飚线的回波特征

广元“6.1”飑线的雷达回波特征
2008-06-29 15:58:37| 分类：科技论文| 标签：飑线多普勒雷达回波垂直风切变中气旋|字号大中
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李志华李璐张沛纯
（四川广元市气象台，广元，628017）
摘要
2008年6月1日发生在广元市的飑线系统是出现在高空槽后、低空暖区和地面冷锋前部的一次典型个例。

本文从高空环流形势、海平面气压场、水气能量条件等角度分析了该过程出现的天气学和动力学原理。

利用广元市新一代天气雷达回波的监测图像，从反射率因子、径向速度、垂直累积液态水含量等方面分析了飑线系统发生、发展、消亡等阶段的回波特征。

通过对雷达回波的分析，找出了一些内陆强对流天气发生发展的规律，对于广元及其周边地区监测和预报中小尺度强对流天气积累了宝贵经验。

关键词：飑线多普勒雷达回波垂直风切变中气旋
Guangyuan “6.1” squall line radar echo characteristic
Li zhihua ,Li lu,Zhang peichun
(GuangYuan Meteorological observatory,GuangYuan,628017)
Abstract: On June 1, 2008 occurs in Guangyuan's squall line system is appears after the upper-level trough, the low altitude warm sector and a ground cold front front part model example.This article from angles and so on upper air circulation situation, sea level field of pressure, moisture energy condition has analyzed the synoptic meteorology and the principle of dynamics which this process appears. Using the Guangyuan new generation of weather radar echo monitor image, from aspects and so on index of reflection factor, radial velocity, vertical accumulation liquid water content has analyzed stage and so on squall line phylogeny, development, withering away echo characteristics. Through to the radar echo analysis, discovered some interior strong convection weather to have the development rule, the small criterion strong convection weather accumulated the valuable experience regarding Guangyuan and in the peripheral locality monitor and the forecast.
Key Words：Squall line,Doppler radar echo, Vertical wind shear, Cyclone
引言
飑线是排列成带状的雷暴群，其范围较小、生命史较短。

是气压和风的不连续线，当飑线过境时风向突变、气压陡升、气温急降，伴随有大风、冰雹、雷电等天气现象，给所经之地带来严重的灾害[2]。

广元地处南北交汇地带，是北方冷空气入侵四川的门户，南方暖湿气流也多从此处向北输送，冷暖气流在此
交汇，使广元地区夏季多强对流天气。

出现在2008年6月1日的飑线系统给广元市的抗灾自救带来了一定的影响，并造成了新的经济损失。

广元新一代天气雷达在本次飑线过程的监测、预报中发挥了重要作用，及时准确发布了强对流天气预
警信息，充分发挥了雷达在防灾减灾中的作用。

对本次过程的雷达回波进行研究，有利于提高广元地区中
小尺度强对流天气的预警与预报水平。

1 过程概况
2008年6月1日下午广元地区由于飑线过境，出现了大风、冰雹、雷雨等强对流天气。

17时26分广元站出现19.7m/s的大风；18点10分关庄自动气象站测到22.1m/s的大风；18点20分旺苍出现直径8mm左右的冰雹。

由于飑线系统生命周期较短，虽然雨强较大，但总降雨量较小，且分布不均，最大降水中心旺苍仅15.0mm。

据广元市应急办统计，本次飑线过境所带来的强对流天气造成直接经济损失5946
万元。

2 天气背景
2.1 高空环流形势
本次飑线出现在高空槽后的北向气流中，温度槽落后于高度槽，08时500hpa和700hpa上均存在明显冷平流，850hpa上在广元地区有一明显的辐合中心，汉中、温江和安康等站气温明显比武都、达川高，广元地区可以视为暖中心，这种上冷下暖的辐合形式有利于不稳定能量的积累和强对流的发展，是形成本
次飑线过程的重要物理机制。

图1：2008年6月1日08时高空天气图
2.2 海平面气压场
14时地面图上河南、川西高原各有一个低压中心，而中心位于贝加尔湖的高压系统前端已抵达甘肃南部，有从广元入川的趋势。

到17时，川西高原的低压中心已经移到了贵州北部，高压前端延伸到了川西高原上，河南低压的主体和中心西移到了湖北境内，在广元地区形成了较大的气压梯度，内蒙到青海东南部有一狭长的地面冷锋，广元距冷锋的直线距离<=300km，到晚上20时，川西高原上形成一个1012.5Hpa 的冷高压，湖北热低压的西移，使广元处于暖区之中并且加大了广元地区的气压梯度，使冷空气更容易从广元地区南下影响四川盆地，这种气压场结构为飑线的产生提供了热力条件和动力条件。

