c强对流暴雨的多普勒天气雷达个例分析[1].pdf

局地强对流暴雨的多普勒天气雷达个例分析丁青兰?秦勇?陈明轩?谭晓光?北京市气象台?北京?中国气象局大气探测技术中心?北京?北京城市气象研究所?北京?/十五0国家科技攻关计划课题/奥运气象保障技术研究0?!?年北京市重大科技计划项目/奥运会气象保障科学技术试验与研究0?和/十五0国家科技攻关计划课题奥运科技专项/北京奥运会国际天气预报示范计划关键技术研究0?共同资助作者简介?丁青兰?女?年生?硕士?工程师?从事短时天气预报工作?收稿日期?年?月?日?定稿日期?年?月?日摘要 从天气背景的分析出发?利用多普勒天气雷达的强度!速度资料以及由速度资料反演的垂直风廓线和二维风场对一次北京局地暴雨从开始到强降水结束时段做了详细的分析分析发现?这次局地强对流暴雨是大尺度系统和中尺度系统共同作用的结果?大尺度环流为暴雨提供了充沛的水汽?本站层结有很大的不稳定度?为强对流风暴的产生提供了必要条件?低层中尺度辐合线起到了触发对流和加强对流的作用关键词 局地暴雨 中气旋 垂直风廓线?风场引言随着中国新一代天气雷达网的建设?目前全国已陆续布设了近百部多普勒天气雷达?这些雷达在监测冰雹!雷雨大风以及局地暴雨等突发性灾害天气过程中发挥了重要作用?各雷达站也根据本地实际情况开展了多普勒天气雷达在强对流天气短时预报中的应用研究?年?月?日北京出现了局地强对流暴雨?以下简称/?0暴雨?就北京而言?局地暴雨大多发生在山区的迎风坡或喇叭口地形处?而/?0暴雨区集中在城区实属罕见由于常规探测网的时间和空间分辨率很低?很难对/?1?0这种中小尺度天气系统作出定时!定点预报而多普勒天气雷达具有时空分辨率高的优点?其距离分辨率可达几百米?即可完成一次体积扫描利用雷达资料?再结合常规探测资料!自动站资料以及卫星云图等开展临近预报?有望提高局地暴雨的预报时效?从而减小其的损失北京市气象局的波段多普勒天气雷达连续!完整地监测了这次局地暴雨?本文利用这部雷达的资料对这次暴雨过程从开始到强降水结束时段作详细的分析?降水情况及灾情从?年?月?日?开始?北京城区出现了罕见的局地强对流暴雨?至?强降水结束时?城区平均降水量为?降水达到?为暴雨?其中位于中心城区的紫竹院降水量为?!天坛为?达到大暴雨的量级?图?图?年?月?日?北京市城区雨量?分布?3为雷达位置?第?卷第?期?年?月 气 象 科 技?这次局地暴雨的主要特征是?范围小!局地性很强?超过?的降水区域主要位于石景山!丰台!门头沟东部和中心城区?图?降水强度很大?丰台气象站?最大降水量为?最大降水?突发性强?从对流云团开始形成到强对流暴雨出现的时间只有?图?年?月?日?北京地区雨量分布?单位?这次局地暴雨造成城区严重积水?东城!西城!崇文!宣武?个内城区的大多数道路在急降雨期间积水超过?造成大量平房和楼房地下室进水另外?市区西!南环路立交桥下积水造成交通阻断?环路其余部分也有不同程度积水引起交通拥堵?造成很大的社会影响?天气背景?.?天气形势分析?年?月?日?图略?和?天气图上河套出现低涡!低槽?槽前为西南或偏南气流?而北京还是西北气流?日?图略?低涡位置几乎没有变化?槽线缓慢移至河套东侧?本站已转为东南风?天气图上?从?日?图略?开始河套的东北侧已出现低涡和切变线?北京位于切变线前为偏南气流?日?图略?低涡和切变线位置几乎没有变化?北京为西南风?日?图略?切变线移至北京附近?北京仍为西南气流这次暴雨过程从天气图上看虽然有明显的天气系统?但?日?北京的低层并没有系统性上升运动?大尺度环流主要为局地暴雨的发生提供了水汽条件?.?气象条件分析?月?日?本站的对流层中!低层?随高度减小?由地面的?减小到?的最小值?气层是对流性不稳定的另外?指数为?沙氏指数?为?表明气层很不稳定?月?日?北京单站2?图?图略?显示?本站气层有较大的不稳定能量?且不稳定层次达到?以上层结曲线与露点曲线之间呈向上开口喇叭状?这种下湿上干的配置有利于产生强对流天气?多普勒雷达回波分析?年?月?日?北京西南部的房山和河北境内开始有对流单体群生成?这些对流单体不断发展加强并向西北方向缓慢移动?形成两条首尾相连的弧形回波带?其中位于雷达站西侧的弧形回波带中单体呈弥散状态?对北京地区基本没有产生影响图?为?年?月?日雷达图?见图版?