寧夏北部暖季對流風暴雷達氣候?qū)W特征分析*

朱海斌 楊 婧 紀曉玲 楊苑媛 姚姍姍

1 中國氣象局旱區(qū)特色農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警與風險管理重點實驗室,銀川 750002 2 寧夏氣象防災(zāi)減災(zāi)重點實驗室,銀川 750002 3 寧夏氣象臺,銀川 750002 4 吳忠市氣象局,吳忠 751100 5 銀川市氣象局,銀川 750002

提 要: 使用2011—2016年5—9月長時間序列的銀川新一代多普勒天氣雷達導出產(chǎn)品,對寧夏北部暖季對流風暴的氣候特征進行了統(tǒng)計分析。結(jié)果表明:77%對流風暴的生命史小于30 min,移動速度在9～13 m·s-1,主要向偏東方向移動,且在該方向的移動速度大于其他方向。對流風暴最大反射率因子集中在35～50 dBz,回波頂高大多在5～9 km,垂直累積液態(tài)水含量普遍小于10 kg·m-2。500 hPa風為寧夏北部對流風暴的引導氣流。500 hPa、700 hPa受偏北風控制時,對流風暴產(chǎn)生的概率較低;500 hPa、700 hPa受偏南風控制時,對流風暴產(chǎn)生的概率相對較高。逐月來看,每年7月對流風暴核密度達到峰值;逐時來看,每日12時、13時達到峰值。賀蘭山是對流風暴的高發(fā)區(qū),其次位于靈武中北部至以北的鄂托克前旗地區(qū)的沙地。對流風暴在賀蘭山的分布并不均勻,在高山—深谷地帶對流風暴發(fā)生最多。

引 言

強對流天氣通常指由深厚濕對流產(chǎn)生的包括冰雹、雷暴大風、龍卷、短時強降水等災(zāi)害性天氣(Newton,1967)。由于強對流天氣空間尺度小、生命史短、局地突發(fā)性強,使用常規(guī)探測手段很難對其做出準確的預(yù)報和監(jiān)測預(yù)警,這在當前和可預(yù)見的未來仍是天氣預(yù)報業(yè)務(wù)的難點(鄭永光等,2015;俞小鼎和鄭永光,2020)。開展氣候統(tǒng)計分析,為短時臨近預(yù)報提供氣候背景資料,是強對流天氣預(yù)報必要的基礎(chǔ)性工作。已有的研究使用常規(guī)觀測站、衛(wèi)星、閃電定位、重要天氣報、災(zāi)情報告等資料,開展不同地區(qū)不同種類強對流的氣候特征分析,取得了很多重要成果(Lin et al,2011;Zhang and Zhai,2011;陳國春等,2011;Chen et al,2013;范雯杰和俞小鼎,2015;王娟和諶蕓,2015;陳曉欣等,2022;周康輝等,2021;鄭永光等,2017)。多普勒天氣雷達資料具有更高的時空分辨率、包含三維空間信息,能夠揭示更豐富、更精細的強對流特征,開展強對流氣候統(tǒng)計分析具有獨特的優(yōu)勢,這也就是所謂的雷達氣候?qū)W研究。

