水汽云图干湿特征在局地暴雨预报中的应用

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翻新时间：2023-04-16

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水汽云图干湿特征在局地暴雨预报中的应用

摘要风云2E静止卫星资料的高时空分辨率和覆盖面积，可以比较直观地监测分析范围较大的暴雨和雷暴等对流性灾害性天气，由于水汽云图的通道特性，低层云在水汽图像上表现不出来，因此水汽图像能有效地揭示出对流层中上部的大尺度流型。水汽图像上最重要的特征是干区、湿区及它们之间的边界。干侵入是对流层顶附近下沉至低层的干冷空气，干侵入有利用暴雨的发展。当发现干侵入时，可以作为暴雨仍将发展的依据之一。

关键词风云2E卫星水汽图像；干湿边界特征；干侵入；高空环流形势；暴雨；假相当位温

由于风云2E静止卫星资料的高时空分辨率和覆盖面积，可以监测分析范围较大的暴雨和雷暴等对流性灾害性天气。利用卫星图像可以比较直观地分析出大气的动力和热力条件，进而分析暴雨等对流性天气现象产生的原因。大气是一个三度空间结构，对流性天气产生于对流层中低层和中高层的系统共同作用。云是大气运动的被动示踪物，由于水汽云图的通道特性，低层云在水汽图像上表现不出来，因此水汽图像能有效地揭示出对流层中上部的大尺度流型。水汽图像上最重要的特征是干区、湿区及它们之间的边界。干区是图像上暗色的区域，湿区是浅灰祸白亮的区域，干湿区与天气尺度的下沉和上升运动区域相对应。“ 边界”反映了中高层风的大致运动走向，可以用来确定正在缓慢移动的天气系统中高层气流的方向。水汽图像上的干湿边界特征，对天气系统的发展有指示意义[1]。

1.3 水汽图像判断干侵入

干侵入是对流层顶附近下沉至低层的干冷空气，能够调整湿度场结构，产生热力效应。干侵入有利于暴雨的发展[2]。当发现干侵入时，可以将其作为暴雨仍将发展的依据之一。干侵入的特征是低高位势涡度和低湿度。高位涡低湿度空气在水汽图像上表现为近黑色灰度的区域，非常明显，因此卫星水汽图像是监测干侵入的有效工具。通过把风云2E水汽图像和常规观测的物理量场叠加，对暴雨等天气过程进行干湿特征分析，可以有效提高短时和邻近预报的准确率。

2 天气过程分析

利用风云2E静止卫星水汽图像，对2014年8月6日一次切变线触发的区域性暴雨过程进行分析。通过对不同高度大气层的干湿特征进行简单分析，说明水汽云图特征在局地性暴雨预报的中的启示作用。

2.1 天气实况

2.2 高空天气形势分析

8月6日8：00 500 hPa图（图2），中高纬度为两槽一脊的环流形势，中纬度西风带有低槽位于河套以西。山东省受588线外围的西南气流控制，584线穿过鲁中北部，西南暖湿气流提供大量水汽。前期3―4日鲁中地区最高气温在35 ℃以上，4日晚间出现对流性小雨天气，释放了少量能量，之后5日气温达到29 ℃左右，基本维持了高温湿热天气，实现能量堆积。

2.3 中尺度分析

3 水汽图像分析

3.1 对流层上部环流特征分析

对流层上部的环流与暴雨、强对流等天气的产生密切相关。由图4可知，有高压脊位于河套以东，在高压脊的东北侧，蒙古、内蒙古、河北、山东半岛北部一线有急流发展，急流轴北侧区域色调灰暗是干区，说明有冷空气南侵，南侧区域色调白亮是湿区，说明是暖湿气团，鲁中南部和半岛南部暴雨正是产生于相对最白亮的高湿区域，而急流轴正位于干湿交界处。从以上分析来看，虽然此次暴雨过程高层是西风浅槽，对流层上部环流形势不够有利，但水汽图像上的干湿特征存在明显指示意义。

3.2 低层湿区的能量和动力特征分析

θse的密集带代表能量集中，θse的垂直分布可表示大气的位势不稳定度，因此分析低空θse可以大致找到不稳定的区域，分析它和水汽带的关系也可以确定有利于对流系统形成和发展的环境条件。由图5可知，鲁南、鲁中和半岛南部是θse的密集区域，说明此时干（冷）空气与南方湿（暖）空气正好在此处交汇。可见白亮的水汽密集云带的分布范围、形状基本与850 hPa上θse≥60 ℃的区域重合，且雨带与850 hPa上66 ℃≤θse≤72 ℃的密集分布区域近于重合，此处可见低层θse密集带与对流层低层锋区所在的位置平行，有很好的对应关系。而北部暗区对应的干区则对应于θse≤48 ℃的区域。由以上分析可见，此次暴雨过程中，水汽带分布走向与θse64 ℃线形状基本一致，表明水汽带所在的区域是同样是一个深厚的湿区。低层高θse区域的存在说明有高温暖湿气流出现在低层，是对流发展，造成大气层结不稳定的有利条件；θse高梯度区与对流云团发展区域重合，对流云团活跃造成暴雨出现。