一次飑线过程中雷达回波的组织结构变化及成因分析

丁治英; 夏蘩; 高松; 钱磊

doi:10.16032/j.issn.1004-4965.2017.03.004

一次飑线过程中雷达回波的组织结构变化及成因分析

doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2017.03.004

丁治英^{1, 2, ,},
夏蘩^{1, 2},
高松³,
钱磊^{1, 2}

1.
南京信息工程大学/气象灾害省部共建教育部重点实验室，江苏南京 210044
2.
南京信息工程大学大气科学学院，江苏南京 210044
3.
重庆市气象科学研究所，重庆 401147

基金项目:

国家重点基础研究发展项目规划“973” 2013CB430103

国家自然科学基金重点项目 41530427

国家自然科学基金 41375058

详细信息

通讯作者:
丁治英，女，江苏省人，教授，研究方向：中尺度气象学。E-mail: dingzhiying@nuist.edu.cn

中图分类号: P426.616
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出版历程
- 收稿日期: 2015-10-21
- 修回日期: 2016-12-25
- 刊出日期: 2017-06-01

ANALYSIS OF THE STRUCTURE CHANGE OF RADAR REFLECTIVITY AND CAUSATION DURING A SQUALL LINE PROCESS

Zhi-ying DING^{1, 2
, ,},
Fan XIA^{1, 2},
Song GAO³,
Lei QIAN^{1, 2}

1.
Key Laboratory of Meteorological Disaster, Nanjing University of Information Science and Technology, Nanjing 210044, China
2.
College of Atmospheric Sciences, NUIST, Nanjing 210044, China
3.
Chongqing Institute of Meteorological Sciences, Chongqing 401147, China

摘要

摘要: 利用ARPS模式的3DVAR系统同化多部实况雷达反射率资料得到初始场，再利用WRF模式对2013年7月4—5日发生在江淮地区的一次飑线过程进行数值模拟，研究了此次过程中雷达回波强度变化的原因。模拟及实况观测均发现本次飑线从东西带状结构经1 h左右演变成东北-西南向的多条带状弱回波结构。分析发现，在变化初期阶段，东西向带状回波的南侧平行出现多个对流单体，北侧的带状回波衰减形成的偏冷出流与低层西南暖湿气流持续交汇，激发对流单体新生并入主对流带后，又使对流带由最初较长的准东西向变为短的东北-西南向回波；在变化中后期阶段，中低层切变加强引起强的涡层出现，进而引发涡层不稳定，使切变线上的小扰动增多导致回波中的小对流单体增多，无法组织成为强回波带，回波带变得松散，同时涡层不稳定以及回波的减弱导致降水变得更不均匀。
- 雷达回波 /
- 飑线 /
- 涡层不稳定 /
- 对流单体
Abstract: A squall line that occurred in the Yangtze-Huaihe region on July 4—5, 2013 was simulated by using the WRF model, with assimilated multiple Doppler Radar data by using 3DVAR module of ARPS model to improve the initial field. Then the cause of the evolution process of the squall lines radar reflectivity was analyzed by using numerical simulation results. The simulated and observed radar echoes are both characterized by the transformation of the squall line from an east-west banded structure to several northeast-southwest banded structures with weak echoes in an hour. The results show that, in the early stages of the process, new convective cells were initialized in parallel on the south of the east-west band. The convergence of a cold outflow from a decayed band on the north with low-level southwestern warm moist air was conducive to triggering newborn convective cells, which then merged into the main rain band and led to the transformation of a long squall line from a quasi-east-west banded structure to the short northeast-southwest banded structure. During later stages, the low-level shear reinforcement led to the emergence of a strong vortex sheet. The instability of a vortex sheet, which resulted in the increasing of small perturbations in the shear line and an increment of small convective cells, was unable to organize into a band and ultimately led to the loosening of the band. Meanwhile, the instability of the vortex sheet and the weakness of radar reflectivity caused a more irregular precipitation.
- radar reflectivity /
- squall line /
- instability of the vortex sheet /
- convective cell

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图 1 2013年7月4日18时—05日06时的12 h累积降水分布

单位：mm。

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图 2 500 hPa等压面图（a）和850 hPa风场（b~d，单位：m/s）分布

黑实线为等高线（单位：dagpm），红实线为等温线（单位：℃），蓝色实线为全风速>20 m/s，箭头为风场，阴影为低空急流（单位：m/s），棕实线为切变线。a、b. 4日12时；c. 5日00时；d. 5日06时。

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图 3 4日12时（a）、5日00时（b）、5日06时（c）的850 hPa假相当位温（实线，单位：K）、水汽通量（阴影，单位：g/（cm·hPa·s））和5日00时（d）沿119 °E假相当位温（实线，单位：K）、经向环流（箭头，垂直风速为w×10 m/s）的垂直分布

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图 4 2013年7月4—5日18:00（a）、01:00（b）、02:12（c）和04:12（d）的实况雷达回波反射率

单位：dBz。黑色椭圆表示对应时刻对流单体或对流线的位置。

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图 5 模拟区域示意图

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图 6 2013年7月5日00—06时实况（a）和模拟（b）的降雨量分布

单位：mm。实线（降雨量>50 mm），黑色椭圆为主要降水区域。

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图 7 2013年7月5日00：48（a）、02：24（b）、03：12（c）和04：24（d）的模拟雷达回波反射率

单位：dBz。黑色椭圆表示对应时刻对流单体或对流线的位置。

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图 8 图 8 2013年7月5日的模拟雷达回波反射率

单位：dBz。黑色椭圆表示对应时刻对流单体或对流线的位置。

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图 9 沿图 8b中黑色实线模拟的02：24（a、c）、03：00（b、d）雷达回波反射率（阴影，单位：dBz）和相当位温（等值线，单位：K）（a、b）及散度风垂直环流（流线，单位：m/s）（c、d）的垂直剖面

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图 10 5日01:00(a)、02:48(b)、04:12(c)和05:00(d)的700 hPa切变涡度-∂u/∂y

单位：10^-4 s^-1。

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图 11 02:24（a）、04:00（b）、05:00（c）的700 hPa流场、局地理查逊数（阴影）和700 hPa上119.0~119.5 °E区域平均的纬度-时间演变以及切变涡度-∂u/∂y（d，阴影，单位：10-4 s-1）和雷达回波（e，阴影，单位：dBz）

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图 12 不同时次的12分钟降水量分布

单位：mm。

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表 1 计算得到的7月4日12时的大气对流指数

站点	抬升指数LI/K	对流有效位能CAPE/(J/kg)	对流抑制能量CIN/(J/kg)	K指数/℃	θ_se(500-850)/℃
南京	-3	1 115	33	34	-19.31
合肥	-2	934	51	36	-13.42

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表 2 计算得到的图 10中各个时次的物理量

时次	η/×10 ^-4	R/×10^-7	R_v	R_id
01:00	0.73	1.16	5.88	-0.002
02:48	5.94	-1.86	15.13	0.026
04:12	3.25	-0.25	0.04	0.004
05:00	4.41	-1.39	-13.04	-0.061

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