2008—2021年呼倫貝爾市中西部強(qiáng)降雪天氣雷達(dá)回波特征分析

苗春艷，白子恒，劉 偉，劉 娜

1.阿榮旗氣象局，內(nèi)蒙古阿榮旗 162750；2.內(nèi)蒙古呼倫貝爾市氣象局，內(nèi)蒙古呼倫貝爾 021008；3.海拉爾區(qū)氣象局，內(nèi)蒙古海拉爾 021008

大雪、暴雪是北方地區(qū)冬半年主要災(zāi)害性天氣之一，降雪天氣對(duì)交通、農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)及百姓生活均有影響。內(nèi)蒙古東北部冬季時(shí)間較長(zhǎng)，降雪期多達(dá)5～6個(gè)月之久，初冬和初春是高發(fā)期，學(xué)者對(duì)本地大雪(暴雪）的成因分析做了諸多研究[1-5]。多普勒天氣雷達(dá)應(yīng)用以來(lái)，諸多學(xué)者針對(duì)降雪雷達(dá)回波特征也做了大量分析研究。其中，李一平等[6]針對(duì)內(nèi)蒙古雨雪轉(zhuǎn)換期多普勒雷達(dá)產(chǎn)品特征進(jìn)行了分析。有學(xué)者結(jié)合雷達(dá)回波特征對(duì)2001—2010年大連市8次降雪過(guò)程進(jìn)行了分析，揭示了降雪過(guò)程中天氣系統(tǒng)和水汽的演變特征。對(duì)2008—2021年呼倫貝爾市中西部14次強(qiáng)降雪過(guò)程的環(huán)流特征、雷達(dá)基本反射率因子、徑向速度及導(dǎo)出產(chǎn)品的特征進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，總結(jié)了一些降雪回波共性指標(biāo)，旨在為預(yù)報(bào)冬季強(qiáng)降雪過(guò)程業(yè)務(wù)工作提供參考[7]。

1 強(qiáng)降雪過(guò)程實(shí)況與環(huán)流特征

在呼倫貝爾市中西部即海拉爾雷達(dá)站周?chē)?50 km范圍內(nèi)5個(gè)國(guó)家級(jí)氣象站中，只要有一個(gè)站24 h降雪量≥5 mm，即統(tǒng)計(jì)為1次強(qiáng)降雪過(guò)程。2008—2021年呼倫貝爾市中西部強(qiáng)降雪天氣過(guò)程共計(jì)14次（表1）。

14次強(qiáng)降雪過(guò)程影響系統(tǒng)見(jiàn)表1，經(jīng)統(tǒng)計(jì)：500 hPa影響系統(tǒng)8次為高空槽、2次為低渦、4次為平直西風(fēng)。850 hPa均為低渦（槽、氣旋性環(huán)流）且多數(shù)伴有低空急流。地面影響系統(tǒng)多數(shù)為氣旋頂部，有2次為倒槽。除了2010年4月18—19日、2011年11月16—17日、2016年10月24—25日、2017年2月15—16日這4次降雪過(guò)程天氣系統(tǒng)較為薄弱外，其余10次過(guò)程均是北方較強(qiáng)冷空氣隨著槽（渦）向南暴發(fā)與低空暖濕氣流的向北輸送冷暖氣流交匯產(chǎn)生的強(qiáng)降雪。

表1 2008—2021年強(qiáng)降雪天氣過(guò)程實(shí)況及影響系統(tǒng)

2 雷達(dá)產(chǎn)品的特征

2.1 基本反射率因子

降雪天氣的雷達(dá)基本反射率因子回波平均強(qiáng)度僅為5～15 dBz，中心強(qiáng)度為15～25 dBz，回波形狀多呈均勻的片狀，降雪集中段最大回波強(qiáng)度不超過(guò) 30 dBz；低仰角回波強(qiáng)度明顯高于高仰角，且回波顯示范圍也明顯大于高仰角。在雨雪轉(zhuǎn)換季節(jié)，雨夾雪的雷達(dá)回波強(qiáng)度略大，平均為15～20 dBz，中心強(qiáng)度為20～35 dBz，回波形狀呈絮狀或混合狀，偶爾時(shí)段雷達(dá)回波形狀還會(huì)出現(xiàn)塊狀。

2.2 徑向速度

從表2統(tǒng)計(jì)可知，徑向速度“零速度線(xiàn)”呈現(xiàn)“S”型或反“S”型結(jié)構(gòu)的強(qiáng)降雪過(guò)程共有9次，占64.2%，為冷暖平流交替的降雪過(guò)程；其余幾次是以偏東風(fēng)為主的風(fēng)場(chǎng)結(jié)構(gòu)，這一特征是呼倫貝爾市降水的主要低層風(fēng)場(chǎng)特征。從大量研究得知，冷空氣沿偏東路徑自邊界層侵入，在底層形成冷墊，一方面，能使邊界層氣溫下降，利于降雪的產(chǎn)生；另一方面，其構(gòu)建的“楔形”產(chǎn)生觸發(fā)機(jī)制，迫使中空暖濕空氣沿冷墊爬升造成鋒生。僅有2次強(qiáng)降雪過(guò)程的風(fēng)場(chǎng)出現(xiàn)了“逆風(fēng)區(qū)”現(xiàn)象，從天氣學(xué)角度分析，無(wú)“逆風(fēng)區(qū)”現(xiàn)象表明：整層大氣風(fēng)場(chǎng)結(jié)構(gòu)相對(duì)均勻，無(wú)中小尺度系統(tǒng)擾動(dòng)，這與夏季強(qiáng)對(duì)流天氣常出現(xiàn)“逆風(fēng)區(qū)”現(xiàn)象不同。徑向速度出現(xiàn)“牛眼”結(jié)構(gòu)的強(qiáng)降雪過(guò)程有4次，占28.5%，“牛眼”結(jié)構(gòu)表明：風(fēng)場(chǎng)出現(xiàn)急流，急流帶來(lái)的水汽條件及能量條件將有利于降雪。出現(xiàn)速度模糊的降雪過(guò)程有3次，最大不模糊速度為27 m/s。

