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    强对流的“望闻问切”,你知道吗?

    9个月前 | admin | 47次围观

    作为一名资深的“老中医”,哦不,资深的老雷达,根据雷达来分析强对流其实就是老中医式的“望闻问切”。新一代天气雷达的探测有很多比喻,“千里眼”,与老天爷对话(要不厦门雷达怎么叫“天语舟”呢),给老天爷医院做CT,是替老天爷把脉,个个都契合“望闻问切”这中医四诊,而且有逻辑关系的层层递进。

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    望诊,就是看表面,通过区域拼图、组合反射率、最低仰角强度图,初步得到回波范围、强弱、移动和变化。很多人止步与此,就下结论或匆忙发布预报预警,这还远远不够。

    闻诊,就是分辨强对流单体回波的强弱高低,利用反射率导出产品,如垂直积分液态水含量VIL、回波顶高ET等产品进一步分析强对流强弱的分布,初步判断强对流天气的性质。

    问诊,利用“多普勒八卦”综合分析多普勒速度、中气旋等更进一步的产品,进行前后时序等分析,得到强对流的生消发展和来龙去脉。

    切诊,就是要需要立体思维了,真正深入到每个对流单体,进行分析每个对流单体的三维性质,最后确诊对流单体是超级单体、强对流单体或是普通对流,评估未来短临发展及灾害影响。

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    图1 强对流的“望闻问切”递进诊断

    强对流单体风暴,根据Browning1976年的分类(图2),可以分单个和多个,但是没有截然的分界线,多单体当中也有可能含有超级单体。

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    图2 强对流风暴的分类

    雷达生命史大致3个阶段:塔状(浓积云)、成熟、消亡(图3)。其各个阶段的雷达回波剖面图大致如图4,雷暴生命史不长,如果雷雨天气持续很长时间,是因为新旧风暴单体的连续不断的更替(图5)。所以多单体风暴运动,是单体移动和风暴传播连个矢量的相加(图6)。

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    图3 雷暴生命史三阶段

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    图4 对流单体风暴云生命史各阶段的垂直剖面图

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    图5 处于不同发展阶段上的多单体风暴史中的各个单体演变

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    图6 多单体风暴运动

    单个风暴,一般又可以细分为普通风暴(非强风暴)、强风暴和超级单体(图7),它们之间主要的区别是上升气流的强弱。如果上升气流不强,普通风暴个体不高,单体较垂直,平面图上没有明显的强度梯度差别。如果上升气流较强,形成强风暴,回波高度高,风暴单体开始向上升气流一侧倾斜,平面回波在上升气流一侧强度梯度明显要大(也是回波更紧实,由弱到强过度快)。如果出现强的气旋式上升气流(中气旋),这会形成超级单体!回波高度高,垂直结构上出现回波穹隆,平面图上出现钩状、指状等体现气旋式强上升气流形成的特征。三种风暴,越强破坏力越大的,形象地讲像越有能力的人越谦虚,普通风暴直直的好似傲慢,强风暴出现弯腰,超级单体甚至给你低头!但越是表面低调的都越可怕!

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    图7 强度不同的风暴的水平和垂直结构

    所以强对流天气主要就是根据“望闻问切”来分辨它们的特征,判断它们的强度,作出相应的预警预报。

    强对流按照主要天气灾害主要分为三种类型:短时强降水、雷雨大风、冰雹。

    在望诊阶段用拼图、强度图了解回波的强度分布和移动。在闻问诊阶段区分强对流天气类型和强度。在问诊阶段,判断强对流的发展会不会产生性质变化。在切诊阶段,预警灾害的程度,为发布预警和分析过程找出更细致的证特和征据。

    以2016年4月8日福建省龙岩市永定县的冰雹过程为例。

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    图8 15:20单体开始发展

    15:20在江西开始发展有组织的弓状飑线回波,在弓状的南部末尾(红圈处)有一个不起眼的单体一直加强发展。问诊阶段,可以判断有飑线,南面有单体发展。

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    图9 16:28多产品四幅同屏

    16:28回波发展超过60dBZ(图9),查看回波顶高ET达到14-15km!VIL达到51kg/m2!速度图虽然没有明显的“多普勒八卦”中的气旋特征,是因为环境风叠加和探测高度较高的缘故。由《冰雹的单偏雷达回波特征及双偏探测介绍》一文中我们可以知道VIL在春季超过45就有可能产生2cm的降雹。所以,在闻诊阶段,可以判断这个单体是降雹单体,而且灾害较大!立即准备发布预警。

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    图10 四个仰角的强度图四幅同屏

    图10,回波继续加强,叠加SCIT风暴追踪信息,预报1小时后进入龙岩永定境内,开始准备发布冰雹预警信号,17:17发布了冰雹橙色预警信号!在1.5°的仰角出现了明显三体散射和旁瓣回波,这是大冰雹存在的特征信号。

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    图11 18:28强度+3层多普勒速度

    图11,单体回波继续发展,18:28分析3层速度,0.5°和1.5°出现明显的气旋,而且还在发展,有中气旋特征,低层的平面强度图出现钩状,已经符合超级单体的特征!

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    图 12 19:05强度+3层多普勒速度

    图12,单体回波继续发展,19:05分析3层速度,出现明显的气旋,而且来去向的差值大,有明显较强中气旋特征,低层的平面强度图出现钩状,已经完全符合超级单体的特征!距发布信号差了108分钟。问诊确定了超级单体,而且处于单体的全盛期。

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    图13 单体风暴18:16的风暴趋势图

    图13,18:16的风暴趋势图,风暴18:11开始进入永定境内,17:40开始有一次VIL值下降,17:58又开始跃增,这是降雹了又重新发展。

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    图14 19:05 全盛期的超级单体!

    图14 全盛期的超级单体,由于没有时间做剖面,用了多仰角来看垂直结构,三体散射及旁瓣回波强度强特征非常明显,在2.4°有明显的有界弱回波区特征(表示有回波穹隆)。在切诊阶段,更详细地得到了大冰雹的特征和证据。

    此次过程17:17发布预警,19:00左右在永定降大冰雹,提前了约100分钟左右,在永定的大溪乡、湖坑镇发生了26m/s的大风,下了灾害性大冰雹,灾情严重(图15、16),部分烟田绝收。此次过程持续时间长,有明显特征,所以预警时间较为提前,但并不是所有的超级单体都能有这样的预警提前量。

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    图15 超级单体造成大风

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    图16超级单体降大冰雹造成烟田绝收

    这是典型过程的“望闻问切”诊断的例子,篇幅有限,分析有没有非常细致,但是大致的套路就是如此。当然,如果强对流天气发生发展时间短,不能像老中医式的捻着胡须慢慢诊断,这四诊也不是一定要一一过堂,有经验的“老中医”有时很快就能对强对流天气下诊断,比如直接通过VIL值的大小配合当时的大冰雹阈值进行判断,快速发布预警预报。

    总之,利用雷达分析强对流的套路就是这样,强对流业务实时分析的时候可以适当使用四诊的手段,争取时间。但是,事后的过程分析总结,必须得根据这个“望闻问切”来慢慢仔细分析,为本地的强对流预警预报积累经验,指导未来。如果你有好的经验,也可以留言指导。

    2019年2月3日 龙岩气象 张深寿

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