冷流降雪天氣的多普勒雷達(dá)回波特征分析

1、冷流降雪天氣的多普勒雷達(dá)回波特征分析冷流降雪天氣的多普勒雷達(dá)回波特征分析 煙臺市氣象局 薛波 提要提要 根據(jù)煙臺市2004年12月到2005年3月降雪天氣過程的多普勒雷達(dá)資料，利用統(tǒng)計分析的方法，總結(jié)了不同強(qiáng)度冷流降雪天氣的多普勒雷達(dá)回波特征，總結(jié)了冷流降雪天氣的多普勒雷達(dá)回波頂、反射率因子、經(jīng)向速度、風(fēng)廓線等回波特征，得出了一些短時、臨近預(yù)報經(jīng)驗指標(biāo)。同時指出，冷流降雪回波頂高度約2km，致使多普勒雷達(dá)探測距離偏短。 引言引言 山東半島冬季降雪，按天氣系統(tǒng)可分為槽前暖濕氣流降雪和槽后西北氣流下的冷平流降雪（簡稱冷流降雪）兩大類。1但冷流降雪發(fā)生幾率較高，是一種具有明顯地方特點的災(zāi)害性天氣，它

2、能夠在強(qiáng)勁的西北風(fēng)吹送下，連續(xù)出現(xiàn)數(shù)天。如：2004年12月2231日，煙臺市冷流降雪持續(xù)了10天，盡管日降雪量多在1mm左右，但是嚴(yán)重影響了交通運輸安全，給人們的工作和生活也帶來諸多不便 。 引言引言 2004年3月，煙臺新一代多普勒天氣雷達(dá)通過了國家專家組驗收并正式投入業(yè)務(wù)應(yīng)用。為充分發(fā)揮新一代多普勒天氣雷達(dá)在冷流降雪天氣預(yù)報預(yù)警中的作用，進(jìn)一步增強(qiáng)對冷流降雪天氣短時、臨近預(yù)報服務(wù)能力，更好為當(dāng)?shù)胤罏?zāi)減災(zāi)和經(jīng)濟(jì)建設(shè)服務(wù)，本文統(tǒng)計分析了2004年12月2005年3月（簡稱2004年冬季）煙臺市52個降雪日多普勒雷達(dá)資料，尋找積累了一些冷流降雪預(yù)報經(jīng)驗指標(biāo)。 1 冷流降雪概況冷流降雪概況 山東

3、半島冬季冷流降雪具有明顯的地域特點， 主要分布在北部沿海地區(qū)，年平均日數(shù)一般在30天以上。 煙臺市2004年12月到2005年3月（簡稱2004年冬季）冷流降雪日數(shù)40天，占總降雪日數(shù)的76.9%；槽前暖濕氣流降雪12天，占總降雪日數(shù)的23.1% 。1 冷流降雪概況冷流降雪概況 2004年冬季，煙臺市冷流降雪具有明顯的地域特點，其主要分布在煙臺市北部沿海地區(qū)。冷流降雪日數(shù)達(dá)40天，較常年偏多近10天，占冬季總降雪日數(shù)的76.9%；槽前暖濕氣流降雪12天，占冬季總降雪日數(shù)的23.1%。 2004年冬季，煙臺市冷流降雪只有微量的（降水量0.0mm）發(fā)生率較高，常常是晝夜都有雪花飄零，但地面沒有積雪

4、。以煙臺市區(qū)為例，微量冷流降雪日數(shù)27天，占總冷流降雪日數(shù)的67.5%。 1 冷流降雪概況冷流降雪概況 2004年冬季，煙臺市中等強(qiáng)度以上冷流降雪天氣有2天。如，2004年12月30日下午到夜間，大部分地區(qū)雪花漫天飛舞，有的水平能見度不足50米，出現(xiàn)中到大雪，全市11個站平均降雪量3.1mm。 2 回波頂回波頂 產(chǎn)生冷流降雪的低云，在習(xí)慣上稱為冷流低云，是冬季冷空氣達(dá)到一定強(qiáng)度后，在經(jīng)過暖濕的海面時，使低層大氣層結(jié)變的不穩(wěn)定而產(chǎn)生的一種不穩(wěn)定性低云。 分析不同強(qiáng)度冷流降雪的回波頂產(chǎn)品（色標(biāo)間隔依次為0、2、3、5、6公里），冷流降雪的回波頂高度無明顯差別，一般為2公里，可以直觀地看出，冷流降雪