位于雷达站西南部从河北易县一带发展起来的弧形回波带结构较紧密?带上强对流单体的最大回波强度为?高度为?强对流单体的速度场中有多个中尺度的辐合?其中位于房山的为气旋性辐合?方位?!距离?以辐合为主?位于辐合区的两块强回波单体合并后迅速增强?强度达到?高度为?图?合并后回波的速度场由气旋性辐合发展成核直径为?!旋转速度为?#?的弱中气旋?方位?!距离?图?而?在紧邻雷达站的海淀!石景山和丰台等地新生的对流回波此时已发展成一条长?!宽?西南)东北向的强回波短带?图?最大回波强度为?由于回波离雷达太近?雷达探测不到对流云顶?回波高度应在?以上?其速度场中出现逆风区?这条回波带在门头沟?产生了?的强降水?强回波短带的东北端开始减弱消散?其西南端在向西北方向移动的过程中不断有对流单体并入?回波向雷达站西侧的门头沟发展这时上述在房山合并的强回波开始分裂?一部分向东北偏北方向发展增强?逐渐脱离回波带向门头沟回波靠近?另一部分向西北方向移动?雷达站东南?附近的天安?第?期 丁青兰等?局地强对流暴雨的多普勒天气雷达个例分析 门!天坛一带开始有一些回波单体新生?这些单体在向西北方向缓慢移动的过程中迅速发展?后?回波的速度场出现中尺度辐合?回波向辐合区发展?回波的最大强度为?强回波的速度场中出现弱中气旋?方位?!距离?图?图?气旋核直径为?最大入流为?#?最大出流为?#?旋转速度为?#?最大出流?最大入流?这个强对流风暴给中心城区造成很大的降水?其中天安门?降水?天坛?降水?1?此时上述向东北偏北方向发展的强回波与门头沟回波合并后迅速增强?发展成一条准南北向长?!宽?的强回波短带?图?强度为?其速度场中出现两个尺度和强度相当的气旋性辐合?方位?!距离?方位?!距离?图?以旋转为主?两个气旋性辐合的正!负速度中心距离均为?左右?北侧气旋性辐合的正速度极值为?#?负速度极值为?#?南侧气旋性辐合的正速度极值为?#?负速度极值为?#?两个气旋性辐合外侧的速度极值远大于其相邻的速度极值是因为相邻部分速度方向相反相互抵消了一部分?强回波基本覆盖了中心城区?图?并向北缓慢移动上述相邻的两个气旋性辐合此时合并形成一个尺度更大!强度更强的气旋性辐散?方位?!距离?图?合并后的回波开始减弱从图?中还可以看出?雷达站和天坛一带有逆风区和气旋性辐合?方位?!距离?以辐合为主?负速度极值为?#?正速度极值为?#?辐合仍然维持?速度图中出现两个大风中心?图?正速度极值为?#?方位?!距离?!高度?负速度极值为?#?方位?!距离?!高度?表明低层水汽输送明显增强?丰台有对流回波新生发展?图?向东偏北方向移动?逐渐靠近中心城区的回波?并入城区回波后形成一条南北向的长?!宽?的强回波带?图?最大回波强度为?城区回波的速度场很复杂?正速度区向负速度区伸展?而伸展的正速度区中又包含有封闭的负速度区?逆风区?图?表明对流仍然很强这条回波带向偏北方向移动?给丰台!紫竹院等地带来强降水?其中丰台?降水?降水?此后?回波带的北端逐渐减弱?但雷达站西南?之间有对流回波生成?逐渐发展并入回波带的南端?形成一条西南南)东北北向的回波带?带长为?左右?带宽为?左右?主要为积层混合性降水回波?这时回波的速度场也开始变得越来越有规则?这条回波带持续移过市区?给市区带来较大的降水?回波开始减弱?回波带变宽?北京城区仍然为回波所覆盖?强度较弱?为?基本为层状云降水回波?此时回波速度场中的零速度线经过测站并且比较整齐?低层为西南风?垂直风廓线分析垂直风廓线是比较常用的多普勒天气雷达二次产品图?是利用雷达的速度立体扫描资料?根据?方法制作的不同时次垂直风廓线图?年?月?日强降水时段的垂直风廓线从图?可以看出?在整个强降水时段?对流层中!低层均有南风分量?为北京源源不断地输送了水汽?中层由偏西风转为偏东风?低层风速明显加大?增加了水汽的输送另外?从北京南郊观象台的风廓线图?图略?和图?中可以看出?当天对流层中!低层风速都不大?风速垂直变化小?只有风向有一些变化?本站垂直风切变较弱?不利于强对流风暴如超级单体风暴的发展!组织和维持?风暴单体的发展主要靠地面辐合和老单体的下沉气流向外扩散促使环境空气抬升的作用?气 象 科 技 第?卷?风场分析陶祖钰?提出用单多普勒雷达的速度资料反演二维风场的方法?2?这种方法原理比较简单?但有较好的反演效果图?是利用?仰角多普勒速度资料?根据?