目前雷達氣候?qū)W研究主要包含對流性降水和對流風暴兩個方面(陳明軒等,2014;潘赫拉等,2020),前一方面的研究集中在對流性降水的周期變化特征以及與地形分布的關(guān)系。Carbone et al(2002)、Carbone and Tuttle(2008)和Ahijevych et al(2003;2004)使用美國自1988年開始布設(shè)的WSR-88D雷達站網(wǎng)多年累積資料,揭示了在太陽輻射和地形強迫共同作用下,美國大陸暖季降水回波存在明顯的日循環(huán)和半日循環(huán)周期性傳播和山區(qū)新生向東傳播的特征。Lang et al(2007)和Rowe et al(2008)通過對墨西哥西北地區(qū)三部雷達觀測資料的分析,進一步證實了地形強迫對降水回波每日新生和傳播起到的決定性作用。Chen X C et al(2014)和Chen(2015)研究了珠三角地區(qū)對流性降水日循環(huán)和傳播特征及其物理機制,發(fā)現(xiàn)珠三角南部的海岸線和東北部的迎風山坡是對流性降水高發(fā)區(qū)。在對流風暴的雷達氣候?qū)W研究方面,Murray and Colle(2011)、Chen et al(2012)和Chen M X(2014)和孫康遠等(2017)以固定的回波強度(40 dBz或45 dBz)作為閾值提取對流風暴,分析了對流風暴日際、月際、年際變化特征以及與天氣尺度系統(tǒng)的關(guān)系。另一些學者充分應(yīng)用雷達資料的三維空間信息,使用對流風暴單體識別和追蹤分析算法,進一步給出了對流風暴的生命史、移向、移速、頂高等定量化的氣候特征。Mohee and Miller(2010)使用風暴質(zhì)心追蹤算法(storm cell identification and tracking,SCIT)(Johnson et al,1998),對美國北達科他州的對流風暴分析發(fā)現(xiàn),對流風暴平均生命史為23.6 min,平均行程為21.8 km,平均移速為16.4 m·s-1,移動方向多為偏東北方向。Saxen et al(2008)使用風暴三維屬性追蹤算法TITAN(Dixon and Wiener,1993),發(fā)現(xiàn)美國新墨西哥州南部多山地區(qū)絕大部分對流風暴生命史小于30 min,面積小于25 km2,移動速度小于4 m·s-1,頂高超過0℃層。Lock and Houston(2015)使用ThOR算法(Houston et al,2015)分析了美國中部對流風暴初生點的時空分布特征。韓雷等(2009)使用改進了的TITAN算法SMC-ST(Han et al,2008),在國內(nèi)首次開展了對流風暴的雷達氣候?qū)W研究,發(fā)現(xiàn)京津及鄰近地區(qū)對流風暴生命史普遍小于30 min,大多從西南向東北移動,面積、體積等特征具有西弱東強的特點。管理等(2020)使用雷達導出產(chǎn)品,統(tǒng)計分析了發(fā)生在上海的三類對流風暴在生命史、質(zhì)心高度、垂直液態(tài)含水量和最大反射率因子及高度方面存在的差異。還有一些學者,對于組織性更強的颮線(Hocker and Basara,2008;Meng et al,2013)、中尺度對流系統(tǒng)(Zheng et al,2013;Haberlie and Ashley,2019)等也開展了雷達氣候?qū)W研究。

目前我國在雷達氣候?qū)W方面的研究很少,主要集中在京津冀和珠三角地區(qū),基于對流風暴單體識別和追蹤分析的雷達氣候?qū)W研究屈指可數(shù),地形對對流風暴氣候分布影響的研究很不深入。寧夏位于西北地區(qū)東部,南北走向的賀蘭山給寧夏北部的強對流預(yù)報帶來了巨大的挑戰(zhàn),開展雷達氣候?qū)W研究,為強對流預(yù)報提供背景資料非常有必要。本文使用新一代天氣雷達系統(tǒng)生成的導出產(chǎn)品,研究寧夏北部對流風暴的雷達氣候?qū)W特征,特別是賀蘭山對對流風暴氣候分布的影響。

1 資料與方法

新一代天氣雷達系統(tǒng)提供了豐富的導出產(chǎn)品(俞小鼎等,2006),包含組合反射率產(chǎn)品(CR)、回波頂高產(chǎn)品(ET)、垂直累積液態(tài)水含量產(chǎn)品(VIL)、風暴跟蹤信息產(chǎn)品(STI)等。本文使用的導出產(chǎn)品來源于寧夏銀川新一代多普勒天氣雷達,雷達體掃模式為VCP21,數(shù)據(jù)時間范圍為2011—2016年5—9月。

