242 气象学报 65 卷 [10 11] [12] 偏大周海光等刘黎平等利用国家重点基础研究发展规划项目我国重大天气灾害的形成机理和预测理论研究在长江和淮河流域获取的梅雨锋暴雨观测资料, 分析了梅雨锋暴雨不同尺度的动力学结构, 对于研究长江中下游梅雨锋暴雨的形成 [13] 机理起到了积极作

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矶卢
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1 第 65 卷第 2 期 2007 年 4 月气象学报 ACTA METEOROLOGICASINICA Vol.65,No.2 April2007 利用双多普勒雷达研究强飑线过程的三维风场结构王俊 1 朱君鉴 2 任钟冬 3 1 山东省人工影响天气办公室, 济南, 山东省气象台, 济南, 山东省滨州市气象局, 滨州, 摘要山东齐河 CINRAD/SA 和滨州 CINRAD/SC 雷达相距 125.5km, 组成了双多普勒雷达观测网, 利用 2004 年 6 月日的一次强飑线过程的多普勒天气雷达探测资料, 分析了双雷达观测资料的质量控制结果, 并根据双多普勒雷达反演的三维风场研究了飑线的三维结构结果表明, 两部雷达探测的回波在水平位置上有 2.0km 的差别, 回波强度滨州雷达低 5.2dBz, 回波结构也有一定的差别, 径向速度在可比较的区域一致性很好飑线不同位置的水平风场结构有很大不同, 在飑线北端, 低层是气旋性辐合风场, 飑线南端是反气旋性辐合风场, 而中部沿强对流窄带的前部是偏西和东南风的风场辐合中高层云中风逐渐转为西北风, 强对流回波带上空对应辐散风场 ; 垂直于强对流带方向的风场垂直结构表明 : 成熟阶段, 强对流窄带前部的低层是入流气流, 即东风气流, 它与对流带后部的西风相遇后向上倾斜上升, 在中高层向前流出形成飑前砧状云减弱阶段, 低层的西风分量增强并向前穿过强对流回波带, 导致前面的入流气流风速减弱下边界抬高, 这一垂直风场结构和演变特征与美国中纬度飑线的结构基本一致关键词 : 双多普勒雷达, 飑线, 三维风场, 强对流带 1 引言利用双多普勒雷达同步观测得到的两个方向上的径向速度资料, 结合其他约束条件, 可以反演降水云系的三维风场结构 1970 年 Lhermite [1] 提出了双多普勒雷达共面风场反演方法,1980 年 Ray [2] 提出 ODD(Overdetermined dual Doppler) 技术, Chong [3] 在此基础上提出了 EODD (Extended ODD) 风场方法,1990 年 Scialom [4] 提出多重解析多 [5] 普勒 (MANDOP) 方法,1998 年 Bousguet 等发展了多部多普勒雷达风场合成和连续调整技术 (MUSCAT) 这些方法已应用于冰雹暴雨台风龙卷等过程的风场结构研究, 对于深入理解云和降水的中尺度动力学结构发挥了巨大的作用中国在双多普勒雷达风场反演算法的开发和应 [6] 用方面还处于初步阶段, 孔凡铀等利用模拟的强雷暴数据分析了直接合成方法反演风场的误差, 结果显示误差分布与位置有关, 当两个雷达探测的径向速度夹角接近 90 时误差较小, 风速相对误差小于 30%, 风向误差小于 25, 而上升速度的相对误差在 40% 左右 ; 两个径向速度夹角接近 0 或 180 时误 [7] 差超过 100% 陶祖钰对比分析了直接合成法与单雷达的 VAP 法反演风场的误差分布特点, 为进 [8 9] 一步应用该方法打下了基础周海光等改进和扩展了 MUSCAT 方法, 将其用于地基双多普勒雷达三维风场反演, 利用实测资料对比分析了直接合成法和 MUSCAT 方法反演的三维风场, 结果表明风场结构两者基本一致,MUSCAT 法反演的风场比较光滑, 计算的散度场的变化幅度也要小 ; 两者的主要差别在垂直速度, 直接合成法给出的上升速度初稿时间 :2006 年 3 月 3 日 ; 修改稿时间 :2006 年 6 月 28 日资助课题 : 国家自然科学基金项目 ( ), 山东省自然科学基金项目 (Y2006E08) 和山东省气象局 2005 年重点攻关项目作者简介 : 王俊, 主要从事雷达气象学和人工影响天气研究 E mail:wangjun818@sohu.com

