青海东部两次大暴雨天气过程卫星云图产品对比分析

张婷华 李昌玉 辛秋玲

摘 要：利用常规气象观测资料与卫星探测资料及产品对青海东部地区2013年8月21日、2018年8月2—4日两次大暴雨过程进行对比分析。结果表明：红外云图上两次降水过程的降水集中时段的云顶亮温（TBB）梯度大值区与强降水中心基本一致;水汽云图上两次降水过程的水汽均是来自副高外围SW-NE向水汽输送带，降水出现时段水汽图像上有明显的白亮区域;云系的分布与各层的物理量场有很好的对应关系。

关键词：青海东部;大暴雨;卫星云图;对比分析

中图分类号：P4文献标识码：A文章编号：1003-5168（2021）01-0138-03

Abstract： Based on the conventional meteorological observation data and satellite observation data and products， the two heavy rain processes in eastern Qinghai on August 21， 2013 and August 2-4， 2018 were compared and analyzed. The results show that： in the infrared cloud image， the cloud top brightness temperature （TBB） gradient in the precipitation concentration period of the two precipitation processes is basically consistent with the heavy precipitation center; in the water vapor cloud image， the water vapor of the two precipitation processes comes from the SW-NE water vapor transport belt around the subtropical high， and there is an obvious white bright area in the water vapor image during the precipitation period; the distribution of cloud system is well matched with the physical quantity field of each layer We should pay attention to the relationship.

Keywords： eastern Qinghai;heavy rain;satellite cloud image;comparative analysis

暴雨、冰雹和雷暴大风等强对流灾害性天氣发生于中小尺度天气系统，变化快、生命短、强度大，用常规的观测资料难以抓住它，因此，对这类天气系统的分析和预报一直是大气科学研究的一个重要问题。使用时空分辨率较高的卫星云图，不仅可以观测大范围云系分布，而且可以观测中小尺度云系的发生、发展、成熟和消散演变的全过程[1]。鉴于卫星云图资料在暴雨预报中的重要作用，许多专家学者都对此进行了深入研究。例如，陈静等人利用气象卫星云图、MICAPS资料、地面观测资料以及天气学原理等方法，对发生在鄂尔多斯地区的一次暴雨天气过程进行分析。结果表明，内蒙古鄂尔多斯一次暴雨过程主要是活跃的暖锋云系及镶嵌在其底部中γ尺度暴雨云团共同作用的结果[2]。张霞等人利用FY-2E卫星资料结合自动站逐小时降水量对2011年7月2—3日豫西北出现局地暴雨的中尺度特征进行分析。结果表明，这次暴雨过程中存在明显的中尺度云团自组织现象，强降水是组织、合并后的一个中α尺度对流云团内部两个中β尺度的强雨团直接造成的[3]。康岚等人通过分析2005—2010年6—9月四川地区暴雨天气的卫星云图，指出四川暴雨天气过程基本上是由中高纬西风带云系、中纬度云系以及低纬度热带云系相互作用的结果[4]。

青藏高原夏季由于受热力的影响，常常在午后形成对流云团，中小尺度对流云团是青藏高原夏季常见的云系之一[5]。通过查阅相关资料可知，当前关于青海省大到暴雨的卫星云图特征的研究较少[6-7]，因此，本文主要使用卫星云图分析两次暴雨过程中对流云团发生发展过程的图像特征，总结青海东部地区两次暴雨过程的卫星云图演变规律，积累暴雨过程分析预报经验，进一步提高对暴雨的预测预警能力。

1 天气实况

2013年8月21—22日，青海省西宁市大通县桥头镇出现大暴雨，降水量达144.9 mm，最大小时雨强出现在21日19：00，为29.9 mm。此次暴雨过程不仅创该站有气象记录以来历史日降水量极大值，同时也创青海省单站日降水量历史极大值。

2018年8月2—4日，青海省海东市乐都县中坝乡中坝水库出现大暴雨，2日08：00至3日08：00降水量为133.4 mm，3日08：00至4日08：00降水量为116.9 mm，日降水量均接近青海省有气象记录以来的全省日降水量极值，过程降水量合计为282.8 mm，最大小时雨强出现在2日凌晨04：00—05：00，为18.6 mm，此次降水过程为稳定性降水伴有短时强降水性质。

2 影响系统

2013年8月21日08：00，500 hPa环流形势表明，贝湖以东有低涡，低涡底部不断分裂冷空气和短波槽东移南下;西太平洋副热带高压西脊点位于西北地区东部35°N，104°E附近，青海省大部位于副高外围，在584 gpm线控制范围内，青海东部受副高边缘的偏南暖湿气流影响;西亚大槽后部的西北气流携带冷空气东移南下，青海省北部地区有短波槽缓慢东移，冷暖气流在青海省东部交汇，造成此次强降水天气。