STI采用SCIT算法(Johnson et al, 1998),顯示半徑為250 km,包含對流風暴在當前時刻以及過去最多10個連續(xù)時刻的位置信息,以及未來15～60 min位置預(yù)測信息等(俞小鼎等,2006)。通過讀取STI直接獲得每一個對流風暴的位置信息,并進行以下處理:(1)由于STI包含當前和過去時刻對流風暴的位置信息,為避免重復(fù)累計,對于時間連續(xù)的STI,根據(jù)時間的前后順序以及對流風暴當前和過去的位置,將不同時刻STI中的同一對流風暴進行合并,作為一個對流風暴;(2)只在一個時刻被識別出的對流風暴不記入統(tǒng)計結(jié)果。2011—2016年5—9月STI識別出對流風暴71 848個,舍棄只在一個時刻被識別出的對流風暴36 367個,對剩余35 481 個對流風暴進行統(tǒng)計分析。對流風暴在不同時刻的回波強度、頂高、液態(tài)水含量,分別由同一時刻對流風暴所在位置的CR、ET和VIL確定,上述三個產(chǎn)品的空間分辨率均為1 km,其中CR顯示半徑為250 km,ET和VIL顯示半徑為125 km。

使用銀川站每日 08時、20時(北京時,下同)探空資料分析對流風暴與高空風之間的關(guān)系。使用核密度估計(KDE)方法分析對流風暴的空間分布特征。選用通用性最強的ArcGIS進行KDE,核函數(shù)為Epanechnikov核函數(shù),與正態(tài)分布類似。帶寬的選擇是KDE的關(guān)鍵,本文通過對比不同帶寬的分析結(jié)果,結(jié)合所研究區(qū)域的范圍大小,確定8 km為最終帶寬值。

2 對流風暴的基本特征

2.1 對流風暴的生命史及運動規(guī)律

將某一對流風暴最初與最后被識別出的時間差作為該對流風暴的生命史,從圖1展示的35 481個對流風暴生命史的分布頻數(shù)看,生命史在5～10 min 的對流風暴數(shù)量最多,占比為27%,生命史大于10 min的對流風暴數(shù)量迅速減少。77%的對流風暴生命史不超過30 min,超過60 min的對流風暴僅占總數(shù)的5%。

圖1 2011—2016年5—9月對流風暴生命史頻數(shù)分布Fig.1 Frequency distribution of convective storm duration from May to September in 2011-2016

按照16方位風向?qū)α黠L暴的移動方向進行劃分和命名,圖2展示了對流風暴不同移動方向的頻數(shù)和移動速度。整體看來,對流風暴移動方向的頻數(shù)和移動速度都呈單峰型分布,且波峰基本重合,移動方向頻數(shù)的峰值出現(xiàn)在正東,最大移動速度出現(xiàn)在東東北。從移動方向上看,東東北、東、東東南三個方向的頻數(shù)在13%～15%,明顯高于其他方向,西南、西西南、西、西西北、西北五個方向的頻數(shù)較低,僅在2%～3%。從移動速度上看,東北、東東北、東三個方向在12～13 m·s-1,明顯大于其他方向,西西南、西、西西北三個方向僅為9.0～9.5 m·s-1。

2.2 對流風暴的屬性特征

CR能直觀地顯示對流風暴的最大反射率因子,反映了風暴的強度特征。統(tǒng)計發(fā)現(xiàn),對流風暴強度呈單峰型分布,在40～45 dBz的對流風暴占比最高,達30%,76%的對流風暴強度集中在35～50 dBz,大于55 dBz的不到6%(圖3a)。ET能夠反映對流風暴在垂直方向上的發(fā)展程度,根據(jù)孫康遠等(2017)的分類方法,回波頂高低于6 km的為淺對流,在6～12 km的為中深對流,高于12 km的為深對流。在寧夏北部,37%的對流風暴屬于淺對流,62%屬于中深對流,只有不到1%屬于深對流(圖3b)。VIL反映了對流風暴云中降水的水資源條件,從圖3c可以看出,隨著垂直累積液態(tài)水含量的升高,對流風暴頻數(shù)迅速下降,垂直累積液態(tài)水含量在1～5 kg·m-2的對流風暴占比最高,達47%,垂直累積液態(tài)水含量在5～10 kg·m-2的占比25%,大于40 kg·m-2的占比不到1%。