5、屬低云降雪。 2 回波頂回波頂 統(tǒng)計12次槽前暖濕氣流降雪的回波頂產(chǎn)品，其強(qiáng)回波中心的回波頂高度均在6公里以上，比冷流降雪偏高4公里以上，通過的回波頂產(chǎn)品可以客觀地區(qū)分兩類降雪。 根據(jù)雷達(dá)回波高度查算表，2以仰角0.5度為例，回波頂高度2公里的多普勒雷達(dá)探測斜距約為120公里，回波頂高度6公里的多普勒雷達(dá)探測斜距約為250公里?？梢姡嗥绽绽走_(dá)對冷流降雪回波的探測距離，與槽前暖濕氣流降雪回波相比，明顯偏短。2 回波頂回波頂 由于有效探測距離偏短，煙臺多普勒雷達(dá)對冷流降雪天氣的監(jiān)測存在盲區(qū)，以距離雷達(dá)中心站約130km的萊州站為例，2004年冬季，冷流降雪日數(shù)為19天，但煙臺多普勒雷達(dá)基本探測不

6、到其上空的冷流降雪回波 因此，在利用多普勒天氣雷達(dá)產(chǎn)品開展降雪精細(xì)化預(yù)報服務(wù)時，或?qū)h局作指導(dǎo)預(yù)報時，應(yīng)注意的首要問題是多普勒雷達(dá)對冷流降雪天氣的有效探測距離短，存在盲區(qū)；區(qū)分降雪類型是精細(xì)化預(yù)報的前提；對冷流降雪的預(yù)報應(yīng)以低仰角產(chǎn)品為主要依據(jù)。槽前暖濕氣流降雪回波頂（槽前暖濕氣流降雪回波頂（20052005年年2 2月月1515日日0808時）時）冷流降雪回波頂冷流降雪回波頂（ 20042004年年1212月月3131日日0 0時）時）3 反射率因子反射率因子 以VCP21模式0.5度仰角反射率因子圖為例(色標(biāo)間隔為5dBz)，進(jìn)行分析。 微量降雪反射率因子回波一般呈零散狀、回波間隙較大，偶

7、有較大的片狀回波，最大回波中心強(qiáng)度為2025dBz，15dBz以下的回波為非降水回波。 3 反射率因子反射率因子 有量降雪回波一般呈片狀，并伴有強(qiáng)度不同、形狀各異的回波中心，最大回波強(qiáng)度30dBz以上，降雪量多少與強(qiáng)回波持續(xù)時間有關(guān)，中等強(qiáng)度以上降雪有一定范圍的35dBz的強(qiáng)回波中心。2004年12月30日下午到夜間，煙臺市出現(xiàn)中到大雪，萊州等局地暴雪，在0.5度仰角反射率因子圖上有片狀的強(qiáng)度為35dBz的強(qiáng)回波中心，最大回波強(qiáng)度為38dBz。 微雪反射率因子圖微雪反射率因子圖（2005年年1月月7日日0時）時）小雪反射率因子圖小雪反射率因子圖（2004年年12月月28日日11時）時）中雪反射

8、率因子圖中雪反射率因子圖（2004年年12月月30日日08時）時）4 經(jīng)向速度經(jīng)向速度 4.1 4.1 直線狀零速度線直線狀零速度線 4 4.2 .2 風(fēng)向輻合風(fēng)向輻合經(jīng)向速度圖經(jīng)向速度圖 （2004年年12月月20日和日和31日日0.5度仰角）度仰角）4.1 直線狀零速度線直線狀零速度線 冷流降雪出現(xiàn)在槽后西北氣流中，其風(fēng)場結(jié)構(gòu)較簡單，零速度線多呈直線狀，圖1為兩次典型的直線狀零速度線。零速度線方向一般為東北西南到西北東南，其中，東北西南向零速度區(qū)最多。直線狀零速度線在冷流降雪過程中方向變化較少，有時發(fā)生逆時針偏轉(zhuǎn)，即風(fēng)向由西北轉(zhuǎn)為東北，此時，降雪強(qiáng)度開始呈減弱趨勢。 4.1 直線狀零速度線