2 242 气象学报 65 卷 [10 11] [12] 偏大周海光等刘黎平等利用国家重点基础研究发展规划项目我国重大天气灾害的形成机理和预测理论研究在长江和淮河流域获取的梅雨锋暴雨观测资料, 分析了梅雨锋暴雨不同尺度的动力学结构, 对于研究长江中下游梅雨锋暴雨的形成 [13] 机理起到了积极作用目前中国大陆利用双多普勒雷达反演的风场分析强对流云如冰雹飑线弓状回波等中小尺度系统的研究还没有 2004 年 6 月日一次强飑线过程影响山东中西部, 本文主要利用布设在齐河和滨州的双多普勒雷达反演的这次飑线的 β 和 γ 中尺度三维风场资料, 分析了飑线的中小尺度动力学结构以及演变特征 2 双多普勒雷达风场反演方法和资料简介双多普勒雷达分别为齐河 ( N, E,0.073km )CINRAD/SA 和滨州 ( N, E,0.07km) 的 CINRAD/ SC 雷达, 相距 125.5km, 有效反演区域定义为两个雷达探测的径向速度夹角在所围的范围, 主要反演区域为图 1 所示的区域 Ⅰ 和区域 Ⅱ 坐标系的原点定在齐河雷达站, 犡轴与两雷达连线重合, 正方向指向滨州雷达, 与正东方向夹角 30.5, 犢轴正方向指向西北方向图 1 齐河滨州双多普勒雷达观测系统和反演区域 ( 图中大圆圈是 150km 的距离圈, 长方形与双雷达重合区为有效反演区域 ) Fig.1 Thedual Dopplerradarsystem (QiheandBinzhou;twogreatcirclesaretheir150kmrange circles,respectively)andthedualdopplerradar efectiveobservationandretrievalareas(rectangles) 在利用双多普勒雷达反演三维风场时, 首先需要对两部雷达资料进行回波位置回波强度和径向速度对比, 并退速度模糊, 然后将以球坐标方式表示的多普勒雷达的原始资料 ( 回波强度和径向速度 ) 用双线性方法插值到水平格距为 1km, 垂直格距为 0.5km 的直角坐标上, 垂直方向分 30 层另外, 考虑到直接合成法反演的风场不太光滑, 计算的散度场偏大的特点, 本文对插成网格形式的数据作了 2 次 9 点平滑 (3 3) 处理两部雷达进行体积扫描观测时的模式有所不同, 齐河雷达采用 vcp21 或 vcp11 模式进行扫描观测, 一个体扫分别约需要 6 或 5min 而滨州雷达根据回波距离雷达站的远近采用不同的扫描模式, 距离较远时用 6 层扫描模式, 扫描仰角分别为 , 一次体扫时间约为 4min 中远距离时用 9 层扫描模式, 扫描仰角分别为 , 体扫时间约为 6 min 近距离时采用与 vcp21 或 vcp11 相同的模式进行体扫观测,14 仰角的体扫时间约为 9min 在风场反演时, 尽量选择时间一致的体扫资料进行风场反演, 一般时间间隔不超过 1min CINRAD/SA 雷达朝向雷达的径向速度为负, 而 CINRAD/SC 雷达朝向雷达的径向速度为正本文所用方法与直接合成法 [2] 类似, 水平速度狌狏通过以下方程组获得烄犚 1 犞 1 = 狌 ( 狓 - 狓 1)+ 狏 ( 狔 - 狔 1) + ( 狑 - 狑狋 )( 狕 - 狕 1) 烅犚 2 犞 2 = 狌 ( 狓 - 狓 2)+ 狏 ( 狔 - 狔 2) 烆 + ( 狑 - 狑狋 )( 狕 - 狕 2) (1) 犚 1 犚 2 是计算格点到两雷达的空间距离, 犞 1 犞 2 是径向速度垂直速度通过积分滞弹性的连续方程狌 + 狏 + 狑犽狑 =0 得到, 狑狋 =3.8 犅为粒子下狓狔狕落速度, 犅为雷达反射率因子计算采用迭代算法, 首先假设狑 (0) =0, 由式 (1) 求出狌 (1) 狏 (1), 代入连续方程算出狑 (1), 再代入式 (1) 求出新的狌狏, 又可由连续方程算出狑, 到 ( 狀 ) ( 狀 -1) max 狑 - 狑 <0.1 m/s 时停止迭代, 狀为迭代次数连续方程积分方向从下往上, 地面为下边界, 垂直速度狑 =0

