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探讨在盘锦地区一次对流天气中多源观测资料的运用

2020-07-16 268 上传者：管理员

摘要：利用卫星、风廓线雷达、地波雷达、GPS水汽以及地面加密自动气象站等资料分析了2019年8月2—3日在盘锦地区出现的对流天气过程的天气特征。结果表明，此次暴雨为典型的副高后部对流性暴雨，500hPa高空槽与副高西北部之前强位势梯度使得低空急流稳定维持，槽前正涡度平流的辐散作用使得低层减压及低空急流中的切变涡度扰动是低空低涡形成的重要机制，在地面有β-中尺度低压发展，强降水主要出现在低涡的前侧、地面倒槽顶部斜压性最强的地区。风廓线雷达对对流开始及结束时间有着较好指示意义，地波雷达很好地反映了地面中尺度环流的演变过程，GPS水汽的强烈变化与强对流时段有很好的相关性。卫星显示在急流轴附近不断有MCC生成并沿着副高外围向东北方向移动，表现出一定的“列车效应”机制。

关键词：
低空低涡
低空急流
多源观测
天气学
对流天气
暴雨
辽宁盘锦
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中国是强对流多发的国家，随着空间探测技术以及遥感探测技术的不断提高，多源观测资料针对不同尺度天气的研究得到了广泛应用[1,2]。本文利用卫星、多普勒雷达、风廓线雷达、地波雷达、GPS水汽以及地面加密自动气象站等非常规资料，对2019年8月一次中尺度低涡发生发展机制及其引发的暴雨及强对流天气成因进行分析，以期为今后预报提供科学依据。

1、降雨实况及资料方法

2019年8月2日11:00至3日8:00，受低涡切变和副热带高压的共同影响，盘锦市出现暴雨天气。降水量分别为大洼站78.6mm，盘山站63.8mm，兴隆台区84.8mm，双台子区80.0mm，全市平均60.0mm，共31个站出现暴雨，最大降水量87.4mm，在大洼区唐家镇，有8级以上瞬时大风。

2、天气尺度系统分析

2.1高空及地面形势场分析

由2日20:00500hPa图可知，欧亚大陆环流呈现纬向环流，河套地区存在高空槽，副高北抬，北界达到山东半岛附近，其稳定少动。整体为东高西低的形势，盘锦市位于高空槽前，850hPa存在低涡，从山东沿渤海东北上，低涡前部有急流，最大风速18m/s。随着低空低涡沿副高外围不断东移北上，强度明显加强，在3日凌晨给盘锦市带来强降水，3日8:00低涡系统移出，盘锦市降水基本结束。

2.2地面形势分析

本次过程地面气压场较弱，地面图上辽宁地区整体为高压控制，但从风场上可以看到山东半岛西部到渤海湾南部地面存在β-中尺度气旋性环流，沿渤海湾向东北方向移动，20:00北部地面高压较强，对中低压的东移北上起到阻挡作用，2:00高压东退，降水系统移速加快[3]。

3、多源观测资料的应用

3.1地波雷达对降水系统的跟踪

利用再分析资料，分析盘锦地区主要降水时段高空形势，高层系统发展深厚，呈东北-西南走向，略后倾，高空槽前正涡度平流造成地转偏差辐散，对应槽两侧产生明显的次级环流，在低层激发出气旋性环流，降水主要出现在低涡中心及暖切一带。3日2:00850hPa风场显示，辽宁西南部沿海有低涡生产，具有很强的正曲率涡度，其东南象限存在一支低涡急流，出口区左侧强辐合作用对上升运动的加强起到至关重要的作用。从图1也可以看出，3日2:00低层存在垂直速度的大值区，最大值达到-1Pa/s。

短临预报更依赖地面观测资料，此次过程地面中低压从渤海向辽宁地区移动，利用常规地面观测难以监测，故地波雷达对降水影响系统的监测起到至关重要的作用（图2）。2:00地波雷达在葫芦岛沿海地区分析出低压及辐合线，与再分析资料系统位置较为一致，但切变方向有所差别。随后低压东北上，5:00低压进入内陆，海上转为偏北风为主。

3.2风廓线雷达分析

降水时段内，可见地面偏北风及高空西南风。此次降水时间较长，故前期风廓线均显示弱的上升运动，降水主要时段为3日2:00—4:00，雨强接近20mm/h，在风廓线上该时段整层上升运动明显加强，在3～4km存在上升运动大风速核，之后出现较强下沉运动，并出现对流性大风天气，5:30整层转为弱的下沉运动，之后降水逐渐减弱，降水结束（图3）。

2日20:00盘锦市上空CAPE达500J/kg左右，最优抬升指数BLI达-3℃，说明盘锦市上空存在较强的不稳定能量，同时副高外围的急流具有高温高湿的特征，表明此次暴雨过程具有较强的不稳定能量，存在一定的对流性质。

3.3GPS水汽监测对强降水的指示意义

20:00盘锦市上空850hPa比湿达到了12g/kg，大气整层可降水量达到了60mm以上，均已超过盘锦市暴雨的物理量指标，强降水开始时盘锦市上空GPS可降水量为大值中心，达到62.4mm，从比湿扩线可以发现其为强降水的产生提供了良好的水汽条件[4]。

由GNSS大气可降水量变化来看，22:00盘锦地区可降水量出现突然上升的现象，增幅达5mm。这表明强降水发生前，存在水汽辐合抬升运动，值得指出的是，在7月3日开原市龙卷风，台风利奇马残留造成的8月15日本溪以及8月16日沈阳强对流前均出现水汽含量突增的现象。

4、卫星资料分析

从卫星云图的资料可以明显看出，降水云系位于高空槽前及副高西北界之间，不断有MCC在急流带内生成并沿副高外围向东北方向移动，3日1:00起，随着低层低涡的加强发展，降水云系也随之发展起来，并呈现出“列车效应”，致使盘锦市在夜间出现较强降水，3日7:00随着低涡向东北移出，降水云系明显减弱，降水随之减弱并趋于停止。

图12019年8月2—3日主要降水时段500hPa风场及垂直速度剖面

注：a为2日20:00,b为3日2:00,c为3日8:00风场；d～f分别为对应时次沿蓝线垂直剖面。

图22019年8月3日2:00地面再分析资料与地波雷达对比分析

注：a为风场，b为地波雷达风场。

图32019年8月3日4:00—6:00风廓线雷达风场及垂直速度场

5、结论

（1）此次暴雨为典型的副高后部对流性暴雨，500hPa高空槽与副高西北部之前强位势梯度使得低空急流稳定维持，槽前正涡度平流的辐散作用使得低层减压及低空急流中的切变涡度扰动是低空低涡形成的重要机制，在地面有β-中尺度低压发展，降水及强对流主要出现在低涡的前侧、地面倒槽顶部斜压性最强的地区。

（2）风廓线雷达对对流时间及强度有着较好的指示意义，地波雷达很好地反映了地面中尺度环流的演变过程，GPS水汽的强烈变化与强降水时段有很好的相关性。

（3）卫星显示在急流轴附近不断有MCC生成，并沿着副高外围向东北方向移动，表现出一定“列车效应”机制。

参考文献:

[1]郑媛媛,张小玲,朱红芳,等.2007年7月8日特大暴雨过程的中尺度特征[J].气象,2009,35(2):3-7.

[2]曹小岗,张吉,王慧,等“080825”上海大暴雨综合分析[J].气象,2009,35(4):51-59.