望谟X波段雷达与兴义多普勒雷达暴雨过程中的对比

时间：2024-05-25

孟庆怡　李阳　范倩　刘相　吴静

摘要利用望谟X波段雷达、兴义多普勒雷达和MICAPS红外云图资料，对发生在贵州省黔西南州望谟县2017年7月8—9日望谟县出现的暴雨天气过程进行了对比分析。结果表明：1）云团减弱后再加强产生的叠加效应导致望谟出现了暴雨;2）望谟雷达的速度场在强降水阶段可以观测到中气旋生成，且在该阶段中低层强回波高度明显降低。而VIL基本在2～5 kg·m-2，与基本反射率的大值区没有得到很好的对应;4）对比两部雷达在望谟地区的回波强度，二者均能正确反映出降水的强弱变化，但是兴义多普勒雷达的探测效果明显不足。

关键词 X波段雷达;多普勒雷达;暴雨

中图分类号：P458.121.1 文献标志码：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2021.06.084

贵州省黔西南州望谟县是黔西南州气象灾害较为严重的地区之一，研究望谟县暴雨的基本特征，有助于提高业务人员对暴雨及短时强降水天气预测预警能力，为政府决策部门的决策提供指导性意见。目前，针对暴雨的雷达特征分析和预警方面，很多专家作了大量的研究工作，杜秉玉等用常规数字天气雷达研究湘中强对流天气和梅雨锋的雷达回波特征[1]。项经魁、徐双柱等从回波形态、运动等方面总结了暴雨回波一些形态和运动特征[2-3]。胡伯威等曾利用武汉WSR-81S数字化雷达资料分析了湖北省暴雨回波特征和演变规律[4]。肖艳姣等发现低层切变线上的扰动与地面降水加强有密切的关系[5]。伍志方等认为，沿着辐合带两侧不断有新生单体，并沿着不同方向向辐合区汇聚加强，从而形成暴雨[6]。刘洪恩等利用多普勒雷达资料研究了低空急流、暖平流等暴雨中尺度系统的雷达回波特征[7]。夏文梅等利用冷暖平流和辐散辐合风场叠加的多普勒速度特征[8]。周雨华等对几次副高边缘暴雨的多普勒雷达资料进行了对比分析总结[9]。

兴义雷达探测范围大，但容易受到地形阻碍、地球曲率和雷达波束宽度等带来的影响，存在一定的探测盲区，而望谟X波段雷达对小尺度的局部对流云系的探测更为清晰，具有更高的探测灵敏度，更适用于一些地形复杂的山区等一些处于新一代天气雷达探测盲区但又容易生成局地降水的地点，很好地弥补了兴义多普勒雷达的缺陷。因而对比望谟X波段天气雷达和兴义多普勒雷达在暴雨过程中所展现的差异性，对临近预警预报工作具有有效的指导作用。

1 天氣背景

2017年7月8—9日，黔西南州出现了12站大暴雨（降水量大于100 mm），其中望谟打易镇151 mm，打易中学镇141 mm，打岩镇137 mm，观文镇129 mm，打尖镇103 mm，坡架镇109 mm，另有92站出现暴雨（降水量在50～100 mm）。此次天气过程受短波槽、低层切变线、干倾入、低空急流和地面弱冷空气的共同影响，其相互作用诱发了地面辐合线锋生。暴雨发生初期，水汽条件和不稳定能量满足暴雨的启动条件，地面辐合线和冷锋南下触发云团发展，且移动缓慢，导致出现大暴雨天气。

2 卫星云图分析

黔西南州望谟县打易镇的短时强降水主要集中在2017年7月9日2：00、5：00、8：00，从卫星红外云图上看到，7月9日1：30，如图1（a），黔西南上空有一偏南-北向的带状对流云团A，其冷中心在黔西南州中西部，且发展旺盛，此时望谟上空的对流云系浅薄且强度不强，云顶亮温在220 K左右，此时短时强降水达最大，

1：00—2：00达到了38 mm。2：45，云体A与B合并后分裂成南北两个单体C和D，如图1（b），北面的单体C向东南移动至打易镇附近，云顶亮温在210 K左右，降水迅速减弱。4：45时，如图1（c），D对流中心减弱消散，C对流强中心强度减弱，面积减小，此时打易镇恰位于趋于减弱的C对流强中心的南侧，云顶亮温在200 K

左右，对应的地面降水3：00—4：00为3.5 mm，4：00—5：00为29.7 mm。5：00—7：00，强中心基本维持，打易镇上空的云顶温度明显升高，云顶温度在210 K左右，期间降水量较小，7：30如图1（d），E强中心减弱东移，打易镇处在亮温梯度的大值区，降水明显增加，之后整个云团东移出黔西南州，降水趋于结束。

3 望谟雷达与兴义雷达回波对比

分析望谟X波段雷达发现，7月9日1：17（图2），基本反射率在40 dBZ左右，最大可达50 dBZ，此时为混合性降水回波，对应时次的剖面图上可以看到强中心高度从地面到4 km左右，相对移动方向呈现前倾趋势，且中低层的回波强度在45 dBZ左右。2：46回波向东北方向移动，打易镇上空在30 dBZ左右，强中心逐渐减弱消失，中低层回波强度也逐渐减弱，小时雨强迅速减弱。