2018年8月2日08：00，500 hPa环流形势表明，贝加尔湖底部至蒙古地区有一深厚的低槽，槽底不断分裂短波槽携带冷空气东移南下影响青海省。青海省东部地区有一低涡，低涡及其底部的短波槽缓慢东移南压，且东部地区位于584 gpm线外围，西南气流携带水汽输送到青海省东部地区，冷暖空气在东部地区交汇，短波槽的东移成为暴雨天气的触发机制，此后，584 gpm线开始东西摆动，降水持续。

3 卫星云图产品特征

3.1 红外卫星云图和云顶亮温

气象卫星红外通道的观测值，是云顶和无云及少云区的地球表面向太空发射的辐射，通常将它用相当黑体温度（Black Body Temperature，TBB）来表示，又称为“云顶亮温”[8]。云顶亮温资料以其高时空分辨率能够很好地反映强天气系统的发生、发展和消亡，TBB温度越低，表明云顶越高，对流越旺盛[9]。从2013年8月21日08：00开始，青南高原就不断有对流云系开始发展，并且沿着西南气流不断移向青海东部地区，表现为大小不一且分离的对流单体。18：30后，大通和门源交界处有对流单体生成，伴随有降水出现，该对流云团不断发展，云团形状为团状，结构紧实，云顶亮温较低。至19：30后（图略），云团覆盖大通大部地区，云顶亮温为220 K，出现短时强降水，强降水发生在云顶亮温梯度最大处。

从2018年8月2日08：00起，青海省东南部有对流云沿西北—东南方向不断移向青海省东部，对流云带中不断有中小尺度对流云发展并移向海东市，受对流云团影响，海东市有降水出现，降水于19：00以后逐渐减小。至8月2日21：00（图略），位于甘肃省与青海省东部交界处的对流云团不断生成并发展，该云团沿西南气流缓慢移动，随后覆盖海东市东部地区，此时云顶亮温由之前的240 K降低至228 K。相应的，22：00和23：00，海东市乐都区中坝乡的累计降水量达到14.6 mm，此后不断有对流云团自甘肃省南部缓慢移入海东市南部。随着东移短波槽的增强，有一条带状的对流云系自西南向東北扩展，偏南气流发展旺盛，降水云系的不断东移发展造成列车效应，发生此次暴雨天气。此次暴雨为稳定性降水伴有短时强降水性质。

3.2 水汽卫星云图

水汽图主要反映了大气中上层的水汽分布。水汽图上水汽区的活动、干湿区边界、暗区等都与强对流的发生发展有着密切关系。从水汽图像上来看（图略），2013年8月21日18：00，副热带高压控制的下沉区为大片的暗区，其西侧边缘位于青海省东部和南部有一白亮区域，水汽发展旺盛;19：30（图略），该白亮区域面积增大，逐渐覆盖大通中部和北部地区，且颜色变得更白，说明中高层水汽充沛;至22日04：00后（图略），白亮区域逐渐变暗，降水趋于结束。

从2018年8月2日08：00的水汽图上来看（图略），副热带高压西侧边缘有一条来自南西—北东向的水汽输送带经云南省、四川省、甘肃省，从南向北输送水汽。水汽输送带靠近副热带高压的一侧边界清晰，且这条水汽带在青海东部有一白亮区域，说明中高层水汽发展旺盛，此时海东市的降水开始。至18：00，有新的白亮区域移入海东市南部，并且沿西南气流方向缓慢移动，白亮区域覆盖整个海东市，说明对流层中上层水汽发展旺盛，此时降水量增加，与降水集中时段相吻合。至4日09：00（图略），白亮区域逐渐变暗，本次降水过程结束。

4 卫星云图与物理量

4.1 水汽图像和垂直速度

水汽是大气运动的示踪物，水汽图像能较好地反映其所在层的大气环流和垂直运动，因此可以通过垂直运动、涡度和散度来分析水汽带的动力特征[10]。由2013年8月21日20：00的水汽图像和500h Pa垂直速度叠加来看（图略），大通县对流云团的白亮区域与500 hPa的上升速度区位置一致，上升速度的大值中心也与白亮云团的云顶亮温的低值中心相对应。