3 對流風暴與高空風的關(guān)系

3.1 高空風風向與對流風暴發(fā)生頻數(shù)的關(guān)系

以往研究表明,對流風暴與高空風有密切聯(lián)系(Chen M X et al,2014)。對于寧夏預(yù)報員,500 hPa風場表征了大尺度環(huán)流形勢,700 hPa風場表征了暖濕空氣的輸送或低槽、切變等的影響。從圖4來看,寧夏北部暖季500 hPa主要受西西北(26%)、西北(22%)、西(18%)風控制,其他各風向頻數(shù)不超過10%;700 hPa各風向分布相對均勻,西北風頻數(shù)最高達15%,西風(9%)次之,其他各風向普遍在4%～8%。500 hPa、700 hPa不同風向的頻數(shù)與對應(yīng)風向下對流風暴頻數(shù)總體呈成正比關(guān)系,說明對流風暴能夠廣泛地發(fā)生在不同的環(huán)流配置中。對于某一風向,如果對流風暴的頻數(shù)明顯高于該風向的頻數(shù),說明在該風向控制下對流風暴產(chǎn)生的概率相對較高,反之亦然,這反映了在不同的環(huán)流背景下對流風暴產(chǎn)生的難易程度是不同的。當500 hPa受北、北西北、西北風控制時,三個風向頻數(shù)合計為32%,對應(yīng)槽后、脊前的大尺度環(huán)流形勢,產(chǎn)生的對流風暴頻數(shù)合計為14%,對流風暴產(chǎn)生的概率較低;受西西南、西南、南西南、南風控制時,四個風向頻數(shù)合計為17%,對應(yīng)著槽前的大尺度環(huán)流形勢,產(chǎn)生的對流風暴頻數(shù)合計可達37%,對流風暴產(chǎn)生的概率較高(圖4a)。當700 hPa受北、北西北、西北、西西北風控制時,四個風向頻數(shù)合計為36%,對應(yīng)干冷空氣的輸送,產(chǎn)生的對流風暴頻數(shù)合計為21%,對流風暴產(chǎn)生的概率較低;受西西南、西南、南西南、南風控制時,四個風向頻數(shù)合計為17%,對應(yīng)暖濕氣流的輸送或低槽、切變等的影響,配合賀蘭山地形強迫抬升作用,產(chǎn)生的對流風暴頻數(shù)合計為27%,對流風暴產(chǎn)生的概率較高(圖4b)。

表1進一步展示了對流風暴頻數(shù)由大到小排在前12的500 hPa和700 hPa的風向配置情況,其中對流風暴個數(shù)與該種風向配置出現(xiàn)的次數(shù)之比表征了在某種風向配置下對流風暴產(chǎn)生概率的高低?？梢钥闯?對流風暴頻數(shù)排名靠前的風向配置主要可以分為兩類:第一類是500 hPa是西西北風、700 hPa是西北和西風,分別出現(xiàn)了83次和61次,風向配置出現(xiàn)次數(shù)遠多于其他,但對流風暴個數(shù)與出現(xiàn)次數(shù)之比僅為16和15,對流風暴產(chǎn)生的概率低;第二類是500 hPa或700 hPa的風向上有南風分量,這種風向配置的特點是出現(xiàn)次數(shù)較少,但對流風暴個數(shù)與風向個數(shù)比值大,對流風暴產(chǎn)生的概率較高,特別是500 hPa西南風、700 hPa東東南風的配置只有9次,但對流風暴個數(shù)與風向配置次數(shù)之比達96,對流風暴產(chǎn)生的概率很高,產(chǎn)生了865個對流風暴。

表1 2011—2016年5—9月對流風暴出現(xiàn)次數(shù)排名前12的500 hPa和700 hPa風向配置Table 1 Wind direction configurations at 500 hPa and 700 hPa for the top 12 ranked occurrences of convective storms from May to September in 2011-2016

