一次大范围降雪过程的多普勒雷达资料分析

一次大范围降雪过程的多普勒雷达资料分析

刘敏王忠范陈婷婷

(吉林省气象台长春,130062)

摘要本文对一次大范围降雪过程的多普勒雷达资料进行了分析,揭示出零速度线的变化特征、辐合层的变化以及不同高度上的辐合、辐散配置特征对降雪天气增强、减弱的指示意义；同时指出，零速度线的变化趋势与冷、暖平流的运动关系密切。

关键词:多普勒零速度线辐合层冷暖平流

引言

降雪天气一直是北方冬季、初春时节的一种重要天气过程，尤其是大范围降雪天气将会导致低能见度，积雪等天气现象，对交通、居民生活等产生直接影响，有一定的危害性。所以，对降雪过程的延续、加强、减弱做出较为准确的预报，有一定的实用价值。90年代前，常规天气雷达对降雪天气的监测仅局限在对回波强度进行观测，对流场及冷、暖平流等的空间变化无法探测到。近年来，随着多普勒天气雷达的普及和应用，对降雪天气进行细致入微的观测和分析变为现实。本文应用多普勒雷达速度资料对吉林省冬季发生的一次大范围降雪天气进行分析，通过分析多普勒速度图中零速度线的变化、辐合层的维持以及辐合辐散的空间分布特征，对冷暖平流的变化及降雪过程的不同阶段（维持、减弱等）进行辨别，从而实现应用多普勒雷达监测降雪天气，并及时提供服务，为防灾减灾做出贡献。

1 天气形势、降雪实况概述及物理量场分析

1.1 天气形势分析及降雪实况概述

2004年12月19日08时，500hpa高空槽位于东经125度以西，北纬40度以北地区，19日20时，高空槽移动到吉林省的中部，位于东经125度附近（见图1）。20日08时，高空槽移出吉林省。由图1可以看出,850hpa高空槽移动速度超前于500hpa,说明高空槽随高度的增加呈向后倾斜趋势；同时还可以看到，500hpa冷平流的移动滞后于850hpa。地面主要受倒槽低压影响，降雪从吉林省西部及西南部开始,逐渐向东扩展，有5站次24小时降雪量达大到暴雪，7站次大雪（见图2）。本次降雪的特点是，降水集中，分布范围广泛。

图1 2004年12月19日20时500hpa 、850 hpa 天气图

图2 2004年12月19日24小时降雪量

1.2 物理量场分析

对该次降雪过程各等压面上的散度场进行分析,发现降雪区域内，08时925hpa 上有-30*10-5. s -1的辐合中心,20时辐合中心数值达到-40*10-5. s -1，随高度的增加，辐合有所减弱，最强的辐合中心出现在近地面层的925hpa （见图3）；各层涡度场中心数值随高度的升高呈现加强趋势，20时925hpa 中心数值为40*10-6.s -1,700hpa 为60*10-6.s -1，500hpa 为120*10-6.s -1，涡度场配置较好（图略）；上升速度的最大值出现在700hpa

2 多普勒雷达资料分析

通过对本次天气过程的多普勒雷达径向速度资料进行分析，可以看出二个变化特征：首先，零中雪 大雪 大到暴雪

大到暴雪

速度线在不同的时段内发生明显变化；其次，辐合层的变化以及辐合、辐散具有一定的变化特点。下面分别对这两方面的内容进行论述。

（a ） (b) 图3 2004年12月19日925hpa 散度 (a 为08时，b 为20时，单位：10-5.s -1)

2.1 零速度线及辐合层的变化特征

由2004年12月19日的9时23分1.5度仰角的多普勒速度图上可以看到,在0~7公里的范围内,零速度线为直线且呈东北-西南向分布,入流区在东南方向,出流区在西北方向，7公里外的区域，零速度线呈东南-西北向分布（图略）。根据标准大气折射条件下,雷达的测高公式:20sin /17000H h r r α=++, α为雷达探测仰角,r 为目标物的斜距，0h =291米，为长春市多普勒雷达天线架设高度,计算得到r =7公里所在的高度为477米，说明在长春市雷达测站上空高度477米以下的范围内，受东南风影响；477米高度之上为西南风控制（见图4a ）；这种风向的空间分布特征，在477米高度之上形成了薄薄的东南风与西南风的辐合层，该辐合层从9时23分一直维持到下午13时25分，而且在该时段内，降雪量较大，与辐合场的分析结果进行对比，发现近地面层辐合层的存在，对925hpa 辐合运动有加强作用,导致强辐合中心出现在该层内,对降雪非常有利，与前面的辐合场的分析结果较为一致。

13时25分后，辐合层受到破坏，1.5度仰角的多普勒速度图上，在30公里（高度为1129米以下高度）的范围内，零速度线变为直线，而且随时间的推移，该范围内的直线型的零速度线自入流区向出流区呈顺时针旋转趋势，由原来的受东南风影响转为西南风，最后转为西北风。而30公里外的零速度线一直呈西北-东南向分布，受西南气流控制（见图5）。零速度线的这种变化趋势，充分说明，冷平流首先从1129米以下高度下滑，此高度以上空间内，仍维持西南暖平流，与前面的天气图分析结果较为一致。零速度线的这种变化特征一旦出现，降水将会逐渐减弱。

2.2 辐合、辐散的变化特点

在9时23分2.4度仰角的多普勒速度图上,距雷达测站23公里~45公里（高度为1285米~2294

米）出现风速辐合特征,即在同一高度内,径向出流速度小于径向入流速度；45公里~60公里（高度为2294米~3016米）出现风速辐散（在同一高度内，径向出流速度大于入流速度）(见图4b)。这种低层辐合，中层辐散的垂直结构，有利于降水的维持；同时也可以看出，降雪天气云层发展较为稳定，雷达回波图上显示，云层的垂直伸展高度在对流层的中低层及以下区域。

13时25分，雷达回波强度开始减弱，同时风速的辐合、辐散特征已不明显。16时02分，1.5度仰角的多普勒速度图上，风速、风向均出现辐散特征（即在同一距离圈内，入流区的面积小于出流区为风向辐散），不利于降水的维持。18时42分，1.5度仰角速度图上，零速度线为“弓”型，出现大尺度的流场辐散特征，降水趋于结束。

（a ） (b)

图4 2004年12月19日9时23分1.5度仰角多普勒速度图上风向分布（a ）

及2.4度仰角下的多普勒径向速度分布（b ）

图5 2004年12月19日10时34分1.5度仰角、15时27分1.5度仰角零速度线的分布

90 135 180 225 270

2074

Height (m)

Direction 15 22.5

Speed (m/s) 0

1285 2295 3016 Height (m)