方法反演的这次强对流暴雨的风场图?年?月?日?!?和?的?风场?距离圈间隔?月?日?存在一条经过雷达站的弧形中尺度辐合线?图?降水开始后这条辐合线仍然存在?图?位置几乎没有变化?地面强降水带和回波分布与辐合线位置是一致的?图?!图?从图?中还可以看出?位于辐合线上的丰台!石景山?方位?!距离?和天安门!天坛?方位?!距离?一带出现两个辐合中心?最强的降水就出现在这附近?又出现一条经过雷达站的弧形辐合线?强回波带与辐合线的位置基本一致?图?!图?另外?北京城区有比较稠密的地面自动站网?地面自动站资料也证实了这些辐合线的存在?月?日强降水开始前北京低层吹东南风?与北京西南部和西部山脉的走向?西南)东北向?几乎垂直?地形的作用和城市的热力作用可能是产生地面辐合线的原因?回波的移动包括平流和传播?当风暴承载层平均风的风向与辐合线方向不同时?因为风速较小?回波的移动以传播为主?在辐合线上不断有对流单体生成?导致回波沿辐合线分布?当风暴承载层平均风的风向与辐合线方向相同时?回波在辐合线上得到加强?结论与讨论?这次局地强对流暴雨是大!中尺度系统共同作用的结果?大尺度环流为暴雨提供了充沛的水汽?本站层结有很大的不稳定度?为强对流的产生提供了必要条件?低层中尺度辐合线起到了触发对流和加强对流的作用?速度图不仅可以用来分析大尺度环境流场?还可以用来分析与风暴相联系的中小尺度流场?这次暴雨的速度场出现了多个辐合!中气旋和逆风区结构?方法对对流性降水反演的风场虽然没有对层状云降水反演的效果好?但仍有一定的参考价值?这次局地暴雨的二维风场中有明显的中尺度辐合线定量测量降水一直是雷达应用中的一个重点?也是一个难点?尤其是对强对流降水的估测?这次降水过程我们对降水量的估测不足?通过对北京市气象局?波段多普勒雷达增加双偏振功能?将来有望提高降水估测的能力参考文献?王令?康玉霞?焦热光?等?北京地区强对流天气雷达回波特征?气象?夏文梅?张亚萍?汤达章?等?暴雨多普勒天气雷达资料的分析?中国气象局北京城市气象研究所?中美强对流天气临近预报技术国际研讨会文集?姚叶青?石春娥?张平?两场暴雨多普勒雷达回波的对比分析?中国气象局北京城市气象研究所?中美强对流天气临近预报技术国际研讨会文集?胡明宝?高太长?汤达章?多普勒天气雷达资料分析与应用?北京?解放军出版社?斯公望?暴雨和强对流环流系统?北京?气象出版社?陶祖钰?从单?速度场反演风矢量的?方法?气象学报?陆晨?谭晓光?北京强对流天气中尺度系统和地形效应介绍?中国气象局北京城市气象研究所?中美强对流天气临近预报技术国际研讨会文集?第?期 丁青兰等?局地强对流暴雨的多普勒天气雷达个例分析?:?2?2?2?:?等开展无人驾驶飞机飓风观测?大西洋海洋与气象实验室?无人驾驶飞机在飞行?后首次下降进入热带风暴?之中探测飞机?获得了近地面!强风飓风环境的详细资料在这些区域?若用?和美国空军的有人驾驶飞机直接观测来获取这些资料风险太大?的飓风研究专家及项目负责人?说?若要改进飓风强度变化预报?就有必要定期得到海?气界面附近底层的连续观测资料有人驾驶飞机在海面附近飞行作业风险太大?遥感无人驾驶飞机探测就成了惟一的方式这样的探测也许很快就会成为常规业务该项目的合作者包括?公司!?.?公司负责飞机设计与作业?位于弗吉尼亚东海岸的?.?作为飞机的起!降地点该项目由?与?共同资助进入?的?观测平台专门装备了常规飓风观测所使用的复杂的仪器?包括?下投式风探测仪?一套能实时传送温度!气压!湿度和风速资料的卫星通信系统?还携带着一个向下定位红外传感器?用来估计下垫面海面温度获得的所有数据均实时传送到?国家飓风中心以及?飓风中大气?海洋界面附近的环境非常关键?因为此处海洋的暖水能量在此直接向上输入大气飓风?海洋界面也很重要?因为飓风中此处风力最强?还因为此高度是一般人活动的高度观测并最终了解飓风中的这个区域?对于改进飓风强度和结构预报很关键提高这种预报能力不仅能够减少大量经济损失?还能拯救许多人的生命第一次飞行的成果还包括该飓风的非采样区的详细记录?同时同步向?国家飓风中心提供?2?内部实时近地面风和热力状况资料此外?现场测量与卫星导出资料之间的详细比较研究也将成为可能而且?可以想像?这些独特的资料还可用于业务性与研究性模拟的初始化和验证曾晓梅编译自?网站?2?2?气 象 科 技 第?卷