烏東德水電站暴雨雷達回波特征分析

鄒 陽，秦蕾蕾，師義成，王 將

(1.昆明市氣象局，云南 昆明 650001，2.中國三峽建工(集團)有限公司，四川 成都 610041)

0 引言

烏東德水電站位于金沙江下游4個梯級水電站(烏東德、白鶴灘、溪洛渡、向家壩)的最上游一級，2015年全面開工建設(shè)，2020年6月29日首批機組投產(chǎn)發(fā)電，2021年6月16日全部機組正式投產(chǎn)發(fā)電，裝機規(guī)模1 020×104kW，是“西電東送”的重要能源基地。大壩高度270 m，兩岸自然邊坡高度差近1 000 m，大風(fēng)、暴雨、雷電、高溫、強降溫等自然災(zāi)害頻發(fā)，尤其是暴雨及其誘發(fā)的山洪、泥石流等次生災(zāi)害對水電站建設(shè)、庫區(qū)安全、生態(tài)環(huán)境等有重要影響。

烏東德水電站壩區(qū)地形復(fù)雜，山高谷深，河流下切，氣候獨特，干濕季分明，降水時空分布不均，屬于典型的低緯高原干熱河谷氣候，氣候垂直差異明顯，災(zāi)害性天氣種類多。雷雨大風(fēng)和暴雨是烏東德水電站最主要的災(zāi)害性天氣，天氣雷達探測及其產(chǎn)品應(yīng)用是雷雨天氣和暴雨預(yù)報監(jiān)測及相關(guān)研究的資料來源和重要依據(jù)。武秀蘭等[1]對云南滇中地區(qū)強對流雷達回波進行了統(tǒng)計分析，李成鵬等[2]分析了昆明多普勒天氣雷達資料在人工增雨中的應(yīng)用，桂園園等[3]對2017年鷹潭市暴雨天氣與回波特征進行了分析，沈宏彬等[4]、張守保[5]、李玉林[6]、朱府鴻[7]、王酈[8]等分別對暴雨、雷暴等強對流天氣的雷達回波特征進行了分析。

壩區(qū)周圍有3部天氣雷達，分別是昆明雷達、曲靖雷達、昭通雷達，有效探測距離均為150 km。昭通雷達位于壩區(qū)東北方向，距離水電站約160 km；曲靖雷達位于壩區(qū)東南側(cè)，距離水電站約149 km，能夠覆蓋水電站，但由于水電站東南方向有海拔3 000 m以上的高山阻擋，回波往往失真較大；昆明雷達位于壩區(qū)南側(cè)，距離烏東德壩區(qū)約143 km，對西面、南面和東面來的天氣可以進行有效探測，是3部雷達中最貼近實際的雷達，是烏東德水電站預(yù)報員主要參考的天氣雷達，但由于雷達探測仰角和地形影響，回波有較大失真。昆明雷達和曲靖雷達可以相互彌補，但是如果天氣系統(tǒng)是從北面下來，則雷達只能探測到很少部分回波，此時僅用雷達回波推測降雨量和降雨持續(xù)時間等均會出現(xiàn)不同程度偏差。另外，從RHI回波剖面圖上可以看出，因地形阻擋和雷達仰角原因，雷達探測到水電站附近回波的回波底高度最小值約4.5 km，如果云層較低時，只能探測到實際云層的上面部分信息。

本文結(jié)合烏東德水電站壩區(qū)地理特點和氣候特征，總結(jié)壩區(qū)暴雨災(zāi)害時空分布特點，分析暴雨產(chǎn)生當(dāng)日的高空環(huán)流形勢和暴雨發(fā)生時的雷達回波特征，歸納出適合烏東德水電站壩區(qū)暴雨雷達回波主要特征及其預(yù)報指標(biāo)，更好地為防災(zāi)減災(zāi)服務(wù)。