3.2 高空風風向與對流風暴移動方向的關(guān)系

通過統(tǒng)計長時間序列對流風暴的移動特征發(fā)現(xiàn),如果對流風暴的移動方向與某一高度上的風向較為一致,可以認為該高度上的風是對流風暴的引導氣流。一般而言,700～500 hPa的風代表了影響對流系統(tǒng)移動的引導氣流(陳明軒等,2014)。圖5對比了500 hPa和700 hPa不同風向下對流風暴移動方向的分布,結(jié)合圖4可以看出,由于寧夏北部5—9月500 hPa盛行偏西風(西西北、西北、西風、西西南),在偏西風控制下,對流風暴的移動方向集中出現(xiàn)在偏東方向(東、東東北、東東南、東南)(圖5a);相較之下,700 hPa各風向分布相對均勻,與對流風暴的移動方向?qū)?yīng)關(guān)系較差(圖5b)。因此,500 hPa風為寧夏北部對流風暴的引導氣流。

圖5 2011—2016年5—9月(a)500 hPa和(b)700 hPa各風向下對流風暴移動方向頻數(shù)分布Fig.5 Frequency distribution of convective storm moving direction under different wind directions at (a) 500 hPa and (b) 700 hPa from May to September in 2011-2016

4 對流風暴時空分布特征

寧夏北部海拔高度在1000 m以上,最顯著的特征是存在縱跨南北的賀蘭山。賀蘭山南北長約為200 km,東西寬為20～40 km,海拔普遍在1600～3000 m,主峰高達3556 m。賀蘭山西側(cè)是騰格里沙漠,東側(cè)是銀川平原(圖6a)。賀蘭山還是我國荒漠草原與荒漠、季風區(qū)與非季風區(qū)、外流區(qū)域與內(nèi)流區(qū)域的分界線,具有重要的氣候意義。為了方便描述賀蘭山地形對對流風暴空間分布的影響,圖6b中根據(jù)高程標注出了3個山峰(M1～M3)和11個山谷(V1～V11)。

注:AB和CD線段為圖9剖線,M1～M3:山峰,V1～V11:山谷;黑點為銀川雷達站,下同。圖6 寧夏北部高程圖Fig.6 The elevation map of northern Ningxia

4.1 對流風暴逐月分布特征

核密度估計(KDE)分析結(jié)果能直觀反映對流風暴空間數(shù)量分布的聚集程度,長時間序列風暴的KDE也就反映了對流風暴空間分布的氣候特征,指示了對流風暴在不同時段、不同區(qū)域發(fā)生概率的相對大小,能夠為日常強對流預(yù)報提供背景支持。

圖7展示了寧夏北部5—9月逐月對流風暴核密度分布特征,從整體看:(1)5—7月對流風暴核密度迅速升高、范圍迅速增大,7月達到峰值,8月明顯減弱,9月與6月相當,這是由于7月日照輻射加熱作用最強,平均氣溫最高,熱力抬升條件最好,6月、8月次之。另外,垂直探空資料統(tǒng)計結(jié)果表明,7月、8月700 hPa盛行偏南風的頻數(shù)最高,水汽條件最好。(2)賀蘭山是對流風暴核密度最高的區(qū)域,靈武以北的鄂托克前旗地區(qū)次之,上述兩個區(qū)域分別是山地和沙地,主要是由于熱力抬升作用產(chǎn)生的。(3)對流風暴向山下平原地區(qū)傳播的特征不明顯,離開賀蘭山山麓地帶后,對流風暴迅速減少。

圖7 2011—2016年寧夏北部5—9月逐月對流風暴核密度分布Fig.7 The kernel density distribution of monthly convective storms in northern Ningxia from May to September in 2011-2016

逐月對流風暴核密度分布顯示:(1)5月對流風暴的核密度最低、范圍最小,對流風暴主要出現(xiàn)在銀川、永寧。(2)6月賀蘭山賀蘭至銀川段成為對流風暴核密度大值區(qū),大值中心出現(xiàn)在V7～V8一帶。(3)相較6月,7月賀蘭山對流風暴核密度大值區(qū)向北、向南、向東三個方向擴展,其最大值中心出現(xiàn)在V5～M1平羅與賀蘭交界段～V6一帶,次大值中心自北向南分別是V4、V7～V8一帶和M3～V11一帶,大值中心核密度值約為6月的2倍;在永寧與青銅峽交界處、靈武以北的鄂托克前旗地區(qū)核密度值也較高。(4)8月對流風暴核密度大值中心出現(xiàn)在靈武以北的鄂托克前旗地區(qū),相較7月,賀蘭山一帶明顯減弱,靈武以北的鄂托克前旗地區(qū)有所加強。(5)9月風暴的范圍迅速減小,銀川東部核密度值較高。

