冷流降雪天气的多普勒雷达回波特征分析

1、冷流降雪天气的多普勒雷达回波特征分析冷流降雪天气的多普勒雷达回波特征分析 烟台市气象局 薛波 提要提要 根据烟台市2004年12月到2005年3月降雪天气过程的多普勒雷达资料，利用统计分析的方法，总结了不同强度冷流降雪天气的多普勒雷达回波特征，总结了冷流降雪天气的多普勒雷达回波顶、反射率因子、经向速度、风廓线等回波特征，得出了一些短时、临近预报经验指标。同时指出，冷流降雪回波顶高度约2km，致使多普勒雷达探测距离偏短。 引言引言 山东半岛冬季降雪，按天气系统可分为槽前暖湿气流降雪和槽后西北气流下的冷平流降雪（简称冷流降雪）两大类。1但冷流降雪发生几率较高，是一种具有明显地方特点的灾害性天气，它

2、能够在强劲的西北风吹送下，连续出现数天。如：2004年12月2231日，烟台市冷流降雪持续了10天，尽管日降雪量多在1mm左右，但是严重影响了交通运输安全，给人们的工作和生活也带来诸多不便 。 引言引言 2004年3月，烟台新一代多普勒天气雷达通过了国家专家组验收并正式投入业务应用。为充分发挥新一代多普勒天气雷达在冷流降雪天气预报预警中的作用，进一步增强对冷流降雪天气短时、临近预报服务能力，更好为当地防灾减灾和经济建设服务，本文统计分析了2004年12月2005年3月（简称2004年冬季）烟台市52个降雪日多普勒雷达资料，寻找积累了一些冷流降雪预报经验指标。 1 冷流降雪概况冷流降雪概况 山东

3、半岛冬季冷流降雪具有明显的地域特点， 主要分布在北部沿海地区，年平均日数一般在30天以上。 烟台市2004年12月到2005年3月（简称2004年冬季）冷流降雪日数40天，占总降雪日数的76.9%；槽前暖湿气流降雪12天，占总降雪日数的23.1% 。1 冷流降雪概况冷流降雪概况 2004年冬季，烟台市冷流降雪具有明显的地域特点，其主要分布在烟台市北部沿海地区。冷流降雪日数达40天，较常年偏多近10天，占冬季总降雪日数的76.9%；槽前暖湿气流降雪12天，占冬季总降雪日数的23.1%。 2004年冬季，烟台市冷流降雪只有微量的（降水量0.0mm）发生率较高，常常是昼夜都有雪花飘零，但地面没有积雪

4、。以烟台市区为例，微量冷流降雪日数27天，占总冷流降雪日数的67.5%。 1 冷流降雪概况冷流降雪概况 2004年冬季，烟台市中等强度以上冷流降雪天气有2天。如，2004年12月30日下午到夜间，大部分地区雪花漫天飞舞，有的水平能见度不足50米，出现中到大雪，全市11个站平均降雪量3.1mm。 2 回波顶回波顶 产生冷流降雪的低云，在习惯上称为冷流低云，是冬季冷空气达到一定强度后，在经过暖湿的海面时，使低层大气层结变的不稳定而产生的一种不稳定性低云。 分析不同强度冷流降雪的回波顶产品（色标间隔依次为0、2、3、5、6公里），冷流降雪的回波顶高度无明显差别，一般为2公里，可以直观地看出，冷流降雪

5、属低云降雪。 2 回波顶回波顶 统计12次槽前暖湿气流降雪的回波顶产品，其强回波中心的回波顶高度均在6公里以上，比冷流降雪偏高4公里以上，通过的回波顶产品可以客观地区分两类降雪。 根据雷达回波高度查算表，2以仰角0.5度为例，回波顶高度2公里的多普勒雷达探测斜距约为120公里，回波顶高度6公里的多普勒雷达探测斜距约为250公里。可见，多普勒雷达对冷流降雪回波的探测距离，与槽前暖湿气流降雪回波相比，明显偏短。2 回波顶回波顶 由于有效探测距离偏短，烟台多普勒雷达对冷流降雪天气的监测存在盲区，以距离雷达中心站约130km的莱州站为例，2004年冬季，冷流降雪日数为19天，但烟台多普勒雷达基本探测不

