“8.13”强对流天气雷达回波和GPS水汽的演变特征

[摘 要] 借助江西多普勒雷达产品、地面自动站同步观测资料和GPS水汽探测资料，对2011年8月的一次强对流天气的天气形势特征、地面观测资料、GPS水汽及雷达回波特征进行分析。结果表明：（1）这次强对流天气的发生是江西东北部处在副高边缘，低层受偏南暖湿气流控制，高温高湿，不稳定能量较强，且低层有低空急流发展，并处于850hPa急流出口左前方，水汽辐合较强；（2）强降水发生前，垂直上升气流表现为整层抬升，降水开始后为一完整的垂直运动环流圈；（3）回波强度梯度大、移速快，具有弓形特征，其前部探测到出流边界，上述特征是判别大风的重要指标，降水强度的迅速增强与气旋性辐合、逆风区的形成密切相关；（4）强回波影响强降水区域前，不稳定区域地面有中尺度辐合形成，同时对应较低气压值；（5）强降水发生前，大汽可降水量具有跃升、持续特征，强降水一般在峰值前出现。

[关键词] 回波演变 地面中尺度辐合 GPS水汽 特征分析

强对流天气的临近预报仍是县级台站业务工作中的重点及难点。本文利用江西多普勒雷达观测资料，结合地面自动站同步观测数据和GPS水汽资料，综合分析导致局地强对流天气地面自动观测资料和雷达回波的发展态势特征，力图为本地县级台站的临近预报提供有益的参考。

2011年8月13日，江西东北部发生了一次局地雷雨大风、强降水灾害性天气过程，多站次出现连续短时强降水和雷雨大风天气。其中，花桥镇渔塘村梅岭发生雷击灾害，19时左右一农户家遭受雷击，2人受伤，房屋及部分电器受损。根据江西省区域自动站监测到的逐小时降水量统计分析，降水从8月13日6：00开始，上饶地区已出现分散性阵性降水，10：00-23：00降水时空分布不均，风暴自西向东移动。造成部分县乡出现强降水天气，同时局地伴有强雷电和大风天气。09：00-10：00婺源的镇头出现68.2mm/h、10：00-11：00梅林村30.0mm/h、11：00-12：00太白镇33.6mm/h、沱川乡38.7mm/h，张村降水强度达到当日德兴市小时内最大（36.1mm/h）、12：00-13：00又有三个乡镇出现强降水，16：00-18：00波阳县局部乡镇多次强降水，以17：00的凤凰镇51.8mm/h为最大。19：00-22：00横峰、万年、德兴、铅山先后又出现强降水，以横峰的姚家66.6mm/h为最大，23时后降水强度明显减弱，多为小阵雨或局地零散雷雨。

一、天气背景及强对流潜势条件

1.天气形势和影响系统

进入8月中后期，北方弱冷空气势力逐渐南压，华北冷槽开始活跃。当副高受低槽东移影响时，江西中北部处在其边缘。2011年8月13日08～20时，200hpa高度场上有明显的偏北辐散下沉气流影响长江中下游地区，500hpa受偏北低槽控制，而200hpa槽与500hpa低槽形成前顷结构，850hpa中北部为温度脊控制。从08～20时南昌、衢州探空站可以看到，中高层风随高度逆转，冷平流较明显，而地面至500hpa风随高度顺转，低层西南急流向北输送大量暖湿空气，具有较强暖平流，这种高层持续趋冷、低层持续增暖的特征，导致层结不稳定度加剧，大气对流不稳定增强，同时边界层和中高层的风垂直切变也较为明显（垂直风速差达10m/s），对强对流的发展及维持有利。另，前期江西中北部地面一直维持≥35℃高温天气，地面加热明显，且该日08～20时K指数均在40℃以上，CAPE≥1000J/kg、LI≥-5、SI≥-2以下，动力及热力不稳定能量较强，同时具有较大的下沉有效位能和大风指数。由于地表受热不均的差异及地形作用，该日江西中北部地面有中尺度辐合线产生，具有发生强对流天气的潜势条件。

2.垂直运动

垂直上升运动是强对流天气发生发展的一个重要条件。分析这次强对流过程距对流发生最近时刻的垂直上升运动，可以看到8月13日08：00上升气流伸展到200hpa附近，后部为下沉区，最强上升速度-0.4pa/s位于400hpa，其它层次也达到-0.2pa/s。11：00～14：00江西东北部上空垂直上升运动为一加强过程，850～400hpa处强上升区中心附近，垂直速度均小于等于-0.8pa/s，最强-1.4pa/s上升速度位于500hpa。以上分析表明，强对流发生前的临近时刻，为整层抬升，而发生时表现为一完整的垂直动力环流圈。