9、直線狀零速度線 統(tǒng)計40次冷流降雪過程的各仰角經(jīng)向速度圖像中，經(jīng)向速度均在15 m/s以下。直線狀零速度線的0.5度經(jīng)向速度圖中，最大經(jīng)向速度1015m/s可以出現(xiàn)有量降雪，低于10m/s，一般出現(xiàn)微量降雪。4.1 直線狀零速度線直線狀零速度線 如：2004年12月31日0時12分雷達(dá)站上空降雪明顯，其0.5度仰角經(jīng)向速度圖中（圖1）有大片的經(jīng)向速度為10m/s的區(qū)域，其最大經(jīng)向速度為15m/s；1 2月20日雷達(dá)站上空零散降雪持續(xù)了12小時左右，總降水量為0.0mm，其0時39分0.5度仰角經(jīng)向速度圖中（圖1），雷達(dá)站上空經(jīng)向速度為5m/s，僅在其南部有小量的最大經(jīng)向速度為10m/s的區(qū)域。

10、經(jīng)向速度圖經(jīng)向速度圖 （2004年年12月月28日日0.5度仰角）度仰角）4.2 風(fēng)向輻合風(fēng)向輻合 萊山山脈以北，當(dāng)海面的西北風(fēng)在向陸地挺進(jìn)的過程中，將逐漸分解成繞山脈的帶有偏西分量的水平氣流和垂直于山脈偏東北風(fēng)的上升氣流。水平風(fēng)場上西北風(fēng)向偏西風(fēng)的偏轉(zhuǎn)，使風(fēng)向發(fā)生輻合，該輻合在冷流降雪速度圖上可以清楚地反映出來。2004年12月到2005年3月期間有9次較大范圍（3站以上有量降雪）冷流降雪天氣的速度圖上有偏北風(fēng)與偏西風(fēng)之間的風(fēng)向輻合發(fā)生，有的甚至產(chǎn)生切變、逆風(fēng)區(qū)等輻合中心。4.2 風(fēng)向輻合風(fēng)向輻合 以2004年12月28日經(jīng)向速度圖（圖2）為例，11時27分圖中有北風(fēng)和偏西風(fēng)之間的輻合；12

11、時43分圖中有切變形成，站點西北部零速度線附近為切變線、風(fēng)速為零，附近的經(jīng)向速度為零、風(fēng)向為東北；在兩個圖中的雷達(dá)西北方向75公里附近均有弱小逆風(fēng)區(qū)，未來面積略有擴(kuò)大，并引導(dǎo)切變線逐步向該方向伸展。 風(fēng)向輻合出現(xiàn)在冷流降雪速度圖上，預(yù)示著較大范圍有量降雪的出現(xiàn)。風(fēng)向輻合減弱消失后，零速度線多轉(zhuǎn)為直線狀，降雪強(qiáng)度呈減弱趨勢。5 速度方位顯示風(fēng)廓線速度方位顯示風(fēng)廓線 冷流降雪風(fēng)廓線與槽前暖濕氣流降雪有明顯區(qū)別。冷流降雪風(fēng)廓線風(fēng)羽一般分布在約2公里以下，偶爾可以達(dá)到3公里左右，表現(xiàn)為偏北風(fēng)。槽前暖濕氣流降雪風(fēng)廓線風(fēng)羽一般分布在6公里以上，低層表現(xiàn)為偏北風(fēng)，高層表現(xiàn)為一致的西南風(fēng)。圖3為7次降雪過程具

