一次大范圍降雪過程的多普勒雷達(dá)資料分析

1、一次大范圍降雪過程的多普勒雷達(dá)資料分析 劉 敏 王忠范 陳婷婷 (吉林省氣象臺 長春,130062)摘要 本文對一次大范圍降雪過程的多普勒雷達(dá)資料進(jìn)行了分析,揭示出零速度線的變化特征、輻合層的變化以及不同高度上的輻合、輻散配置特征對降雪天氣增強(qiáng)、減弱的指示意義；同時指出，零速度線的變化趨勢與冷、暖平流的運(yùn)動關(guān)系密切。關(guān)鍵詞: 多普勒 零速度線 輻合層 冷暖平流引言 降雪天氣一直是北方冬季、初春時節(jié)的一種重要天氣過程，尤其是大范圍降雪天氣將會導(dǎo)致低能見度，積雪等天氣現(xiàn)象，對交通、居民生活等產(chǎn)生直接影響，有一定的危害性。所以，對降雪過程的延續(xù)、加強(qiáng)、減弱做出較為準(zhǔn)確的預(yù)報，有一定的實(shí)用價值。90年

2、代前，常規(guī)天氣雷達(dá)對降雪天氣的監(jiān)測僅局限在對回波強(qiáng)度進(jìn)行觀測，對流場及冷、暖平流等的空間變化無法探測到。近年來，隨著多普勒天氣雷達(dá)的普及和應(yīng)用，對降雪天氣進(jìn)行細(xì)致入微的觀測和分析變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。本文應(yīng)用多普勒雷達(dá)速度資料對吉林省冬季發(fā)生的一次大范圍降雪天氣進(jìn)行分析，通過分析多普勒速度圖中零速度線的變化、輻合層的維持以及輻合輻散的空間分布特征，對冷暖平流的變化及降雪過程的不同階段（維持、減弱等）進(jìn)行辨別，從而實(shí)現(xiàn)應(yīng)用多普勒雷達(dá)監(jiān)測降雪天氣，并及時提供服務(wù)，為防災(zāi)減災(zāi)做出貢獻(xiàn)。1 天氣形勢、降雪實(shí)況概述及物理量場分析1.1 天氣形勢分析及降雪實(shí)況概述2004年12月19日08時，500hpa高空槽位于東

3、經(jīng)125度以西，北緯40度以北地區(qū)，19日20時，高空槽移動到吉林省的中部，位于東經(jīng)125度附近（見圖1）。20日08時，高空槽移出吉林省。由圖1可以看出,850hpa高空槽移動速度超前于500hpa,說明高空槽隨高度的增加呈向后傾斜趨勢；同時還可以看到，500hpa冷平流的移動滯后于850hpa。地面主要受倒槽低壓影響，降雪從吉林省西部及西南部開始,逐漸向東擴(kuò)展，有5站次24小時降雪量達(dá)大到暴雪，7站次大雪（見圖2）。本次降雪的特點(diǎn)是，降水集中，分布范圍廣泛。 圖1 2004年12月19日20時500hpa、850 hpa天氣圖大到暴雪大到暴雪大雪中雪圖2 2004年12月19日24小時降雪

4、量1.2 物理量場分析對該次降雪過程各等壓面上的散度場進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)降雪區(qū)域內(nèi)，08時925hpa上有-30*10-5. s-1的輻合中心,20時輻合中心數(shù)值達(dá)到-40*10-5. s-1，隨高度的增加，輻合有所減弱，最強(qiáng)的輻合中心出現(xiàn)在近地面層的925hpa（見圖3）；各層渦度場中心數(shù)值隨高度的升高呈現(xiàn)加強(qiáng)趨勢，20時925hpa中心數(shù)值為40*10-6.s-1,700hpa為60*10-6.s-1，500hpa為120*10-6.s-1，渦度場配置較好（圖略）；上升速度的最大值出現(xiàn)在700hpa2 多普勒雷達(dá)資料分析通過對本次天氣過程的多普勒雷達(dá)徑向速度資料進(jìn)行分析，可以看出二個變化特征：

5、首先，零速度線在不同的時段內(nèi)發(fā)生明顯變化；其次，輻合層的變化以及輻合、輻散具有一定的變化特點(diǎn)。下面分別對這兩方面的內(nèi)容進(jìn)行論述。 （a） (b)圖3 2004年12月19日925hpa散度 (a為08時，b為20時，單位：10-5.s-1)2.1 零速度線及輻合層的變化特征由2004年12月19日的9時23分1.5度仰角的多普勒速度圖上可以看到,在07公里的范圍內(nèi),零速度線為直線且呈東北-西南向分布,入流區(qū)在東南方向,出流區(qū)在西北方向，7公里外的區(qū)域，零速度線呈東南-西北向分布（圖略）。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)大氣折射條件下,雷達(dá)的測高公式:, 為雷達(dá)探測仰角,為目標(biāo)物的斜距，=291米，為長春市多普勒雷達(dá)天

