風廓線雷達資料在一次強降水過程中的應(yīng)用

風廓線雷達資料在一次強降水過程中的應(yīng)用

0單通道地震探測高流量是有很多原因的。颮線中的強雷暴常常引發(fā)局地暴雨和災(zāi)害性強風,在中緯度地區(qū),強雷暴還常常伴有冰雹甚至龍卷風廓線雷達是一種單點遙感探測設(shè)備,通常采用相控陣天線發(fā)射3個或5個固定指向的電磁波束,以湍渦為目標探測測站上空大氣的湍流狀況,可直接獲得水平風場、垂直氣流等參數(shù)的時高分布。優(yōu)點是可連續(xù)探測,資料的分辨率高、相關(guān)性好1天氣形勢分析2006年6月29日10:20時(北京時,下同)左右,南京上空塵土飛揚、落葉漫天飛舞,地面灰塵也紛紛揚起,短暫時間后,隨之而來的是強降水。位于南京城區(qū)南部的風廓線雷達連續(xù)觀測了這次過程。從2006年6月29日02時地面天氣圖(圖略)中可知,33°N～42°N,113°E～120°E有一條“舌”狀的雷暴區(qū),雷暴區(qū)的邊緣由西北-東南走向的錮囚鋒、東西向的暖鋒和東北-西南走向的冷鋒組成一個鋒面氣旋。從08時850hPa的高空圖可知,南京受暖氣團控制,其北面有一個低壓中心(約37°N,118°E),并有一條明顯的“T”形槽線。冷性氣旋不斷向南推進,與暖濕氣團相遇引發(fā)強對流天氣。圖1為每10分鐘降雨量隨時間的變化分布。降雨量由自動雨量計連續(xù)觀測,雨量計站與風廓線雷達相距約1.5km。由圖可見降雨時間主要集中在10:30～12:30時,尤其在10:20～10:30時的短時強降水,降雨量高達4.7mm。2風廓線雷達回波帶的強度圖2為多普勒天氣雷達觀測結(jié)果。從左至右時間依次為9:00、10:10、11:00、12:01時。圖2(a)為回波強度圖,圖2(b)為相應(yīng)時刻的多普勒速度圖。圖中距離每圈30km,觀測仰角0.5°。風廓線雷達位于多普勒天氣雷達的東南方向150°距離40km處(圖2黑色三角形的位置)。由圖2可知,9:00時強度圖上有一條回波帶,強度值達到45dBZ,多普勒速度圖上方位300°距離80km處有正負最大速度的跳變區(qū),說明出現(xiàn)了速度模糊現(xiàn)象。從強度圖中可以看出,強回波區(qū)向風廓線雷達正面移動造成的風場變化將會在風廓線雷達上有反映。33.1高空和低空急救圖3為對流層風廓線雷達8:06～13:26時的觀測結(jié)果。根據(jù)風速和垂直風切變判斷,2:50時出現(xiàn)高空急流,高度在13.3～14.8km,最大風速56.9m/s,水平風的垂直切最大值達0.052m/s。5:00時出現(xiàn)低空急流,高度位于2000m以下,風速達到20m/s以上,急流中心在1200m左右,急流范圍逐漸向上下方向伸展,厚度不斷增厚,中心最大風速隨時間增強,9:59時在1500m高度達最大值28m/s。低空急流相比較高空急流晚形成近3小時。隨著時間推移,高空急流區(qū)不斷向下擴展,急流中心下降,而低空急流區(qū)卻不斷向上發(fā)展。兩個急流區(qū)不斷靠近。在水平風場中,風向風速的變化一定程度上可以反映大氣的熱動力情況。高低空急流的相互耦合發(fā)展,說明在此次天氣系統(tǒng)中垂直方向有明顯的動量傳遞,低空急流造成暖濕空氣輸送,高空急流造成干冷空氣平流,從而加強了大氣潛在不穩(wěn)定,高低空急流耦合容易觸發(fā)潛在不穩(wěn)定能量的釋放。西南低空急流的增強說明西南暖濕氣流輸送加快另一方面,風廓線雷達有最低探測高度無法探測地面的風向風速,圖4給出7:00～13:00時地面風向風速的實況(實黑線為風速,虛線為風向),10:20時地面觀測到風速極大值為7.9m/s,與風廓線雷達觀測的切變線出現(xiàn)時間一致。