图2：2008年6月1日14时和17时海平面气压场
2.3 水汽能量条件
图3：2008年6月1日08时广元周边探空站TlogP图
与广元相邻有4个探空站，分别是武都、温江、汉中和达川，从08时的T-log p图上可以看到位于广元西面的温江和武都Si<0且CAPE>0，东面的汉中和达川为Si>0且CAPE<0，这表明西部大气层结开始向不稳定发展，而东部仍处于稳定状态。

4个探空站的Ki指数最大值也只有16.0，表明出现强对流天气的征兆不明显。

探空曲线还表明四个探空站均为下干上湿状态，低层没有充足的水汽，出现强降水的条件不充分。

但是各站近地面层均为西风或西南风，而700hpa以上为北风或西北风，有较强的垂直风切变。

俞小鼎[1]等在《多普勒天气雷达原理与业务应用》中谈到“在强垂直风切变的环境中，动力效应也可以加强上升气流的强度，因此强烈的上升运动也能在较小至中等的CAPE中得以发展”，本次飑线就是在较强的垂
直风切变环境中发展起来的。

3 雷达回波分析
3.1反射率因子特征
飑线系统在雷达回波的组合反射率因子图上表现为带状，带状回波中的强回波区呈东西向线状排列，强回波区中的对流单体有的呈钩状，有的呈弓形。

整个回波带似弓形，最强回波出现在弓形的突出部位。

本次飑线最强回波区扫过了雷达站，弓状回波的入流区为弱回波带，整个回波带分成东西两部分，在广元与青川之间发生断裂，两段回波中均有对流单体发展，而且都出现了强对流天气。

图4给出了飑线系统初始阶段、发展阶段、成熟阶段和消亡阶段的组合反射率因子图，图5给出了4个时次对流单体的反射率因子剖面图，下面根据上述2图分析飑线系统各阶段的反射率因子特征。

图4: 不同阶段的组合反射率因子（38号产品）
初始阶段（图4-a）：16点40分左右，最先在甘肃南部和陕西西部出现对流单体，逐渐发展成一带状回波。

17点03分带状回波更加清晰，其中部的对流单体发展趋于强盛，且向南突出呈弓形，并开始影响广元市朝天区。

对该单体作垂直剖面（图5）可以看到回波顶达到12km左右，背离雷达一方有明显的弱回波区，最大反射率因子在2km到6km高度之间，强度超过50dbz，质心偏低。

发展阶段（图4-b）：回波带整体向南移动，移动过程中回波带上的对流单体不断发展。

从17点31分的图上可以看到回波中的对流单体带呈水平向线状排列，中部的对流单体发展最为强盛，其西北侧呈钩状，为入流缺口。

整个回波带呈弓形，弓状突出部位为广元市区，此时广元市直属站观测到了19.7m/s的瞬时大风。

强雷暴单体后部的弱回波区内有较弱的对流单体生成。

从17点26分的剖面图（图5）上可以清晰看到雷暴单体后部有2个较弱的对流单体，17点45分飑线系统正经过雷达站，垂直剖面上可以看到最大反射率因子已经接触到地面。

由于西部对流单体发展较快，整个飑线回波带在青川地区出现断裂。

图5:反射率因子剖面（50号产品）
成熟阶段（图4-c）：飑线的断裂处往往是强天气容易发生的地方之一[1]。

17点54分图上西部对流单体已经发展成熟，并在其前端出现了下击暴流，关庄自动站测到22.1m/s的地面大风。

东部带状云系倾斜为西南东北走向，中部的对流单体发展到嘴强盛阶段，后侧入流缺口移动到该单体的东北方，17点45分的剖面图（图5）上可以看到最大反射率因子已经超过55dbz。

消亡阶段（图4-d）：到18点17分的回波显示，西部的风暴单体已经消亡，只有较弱的对流单体存在，弓状回波顶点的风暴单体也基本消散，东部还仍有较强回波的对流单体。

整体向东南方向移动，18点8分的垂直剖面（图5）上可以看到风暴单体的质心近一步降低最大反射率因子仅分布在3km高度以下，回波顶也下降到9km左右，这说明对流减弱，系统正在消亡中。

3.2 飑线回波带中的中气旋
图6给出了18点08分3个仰角的雷达径向速度图，0等速线通过雷达均大致呈水平状，表明从低层到高层均为北向气流，说明地面冷锋正通过雷达站向南移动。

