風(fēng)廓線雷達(dá)資料在一次強(qiáng)降水過(guò)程中的應(yīng)用

風(fēng)廓線雷達(dá)資料在一次強(qiáng)降水過(guò)程中的應(yīng)用

0單通道地震探測(cè)高流量是有很多原因的。颮線中的強(qiáng)雷暴常常引發(fā)局地暴雨和災(zāi)害性強(qiáng)風(fēng),在中緯度地區(qū),強(qiáng)雷暴還常常伴有冰雹甚至龍卷風(fēng)廓線雷達(dá)是一種單點(diǎn)遙感探測(cè)設(shè)備,通常采用相控陣天線發(fā)射3個(gè)或5個(gè)固定指向的電磁波束,以湍渦為目標(biāo)探測(cè)測(cè)站上空大氣的湍流狀況,可直接獲得水平風(fēng)場(chǎng)、垂直氣流等參數(shù)的時(shí)高分布。優(yōu)點(diǎn)是可連續(xù)探測(cè),資料的分辨率高、相關(guān)性好1天氣形勢(shì)分析2006年6月29日10:20時(shí)(北京時(shí),下同)左右,南京上空塵土飛揚(yáng)、落葉漫天飛舞,地面灰塵也紛紛揚(yáng)起,短暫時(shí)間后,隨之而來(lái)的是強(qiáng)降水。位于南京城區(qū)南部的風(fēng)廓線雷達(dá)連續(xù)觀測(cè)了這次過(guò)程。從2006年6月29日02時(shí)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(gè)鋒面氣旋。從08時(shí)850hPa的高空?qǐng)D可知,南京受暖氣團(tuán)控制,其北面有一個(gè)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(jìn),與暖濕氣團(tuán)相遇引發(fā)強(qiáng)對(duì)流天氣。圖1為每10分鐘降雨量隨時(shí)間的變化分布。降雨量由自動(dòng)雨量計(jì)連續(xù)觀測(cè),雨量計(jì)站與風(fēng)廓線雷達(dá)相距約1.5km。由圖可見(jiàn)降雨時(shí)間主要集中在10:30～12:30時(shí),尤其在10:20～10:30時(shí)的短時(shí)強(qiáng)降水,降雨量高達(dá)4.7mm。2風(fēng)廓線雷達(dá)回波帶的強(qiáng)度圖2為多普勒天氣雷達(dá)觀測(cè)結(jié)果。從左至右時(shí)間依次為9:00、10:10、11:00、12:01時(shí)。圖2(a)為回波強(qiáng)度圖,圖2(b)為相應(yīng)時(shí)刻的多普勒速度圖。圖中距離每圈30km,觀測(cè)仰角0.5°。風(fēng)廓線雷達(dá)位于多普勒天氣雷達(dá)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(shí)強(qiáng)度圖上有一條回波帶,強(qiáng)度值達(dá)到45dBZ,多普勒速度圖上方位300°距離80km處有正負(fù)最大速度的跳變區(qū),說(shuō)明出現(xiàn)了速度模糊現(xiàn)象。從強(qiáng)度圖中可以看出,強(qiáng)回波區(qū)向風(fēng)廓線雷達(dá)正面移動(dòng)造成的風(fēng)場(chǎng)變化將會(huì)在風(fēng)廓線雷達(dá)上有反映。33.1高空和低空急救圖3為對(duì)流層風(fēng)廓線雷達(dá)8:06～13:26時(shí)的觀測(cè)結(jié)果。根據(jù)風(fēng)速和垂直風(fēng)切變判斷,2:50時(shí)出現(xiàn)高空急流,高度在13.3～14.8km,最大風(fēng)速56.9m/s,水平風(fēng)的垂直切最大值達(dá)0.052m/s。5:00時(shí)出現(xiàn)低空急流,高度位于2000m以下,風(fēng)速達(dá)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(fēng)速隨時(shí)間增強(qiáng),9:59時(shí)在1500m高度達(dá)最大值28m/s。低空急流相比較高空急流晚形成近3小時(shí)。隨著時(shí)間推移,高空急流區(qū)不斷向下擴(kuò)展,急流中心下降,而低空急流區(qū)卻不斷向上發(fā)展。兩個(gè)急流區(qū)不斷靠近。在水平風(fēng)場(chǎng)中,風(fēng)向風(fēng)速的變化一定程度上可以反映大氣的熱動(dòng)力情況。高低空急流的相互耦合發(fā)展,說(shuō)明在此次天氣系統(tǒng)中垂直方向有明顯的動(dòng)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(qiáng)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(qiáng)說(shuō)明西南暖濕氣流輸送加快另一方面,風(fēng)廓線雷達(dá)有最低探測(cè)高度無(wú)法探測(cè)地面的風(fēng)向風(fēng)速,圖4給出7:00～13:00時(shí)地面風(fēng)向風(fēng)速的實(shí)況(實(shí)黑線為風(fēng)速,虛線為風(fēng)向),10:20時(shí)地面觀測(cè)到風(fēng)速極大值為7.9m/s,與風(fēng)廓線雷達(dá)觀測(cè)的切變線出現(xiàn)時(shí)間一致。