3 2 期王俊等 : 利用双多普勒雷达研究强飑线过程的三维风场结构雷达资料质量控制结果分析由于两部雷达型号体扫模式不同, 观测资料是否匹配对于风场反演结果的好坏有重要影响, 下面对两部雷达的观测资料进行对比分析 22 日 01:46( 北京时, 下同 ), 两部雷达开始体扫的时间仅相差 5s, 都采用 9 层扫描模式, 但两者的扫描仰角不同, 齐河雷达采用的仰角为 , 滨州雷达为 , 两者扫描仰角的差别主要在上面 3 层利用各等高面上的回波强度分布图 ( 图略 ) 对比分析表明, 两雷达探测的回波位置有 2.0km 的差别, 方位上基本一致, 不超过 0.5, 强度滨州偏低 5.2dBz 不同等高面上回波强度点对点的分析表明 ( 图略 ):3.0km 高度以下, 低于 20.0dBz 的弱回波对应性不好, 大于 30.0dBz 的强回波一致性较好 km 的中层, 两雷达回波强度对应的较好 7.5km 以上高度, 回波对应不好, 特别是 9.0km 以上的点聚图很散从齐河和滨州雷达探测的回波强度对比 ( 图 2a) 可以看出 : 左侧为层状云回波区, 两者基本一致 ; 右侧为强对流云回波区, 两雷达探测结果有明显差别, 滨州雷达由于最大探测仰角低, 可探测的 20.0dBz 回波高度不到 11.0km, 而齐河雷达 20.0dBz 回波高度为 12.5km 滨州雷达探测的不同强度回波中心比齐河低, 顶高一般相差超过 2.0km, 差别明显径向速度是矢量, 难以进行全面对比分析, 只能考虑一些特殊位置的探测结果进行简单对比齐河滨州两雷达高度低层的探测仰角基本一致, 因此, 在两雷达连线中点处两个雷达探测的径向速度沿水平线对称, 两个径向速度之间的夹角为 2α, 其差值 Δ 犞 =2 狑 sinα,α 狑分别是探测仰角和垂直速度, 当仰角 α<4.5 狑 10 m/s 时,Δ 犞 <1.5 m/s, 即在低仰角情况下, 两雷达探测的径向速度大小相差不超过 1.5m/s 根据这一公式也可以对 Δ 犞的垂直分布进行定性分析, 在低层, 上升速度比较小而粒子的下落速度较大, 狑为负值,Δ 犞也为负值 ; 中高层, 上升速度大于粒子的下落速度时,Δ 犞变成正值彩图 2b 给出了齐河滨州雷达探测的径向速度和两者差值的垂直分布图,3.5km 以下高度, 齐河雷达探测结果比滨州雷达的探测值小, 最大相差 -1.1m/s, km, 齐河雷达探测结果比滨州雷达的探测值大, 最大相差 1.5m/s 可以看出, 两个雷达的探测结果在误差范围之内, 基本一致以上回波强度和径向速度的对比分析表明, 两雷达的探测结果在位置上有一定的差别, 回波强度滨州雷达低 5.2dBz, 回波结构也有差别, 因此, 在利用径向速度计算粒子下落速度时, 我们主要使用齐河雷达的回波资料径向速度在可比较的区域一致性较好 4 天气概况和单雷达风场结构分析 2004 年 6 月 21 日 20:00 至 22 日 05:00, 飑线自西南向东北方向移过山东中西部 21 日 20:00, 500hPa 图上欧亚中高纬度维持两槽两脊的经向环流形势, 中西伯利亚地区为一高压脊, 在日本北部到远东地区为另一个东南西北走向的高压脊 ; 在华北到东北南部被低涡控制, 另一低槽位于乌拉尔山地区, 山东处于低涡后部的西北气流中温度槽落后于高度槽, 且有弱的冷中心出现相应的 850hPa 图上, 山东处于槽前西南暖湿气流内, 同时, 自秦岭以北地区有一暖脊向东伸展到山东, 促使该地区低层的气温不断上升本次过程 500hPa 冷平流不强, 但低层暖平流十分强盛, 这种高低空形势的配置, 为飑线发生地对流活动的发生发展创造了有利的环境场在齐河雷达站附近从西南西和西北方向发展的回波在此相遇, 这一地区的回波发展演变得很快 22 日 00:00 左右, 