12:34～13:00時為東南風,隨后逐漸變?yōu)槲髂巷L,也正好可以與風廓線雷達的探測結(jié)果連接。結(jié)合地面觀測的實況,可以使風廓線雷達探測的風場更完整。3.2垂直速度分析風廓線雷達測得的垂直速度是空氣垂直運動和降水粒子末速度之和,如圖5所示。9:56時前整層為上升氣流,速度為0.5m/s左右;10:10時氣流上升速度急劇增大,說明對流有所加強,并在1275m有速度極大值1.55m/s,在2550m有另一極值3.51m/s。然而僅僅在9分鐘之后,垂直速度突然變成負值,4800m以下垂直下沉速度都大于5m/s,在1200m達到10.56m/s,此時地面觀測到降雨。此后直到10:53時,下沉速度都在5m/s以下。但11:04時下沉速度突然減小到2m/s以下,而在11:21之后下沉速度再次增大到6m/s以上,直至12:07時。垂直速度是反映風場剖面分布的另一個重要參數(shù)。結(jié)合上述垂直速度變化的時刻,可以得到此次陣風鋒的大致結(jié)構(gòu),如圖6所示。陣風鋒是雷暴出流強風的前緣,陣風鋒的出現(xiàn)常和風向突變、風速突增和強對流天氣等聯(lián)系在一起。結(jié)合多普勒天氣雷達的觀測結(jié)果,當雷暴經(jīng)過風廓線雷達站時已逐漸減弱,屬于消散雷暴。9:56時前隨著低空急流的發(fā)展,暖濕氣流不斷向上輸送,體現(xiàn)為氣流的整體上升。隨著雷暴的移動,陣風鋒約在10:19時經(jīng)過風廓線雷達測站(即水平風場中的切變線)。當陣風鋒經(jīng)過時,切斷低空暖濕氣流的向上供應(yīng),雷暴內(nèi)部的強大出流到達地面,并帶來降水。由于陣風鋒內(nèi)部的強風脈動,造成了垂直速度值的變化。因此,垂直速度的分布可以反映陣風鋒或雷暴內(nèi)部的結(jié)構(gòu),垂直速度的突變是陣風鋒經(jīng)過的一個重要標志。3.3降雨發(fā)生的影響虛溫是指與濕空氣具有相同氣壓、密度值的干空氣應(yīng)具有的溫度,由圖7可知,9:00時的溫度廓線和10:00時的相比,低空變化不大,600m以上的變化明顯。這是由于在降水初期,高空溫度較低的降水粒子在下降過程中吸收熱量蒸發(fā)使溫度下降,因此雖然高空溫度下降,但地面還沒觀測到有降雨,地面溫度的變化也不大,這就造成了局部溫度遞減率的增大。隨著降水粒子增大、粒子數(shù)增多,最終會有大量的粒子下落到地面,使整層溫度都下降,并形成降雨,造成地面觀測到降雨的時刻應(yīng)比高空出現(xiàn)降水的時刻晚。由圖可見,10:20時降雨發(fā)生后,地面溫度由10:00時的33.6℃突降到11:00時的25.5℃。在12:00時降雨基本停止后,整層溫度逐漸升高。4高空急救系統(tǒng)的作用(1)高分辨率的風廓線雷達資料,可以清晰地顯示大氣水平風場的演變、垂直氣流的發(fā)展及大氣溫度的分布,是實現(xiàn)精細化探測的有效手段之一。(2)在此次颮線過程中,風廓線雷達清晰地探測到高空急流和西南低空急流出現(xiàn)的時間、高度及最大風速和風切變值,結(jié)合大氣虛溫廓線等其他參數(shù),可以為研究氣流內(nèi)部熱動力過程提供輔助依據(jù),可以分析大氣能量的輸送和冷暖平流的分布。強大的西南暖濕氣流為此次降雨提供了充足的水汽,高空急流的下傳以及和低空急流的相互作用提供了必要的動能,氣流上升速度的突然加強加速了高低空急流的耦合,也為降雨創(chuàng)造了時機