4：22，云团结构密实但范围减小，反射率基本在

45 dBZ左右，5 km以下的回波也在45 dBZ左右，且持续时间长，对应小时雨强大。6：58，看到黔西南州中西部云体继续缓慢东移，主体维持在黔西南-黔南一带，此时回波强度在45 dBZ左右，回波高度减小至3 km附近，但仍然维持在45 dBZ左右，降水强度并没有明显减弱，但降水过程趋于结束。整体分析可知，过程中小时雨强接近

30 mm·h-1的阶段，反射率在45 dBZ左右，属于层状云积状云混合性质降水，在降水趋于结束时小时雨强虽然大，但中低层强回波高度明显降低。

（a）1：30;（b）2：45;（c）4：45;（d）7：30。

从速度场发现（图3a），9日1：17，望谟县上空多为正速度区，说明大尺度系统正在减弱消散阶段，但是在打易镇附近出现了一对正、负速度对，为明显的中气旋，但是气流处于辐散的状态，此中气旋强度不强，有减弱消亡的趋势，这也与云图及地面降水实况相对应。垂直累计液态含水量（VIL）可知（图3b），其发生发展与基本反射率趋势基本一致。1：17望谟县打易镇上空的含水量在2～11 kg·m-2，最大VIL 10.55 kg·m-2，40～45 dBZ所对应的VIL在1～5 kg·m-2，回波强度中心与最大VIL中心对应关系并不好。2：46，反射率20～40 dBZ对应的VIL在1～2 kg·m-2，40～45 dBZ

所对应的VIL在5 kg·m-2左右，此时降水明显减小。

2：00—4：00期間，打易镇的VIL基本在0～2 kg·m-2，

转为弱的阵性降水。4：22，VIL大值区与强回波中心依然没有对应，到6：58，打易镇南部出现大于

45 dBZ的地方VIL在3 kg·m-2左右。整个强降水过程中，VIL强度小，基本在2～5 kg·m-2，与反射率的大值区没有很好的对应，这与多普勒天气雷达中VIL的特征有很大差别。

对比兴义多普勒天气雷达发现，在整个强降水持续期间，回强的强度为20～35 dBZ，结构松散。分析图4a

（均1.5°仰角）发现，1：16，打易镇附近为积状云降水回波，强度约为30 dBZ，与望谟县雷达扫描到的强度相比明显减弱，面积减少，2：46回波减弱为层状云降水回波，与之对应的地面降水也明显减弱，4：20，回波增强，约为35 dBZ，对应的地面降水加强，6：59，回波又减弱为层状云降水，此时对应的地面降水明显减弱。二部雷达在回波生消趋势上较为一致，均能正确反映出降水的强弱变化，但是较之望谟本地X波段雷达，兴义多普勒雷达的探测效果明显不足，兴义位于东经105°、北纬25.08°，海拔1 299 m，望谟县城海拔仅有567 m，望谟雷达所在位置海拔，且距离兴义直线距离达121 km，加上望谟县南北海拔落差大，地形复杂，空间上的距离加上海拔的明显落差是导致兴义雷达在望谟本地探测效果明显变差的主要原因。

4 结论

1）云图显示此次过程的云系为单一带状云系，其基本特征是发展阶段、减弱后再加强阶段造成了望谟县的强降水天气，其产生的叠加效应导致望谟出现了多点大暴雨。

2）分析望谟雷达的基本反射率可知，在强降水阶段，回波属于层状云积状云混合性回波，同时在降水最强的阶段（38 mm·h-1）可以观测到中气旋生成，在降水趋于结束的时候小时雨强虽然大，但中低层强回波高度明显降低。VIL回波上看到，整个过程中，VIL基本在

2～5 kg·m-2，基本反射率的大值区没有得到很好的对应，但VIL的大值区反射率在45 dBZ左右，在望谟地区出现的短时强降水与VIL指标不是很好。

3）对比两部雷达在望谟地区的回波强度可知，二者在回波生消趋势上较为一致，均能正确反映出降水的强弱变化，但是较之望谟本地X波段雷达，兴义多普勒雷达的探测效果明显不足，地形复杂，空间上的距离加上海拔的明显落差是导致兴义雷达在望谟县探测效果明显变差的主要原因。

参考文献：

[1] 杜秉玉.湘中地区4-6月对流性暴雨的雷达回波特征[J].南京气象学院学报，1979，2（01）：61-67.

[2] 项经魁.武汉数字化天气雷达回波和短时预报应用[J].南京气象学院学报，1990，13（04）：586-591.

[3] 徐双柱，邓秋华.WSR-81S数字化雷达对暴雨监测的分析研究[J].大气科学，1998，22（05）：798-804.

[4] 胡伯威，方春花，万玉发，等.湖北省春、夏暴雨中尺度对流回波系统初探[J].南京信息气象学报，1990，13（04）：485-491.

[5] 肖艳娇，张家国，万荣，等.切变线暴雨中尺度系统的多普勒雷达资料分析[J].气象，2005，31（02）：35-37.

[6] 伍志方，曾沁，胡胜，等.珠江三角洲大暴雨的多普勒特征及形成机制[J].自然灾害学报，2009，18（05）：119-126.