对流系统发展成南北范围超过 400km 的强对流云带,00:45 飑线前锋过齐河雷达站进入双雷达观测范围, 此时大于 45dBz 的强对流带的长度约为 110.0km 图 3 给出了 01:17 和 01:46 不同仰角的回波强度和径向速度的 PPI 图 01:17 的回波强度 ( 图 3a d) 和径向速度 ( 图 3a 1 d 1 ) 对比分析可以看出 :0.5 仰角 (100.0km 范围内对应的高度为 km) 的 PPI 图上, 强回波位于前部, 紧接着是出流边界, 再前面有零散的低于 5.0dBz 的弱回波, 双箭头处有孤立的小块回波对应强对流回波带的中间部分为正的径向速度中心, 是远离雷达的速度, 最大为 20.0 m/s, 而出流边界的前面对应的零散弱回波区是负径向速度, 即朝向雷达径向速度, 最大为 -5.0m/s 左右, 双箭头处小

4 244 气象学报 65 卷回波的左侧 ( 靠近飑线 ) 是负的径向速度, 右侧是正的径向速度从径向速度的分布可以判断, 飑线中的强对流回波带对应远离雷达的正速度, 而前面是负的朝向雷达的速度, 沿出流边界存在风向辐合 1.5 仰角 (100.0 km 范围内对应的高度为 km) 的 PPI 图上, 径向速度的主要特征是 : 强对流回波带的中间部分仍为正的径向速度中心, 前面的零散弱回波区也是正径向速度, 但速度很小另外, 强对流回波带南端的较强回波单体的四周出现负径向速度 ( 图 3b b 1 中双箭头处 ) 3.4 仰角 (100.0 km 范围内对应的高度为 km) 的 PPI 图上, 强对流回波带的南部出现 γ 中尺度的强弓形回波 ( 图 3c c 1 中双箭头处 ), 对应的是正径向速度, 其南面是负的径向速度强对流回波带的前沿出现窄的负径向速度, 其前面的弱回波区对应正径向速度在强对流带前面的大片弱回波区和正径向速度区, 其对应的高度一般超过 4.0km, 它主要是由中高层的向前出流形成的云砧在 6.0 仰角 (70.0km 范围内对应的高度为 km) 的 PPI 图上, 对应强对流回波带的基本是负径向速度 01:46, 系统继续向东北方向移动, 回波强度和径向速度的分布主要有两个特征一是强对流回波带的北部形成东北西南向的强回波中心,0.5 仰角 ( 对应高度小于 1.0km) 的 PPI 图上, 对流回波带对应正径向速度, 而其前面北和西北侧都是负径向速度, 形成辐合风场 ;1.5 仰角 ( 对应高度小于 2.0km) 的 PPI 图上, 对流回波带的前面是正径向速度, 而其北和西北侧都是负径向速度, 此外, 沿对流回波带的前沿有很窄的负径向速度 ;3.4 仰角 ( 对应高度小于 4.0km) 的 PPI 图上, 对流回波带周围都是负径向速度, 到 6.0 仰角 ( 对应高度小于 7.0km) 时, 对流回波带基本对应负径向速度第 2 个特点是对流回波带的南部有新的强对流单体生成, 在中低层单体的前面是正径向速度, 而其南西南侧为负径向速度, 形成反气旋性风场 5 飑线三维结构分析 5.1 双雷达风场反演结果分析 22 日 01:17, 飑线前沿的强对流带的南部位于区域 Ⅰ 中, 适合双雷达风场反演不同高度回波的 CAPPI 分布 ( 图 4a d) 表明, 在南北 50km 的范围内存在两个强对流单体, 北面的单体很强, 南面的单体较弱水平风场分布表明 : 5.0km 以下的中低层, 飑线的前部沿狓 =30km 以前是东南风 ; 后面的层状区主要是偏西风 ; 对应强对流回波带中的两个对流单体是辐合风场 ( 图 4a b), 但组成反气旋性风场的风有明显不同, 北面强对流单体对应的风场风速比较大, 辐合特征也明显, 6.0km 高度 ( 图 4c), 飑线的前部风转为西北风, 弱对流单体上空为辐散风场, 而强对流单体上空仍为辐合中心, 但单体前部已出现辐散区 8.0km 以上高度 ( 图 4d), 反演区域主要以西北风为主, 强对流单体上空为辐散中心图 4e f 是沿狔 =-34km 东西向垂直剖面狌狑速度合成和散度场及狌场可以看出, 