1 資料來源和統(tǒng)計方法

1.1 資料來源

降雨資料為烏東德水電站7個氣象自動觀測站分鐘級降雨資料；雷達回波資料為昆明C波段天氣雷達全天候探測資料。資料年限為2014～2020年。

1.2 統(tǒng)計方法

暴雨：壩區(qū)氣象自動觀測站(烏東德、雷家包、大茶鋪、左導(dǎo)進、前期營地、馬頭上、金坪子)任一站點24小時降雨量≥50 mm，該日稱為暴雨日。

本文將雷達連續(xù)探測到的降雨回波的生成、發(fā)展、減弱等的演變作為一次暴雨雷達回波探測過程。主要采用昆明雷達的6個特征參數(shù)進行分析，包括基本反射率因子(R)、組合反射率因子(CR)、徑向速度(V)、回波頂高(ET)、垂直剖面(RHI)、小時雨強等。

雷達回波特征參數(shù)提取規(guī)則：

(1)根據(jù)降水雷達回波分布情況，確定降水雷達回波強中心位置及檢索區(qū)間。

(2)壩區(qū)周圍30×30 km2范圍內(nèi)，以最大反射率因子為基準，對比回波強度、高度變化情況，從而確定反射率因子和回波頂高最大值。

(3)如果最大反射率因子相同，則以最高高度對應(yīng)的垂直剖面作為特征參數(shù)提取對象；如果回波高度相同，則以最大反射率因子對應(yīng)的垂直剖面作為特征參數(shù)提取對象。

(4)小時雨強以烏東德站為中心，10×20 km2計算平均值。

根據(jù)上述規(guī)則進行暴雨天氣個例的雷達回波特征參數(shù)的提取，并進行統(tǒng)計分析，尋找出有用的信息，為提高烏東德水電站暴雨預(yù)報提供參考。

2 烏東德水電站壩區(qū)暴雨時空分布特征

2.1 時間分布特征

2014～2020年烏東德水電站壩區(qū)共出現(xiàn)暴雨天氣過程20次，年平均2.9次，最多年5次(2015年)，最少年2次。暴雨出現(xiàn)在6～10月，其中7月和8月最多(圖1和圖2)。

圖1 烏東德水電站暴雨日數(shù)年分布Fig.1 The annual distribution of heavy rain in Wudongde hydropower station

圖2 烏東德水電站暴雨日數(shù)月分布Fig.2 Daily and monthly distribution of heavy rain in Wudongde hydropower station

2.2 空間分布特征

烏東德水電站壩區(qū)約18 km2，海拔跨度約2 000 m，兩岸山嶺海拔大多為2 000 m～3 000 m，山頂海拔一般在3 000 m左右，海拔最低為江面800 m，氣候垂直差異明顯，大壩上游地形呈喇叭口。壩區(qū)有7個氣象自動觀測站，分別是：烏東德站、大茶鋪站、雷家包站、左導(dǎo)進站、前期營地站、馬頭上站和金坪子站，分布在海拔875 m～1 330 m，形成從大壩左岸到右岸、大壩上游到下游，不同高程、不同方位的氣象自動觀測網(wǎng)點，對水電站施工建設(shè)和運營管理實施立體監(jiān)測(圖3)。

圖3 壩區(qū)氣象自動站分布圖Fig.3 Distribution map of automatic weather stations in dam area

2014～2020年烏東德水電站壩區(qū)暴雨空間分布不均勻，馬頭上站14次、前期營地站12次、烏東德站9次、大茶鋪站和左導(dǎo)進站5次、雷家包站和金坪子站4次?？傮w呈現(xiàn)邊坡高海拔測站暴雨多于河谷低海拔測站，大壩上游測站暴雨多于下游測站，左岸和右岸測站相差不明顯(圖4)。

圖4 壩區(qū)各站暴雨日數(shù)分布Fig.4 Distribution of rainstorm days at each station in dam area