6、線架設(shè)高度,計算得到=7公里所在的高度為477米，說明在長春市雷達(dá)測站上空高度477米以下的范圍內(nèi)，受東南風(fēng)影響；477米高度之上為西南風(fēng)控制（見圖4a）；這種風(fēng)向的空間分布特征，在477米高度之上形成了薄薄的東南風(fēng)與西南風(fēng)的輻合層，該輻合層從9時23分一直維持到下午13時25分，而且在該時段內(nèi)，降雪量較大，與輻合場的分析結(jié)果進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)近地面層輻合層的存在，對925hpa輻合運(yùn)動有加強(qiáng)作用,導(dǎo)致強(qiáng)輻合中心出現(xiàn)在該層內(nèi),對降雪非常有利，與前面的輻合場的分析結(jié)果較為一致。13時25分后，輻合層受到破壞，1.5度仰角的多普勒速度圖上，在30公里（高度為1129米以下高度）的范圍內(nèi)，零速度線變?yōu)橹?/p>

7、線，而且隨時間的推移，該范圍內(nèi)的直線型的零速度線自入流區(qū)向出流區(qū)呈順時針旋轉(zhuǎn)趨勢，由原來的受東南風(fēng)影響轉(zhuǎn)為西南風(fēng)，最后轉(zhuǎn)為西北風(fēng)。而30公里外的零速度線一直呈西北-東南向分布，受西南氣流控制（見圖5）。零速度線的這種變化趨勢，充分說明，冷平流首先從1129米以下高度下滑，此高度以上空間內(nèi)，仍維持西南暖平流，與前面的天氣圖分析結(jié)果較為一致。零速度線的這種變化特征一旦出現(xiàn)，降水將會逐漸減弱。2.2 輻合、輻散的變化特點(diǎn)在9時23分2.4度仰角的多普勒速度圖上,距雷達(dá)測站23公里45公里（高度為1285米2294米）出現(xiàn)風(fēng)速輻合特征,即在同一高度內(nèi),徑向出流速度小于徑向入流速度；45公里60公里（高

8、度為2294米3016米）出現(xiàn)風(fēng)速輻散（在同一高度內(nèi)，徑向出流速度大于入流速度）(見圖4b)。這種低層輻合，中層輻散的垂直結(jié)構(gòu)，有利于降水的維持；同時也可以看出，降雪天氣云層發(fā)展較為穩(wěn)定，雷達(dá)回波圖上顯示，云層的垂直伸展高度在對流層的中低層及以下區(qū)域。13時25分，雷達(dá)回波強(qiáng)度開始減弱，同時風(fēng)速的輻合、輻散特征已不明顯。16時02分，1.5度仰角的多普勒速度圖上，風(fēng)速、風(fēng)向均出現(xiàn)輻散特征（即在同一距離圈內(nèi)，入流區(qū)的面積小于出流區(qū)為風(fēng)向輻散），不利于降水的維持。18時42分，1.5度仰角速度圖上，零速度線為“弓”型，出現(xiàn)大尺度的流場輻散特征，降水趨于結(jié)束。90135180225270477207

9、4Height (m)Direction1522.5Speed (m/s)0128522953016Height (m)InflowOutflow （a） (b)圖4 2004年12月19日9時23分1.5度仰角多普勒速度圖上風(fēng)向分布（a） 及2.4度仰角下的多普勒徑向速度分布（b）15:2714:0750km150kminflowoutflowww圖5 2004年12月19日10時34分1.5度仰角、15時27分1.5度仰角零速度線的分布3 結(jié)論 通過上述分析，得到以下幾點(diǎn)結(jié)論：（1）近地面層?xùn)|南風(fēng)與西南風(fēng)輻合層的存在，對925hpa輻合運(yùn)動有加強(qiáng)作用,對降雪非常有利。（2）零速度線自入流區(qū)

10、向出流區(qū)呈順時針方向旋轉(zhuǎn)，預(yù)示冷平流已開始侵入;不同距離圈上零速度線的分布特征,與不同等壓面上高空槽的運(yùn)動有一定的對應(yīng)關(guān)系。（3）降雪天氣的云層發(fā)展較為穩(wěn)定，主要集中在對流層中層以下區(qū)域內(nèi)；（4）多普勒徑向速度的輻合輻散特征，對降雪的維持、減弱有一定的指導(dǎo)作用。參考文獻(xiàn):1 胡明寶，高太長，湯達(dá)章.多普勒天氣雷達(dá)資料分析與應(yīng)用M.解放軍出版社,2000 :99-115.2 張培昌,杜秉玉,戴鐵丕.雷達(dá)氣象學(xué)M.氣象出版社,2001:122-128.3 吉林省氣象局.預(yù)報員手冊M.1984:230-231 The Doppler radar data analysis of one wide r

11、ange snow process Liu min Wang Zhongfan ChenTingting (The Meteorological Observatory of Jilin Province) Abstract According to the Doppler radar data analysis of one wide range snow process, the variable characters of zero velocity line, convergence and divergence on different height as well as the their directions to the snow were shown in this paper. In addition, it was also pointed out that the v