綜上,6—8月賀蘭山地形對對流風暴能夠產(chǎn)生顯著影響,其中7月最為明顯。對流風暴在賀蘭山的分布并不均勻,其中V4、V5～M1平羅與賀蘭交界段～V6一帶、V7～V8一帶、M3～V11一帶是對流風暴的高發(fā)區(qū)。對流風暴向山下平原地區(qū)傳播的特征不明顯。7-8月靈武以北的鄂托克前旗地區(qū)對對流風暴能夠產(chǎn)生顯著影響,其中8月最為明顯。

4.2 對流風暴逐時分布特征

寧夏北部5—9月的逐時對流風暴核密度分布(圖8)可以分為三個階段:10—20時是對流風暴最為活躍的時段,在太陽輻射與山地、沙地共同作用下,賀蘭山仍然是對流風暴核密度值最大的區(qū)域,其次是靈武北部至以北的鄂托克前旗地區(qū)。隨著太陽輻射的減弱,20時至次日01時對流風暴活動明顯減弱,山地和沙地作用不再顯著,大值區(qū)(大于0.7 個·km-2)范圍縮小;01—10時對流風暴活動是全天最弱的時段,核密度值最大不超過0.7 個·km-2。下面主要分析賀蘭山和靈武中北部至以北的鄂托克前旗地區(qū)對流風暴核密度大值的分布特征。

圖8 2011—2016年寧夏北部5—9月逐小時對流風暴核密度分布Fig.8 The kernel density distribution of hourly convective storms in northern Ningxia from May to September in 2011-2016

續(xù)圖8Continued

在賀蘭山,對流風暴核密度大值區(qū)首先于10時開始出現(xiàn)在V6～賀蘭山平羅與賀蘭交界段東麓,11時出現(xiàn)在V7～V8一帶。12時、13時達到峰值,12時最大值中心出現(xiàn)在V5～M1平羅與賀蘭交界段～V6一帶,兩個次大值中心分別出現(xiàn)在V2和V7～V8一帶。13時對流風暴核密度最大值中心相較12時有所南移,出現(xiàn)在V5～M1賀蘭北段～V6一帶,次大值中心出現(xiàn)在V3～M1平羅南段、V2和M3～V10一帶。相較12時、13時,14時、15時對流風暴核密度明顯減弱,大值區(qū)向南移。14時大值區(qū)出現(xiàn)在海拔較低的M2和M3附近,大值中心分別在M2西側(cè)的V9和M3西坡,次大值中心在V5和V1;15時大值中心出現(xiàn)在V7和V11,次大值中心在V5～M1賀蘭北段。16時對流風暴核密度進一步減弱,17時、18時又增強至與14時、15時相當?shù)乃?16時、17時大值中心都出現(xiàn)在V4一帶,18時出現(xiàn)在V11～M3南坡。19時開始對流風暴核密度迅速減弱,大值區(qū)出現(xiàn)在M2～M3和V6;20時最大值出現(xiàn)在V8和M1平羅與賀蘭交界段。

沿對流風暴的主要移動方向(偏東方向),從圖6a 中的AB、CD兩條緯向線段做對流風暴核密度的時間-距離剖面圖(圖9),可以看出,核密度最大值區(qū)分布在賀蘭山山峰附近,并偏向西坡,也就是偏向盛行風的迎風坡。海拔較高山峰的核密度總體大于海拔較低的山峰,海拔較高的山峰出現(xiàn)核密度最大值的時間也早于海拔較低的山峰。