3 烏東德水電站壩區(qū)暴雨雷達回波特征分析

3.1 反射率因子分析

統(tǒng)計了2014～2020年烏東德水電站壩區(qū)暴雨天氣過程的雷達回波基本反射率因子，發(fā)生暴雨的雷達回波平均最大反射率因子為41.2 dBz，極端最大反射率因子為51 dBz，最小反射率因子為32 dBz。最大反射率因子≥40 dBz占70.6%，<35 dBz占5.9%。7～8月最大反射率因子大于6月和9～10月(圖5a)。

(a)反射率因子 (b)回波頂高圖5 2019年8月7日06∶24昆明雷達回波特征Fig.5 Radar echo characteristics of Kunming at 06∶24 on August 7，2019

3.2 回波頂高分析

回波頂高是指雷達能探測的回波高度，烏東德水電站壩區(qū)暴雨天氣的雷達回波頂高平均最大值為9.9 km，最大值15 km，最小值6 km。暴雨云團的雷達回波頂高6～15 km，回波頂高度達9 km以上占64.7%，短時強降雨的回波頂高一般在11 km以上，強降雨發(fā)生發(fā)展時云團的雷達回波頂高增加。

2019年8月7日06∶01壩區(qū)東北至偏北方向出現(xiàn)強回波區(qū)，回波中心強度45 dBz，回波頂高最大12 km，快速向壩區(qū)移動，小時雨強14 mm/h；06：24，回波頂高發(fā)展到15 km，回波中心強度50 dBz，壩區(qū)出現(xiàn)強降雨；06∶36回波頂高開始降低，06∶42回波頂最大高度降低到12 km，回波中心強度減弱至44 dBz；07∶00回波頂高最大值12 km，回波中心強度減弱至40 dBz；07∶30回波強度減弱至29 dBz以下，回波頂高降低至7 km以下，強降雨結(jié)束。在強降雨發(fā)生前，回波頂高增加明顯。06∶00～07∶00壩區(qū)1小時雨量達到52.3 mm，短時強降雨非常明顯，過程雨量達到79.7 mm(圖5b)。

3.3 徑向速度分析

張沛源[9]等在多普勒速度圖上的暴雨判據(jù)研究中得出，逆風(fēng)區(qū)與暴雨之間有很好的相關(guān)，逆風(fēng)區(qū)標(biāo)志著暴雨過程的存在，在逆風(fēng)區(qū)附近及其移動路徑上將出現(xiàn)和正在出現(xiàn)暴雨。不同環(huán)流形勢下，暴雨天氣過程的徑向速度反應(yīng)不盡相同，有的存在明顯的逆風(fēng)區(qū)，有的存在輻合流場，還有的是在正徑向速度區(qū)里，正負徑向速度梯度也不相同。逆風(fēng)區(qū)多出現(xiàn)在對流云強降雨回波中，逆風(fēng)區(qū)出現(xiàn)時對應(yīng)回波頂高度增加，對應(yīng)區(qū)域小時雨強較大，零速度線不光滑，少部分有速度模糊現(xiàn)象，有局部對流發(fā)生。小時雨量在30 mm以上的7次短時強降雨中有4次存在逆風(fēng)區(qū)，占57%。

2015年9月6日02∶30雷達回波徑向速度圖上(圖6)，壩區(qū)周圍為大面積正徑向速度區(qū)，偏南風(fēng)，在壩區(qū)北偏西方向開始出現(xiàn)逆風(fēng)區(qū)，正負徑向速度差值21 m/s(正6 m/s，負15 m/s)，出現(xiàn)輻合流場，強回波向壩區(qū)移動，壩區(qū)上空強回波中心值39 dBz，回波頂高9 km；02∶42逆風(fēng)區(qū)移動到壩區(qū)上空，正負徑向速度差16 m/s(正12 m/s，負4 m/s)，壩區(qū)上空強回波中心值39 dBz，回波頂高11 km；03∶00逆風(fēng)區(qū)移出壩區(qū)上空，回波開始減弱，回波高度降低，降雨減小。期間，壩區(qū)出現(xiàn)短時強降雨，小時雨量達到22.1 mm，3小時雨量達到48.1 mm。在強降雨發(fā)生時，徑向速度圖上壩區(qū)附近出現(xiàn)逆風(fēng)區(qū)，回波頂高增加。

