布特征

      5.1 逆風區(qū)

      速度場上的逆風區(qū)結構,是暴雨的一個較好的判斷因子。所謂逆風區(qū),就是在大片暴雨回波區(qū)的負(正)徑向速度區(qū)中出現(xiàn)一塊正(負)速度區(qū)。從這種逆風區(qū)風場結構可看出,風場的一側是輻合氣流,另一側為輻散,形成了閉合的循環(huán)氣流。逆風區(qū)常對應著強降水區(qū),可作為暴雨識別指標,并且有一定的提前量[2]。在16時54分的徑向速度圖上,存在明顯的“逆風區(qū)”。在這段時間內,導致柳樹鎮(zhèn)強烈暴雨過程回波不僅伴有速度最大值,還出現(xiàn)了“逆風區(qū)”,即在大片正速度為6 m/s的區(qū)域中,出現(xiàn)了一塊封閉的負速度為6 m/s的區(qū)域,水平尺度3~4 km。逆風區(qū)的出現(xiàn)表明此處的風向發(fā)生了劇烈的變化,產(chǎn)生了強烈的風向切變,具有明顯的輻合和輻散特征。逆風區(qū)的位置剛好和災害性天氣發(fā)生區(qū)對應。當回波進入逆風區(qū)時,發(fā)展更加強盛,造成了雷雨大風,因此逆風區(qū)的出現(xiàn)可以作為此次短時強對流天氣預報的一項重要指標。

      5.2 中小尺度氣旋特征

      中小尺度氣旋往往可用理想垂直軸對稱氣旋環(huán)流的藍金模式來模擬,在某一個小區(qū)域內有一對最大入流出流速度中心(表現(xiàn)為正負徑向速度中心)距雷達是等距離時,表示該區(qū)域有中小尺度氣旋的旋轉存在,沿雷達徑向方向若負徑向速度中心位于左側,表示為氣旋性旋轉,反之為反氣旋性旋轉。

      在15時52分觀測到的速度圖上,可分析出五林鎮(zhèn)附近一較小區(qū)域呈現(xiàn)氣旋的徑向速度風場特征:一對較小的正負徑向速度極值呈方位對稱,極值中心相距9 km,零速度線平行于徑線,且正速度區(qū)、正速度中心位于其右側,負速度區(qū)、負速度中心位于其左側。由正負徑向速度的極植6 m/s,可計算出此處的最大轉動速度平均值(Vmax=[|Vrmax|+|Vrmin|]/2)為6 m/s。根據(jù)中尺度氣旋的劃分標準,可確定這是一個弱的中小尺度氣旋性旋轉。

      5.3 垂直風切變

      垂直風切變是指水平風(包括大小和方向)隨高度的變化。如果風切變較弱,相對風暴氣流就不可能增強到足以攜帶降水遠離風暴的上升氣流區(qū)。在這種情況下,降水就通過上升氣流降落,并進入風暴低層的入流區(qū),從而導致上升氣流中水負載明顯增加,最終使得風暴核消失。中等到強的垂直風切變有利于相對風暴氣流的發(fā)展,氣塊攜帶著降水遠離風暴的入流區(qū)或上升區(qū)。中等到強的垂直風切變能夠產(chǎn)生與陣鋒風相匹配的風暴運動,使得暖濕氣流源源不斷的輸送到發(fā)展的上升氣流中去。在這種風切變環(huán)境下,有利于組織完好的對流風暴發(fā)展。在此次對流天氣發(fā)展的過程中,風速大小和方向一直隨著高度不斷的變化,整個風場形成了有組織的對流,這一指標可以很好的用來判斷暴雨及其對流性天氣的發(fā)生。

      5.4 強回波移動與地面輻合輻散的關系分析

      這次短時局地暴雨,強回波中心移動即強降水區(qū)域的移動與地面的輻合輻散運動有密切關系[3]。一般情況下,強回波中心的移動朝著輻合區(qū)方向,在速度圖上,位于測站東北部存在著一個氣旋性切變,在氣旋性切變的上側存在著明顯的輻合區(qū),根據(jù)測高公式算得這一輻合區(qū)的厚度達3~4 km,如此深厚的輻合區(qū)則說明輻合強度很大,當時,這一區(qū)域并沒有很強的回波區(qū),強回波區(qū)位于輻合區(qū)的前方,并且該強回波區(qū)朝著輻合區(qū)移動。強回波中心稍稍滯后于輻合區(qū),并向輻合區(qū)移動,造成了該區(qū)域附近出現(xiàn)強降水。

      6 結論

      (1)產(chǎn)生局部對流天氣的大尺度環(huán)流形勢:在高低空存在著一深厚的前傾槽系統(tǒng),高低空存在風向風速的垂直切變,大氣層結不穩(wěn)定。

      (2)雷達回波是由多個單體構成的回波帶,并不斷有新的對流單體生成、發(fā)展、消亡,一個單體達到成熟階段,另一個單體還處于新生發(fā)展階段。每個單體整個生命史約為25~45 min。

      (3)強回波中心朝著輻合區(qū)方向運動,中小尺度氣旋和逆風區(qū)是造成此次局地大暴雨的主要原因。

      [1]鄭媛媛,俞小鼎.一次典型超級單體風暴的多普勒雷達觀測分析[J].氣象學報,2004,62(3):317-328.

      [2]夏文梅,張亞萍,湯達章.暴雨多普勒天氣雷達資料的分析[J].南京氣象學院學報,2002,25(6):787-794.

      [3]王川,壽紹文.一次青藏高原東側大暴雨過程的診斷分析[J].氣象,2003,29(7):7-12.

      P458.3

      A

      1002-252X(2012)01-0017-02

      2011-12-6

      徐明偉(1977-),男,黑龍江省肇東市人,東北大學,碩士生,工程師.

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