12:34～13:00時(shí)為東南風(fēng),隨后逐漸變?yōu)槲髂巷L(fēng),也正好可以與風(fēng)廓線雷達(dá)的探測(cè)結(jié)果連接。結(jié)合地面觀測(cè)的實(shí)況,可以使風(fēng)廓線雷達(dá)探測(cè)的風(fēng)場(chǎng)更完整。3.2垂直速度分析風(fēng)廓線雷達(dá)測(cè)得的垂直速度是空氣垂直運(yùn)動(dòng)和降水粒子末速度之和,如圖5所示。9:56時(shí)前整層為上升氣流,速度為0.5m/s左右;10:10時(shí)氣流上升速度急劇增大,說(shuō)明對(duì)流有所加強(qiáng),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(fù)值,4800m以下垂直下沉速度都大于5m/s,在1200m達(dá)到10.56m/s,此時(shí)地面觀測(cè)到降雨。此后直到10:53時(shí),下沉速度都在5m/s以下。但11:04時(shí)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(shí)。垂直速度是反映風(fēng)場(chǎng)剖面分布的另一個(gè)重要參數(shù)。結(jié)合上述垂直速度變化的時(shí)刻,可以得到此次陣風(fēng)鋒的大致結(jié)構(gòu),如圖6所示。陣風(fēng)鋒是雷暴出流強(qiáng)風(fēng)的前緣,陣風(fēng)鋒的出現(xiàn)常和風(fēng)向突變、風(fēng)速突增和強(qiáng)對(duì)流天氣等聯(lián)系在一起。結(jié)合多普勒天氣雷達(dá)的觀測(cè)結(jié)果,當(dāng)雷暴經(jīng)過(guò)風(fēng)廓線雷達(dá)站時(shí)已逐漸減弱,屬于消散雷暴。9:56時(shí)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(dòng),陣風(fēng)鋒約在10:19時(shí)經(jīng)過(guò)風(fēng)廓線雷達(dá)測(cè)站(即水平風(fēng)場(chǎng)中的切變線)。當(dāng)陣風(fēng)鋒經(jīng)過(guò)時(shí),切斷低空暖濕氣流的向上供應(yīng),雷暴內(nèi)部的強(qiáng)大出流到達(dá)地面,并帶來(lái)降水。由于陣風(fēng)鋒內(nèi)部的強(qiáng)風(fēng)脈動(dòng),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(fēng)鋒或雷暴內(nèi)部的結(jié)構(gòu),垂直速度的突變是陣風(fēng)鋒經(jīng)過(guò)的一個(gè)重要標(biāo)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(shí)的溫度廓線和10:00時(shí)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(guò)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(méi)觀測(cè)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(huì)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(cè)到降雨的時(shí)刻應(yīng)比高空出現(xiàn)降水的時(shí)刻晚。由圖可見(jiàn),10:20時(shí)降雨發(fā)生后,地面溫度由10:00時(shí)的33.6℃突降到11:00時(shí)的25.5℃。在12:00時(shí)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(fēng)廓線雷達(dá)資料,可以清晰地顯示大氣水平風(fēng)場(chǎng)的演變、垂直氣流的發(fā)展及大氣溫度的分布,是實(shí)現(xiàn)精細(xì)化探測(cè)的有效手段之一。(2)在此次颮線過(guò)程中,風(fēng)廓線雷達(dá)清晰地探測(cè)到高空急流和西南低空急流出現(xiàn)的時(shí)間、高度及最大風(fēng)速和風(fēng)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(dòng)力過(guò)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(qiáng)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(dòng)能,氣流上升速度的突然加強(qiáng)加速了高低空急流的耦合,也為降雨創(chuàng)造了時(shí)機(jī)