圖6 雷達回波徑向速度圖中的逆風(fēng)區(qū)Fig.6 Upwind area in radial velocity diagram of radar echo

3.4 小時雨強與小時雨量的關(guān)系分析

用烏東德水電站壩區(qū)暴雨過程的最大小時降雨量發(fā)生時的雷達探測小時雨強A與小時降雨量N求相關(guān)系數(shù)RAN，用小時雨強與小時雨量的絕對差W來計算與小時雨強的相關(guān)系數(shù)RAW，用積差相關(guān)系數(shù)公式計算：

(1)

通過計算，得出RAN=64.7%，小時雨強與小時雨量具有一定的相關(guān)性，可以用作實際預(yù)報參考。RAW=34.2%，說明小時雨強與小時雨量不是線性相關(guān)，實際預(yù)報中，也很難通過用小時雨強來推算未來的降雨量，應(yīng)該謹慎應(yīng)用(圖7)。

圖7 暴雨小時雨強與小時降雨量對比圖Fig.7 Comparison of hourly rain intensity and hourly rainfall

2019年8月7日06∶00～07∶00，壩區(qū)附近區(qū)域小時雨強6分鐘數(shù)值：平均1小時雨強12.7 mm，1小時降雨量實況最大值52.3 mm。

2018年7月30日23∶10～31日00∶10，壩區(qū)附近區(qū)域小時雨強6分鐘數(shù)值：平均1小時雨強7.0 mm，1小時降雨量實況最大值73.6 mm。

3.5 暴雨空間分布特點與雷達回波特征對應(yīng)關(guān)系分析

壩區(qū)因高山峽谷效應(yīng)和喇叭口地形，使降雨空間分布具有很強的局地性，當(dāng)降雨雷達回波自南向北移動到壩區(qū)時產(chǎn)生的暴雨，壩區(qū)左岸測站降雨量大于右岸測站，最大降雨一般出現(xiàn)在左岸迎風(fēng)坡馬頭上站和大茶鋪站，回波多呈帶狀、片狀，有1個或多個對流單體影響，回波強度≥40 dBz；當(dāng)降雨雷達回波自北向南移動到壩區(qū)時產(chǎn)生的暴雨，右岸測站降雨量大于左岸測站，最大降雨量出現(xiàn)在右岸迎風(fēng)坡的前期營地站、烏東德站，回波多呈塊狀、條狀，回波中心≥40 dBz，回波頂高≥10 km，以短時強降雨為主；當(dāng)降雨雷達回波自西向東移動到壩區(qū)時產(chǎn)生的暴雨，因上游為喇叭口地形，最大降雨量多出現(xiàn)在喇叭口的“口”附近測站，回波主要呈條狀、片狀，以混合云降雨為主，回波強度≥35 dBz。

4 烏東德水電站壩區(qū)暴雨雷達回波分類

4.1 暴雨過程的環(huán)流形勢分析

烏東德水電站暴雨過程發(fā)生的環(huán)流形勢大致分為以下幾類：

500 hPa形勢主要分為6類：高空槽50.0%(高原槽36.4%、東北—西南向槽13.6%)，低渦18.2%，副高外圍偏南氣流13.6%，西北氣流9.1%，橫槽4.5%，偏東氣流4.5%。

700hPa形勢主要分為3類：切變71.4%，低渦14.3%，西南氣流14.3%。

4.2 強降雨回波移動方向

壩區(qū)強降雨回波移動方向主要有5個方向，自西向東移動(占52.9%)、自南向北移動(占11.8%)、自東北向西南移動(17.6%)，自東向西(占11.8%)，局地發(fā)展(5.9%)，自西向東移動又分為西偏南向東偏北方向移動和自西偏北向東偏南移動。