最大径向速度中心位于雷达站正南方的弓形回波顶部，飑线系统的移动方向垂直于其走向，因此不会有强降水产生。

飑线西部和东部分别出现一明显中气旋，中气旋是与强对流风暴的上升气流和后侧下沉气流紧密相联的小尺度涡旋，是超级单体风暴的特征，观测到中气旋90%以上的情况会出现强烈的天气[1]。

6月1日18点10分关庄观测到22.1m/s的大风，18点21分旺苍站观测到了直径8mm的冰雹，关庄和旺苍正是飑线系统中两个中气旋出现之处，表明中气旋可以作为广元地区发布大风冰雹天气预警的标志。

图6: 3个仰角的径向速度图（27号产品）
图7: 径向速度剖面(51号产品)
在跟踪监测雷暴单体发展的过程中，我们在选了4个时次对径向速度作了剖面，通过剖面图分析可以清晰看到雷暴单体中垂直风场结构，预报员更容易识别中气旋和判断雷暴单体所在地出现的天气现象了。

17点03分和17点12分的图上可以明显看到低层辐合高层辐散的结构。

17点12分距雷达站40km 左右的西北部高度6-9km的区域可以明显看到一个涡旋（中气旋的垂直剖面结构），18点27分在距雷达站50km的东南方高度3-9km处再次发现类似的涡旋。

17点54分飑线通过雷达站以后所作的剖面观测到低层为辐散高层为辐合，说明雷暴云团对流减弱，下沉气流增强，对流单体开始消亡。

3.3、垂直累积液态水含量(VIL)在飑线系统发展中的变化
由于飑线系统出现于高空槽后的北向气流中，地面虽然为暖区，但没有西南暖湿气流，水汽条件不如暴雨天气充分。

图8给出了系统开始期、成熟期和消亡期三张垂直累积液态水含量图，17点03分图上最大的风暴单体中仅VIL=20kg/m2，回波带中大多数区域VIL>=10 kg/m2，到17点31分飑线通过雷达站的时候，东部的一处风暴单体VIL>=25 kg/m2，该处VIL值的突然增大，与云体中冰雹的生成和发展有关。

18点8分系统开始消亡的时候，整个回波带中除降雹地区外VIL<=15 kg/m2。

邓波[5]等研究的攀西暴雨回波中VIL>=45 kg/m2,本次飑线系统的VIL仅是该值的1/3，表明水汽条件限制了飑线系统中对流单体的发展，VIL值越小，雷暴单体的可降水量就越小，越不容易出现强降水。

图8: 飑线系统三个阶段的垂直累积液态水含量(57号产品)
4、结语
根据2008年6月1日的实况天气图分析，本次飑线是在典型环流形势下产生和发展起来的，生命周期仅2小时，影响的地域较少，整个飑线云带较窄，卫星云图上看不到飑线云系，使我们用常规天气图和卫星云图很难研究飑线发生发展的机制。

而新一代天气雷达在广元的建成和投入使用，使我们在监测和预报这类中小尺度强对流天气方面有了强大的武器，通过对雷达回波的全面分析，我们得到以下几点结论：
（1）飑线系统初始阶段，雷达回波上仅有少数对流单体发展，线性结构不明显，预报员很难根据回
波判断有飑线过境。

（2）由于水汽条件的限制，飑线系统中对流单体发展不会太强，且对流单体挨得太近，雷达监测人员很容易忽略掉其中的钩状回波和弓形回波，因此很难及时发出大风、冰雹、龙卷等强对流天气的预警。

（3）中气旋出现的位置与本次过程中出现大风冰雹的地区一致，雷达回波上看到中气旋的时间与强对流天气出现的时间相差15-20分钟，预报员可以提前发出预警。

（4）本次飑线回波中的强反射率因子分布的高度较低，飑线通过雷达站时最强反射率因子接触到地面，因此从观测到强回波到强天气出现的时间间隔较短，给监测人员留下的分析判断时间较少，这就要求预报员必须具备牢固掌握雷达应用知识，能及时准确判断各类强对流天气在雷达回波上的特征。

参考文献：
[1] 俞小鼎、姚秀萍、熊廷南,等.多普勒天气雷达原理与业务应用[M].北京:气象出版社,2006
[2] 朱乾根,寿绍文,林锦瑞,等.天气学原理和方法[M].北京:气象出版社,2000
[3] 张培昌,杜秉玉,戴铁丕,等.雷达气象学[M].北京:气象出版社,2000
[4] 张芳华,张涛,周庆亮,等.2004年7月12日上海飑线天气过程分析[J].气象,2005,31(5)
[5] 邓波,顾清源,罗菊芳.攀西地区“7.7”暴雨雷达回波演变特征剖析[J].气象,2007,33(9)。