江汉平原涡旋大暴雨的多普勒雷达回波分析 刘火胜 浦燕鸿 刘银秀 鲁礼炳 湖北省荆州市气象局荆州 4 3 4 1 0 0 摘要 本文对发生在 2 0 0 3 年 7 月 8 日江汉平原西部一场大暴雨天气形势多普勒雷达回波资料进行分析重点分析了大暴雨形势下涡旋的回波特征及各种中尺度对流回波特征通过分析认为利用新一代多普勒天气雷达能较好地探测暴雨中尺度系统为今后暴雨的监测和预报提供依据 1 引言 2 0 0 3 年 7 月 8 日江汉平原西部的荆州松滋公安出现了一场大暴雨天气过程其 2 4 小时雨量都超过 1 0 0 m m 以上其中降水量最大的公安站 2 4 小时降水量达到 1 9 8 m m 从这次降水过程的一个显著特征来看 从 7 月 7 日 2 0 时到 7 月 9 日 0 8 时 一个从湘西北武陵山区生成的地面涡旋沿西太平洋副热带高压外围的梅雨锋从西南向东北移动一直到淮河下游伴随地面的涡旋移动地面 6 小时降水中心也向下游传播是一次典型的梅雨期涡旋大暴雨在这次暴雨过程中中尺度对流系统旺盛出现了一小时 5 5 m m 的强降水大风龙卷等强烈灾害性天气大暴雨过程中 荆州可移动式 C 波段多普勒天气雷达进行了加密观测 得到了较为丰富的多普勒雷达回波资料本文对这些雷达回波资料进行分析尤其是涡旋的回波特征及大暴雨形势下各种中尺度对流回波进行了详细的分析 2 天气形势 2 0 0 3 年 7 月 8 日 0 8 时高层 2 0 0 h p a 形式来看华北南部存在一支高空急流急流位于 3 43 6 N 之间急流最大速度达 4 8 m / s 以上5 0 0 h p a形式来看亚洲中纬度维持两槽一脊形式贝加尔湖以西为阻塞高压 巴湖以西和东北西部各有一低压槽 其中东北低槽一直延伸到华北南部槽后冷空气与西太平洋副热带高压外围暖湿气流汇合在长江中游一带 从 7 0 0 h p a 形势来看从贵阳宜昌南阳延伸一条东北西南向的切变线切变线上鄂西南有低涡存在8 5 0 h p a 形势与 7 0 0 h p a 相类似 从 7 月 8 日 0 8 时地面图来看在荆州松滋公安之间有一明显的涡旋存在从风场分析来看是一个典型的辐合型流场并且从这次的天气过程的天气图可分析出从 7月 8 日 0 8时到 9 日 0 8 时的天气演变可清楚分析出这个涡旋的演变移动这次强降水过程江汉平原西部的荆州公安松滋 1 2 小时降水量都达到 1 0 0 m m 以上荆州暴雨主要在 7 月 8 日 0 4 时1 1 时最大一小时降水为 8 日 0 4 时0 5 时降水量达 3 5 m m 降水最大的公安 1 2 小时降水达 1 9 8 . 6 m m最大一小时降水达到 5 5 m m 3 雷达回波强度特征 3 1 发展阶段 从 7 月 8 日 0 0 1 9 强度图上可看此时雷达监测范围内仅有些弱的层状云回波回波强度比较弱一般 2 0 d B z 以下荆州站基本无明显降水0 1 2 1 荆州西南 1 1 0 K m 处湖南石门西开始有对流性回波块生成最大回波强度 4 0 d B z 0 2 2 1 分强回波块前部已达松滋松滋站降水开始加强同时公安附近开始有块状回波生成0 3 2 8松滋公安荆州之间生成 4 0 d B Z以上长条状回波面积大小为 8 0 x 4 0 K m 对应荆州每小时降水量在 1 0 m m以上本站降水开始加强 3 2 对流发展阶段 0 4 1 6 ( 图 3 ) 荆州 公安范围内的回波进一步加强 强的对流单体合并面积缩小到 4 0 X 2 0 K m大小回波强度达 5 0 d B Z以上对应的速度图上则为大片逆风区成串状分布对应的地面降水公安站达 5 5 m m 荆州 3 5 m m 为这次降水过程的强降水时段5 4 9后回波面积进一步扩大强度有所减弱但中尺度系统仍发展旺盛 3 3 涡旋阶段 7 4 3 回波强度图上开始有涡旋特征出现 8 4 0 图 4 形成典型的涡旋回波特征此时雷达回波形成以测站为中心的涡旋状在半径 3 0 公里范围内3 0 d B以上强回波形成环形主要分布在涡旋的一三四象限最强回波在达 5 0 d B z 以上在涡旋的头部回波主要延伸着大面积的层状云回波一般在 3 0 d B b 以下在涡旋的尾部强回波呈弧型延伸到 9 0 公里以外此时涡旋中心的荆州和公安站降水每小时达 3 0 m m 以上对应 0 8 时地面天气图图 2荆州站风速东北风 6 m / s , 松滋站风速西北风 6 m / s公安站风速东南风 6 m / s 地面涡旋中心位于荆州公安松滋之间与此时雷达探测降水回波一致降水主要发生在涡旋的东北和西南气流一侧 9 0 8 涡旋中心开始移出荆州荆州本站降水迅速减弱但公安站仍维持强降水 3 4 零度层亮带特征分析 分析雷达 0 2 时 2 1 分 1 6 . 