6、到其上空的冷流降雪回波 因此，在利用多普勒天气雷达产品开展降雪精细化预报服务时，或对县局作指导预报时，应注意的首要问题是多普勒雷达对冷流降雪天气的有效探测距离短，存在盲区；区分降雪类型是精细化预报的前提；对冷流降雪的预报应以低仰角产品为主要依据。槽前暖湿气流降雪回波顶（槽前暖湿气流降雪回波顶（20052005年年2 2月月1515日日0808时）时）冷流降雪回波顶冷流降雪回波顶（ 20042004年年1212月月3131日日0 0时）时）3 反射率因子反射率因子 以VCP21模式0.5度仰角反射率因子图为例(色标间隔为5dBz)，进行分析。 微量降雪反射率因子回波一般呈零散状、回波间隙较大，偶

7、有较大的片状回波，最大回波中心强度为2025dBz，15dBz以下的回波为非降水回波。 3 反射率因子反射率因子 有量降雪回波一般呈片状，并伴有强度不同、形状各异的回波中心，最大回波强度30dBz以上，降雪量多少与强回波持续时间有关，中等强度以上降雪有一定范围的35dBz的强回波中心。2004年12月30日下午到夜间，烟台市出现中到大雪，莱州等局地暴雪，在0.5度仰角反射率因子图上有片状的强度为35dBz的强回波中心，最大回波强度为38dBz。 微雪反射率因子图微雪反射率因子图（2005年年1月月7日日0时）时）小雪反射率因子图小雪反射率因子图（2004年年12月月28日日11时）时）中雪反射

8、率因子图中雪反射率因子图（2004年年12月月30日日08时）时）4 经向速度经向速度 4.1 4.1 直线状零速度线直线状零速度线 4 4.2 .2 风向辐合风向辐合经向速度图经向速度图 （2004年年12月月20日和日和31日日0.5度仰角）度仰角）4.1 直线状零速度线直线状零速度线 冷流降雪出现在槽后西北气流中，其风场结构较简单，零速度线多呈直线状，图1为两次典型的直线状零速度线。零速度线方向一般为东北西南到西北东南，其中，东北西南向零速度区最多。直线状零速度线在冷流降雪过程中方向变化较少，有时发生逆时针偏转，即风向由西北转为东北，此时，降雪强度开始呈减弱趋势。 4.1 直线状零速度线

9、直线状零速度线 统计40次冷流降雪过程的各仰角经向速度图像中，经向速度均在15 m/s以下。直线状零速度线的0.5度经向速度图中，最大经向速度1015m/s可以出现有量降雪，低于10m/s，一般出现微量降雪。4.1 直线状零速度线直线状零速度线 如：2004年12月31日0时12分雷达站上空降雪明显，其0.5度仰角经向速度图中（图1）有大片的经向速度为10m/s的区域，其最大经向速度为15m/s；1 2月20日雷达站上空零散降雪持续了12小时左右，总降水量为0.0mm，其0时39分0.5度仰角经向速度图中（图1），雷达站上空经向速度为5m/s，仅在其南部有小量的最大经向速度为10m/s的区域。

10、经向速度图经向速度图 （2004年年12月月28日日0.5度仰角）度仰角）4.2 风向辐合风向辐合 莱山山脉以北，当海面的西北风在向陆地挺进的过程中，将逐渐分解成绕山脉的带有偏西分量的水平气流和垂直于山脉偏东北风的上升气流。水平风场上西北风向偏西风的偏转，使风向发生辐合，该辐合在冷流降雪速度图上可以清楚地反映出来。2004年12月到2005年3月期间有9次较大范围（3站以上有量降雪）冷流降雪天气的速度图上有偏北风与偏西风之间的风向辐合发生，有的甚至产生切变、逆风区等辐合中心。4.2 风向辐合风向辐合 以2004年12月28日经向速度图（图2）为例，11时27分图中有北风和偏西风之间的辐合；12