12、有代表性的某時次速度方位顯示風(fēng)廓線的復(fù)合圖，2005年2月7日和15日為槽前暖濕氣流降雪天氣，全平均降水量分別為0.9mm、13.5mm,其余為冷流降雪天氣。從圖3中可以直觀看出冷流降雪風(fēng)廓線與槽前暖濕氣流降雪的區(qū)別。5 速度方位顯示風(fēng)廓線速度方位顯示風(fēng)廓線 冷流降雪強(qiáng)度與冷平流的強(qiáng)度呈正相關(guān)，而風(fēng)速是衡量冷平流強(qiáng)弱的重要因子。分析40次冷流降雪過程的風(fēng)廓線圖，風(fēng)向均為偏北風(fēng)，若風(fēng)速12m/s，雷達(dá)站周圍一般產(chǎn)生有量降雪；低于12m/s，一般產(chǎn)生微量降雪，但其風(fēng)羽分布達(dá)到3公里左右、高低空風(fēng)向呈氣旋式彎曲，也可產(chǎn)生有量降雪。5 速度方位顯示風(fēng)廓線速度方位顯示風(fēng)廓線 圖3中2005年2月28日2

13、1時49分的風(fēng)廓線，為雷達(dá)站上空有明顯冷流降雪時的風(fēng)廓線，屬于典型的有量的冷流降雪風(fēng)廓線，風(fēng)速12m/s，表現(xiàn)為一致的西北風(fēng)。 圖3中2005年1月6日23時16分的風(fēng)廓線，屬于典型的微量的冷流降雪風(fēng)廓線，風(fēng)速低于12m/s是與有量的冷流降雪風(fēng)廓線的主要區(qū)別。5 速度方位顯示風(fēng)廓線速度方位顯示風(fēng)廓線 圖3中2004年12月28日18時45分和2004年12月29日0時43分的風(fēng)廓線，為雷達(dá)站上空有明顯冷流降雪轉(zhuǎn)為零星降雪后的風(fēng)廓線，表現(xiàn)為風(fēng)速減少到12m/s以下，風(fēng)向由西北轉(zhuǎn)為北或東北。 2005年1月20日煙臺市區(qū)出現(xiàn)0.5mm的冷流降雪，該日明顯降雪時的風(fēng)廓線（見圖3）圖中，風(fēng)速低于12m

14、/s，比典型的有量的冷流降雪風(fēng)廓線偏低，但其風(fēng)羽分布達(dá)到3公里左右、高低空風(fēng)向呈氣旋式彎曲。該類型有量的冷流降雪風(fēng)廓線在40次冷流降雪中僅出現(xiàn)這1次。 風(fēng)廓線復(fù)合圖風(fēng)廓線復(fù)合圖 6 結(jié)論結(jié)論 冷流降雪的回波頂高度一般為2公里左右，屬低云降雪，槽前暖濕氣流降雪的回波頂高度均在6公里以上，回波頂產(chǎn)品是區(qū)分兩類降雪的客觀指標(biāo)。多普勒雷達(dá)對冷流降雪回波的有效探測距離偏短，存在盲區(qū)，利用多普勒雷達(dá)產(chǎn)品開展降雪精細(xì)化預(yù)報應(yīng)區(qū)分降雪類型，并以低仰角產(chǎn)品為主要依據(jù)。 6 結(jié)論結(jié)論 在0.5度仰角冷流降雪反射率因子圖上20dBz以下的回波為非降雪回波，2025dBz為微量降雪回波，30dBz以上為有量降雪回波，中等強(qiáng)度以上降雪有一定范圍的35dBz的強(qiáng)回波中心區(qū)。 6 結(jié)論結(jié)論 冷流降雪風(fēng)場結(jié)構(gòu)較簡單，速度圖中零速度線多呈直線狀，最大經(jīng)向速度均在15 m/s以下，1015m/s可以出現(xiàn)有量降雪，低于10m/s一般出現(xiàn)微量降雪。由于地形作用，冷流降雪速度圖上有時有偏北風(fēng)與偏西風(fēng)之間的風(fēng)向輻合發(fā)生，甚至產(chǎn)生切變、逆風(fēng)區(qū)等輻合中心，預(yù)示