圖9 對流風暴核密度沿圖6a(a)A(38.8°N、105.6°E)點到B(38.8°N、107.0°E)點,(b)C(38.6°N、105.6°E)點到D(38.6°N、107.0°E)點的時間-距離剖面Fig.9 Time-distance profile of convective storm kernel density (a) from point A (38.8°N, 105.6°E) to point B (38.8°N, 107.0°E) and (b) from point C (38.6°N, 105.6°E) to point D (38.6°N, 107.0°E)

在靈武中北部至以北的鄂托克前旗地區(qū),13—18時是對流風暴較為活躍的時段,對流風暴核密度大值區(qū)首先于13時出現(xiàn),14時、15時達到最強,對流風暴核密度大值區(qū)自銀川以東的鄂托克前旗延伸至靈武中北部地區(qū),基本呈南北向的帶狀分布,從16時開始逐漸減弱。

綜上,賀蘭山在太陽輻射加熱作用下,在10—20時對對流風暴產(chǎn)生了顯著影響,其中12—13時最為明顯。賀蘭山的V5～M1平羅與賀蘭交界段～V6一帶、V3～M1平羅南段、V2、V7～V8、V4、M2和M3附近以及V11是對流風暴的高發(fā)區(qū)。對流風暴向山下平原地區(qū)傳播的特征仍不明顯。靈武中北部至以北的鄂托克前旗地區(qū)的對流風暴在14時、15時最為活躍。對流風暴在賀蘭山的分布并不均勻,但無論從逐月還是逐時來看,對流風暴的最大值區(qū)都出現(xiàn)在賀蘭山的V5～M1平羅與賀蘭交界段～V6一帶,這里的山脈海拔最高,并且山脊兩側(cè)分布著很深的山谷(V5和V6)。

5 結(jié) 論

本文使用雷達導出產(chǎn)品對寧夏北部2011—2016年5—9月對流風暴進行了統(tǒng)計分析,結(jié)果表明:

(1)對流風暴的基本特征:寧夏北部77%的對流風暴生命史小于30 min,超過60 min的對流風暴僅占總數(shù)的5%;移動速度集中分布在9～13 m·s-1,主要向偏東方向移動,且在該方向的速度大于其他方向。76%的對流風暴最大反射率因子集中在35～50 dBz,大于55 dBz的不到6%;回波頂高集中在5～9 km,其中62%屬于中深對流,37%屬于淺對流;72%的對流風暴垂直累積液態(tài)水含量小于10 kg·m-2,大于40 kg·m-2的占比不到1%。

(2)對流風暴與高空風的關(guān)系:當500 hPa受北、北西北、西北風控制時,對流風暴產(chǎn)生的概率較低;受西西南、西南、南西南、南風控制時,對流風暴產(chǎn)生的概率相對較高;當700 hPa受北、北西北、西北、西西北風控制時,對流風暴產(chǎn)生的概率較低;受西西南、西南、南西南、南風控制時,對流風暴產(chǎn)生的概率相對較高。產(chǎn)生對流風暴較多的風向配置分為兩類:第一類是500 hPa是西西北風、700 hPa是西北或西風,第二類是500 hPa或700 hPa的風向上存在南風分量。第一類是由于此種風向配置出現(xiàn)次數(shù)多,第二類是由于在此種風向配置下,對流風暴產(chǎn)生概率較高。500 hPa風為寧夏北部對流風暴的引導氣流。

(3)對流風暴的時空分布特征:從逐月分布看,7月對流風暴核密度達到峰值,8月次之,7月賀蘭山是對流風暴核密度的最大值區(qū),8月靈武以北的鄂托克前旗地區(qū)是對流風暴的最大值區(qū)。從逐時分布看,核密度10—20時是對流風暴核密度最為活躍的時段,12時、13時達到峰值,賀蘭山仍是對流風暴的最大值區(qū),其次是靈武中北部至以北的鄂托克前旗地區(qū)的沙地。對流風暴在賀蘭山的分布并不均勻,但無論從逐月還是逐時來看,對流風暴核密度的最大值區(qū)都出現(xiàn)在“高山—深谷”的V5～M1平羅與賀蘭交界段～V6一帶。