事實(shí)上大氣風(fēng)場(chǎng)是動(dòng)態(tài)演變的，故徑向速度也是動(dòng)態(tài)演變的，表2中所列僅是徑向速度的主要特征。徑向速度場(chǎng)上任意高度出現(xiàn)西北或偏北風(fēng)，可以作為強(qiáng)降雪過(guò)程減弱或趨于結(jié)束的短時(shí)臨近預(yù)報(bào)指標(biāo)。

表2 強(qiáng)降雪過(guò)程雷達(dá)徑向速度場(chǎng)特征

圖1a為2013/01/31—02/01強(qiáng)降雪過(guò)程徑向速度“零速度線(xiàn)”呈“S”型分布且有“牛眼”結(jié)構(gòu)；圖1b為2020/02/12—02/13強(qiáng)降雪過(guò)程徑向速度“零速度線(xiàn)”呈反“S”型分布且高層出現(xiàn)速度模糊；圖1c為2019/11/17—11/18強(qiáng)降雪過(guò)程徑向速度揭示風(fēng)場(chǎng)為東南風(fēng)；圖1d為2010/04/18—04/19強(qiáng)降雪過(guò)程徑向速度揭示風(fēng)場(chǎng)為西風(fēng)，且回波不連續(xù)。

圖1 2013年1月31日15:48（a）、2020年2月12日13:46（b）、2019年11月17日14:02（c）、2010年4月19日14:28（d）1.5°仰角徑向速度圖（單位：m/s）

2.3 雷達(dá)導(dǎo)出產(chǎn)品的特征

表3為14次強(qiáng)降雪天氣過(guò)程雷達(dá)導(dǎo)出產(chǎn)品特征表。從表中數(shù)據(jù)可知：強(qiáng)降雪天氣過(guò)程組合反射率因子中心強(qiáng)度最大值為50 dBz，為2021年4月15日雨夾雪轉(zhuǎn)暴雪類(lèi)天氣過(guò)程。大多數(shù)過(guò)程組合反射率因子強(qiáng)度為30 dBz左右，最小為25 dBz。回波頂高最大值為6.1 km，大多數(shù)回波頂高為2～5 km，僅2016年4月1日暴雪過(guò)程回波頂高僅為0.6 km。強(qiáng)降雪過(guò)程垂直累積液態(tài)水含量中心值2～4 kg/m2，最大值僅為6 kg/m2，出現(xiàn)在2017年11月9日降雪過(guò)程中，比強(qiáng)對(duì)流天氣的垂直累積液態(tài)水含量值小。

表3 強(qiáng)降雪過(guò)程雷達(dá)導(dǎo)出產(chǎn)品的特征

3 結(jié)論

應(yīng)用海拉爾天氣雷達(dá)2008—2021年 的14次 強(qiáng) 降 雪 過(guò) 程N(yùn)CEP 2.5°×2.5°再分析資料以及雷達(dá)產(chǎn)品資料，對(duì)強(qiáng)降雪過(guò)程影響系統(tǒng)、雷達(dá)回波強(qiáng)度、徑向速度及導(dǎo)出產(chǎn)品的特征，通過(guò)形態(tài)分析、統(tǒng)計(jì)分析等方法進(jìn)行研究，得出如下結(jié)論：

（1）呼倫貝爾市中西部2008—2021年的14次強(qiáng)降雪過(guò)程中，500 hPa影響系統(tǒng)10次為高空槽（渦），4次為平直西風(fēng)；850 hPa多數(shù)伴有低空急流；地面影響系統(tǒng)多數(shù)為氣旋頂部。

（2）強(qiáng)降雪過(guò)程雷達(dá)基本反射率因子回波平均強(qiáng)度為5～15 dBz，中心強(qiáng)度為15～25 dBz，回波形狀多呈均勻的片狀，降雪集中段最大回波強(qiáng)度不超過(guò)30 dBz；低仰角回波強(qiáng)度明顯高于高仰角，且回波顯示范圍也明顯大于高層。

（3）在雨雪轉(zhuǎn)換季節(jié)，雨夾雪雷達(dá)回波強(qiáng)度略大，平均15～20 dBz，中心強(qiáng)度為20～35 dBz，回波形狀呈絮狀或混合狀，偶爾時(shí)段的雷達(dá)回波形狀還會(huì)出現(xiàn)塊狀。

（4）9次過(guò)程的徑向速度“零速度線(xiàn)”呈現(xiàn)“S”型或反“S”型結(jié)構(gòu)分布，占64.2%，其余為東南風(fēng)或偏東轉(zhuǎn)西北風(fēng)的風(fēng)場(chǎng)結(jié)構(gòu)；大多數(shù)過(guò)程無(wú)逆風(fēng)區(qū)；出現(xiàn)“牛眼”結(jié)構(gòu)的降雪過(guò)程有4次，占28.5%；出現(xiàn)速度模糊的降雪過(guò)程有3次，最大不模糊速度為27 m/s。