7 仰角强度图 图 5 时发现在大片的降水回波中出现了一个环状的亮圈- - 零度层亮带亮带的半径 1 7 k m , 对应的高度约 4 . 9 k m , 亮带的存在说明此时降水中气流稳定以层状云降水为主无明显对流活动零度层带一直持续到 3 2 8后才逐步消失到0 4 时 3 5 分亮带完全消失说明此时降水性质由层状云稳定性降水转变为以对流降水为主对流活动旺盛对应的地面降水强度这一个小时达到最大随后对流活动又有所减弱到 0 6 2 4 又观测到完整的亮带到 0 8 时后随着涡旋的移动到 0 8 时 4 0 分探测到的涡旋状的对流性回波亮带也不明显 由此通过分析雷达回波 1 6 . 7 仰角强度图零度层状亮带特征发现这次降水过程中经历了一次零度层状亮带由明显不明显- - - 明显不明显的变化与降水过程中对流活动的强度有较好的对应关系 4 速度图特征 4 1 速度场零线的演变 从暴雨的径向速度场分析 这次大暴雨最直接的影响是地面涡旋系统 尺度在 2 0 0 - 3 0 0 K m以内就是一个典型的中- 尺度系统从速度场零线的演变可看出这次涡旋移动带来的速度场的变化 4 2 中- 尺度系统 这次大暴雨过程中对流发展旺盛从强度图上为典型的积层混合型絮状回波在大范围的絮状回波中嵌在其中的块状条状强回波块回波明显这些回波尺度大都几十公里具备中-尺度回波团特征这些回波强度达 4 0 d B Z 以上降水效率高对应的速度图上为中尺度辐合线逆风区等中尺度速度场特征明显 4 3 中- 尺度系统 在这次暴雨过程中探测到的中气旋属中- 尺度系统从 0 6 3 5 强度图 1 0 9 度 4 0 K m 处有5 0 d B Z 以上的强回波经向速度场正负速度分别为+ 1 1 . 2 m / s 和- 1 2 . 3 m / s 正负速度中心距离为 2公里符合中气旋特征实地考察 7 月 8 日凌晨公安埠河镇遭龙卷风袭击受伤 2 人倒房屋2 5 2 间结合当时地面发展龙卷风的情况 可分析此中气旋即为龙卷 雷达探测中气旋持续时间 4 5分0 6 1 0 - 0 6 5 5 9 0 8 在多普勒速度场上观测到的中气旋位于 1 0 9 度 4 0 K m 处其对应强度为 4 3 d B Z 经向速度场正负速度分别为+ 1 0 . 2 m / s 和- 1 8 . 6 m / s 正负速度对中心距离 3 公里与此同时在荆州区纪南镇牌坊村 3 组出现了龙卷风其所在地理位置和速度场上中气旋位置大致吻合据受灾户反映上午 9 时左右在降雨同时突然狂风大作周围天昏地暗树木摇曳厉害最后大风将他家的房顶全部揭走家具及日常用品全部补卷走房屋倒塌周围碗口大的树木拦腰截断 4棵树木倒向程逆时针状排列雷达探测到中气旋持续时间为 2 2 分0 9 0 1 - 0 9 2 3 由此说明用多普勒雷达探测龙卷风这样的小尺度系统是可行的 5 结论 通过以上的分析可得到以下几点结论 这次大暴雨是由于梅雨锋上涡旋移动而造成的强降水 通过分析多普勒雷达强度场 可以监测到整个过程降水强度的发展变化以及中尺度系统的演变 从多普勒雷达速度场分析可以得出 每一次强降水的发生和对流活动的发展都在速度场上有一定特征显示特别的是在这次过程中在多普勒速度场上中尺度系统出现频繁用多普勒雷达探测中尺度系统是可行的 参考文献 1 张培昌, 杜秉玉, 戴铁丕. 雷达气象学. 北京: 气象出版社, 2 0 0 1 , 1 2 2 - 1 2 9 . 2 俞小鼎等, 新一代天气雷达讲义. 北京: 中国气象局培训中心, 2 0 0 0 , 1 3 9 - 1 4 6 . 3 朱乾根, 林锦瑞, 寿绍文, 唐东升. 天气学原理和方法. 北京: 气象出版社, 1 9 9 2 , 6 0 4 . 4 陆汉城.中尺度天气原理和预报. 北京: 气象出版社, 2 0 0 0 , 7 - 1 0