4.3 暴雨雷達回波類型

通過統(tǒng)計分析暴雨的雷達回波演變主要過程、回波特征、回波主要結(jié)構(gòu)并結(jié)合暴雨出現(xiàn)的環(huán)流形勢等，將烏東德水電站暴雨雷達回波歸類為4種主要類型：回波移動型、疊加聚合型、帶狀回波和局地發(fā)展型。

(1)回波移動型

該類型回波在壩區(qū)以外區(qū)域生成，然后逐漸發(fā)展演變并移向壩區(qū)，回波發(fā)展演變較為緩慢，以層狀云回波或混合云回波為主，大多是自西向東移動或自西南向東北移動，回波面積大，昆明雷達主要在楚雄北部、攀枝花南部有大面積回波存在，不斷向昆明北部移動并到達壩區(qū)?；夭◤姸认鄬鶆颍虚g夾雜著小的對流單體。移動緩慢停滯，降水均勻，強度每小時10～30 mm，持續(xù)時間長。高空環(huán)流形勢多為高原槽東移南下、副高外圍偏南氣流或西南渦。

2015年10月8日和2017年7月3日2次暴雨天氣過程的雷達回波反射率因子分布見圖8，他們有共同特點，回波發(fā)展演變比較平緩，主要以層狀云降雨回波為主，回波面積大，反射率因子強度相對較弱，強度<40 dBz，回波頂高≤8 km，回波頂部平坦帶來的降雨持續(xù)時間長，小時雨量<15 mm，屬于持續(xù)性降雨產(chǎn)生的暴雨。

圖8 回波移動型雷達回波特征Fig.8 Radar echo characteristics of mobile type

(2)疊加聚合型

受輻合氣流影響外地移來的回波在本地加強或與本地生成的塊狀回波聚合加強或是兩種回波在壩區(qū)附近匯合加強，帶來強降雨，以短時強降雨為主。特點是雨強大，1小時雨量達到20 mm以上，持續(xù)時間長可達大暴雨。高空環(huán)流形勢主要以東北—西南向大槽、西南渦、橫向切變?yōu)橹?，有時昆明雷達回波上顯示在昆明最北部邊緣(烏東德水電站壩區(qū)附近)有小面積對流回波出現(xiàn)，隨后從北部、東北部又有回波移來并與之疊加發(fā)展，壩區(qū)出現(xiàn)短時強降水或暴雨，多產(chǎn)生局地性暴雨，短期預(yù)報難度大，實時跟蹤雷達產(chǎn)品可以做好短時預(yù)測及預(yù)警服務(wù)。

2017年7月6日23∶30至7日10∶00烏東德水電站壩區(qū)出現(xiàn)了暴雨。雷達回波演變過程參見圖9，6日23∶01壩區(qū)西側(cè)30km處有降雨回波出現(xiàn)，稱為Ⅰ號回波，回波呈塊狀，回波中心強度41 dBz，回波頂高8 km。23∶25Ⅰ號回波向東移動并快速發(fā)展，中心強度46 dBz，回波頂高12 km。此時，壩區(qū)出現(xiàn)小塊對流云降雨回波，稱為Ⅱ號回波，回波中心強度49 dBz，回波頂高8 km，回波呈塊狀。23∶43Ⅰ號回波前沿離壩區(qū)不足10 km，回波中心強度45 dBz，回波頂高12 km，Ⅱ號回波在壩區(qū)附近快速發(fā)展，回波面積增大，回波中心強度48 dBz，回波頂高增至9 km。23∶55Ⅰ號回波移近壩區(qū)，并與壩區(qū)局地發(fā)展起來的Ⅱ號回波相連，兩塊對流云降雨回波相連后回波得到進一步加強，至7日00：01，連成一體的回波在壩區(qū)快速發(fā)展，短短6分鐘，壩區(qū)回波中心強度增至51 dBz，00∶18回波頂高增至15 km。00∶30隨著強降雨的發(fā)生，回波開始緩慢減弱。6日23∶30～7日00∶50壩區(qū)出現(xiàn)短時強降雨，最大小時降雨量42 mm。