这一时段的垂直结构具有典型飑线结构特征, 即包括飑前砧状云强对流带过渡带和层状云区狌狑风场结构为 : 层状云中上升速度小, 狌分量的风都是西风强对流带前部的低层 ( 低于 4.0km) 是东风入流气流, 而上升气流与强对流窄带对应, 在中高层 ( 大于 6.0km) 气流向前流出形成飑前砧状云散度场 ( 图 4f 中等值线所示 ) 的分布表明, 辐合区位于强回波中心 ( 大于 50dBz) 的前后, 高度低于 8.0km, 强辐合中心 ( 大于 -2.0s -1 ) 与强回波中心重合, 而高层是辐散区为了更清楚地分析垂直于飑线的风场特征, 图 4f 给出了狌分量的分布 ( 图中阴影区 ), 可以看出存在几支主要气流, 一是粗箭头表示的负的或低的狌分量, 负的狌起源于强回波前面的近地层, 向后倾斜延伸到 50dBz 强回波顶, 再向后向上是低的狌分量 ( 一般小于 4.0 m/s) 另外两支( 图中细箭头所示 ) 是较强的西风分量 ( 或正狌分量 ), 分别位于中高层 ( km) 和低层 ( 低于 3.5km) 由于两雷达距离较远, 系统又靠近齐河雷达一侧, 2.0km 以下的风场不能反演出来图 4g 4h 是沿狓 =28km 南北向狏狑速度合成和散度场可以看出, 对应不同强度的两个对流单体, 风场结构有比较明显的差别北面强对流单体的辐合区位于单体的中下部, 辐合中心在强回波 ( 大于 50dBz) 的南部, 高度 4.0km; 从狏狑速度合成来看,5.0km 以下南北风辐合, 形成的辐合上升气流向南倾斜流出弱对流云的辐合区位于单体的中下部, 辐合强度小 ; 从风场特征来看,2.0km 以下有弱北风, km 有弱南风, 辐合上升气流在

5 2 期王俊等 : 利用双多普勒雷达研究强飑线过程的三维风场结构 km 以上与北面强对流单体向南倾斜流出的气流合并后, 向前和向下流出两个单体之间是弱回波区,5.0km 以下风速很小, 对应弱的辐散区, 而弱的下沉辐散气流加强了两边对流单体的辐合风场 22 日 01:46, 飑线继续向东北方向移动, 强对流回波带的南北两端分别位于双雷达反演区 Ⅰ Ⅱ 中, 非常适合双雷达风场反演图 5 是这一时刻区域 Ⅰ 中对流云系的水平和垂直风场以及回波强度和散度场结构, 与 01:17 相比, 北面的单体减弱, 南面的单体增强水平风场表明, 在低层 ( 图 5a) 云中主要是西南风, 但强对流带中的两个单体对应不同的辐合风场, 北面的对流单体是西南风与西北风辐合, 而南面的单体是东南风与西南风辐合另一方面, 西南风增强增大, 在两个回波单体之间, 西南风已经穿过 20dBz 的弱回波区, 再一点是东南风和偏南风增强在中高层 ( 图 5b), 层状云区中的风转变为西北风, 对流带的前面是转为偏北风, 对流带中的单体仍对应辐合风场, 但云中风速都明显减小到 8.0km 高度风基本都转为西北风 ( 图略 ) 图 5c d 是沿图狔 = -33km 东西向垂直剖面狌狑速度合成和散度场及狌场与 01:17 结果相比, 存在明显的不同 :(1) 低层的西风分量增强并向前穿过强对流回波带 ;(2) 东风分量风速减弱范围缩小下边界高度达 4.0km 明显增高, 这表明入流气流被抬高, 低层水汽输送通道被切断, 单体处于减弱消散阶段图 5e f 是沿狓 =58km 南北向狏狑速度合成和散度场可以看出, 两单体之间低层的辐散增强, 对应的下沉气流也明显增强南面单体的南风入流增强, 辐合中心高度降低北面单体的南北辐合风场都有所减弱, 辐合强度降低, 但低层的北风分量随高度降低有所增加图 6 是双雷达连线北部即区域 Ⅱ 中对流云系的水平垂直风场和回波结构 2.0km 高度的水平风场结构 ( 图 6a) 主要表现为东北西南风的辐合, 东西向的强回波中心位于东北风区, 而南北向的强回波中心位于西南风区 km 高度的水平风场 ( 图 6b) 具有明显的气旋性辐合特征, 沿南北向的对流带及其前部为偏南风 km 的中层 ( 图 6c), 风场的主要变化是图中左下侧的西南风转为西北风, 强回波区的前侧和北侧仍是东北风和偏北风随着高度的增加, 