11、时43分图中有切变形成，站点西北部零速度线附近为切变线、风速为零，附近的经向速度为零、风向为东北；在两个图中的雷达西北方向75公里附近均有弱小逆风区，未来面积略有扩大，并引导切变线逐步向该方向伸展。 风向辐合出现在冷流降雪速度图上，预示着较大范围有量降雪的出现。风向辐合减弱消失后，零速度线多转为直线状，降雪强度呈减弱趋势。5 速度方位显示风廓线速度方位显示风廓线 冷流降雪风廓线与槽前暖湿气流降雪有明显区别。冷流降雪风廓线风羽一般分布在约2公里以下，偶尔可以达到3公里左右，表现为偏北风。槽前暖湿气流降雪风廓线风羽一般分布在6公里以上，低层表现为偏北风，高层表现为一致的西南风。图3为7次降雪过程具

12、有代表性的某时次速度方位显示风廓线的复合图，2005年2月7日和15日为槽前暖湿气流降雪天气，全平均降水量分别为0.9mm、13.5mm,其余为冷流降雪天气。从图3中可以直观看出冷流降雪风廓线与槽前暖湿气流降雪的区别。5 速度方位显示风廓线速度方位显示风廓线 冷流降雪强度与冷平流的强度呈正相关，而风速是衡量冷平流强弱的重要因子。分析40次冷流降雪过程的风廓线图，风向均为偏北风，若风速12m/s，雷达站周围一般产生有量降雪；低于12m/s，一般产生微量降雪，但其风羽分布达到3公里左右、高低空风向呈气旋式弯曲，也可产生有量降雪。5 速度方位显示风廓线速度方位显示风廓线 图3中2005年2月28日2

13、1时49分的风廓线，为雷达站上空有明显冷流降雪时的风廓线，属于典型的有量的冷流降雪风廓线，风速12m/s，表现为一致的西北风。 图3中2005年1月6日23时16分的风廓线，属于典型的微量的冷流降雪风廓线，风速低于12m/s是与有量的冷流降雪风廓线的主要区别。5 速度方位显示风廓线速度方位显示风廓线 图3中2004年12月28日18时45分和2004年12月29日0时43分的风廓线，为雷达站上空有明显冷流降雪转为零星降雪后的风廓线，表现为风速减少到12m/s以下，风向由西北转为北或东北。 2005年1月20日烟台市区出现0.5mm的冷流降雪，该日明显降雪时的风廓线（见图3）图中，风速低于12m

14、/s，比典型的有量的冷流降雪风廓线偏低，但其风羽分布达到3公里左右、高低空风向呈气旋式弯曲。该类型有量的冷流降雪风廓线在40次冷流降雪中仅出现这1次。 风廓线复合图风廓线复合图 6 结论结论 冷流降雪的回波顶高度一般为2公里左右，属低云降雪，槽前暖湿气流降雪的回波顶高度均在6公里以上，回波顶产品是区分两类降雪的客观指标。多普勒雷达对冷流降雪回波的有效探测距离偏短，存在盲区，利用多普勒雷达产品开展降雪精细化预报应区分降雪类型，并以低仰角产品为主要依据。 6 结论结论 在0.5度仰角冷流降雪反射率因子图上20dBz以下的回波为非降雪回波，2025dBz为微量降雪回波，30dBz以上为有量降雪回波，中等强度以上降雪有一定范围的35dBz的强回波中心区。 6 结论结论 冷流降雪风场结构较简单，速度图中零速度线多呈直线状，最大经向速度均在15 m/s以下，1015m/s可以出现有量降雪，低于10m/s一般出现微量降雪。由于地形作用，冷流降雪速度图上有时有偏北风与偏西风之间的风向辐合发生，甚至产生切变、逆风区等辐合中心，预示