圖9 疊加聚合型雷達回波特征Fig.9 Radar echo characteristics of superposition polymerization type

Ⅰ號回波自西向東移動并發(fā)展加強，Ⅱ號回波是局地發(fā)展加強，二者在壩區(qū)附近相遇產(chǎn)生疊加聚合，造成壩區(qū)出現(xiàn)短時強降雨和暴雨天氣，所以歸類為“疊加聚合型”暴雨回波。

(3)帶狀回波

受大范圍環(huán)境流場影響，回波帶多呈南北向。多數(shù)為沿平均氣流的方向，生成幾個對流單體，縱向或側(cè)向排列，形成一條帶狀回波，或本地強回波與外來回波聚合成帶狀。移動與傳播的方向相同，帶狀走向，不斷有單體從同一地點通過，形成“列車效應(yīng)”，產(chǎn)生強降水，只有一個單體經(jīng)過的地方降水較小。高空環(huán)流形勢多以偏南氣流、低渦切變等為主。

2014年8月1日08∶26回波圖上(圖10a)，回波呈東北—西南向的帶狀回波，移動方向為自西南向東北，回波強度45 dBz，回波頂高11 km，徑向速度0度線不光滑，高空環(huán)流形勢為東北—西南向切變，回波移動方向與切變前的西南氣流走向基本一致?；夭ㄟ^壩區(qū)時帶來1小時降雨量34.5 mm。

(a) (b)圖10 帶狀回波的雷達回波特征Fig.10 Radar echo characteristics of band echo

2018年8月18日(圖10b)，回波呈東北—西南向，移動方向為自西向東，回波強度40 dBz，回波頂高8 km，徑向速度0度線不光滑，有速度模糊現(xiàn)象，高空環(huán)流形勢為東北—西南向大槽，回波走向與槽前西南氣流走向基本一致?；夭ㄟ^壩區(qū)時帶來1小時降雨量38 mm。

(4)局地發(fā)展型

回波在壩區(qū)附近生成，在金沙江兩岸發(fā)展加強，回波面積小、移動緩慢，云層高度低，對流發(fā)展旺盛，但由于地形原因，往往雷達探測的回波值相對偏弱。以短時強降雨為主，持續(xù)時間短、雨強大，1小時雨量一般在20 mm以上。高空環(huán)流形勢復(fù)雜，有切變、冷平流、偏東氣流等。

受高原槽和橫向切變影響，2016年9月9日20∶00～10日07∶00烏東德水電站壩區(qū)出現(xiàn)了一次暴雨天氣過程，并伴有強雷暴，最大降雨量59.0 mm(前期營地站)，最大1小時雨量36.6 mm。雷達回波圖上，9日20∶05在壩區(qū)東北方向5 km高山上有塊狀回波出現(xiàn)(圖11中白色圈內(nèi)所示)，回波面積小，中心強度43 dBz，回波頂高10 km。20∶53回波發(fā)展加強并下山向西南移動到達金沙江河谷，回波中心強度42 dBz，回波頂高9 km，壩區(qū)開始下雨；21∶28回波在河谷移動緩慢，強度減弱，回波中心強度35 dBz，回波頂高在壩區(qū)上空僅有6 km，短時強降雨明顯；21∶54回波在壩區(qū)上空快速減弱，中心回波值25 dBz，回波頂高6 km。21∶01～22∶00壩區(qū)1小時降雨量36.6 mm。塊狀回波在壩區(qū)附近高山上生成，然后移動到河谷，造成壩區(qū)短時強降雨，回波生命史約2 h，影響壩區(qū)約75 min，帶來最大降雨量41.3 mm。