风主要转为西北或偏西风,8.0km 高度上 ( 图 6d) 主要是西北风, 但由于比较强的高空辐散形成的辐散流场, 图中左上角有弱东南风图 6e 是沿狔 =48km 东西向垂直剖面狌狑速度合成和回波强度与强回波对应的是宽广的强垂直上升气流, 在 7.0km 以上高度, 上升气流向前后 ( 东西 ) 流出, 而向前的出流占主导地位 ; 低层 ( 低于 4.0km) 前面是强的东风入流, 而后侧由于系统没有全进入双雷达观测区, 流场特征显示不出来沿狓 =40km 南北向狏狑速度合成和回波强度的垂直结构 ( 图 6f) 表明, 辐合上升区位于较强回波区 ( 大于 40dBz) 的北侧, 组成辐合的北风入流比较深厚, 南风入流较浅薄 ; 而高层的出流正好相反, 向南的出流比较强, 向北的出流较弱向西靠近齐河雷达一侧南北向的垂直风结构这一特点更显著, 强回波北侧的中低层有强而深厚的北风入流, 高层是弱的出流 ; 强回波南侧的低层入流较浅薄 ( km), 而高层的出流比较强从区域 Ⅱ 中的风场分布特征可以看出, 由于西北冷空气的加入, 这一区域的风场与区域 Ⅰ 中风场有明显不同, 偏北气流强且深厚, 西南气流基本位于 5.0km 以下高度, 图 6f 南北向风场的分布可以明显反映出这一特点 5.2 与典型中纬度飑线结构的对比 [14] Houze 等给出了利用单多普勒雷达分析出的拖曳层状型 (Trailingstratiform) 飑线的概念模型, 云中主要的相对流场为 : 起源于地面阵风锋的前向入流沿强对流窄带剧烈上升, 在中高层气流的主要部分沿层状云顶向后倾斜流出, 另一小部分向前流出形成砧状云后向入流位于层状区的低层, 有时向前伸展到强对流窄带的前面, 强度随时间的演 [15] 变有所变化 Smul 等利用双多普勒雷达反演结果分析了美国一次中纬度飑线的中尺度结构, 垂直风场结构显示云中的相对水平风分量狌和上升速度狑的分布与上面的概念模型基本一致, 反演的低层后向入流主要位于 2.0km 以下高度层, 随着时间的演变逐渐向前移动, 而强上升气流区主要位于对流窄带的右上侧本文分析的飑线水平移动速度约 50.0km/h, 沿狓轴方向约 44.0km/h, 即 12.2m/s 从图 4f 可以看出成熟期云中的相对速度的特征是 : 前向入流的风速轴在对流窄带的前部倾斜上升, 在中高层主流部分继续向后流出, 还有一部分沿砧状云向前流出低层没有后向入流, 主要

6 246 气象学报 65 卷原因是这一时次可以反演的最低高度的风场偏高, 给不出近地层风场根据图 5d 可以分析减弱时期的相对流场结构, 结果与成熟期时基本一致, 不同之处是前向入流的风速轴高度增加, 而低层的后向入流明显从图 4e 和图 5c 可以看出, 强烈的上升气流区主要位于对流窄带前侧的中高层这些结果与美国中纬度飑线的分析结果基本一致 6 结果与讨论利用 2004 年 6 月日一次强飑线过程的雷达观测资料, 分析了双雷达观测资料的质量控制结果, 根据双雷达反演的三维风场研究了飑线的三维结构, 主要结果为 : (1) 两部雷达探测的回波强度和径向速度的对比分析表明, 两雷达的探测结果在位置上有 2.0km 的差别, 回波强度滨州雷达低 5.2dBz, 回波结构也有一定差别, 径向速度在可比较的区域一致性很好 (2) 利用双雷达反演的三维风场对飑线动力学结构进行了分析, 水平风场分布表明 : 成熟期的飑线, 地面阵风锋靠近强对流窄带, 沿锋线是风场辐合在飑线的北端, 低层是气旋性辐合风场, 而飑线南端是反气旋性辐合风场中高层云中风逐渐转为西北风, 强对流回波带上空对应辐散风场垂直于强对流带方向的风场垂直结构表明 : 在成熟阶段 (22 日 01:17), 层状云中上升速度小, 狌分量的风都是西风强对流窄带前部的低层是入流气流, 即东风气流, 它与对流带后部的西风相遇后向上倾斜上升, 在中高层向前流出形成飑前砧状云在减弱阶段 (22 日 01:46), 低层的西风分量增强并向前穿过强对流回波带, 导致前面的入流气流风速减弱下边界抬高这一垂直风场结构和演变特征与美国中纬度飑线的结构基本一致 (3) 组成双多普勒雷达观测的两部雷达相距 125.5km, 距离偏远, 这样在 0.5 最低扫描仰角下, 在两雷达中线附近能反演风场的最低高度为 1.5km, 其他区域最低高度为 2.0km, 因此 2.0km 以下高度的风场基本反演不出来, 不能分析飑线的近地层结构, 特别是不利于分析低层后向入流的变化特征致谢 : 本文在写作过程受到刘黎平许焕斌两位研究员的悉心指导, 在此谨表感谢参考文献 [1] LhermiteR M.Dual Dopplerradarobservationofconvection stormcirculation.preprintsof14thconferenceonradarme teor,1970: [2] RayPS,ZielerCL,BumgarnerW.SingleandmultiplerDoppler radarobservationsoftornadicstorms.monwearev,1980,108 (10): [3] ChongM,TestudJ.Three dimensionalaircirculationinasqual linefromairbonedual beamdopplerdata:testofcoplanmethod ologysoftware.jatmosoceanictech,1996,13:36 53 [4] Scialom G,LemaitreY.Anewanalysisfortheretrievalofthree dimensionalmesoscalewindfieldsfrom multipledopplerradar.j AtmosOceanicTech,1990,7: [5] BousquetO,Chong M.A multiple Dopplersynthesisandconti nuityadjustmenttechnique(muscat)torecoverwindcompo nentsfromdopplerradarmeasurements.jatmosoceanictech, 1998,15: [6] KongFanyou,MaoJietai.A modelstudyofthree dimension alwindfieldanalysisfromdual Dopplerradardata.AdvAt omssci,1994,11(2): [7] TaoZuyu.Errorcomparisionofwindfieldretrievalfromsin gleanddual Dopplerradarobservations.ActaMeteorSinica, 1994,8(3): [8] 周海光, 张沛源. 笛卡儿坐标系的双多普勒天气雷达三维风场反演技术. 气象学报,2002,60(5): [9] 周海光, 王玉彬. 一次梅雨锋降水系统三维风场双三雷达对比研究. 气象,2002,29(5):13 17 [10] 周海光, 张沛源. 一次局地大暴雨三维风场的双多普勒雷达探测研究. 大气科学,2005,29(3): [11] 周海光, 王玉彬.2003 年 6 月 30 日梅雨锋大暴雨 β 和 γ 中尺度结构的双多普勒雷达反演. 气象学报.2005,63(3): [12] 刘黎平, 邵爱梅, 葛润生等. 一次混合云暴雨过程风场中尺度结构的双多普勒雷达观测研究. 大气科学,2004,28(2): [13] 倪允琪, 周秀骥. 中国长江中下游梅雨锋暴雨形成机理以及监测与预测理论和方法研究. 气象学报,2004,62(5): [14] HouzeRA,RutledgeSA,BiggerstafMI,etal.Interpreta tionof Doppler weatherradardisplaysof midlatitude me soscaleconvectivesystems.bulamermeteorsoc,1989,70: [15] SmulBF,HouzeRA.Dual Dopplerradaranalysisofamid latitudesquallinewithatrailingregionofstratiformrain.j AtomsSci,1987,44(15):