二、雷达产品特征分析

1.雷达回波演变特征

由SWAN提供的组合反射率可以看出，16：48强回波位于德兴市上游，由多个东北—西南向单体组成，最大回波强度≥55dBZ，强回波单体略呈弓形特征，回波梯度较大，探测到出流边界追踪可以看到，回波移动速度为50km/h左右，范围迅速扩大，强中心范围略减小，而移近本站的A单体强度增大到60dBz，随后的回波东移南压中，所经之地，多站次出现强雷电、大风和短时强降水。从回波剖面图可以看到，回波顶度在12km，而≥30dBz回波顶高伸展到500hpa高度，在不稳定区域，强风暴在环境风和地面辐合线（图略）的共同作用下，不断有单体产生并沿着大体相同的路径移动，具有明显的“列车效应”，给影响地区带来连续强降水天气。

2.风暴径速度特征

从不同时刻的多部雷达探测到的风暴径向速度场上可看出， 10：00九江站低层受偏北气流控制，回波东移，景德镇上空中低层为出流边界。德兴上空高层则为辐合场，低层对应辐散场，此时降水不明显。17：25南昌站探测到景德镇上空中层有逆风区存在。18：02九江雷达探测到德兴上空高层为辐散场，中层则对应强辐合（逆风区）。18：31上饶雷达探测到弋阳、横峰、鹰潭上空低层有气旋性辐合存在，德兴境内边界层出现-27m/s的负速度入流区，结合回波移速，表明地面有大风发生。上述系统的发展、维持与地面出现的天气实况相一致。

三、GPS水汽与强降水的关系

GPS技术为探测大气水汽提供了一种全新的手段，它具有实时、连续、不受天气状况影响、精度高等优点，是传统大气水汽观测手段的有力补充。从江西省重要天气监测结果显示，从8月13日8：00～9：00开始，景德镇2站2点的出现短时强降水，有2站2点出现雷雨大风；9：00～10：00婺源县局地出现一小时出现68.2mm的强降水；10：00～11：00务源、浮梁出现强降水，同时务源县局地还出现了2次大风；11：00～12：00，12：00～13：00务源再次出现1站5点强降水；16：00～17：00波阳、景德镇分别出现2站7点强降水；17：00～20：00降水强度迅速增强、范围持续扩大，三小时内先后有18站32点出现一小时短时强降水，有6站6点伴有短时雷雨大风。对照上述强降水出现时段，发现8：00～9：00景德镇单站大汽可降水量出现跃升，其中8：00～10：30可降水持续保持在67mm以上，峰值出现在9：30达68mm，表明强降水出现在水汽开始跃升阶段，对应波阳、德兴单站大汽可降水量演变特征表明，在降水量级不大的环境下，大汽可降水量总是偏低，当发生强降水时大汽可降水量一般大于65mm，如果大汽可降水量小于55mm，表明水汽条件还未成熟，那么发生多站点多站次强降水的机会相对较低。另外，大汽可降水量的持续偏高，表明大汽有源源不断的水汽供应。当大汽可降水量稳步下降时，雷达回波也逐渐消散，雨势也随之减弱。同时还发现，当大汽可降水量发生波动时，但如没有明显增加，同时一直徘徊在55mm以下时，表明大汽中的水汽不足以使暴雨发展，即水汽没有得到积累。需要注意的是，大气中充足的水汽含量是发生暴雨的必要条件，水汽含量偏低时，发生暴雨的机会较小。水汽充足也并不一定会发生强降水，还需要动力和热力方面的诱发机制配合。

四、结论

1.这次强对流天气的发生是江西中北部处在副高边缘，低层受偏南暖湿气流控制，高温高湿，不稳定能量较强，08时、20时对流有效位能CAPE≥1000J/kg，K指数≥40℃，LI≥-4.0），且低层有低空急流发展，并处于850hPa急流出口左前方，水汽辐合较强；

2.垂直上升运动是强对流天气发生发展的一个重要条件，垂直上升速度伸展高度较高，最强上升中心位于500hpa高度，强降水发生前，垂直上升气流表现为整层抬升，降水开始后为一完整的垂直动力环流圈；

3.这次强对流回波强度梯度大、移速快，具有弓形特征，其前部探测到出流边界，可作为大风判别指标。降水强度的迅速增强与气旋性辐合、逆风区的形成密切相关；

4.强回波影响强降水区域前，不稳定区域地面有中尺度辐合形成，同时对应较低气压值；

5.GPS技术为探测大气水汽提供了一种全新的手段，它具有实时、连续、不受天气状况影响、精度高等优点，是传统大气水汽观测手段的有力补充。强降水发生前，大汽可降水量具有跃升、持续特征，强降水一般在峰值前出现。

参考文献

[1]陆汉城.中尺度天气原理和预报. 气象出版社.2000.03.

[2]郭艳，彭义峰.江西局强对流天气的多普勒天气雷达的产品特征，气象减灾与研究，第31卷第2期，2008.06.

[3]中尺度天气图分析技术规范（暂行稿），国家气象中心，2010.03.

[4]郑仙照，寿绍文，沈新勇.一次暴雨天气过程的物理量分析，气象，第32卷第1期，2006.01.

[5]张伟红，范其平，何宽科.浙江省北部沿海一次雷雨大风天气过程分析，海洋预报，2009.02.

[6]孙军波，华东地区一次南北向移动的雷雨大风过程分析，浙江气象，2008.02.

作者简介：齐玮，男，出生1984年12月，江西省德兴市气象局，业务科长，助理工程师。