圖11 局地發(fā)展型的雷達回波特征Fig.11 Radar echo characteristics of local developed

4.4 各類型雷達回波特征分析

(1)回波移動型：短時強降雨不突出，多產(chǎn)生持續(xù)性降雨而形成暴雨，降雨時間持續(xù)較長，降雨量分布比較均勻。

1.個人主義色彩濃厚。受西方思想的影響，部分學(xué)生不愿意參加社會公益活動或志愿服務(wù)活動，自私心理較為突出。

反射率因子：回波面積大，回波多呈片狀回波，中間或有對流單體存在，強度20～42 dBz，回波變化梯度小，中心回波強度42 dBz以上。

徑向速度：零速度線不是太規(guī)則，正負徑向速度梯度較小。

回波頂高：大部分回波頂高在11 km以下，少數(shù)40 dBz回波頂高能達到12 km以上。

回波剖面：回波頂部較為平坦，柱狀強回波不明顯。

(2)疊加聚合型：多產(chǎn)生局地性暴雨，回波在小范圍匯聚加強，短期預(yù)報難度較大。實時跟蹤雷達產(chǎn)品可以做好短時預(yù)測及預(yù)警服務(wù)，把災(zāi)害損失降到最低。

反射率因子：回波呈零散片狀、塊狀或帶狀，對流云團明顯，而且不斷有新的對流云團生成，自西向東、自南向北或自北向南移動均有，強度30～50 dBz。中尺度片狀回波中有大于50 dBz的強回波塊，回波梯度大。降水強度大，強回波持續(xù)1小時就可達到暴雨。

基本速度：最大正負速度中心值范圍：一般在10 m/s以下。偶有逆風(fēng)區(qū)，徑向速度梯度大。

回波頂高：回波頂高一般8～11 km，有時可達12 km以上。

(3)帶狀回波：多產(chǎn)生短時強降雨，并伴隨短時雷電、大風(fēng)等。天氣圖上有明顯切變或西南渦東南側(cè)的西南氣流帶過境。

反射率因子：回波成帶狀、中間夾雜著一個或多個強對流單體。強度：35～45 dBz，個別達50 dBz。

基本速度：正負速度分明，0度線明顯，有時有逆風(fēng)區(qū)存在。

回波頂高：8～11 km，少數(shù)可達12 km以上。

(4)局地發(fā)展型：短時強降雨突出，降雨時間持續(xù)短(1～2小時)，雨強大，小時雨量20 mm以上，降雨量分布不均勻。

反射率因子：回波面積小、呈塊狀，移動緩慢，回波強度35～45 dBz。

徑向速度：零速度線規(guī)則，正負徑向速度梯度較大。

回波頂高：大部分回波頂高在6～10 km以下，少數(shù)10 km以上。

回波剖面：回波頂部凸起，呈柱狀。

4.5 反射率因子與小時降水量關(guān)系

實際工作中預(yù)報員使用最多的是反射率因子，時刻關(guān)注著壩區(qū)各自動站和周圍加密站雨量及雷達回波的變化，及時發(fā)布暴雨預(yù)警信號。統(tǒng)計壩區(qū)自動站逐分鐘降水強度與回波強度的對應(yīng)關(guān)系(見表1)，假如回波強度在1小時內(nèi)變化不大，回波強度與降水量關(guān)系如下：

表1 反射率因子與小時降雨量的關(guān)系Tab.1 Relationship between reflectance factor and hourly rainfall

從表1中可以看出，暴雨回波強度在30 dBz以上，壩區(qū)可能出現(xiàn)小時雨量10 mm以上的短時強降雨，回波強度達到40 dBz以上，則壩區(qū)將出現(xiàn)小時雨量30 mm以上的短時強降雨或暴雨。

4.6 烏東德水電站暴雨預(yù)報著眼點

造成烏東德水電站暴雨的環(huán)流形勢和雷達回波特征較為復(fù)雜，天氣影響系統(tǒng)和雷達回波特征有一定的對應(yīng)關(guān)系，二者結(jié)合尋找暴雨預(yù)報著眼點。