由2018年8月2日20：00的水汽图像和500 hPa垂直速度叠加来看（图略），海东市500 hPa的上升速度区和水汽图像的白亮位置基本一致，云顶亮温处的低值中心也基本与上升速度的大值中心相对应，与降水时间段也较吻合。至8月4日08：00，白亮区域已基本移出海东市，500 hPa上垂直速度也基本为下沉气流，降水趋于结束。

4.2 红外云图和假相当位温

假相当位温（[θse]）是表征大气温湿参量的物理量[11]。从2013年8月21日20：00 500 hPa假相当位温和红外云图叠加可以看出（图略），大通县由于在副高边缘，因此附近存在一个显著的假相当位温大值区，对应的红外云图上可以看到大通县有块状对流云存在，并且大的假相当位温密集带与云带走向基本一致。

从2018年8月2日20：00 500 hPa假相当位温和红外云图叠加可以看出（图略），副高西伸，北方干冷空气与西南暖湿气流在青海省东部地区交汇，在海东市上空形成了大的假相当位温梯度区，海东市附近假相当位温达到80 ℃，红外云图上也有对流云团存在，假相当位温梯度的大值区与对流云的位置基本对应，与降水集中时段也较吻合。至4日08：00，随着对流云团移出海东市，假相当位温梯度也逐渐减小，降水结束。

4.3 红外云图和冷暖平流

冷暖空气的交汇是成云致雨的重要条件。在实际预报工作中，除了参照常规的地面观测资料外，通过卫星云图找出冷暖空气的活动轨迹也十分重要。从2013年8月21日20：00 700 hPa温度平流与红外云图的叠加图上可以看出（图略），大通县降水云带位置附近700 hPa有明显的冷平流中心，而500 hPa有明显的暖平流，且冷暖平流梯度最大区域位于云带后部，对应云系发展最旺盛、云顶最高区域。

从2018年8月2日20：00 700 hPa温度平流与红外云图的叠加图上可以看到（图略），海东市处于冷平流区域，而500 hPa暖平流的梯度大值区处于对流云带后部，对应有对流云团不断发展，且云顶亮温较低，冷暖平流梯度最大区域位于云带后部，该区域对应降水最为显著。

5 结论

①从红外云图看，两次降水过程中，降水集中时段的云顶亮温（TBB）均较低，在220～235 K，TBB低值中心和梯度大值区与强降水中心基本一致。

②从水汽云图可以看出，两次降水过程的水汽均是来自副高外围SW～NE向水汽输送带，且降水出现时段水汽图像上有明显的白亮区域，说明对流层中上层水汽发展旺盛。

③云系的分布与各层的物理量场有很好的对应关系，降水的大值区出现在水汽发展旺盛和上升速度的大值区，降水集中地区存在[θse]大值区，大的假相当位温密集带与云带走向基本一致;两次降水过程中降水集中地区附近700 hPa和500 hPa有明显的冷、暖平流中心。

④卫星云图与各种物理诊断量场的分布关系密切，利用高时空分辨率的卫星云图观测，可以较好地弥补探空观测时间间隔长、空间分布稀疏的不足。

参考文献：

[1]傅昺珊，李国翠，岳艳霞.TBB亮温资料的处理及应用[C].//2004年全国重点省（区、市）地质灾害气象预报预警技术交流研讨会论文集.2004：78-81.

[2]陈静，李良武，肖苏娟.鄂尔多斯地区一次暴雨过程卫星云图特征[J].气象科技，2011（4）：438-443.

[3]张霞，王新敏，王金莲，等.2011年“7·3”暴雨过程的卫星云图特征和湿位涡分析[J].气象与环境科学，2012（4）：1-7.

[4]康岚，冯汉中，徐琳娜，等.四川地区暴雨天气的卫星云图特征分析[J].自然灾害学报，2014（3）：152-158.

[5]王江山，李锡福.青海天气与气候[M].北京：气象出版社，2000：13-15，237-239.

[6]马学莲，张青梅，张吉農，等.青海东部两次大到暴雨天气卫星云图及产品对比分析[J].青海科技，2010（2）：51-55.

[7]李海红，王晓健.利用卫星云图、地面能量分析青海高原“9718”大暴雨天气[J].青海环境，1998（1）：15-18.

[8]MJ巴德，GS福布斯，RBE理利，等.卫星与雷达图像在天气预报中的应用[M].北京：科学出版社，2000：319-321.

[9]孙令东.巴彦淖尔市一次强降水过程卫星水汽图像上干湿特征分析[J].贵州气象，2015（4）：37-40.

[10]张晶晶，梅婷，辛学飞.2014年长江流域三次暴雨过程卫星云图释用研究[J].高原山地气象研究，2015（4）：27-30.