高空槽：當(dāng)500 hPa為高空槽，槽后有明顯的冷平流，700 hPa為切變線，對應(yīng)的雷達回波類型主要有帶狀回波、疊加聚合型、回波移動型等，500 hPa為東北—西南向大槽或橫槽影響時，回波發(fā)展演變明顯，回波移動較慢，降雨回波中有1個或多個對流單體移動，回波中心強度≥40 dBz，回波頂高≥10 km，有時徑向速度圖上壩區(qū)附近出現(xiàn)逆風(fēng)區(qū)，小時雨量大，易出現(xiàn)短時強降雨和暴雨；如果是川西高原槽東移南下影響壩區(qū)時，回波強度弱于東北—西南向大槽，中心強度≥35 dBz，回波頂高≥7 km，小時雨量不大但降雨時間長，以回波移動型為主，因持續(xù)性降雨而形成暴雨。

低渦：四川盆地西南部有低渦形成并向東南移動，壩區(qū)位于渦前，如果川西高原有對流云團生成發(fā)展，并沿金沙江流域向東南移動，最后形成渦旋狀云系，有時低渦位于切變線上，對流層低層有輻合。雷達回波上呈現(xiàn)帶狀回波或中尺度絮狀回波團，回波強度≥40 dBz，回波頂高≥10 km。

副高外圍偏南氣流：壩區(qū)西部有輻合區(qū)，壩區(qū)位于副高外圍偏南氣流上，水汽輸送條件好，有時700 hPa有切變或地面有冷空氣影響，回波面積大，回波中有帶狀回波、中尺度輻合線、颮線等強對流單體移動到壩區(qū)，回波強度≥40 dBz，回波頂高≥10 km，帶來短時強降雨和暴雨。

偏東氣流和西北氣流：如果500 hPa出現(xiàn)槽后較強偏東氣流或西北氣流時，槽后風(fēng)速較大(≥16 m/s)、冷平流明顯，700 hPa有切變或明顯西南暖濕氣流配合，降雨回波局地發(fā)展加強并移向壩區(qū)產(chǎn)生強對流和暴雨，回波面積小、強度大、突發(fā)性強，降雨時間較短但小時雨量大，該類型暴雨出現(xiàn)概率小。

5 結(jié)論與討論

5.1 結(jié)論

(1)烏東德水電站暴雨時空分布不均，年平均暴雨2.9次，最多年5次(2015年)，集中出現(xiàn)在6～10月，7月和8月最多；兩岸邊坡多于河谷，大壩上游多于下游。

(2)暴雨雷達回波平均最大反射率因子41.2 dBz，極端最大反射率因子51 dBz。最大反射率因子≥40 dBz占70.6%；回波頂高平均最大值9.9 km，極端最大值15 km，回波頂高度9 km以上占64.7%。逆風(fēng)區(qū)與暴雨有較好的對應(yīng)關(guān)系。

(3)產(chǎn)生暴雨的主要環(huán)流形勢有：500 hPa主要有高空槽、低渦、副高外圍偏南氣流、偏東氣流和西北氣流，700 hPa主要為切變、低渦和西南暖濕氣流。

(4)暴雨的雷達回波類型主要分為4類：回波移動型、疊加聚合型、帶狀回波和局地發(fā)展型。

5.2 討論

烏東德水電站在昆明雷達探測范圍的最北部邊緣，受雷達仰角和地形影響，回波失真較大，從偏北方向移來的云底高度很低的降雨回波探測誤差更大，有時不能反應(yīng)出完整的回波信息。因此，用小時雨強去推算降雨量時，誤差很大。對流單體作垂直剖面分析時，也可以發(fā)現(xiàn)，壩區(qū)附近回波底高最小值約4.5 km，以下部分無法探測顯示。