11 2 期王俊等 : 利用双多普勒雷达研究强飑线过程的三维风场结构 251 犃犛犜犝犇犢犗犉 3 犇犠犐犖犇犛犜犚犝犆犜犝犚犈犗犉犃犛犜犚犗犖犌犛犙犝犃犔犔犔犐犖犈犝犛犐犖犌犇犝犃犔犇犗犘犘犔犈犚犠犈犃犜犎犈犚犚犃犇犃犚犇犃犜犃 WangJun 1 ZhuJunjian 2 RenZhongdong 3 1 犛犺犪狀犱狅狀犵犠犲犪狋犺犲狉犕狅犱犻犳犻犮犪狋犻狅狀犗犳犳犻犮犲, 犑犻狀犪狀犕犲狋犲狅狉狅犾狅犵犻犮犪犾犗犫狊犲狉狏犪狋狅狉狔狅犳犛犺犪狀犱狅狀犵犘狉狅狏犻狀犮犲, 犑犻狀犪狀犅犻狀狕犺狅狌犕犲狋犲狅狉狅犾狅犵犻犮犪犾犅狌狉犲犪狌, 犅犻狀狕犺狅狌犃犫狊狋狉犪犮狋 AstrongsquallinesweptaloverShandongProvinceon21-22June2004,andcausedhugelosses duetolargehailstones,strongsurfacegustwindandheavyrain.fortunatelytwodopplerradars,located atqiheandbinzhou,synchronouslycaughtthesqualline.therefore,thewindfieldofthesquallineand itsevolutioncanbeinvestigatedhereusingthedualdopplerradardata.itisthefirsttimethatthethree dimensionalwindstructureofasquallineisanalyzedbasedonthedual DopplerradarinChina.Thetwo Dopplerradardatawerecomparedeachotheratfirst,anditwasfoundthattherewashorizontaldisplace mentofabout2.0kminthepositionofreflectivity,andthereflectivityofqiheradarwas5.2dbzlarger thanthatofbinzhouradar.however,thepaternsofreflectivitymeasuredbythetwodopplerradarsys temsaresimilar,andthereisagoodaccordanceinradialvelocities. Thethree dimensionwindstructurewasanalyzedby meansofdual Dopplerradardata.Theresults showthatthewindconvergencemainlytookplacebelowtheheightof5km.thelow levelwindfielddis playedcycloniccharacteronthenorthpartofthesqualline,whereasonitssouthpartthewindfieldpat ternwasanticyclonic,withclearconvergenceofwesterlyandsoutheastinflowsinbetween.abovethe heightof5kmoverthestrongechoband,theupperwindgradualyturnedtosoutheastward,andbecame evidentlydivergent. Theverticalcrosssectionofflowfieldperpendiculartothematuredsquallineindicatesthatthewidth ofthedeepconvectiveline(reflectivity > 50dBz)inthefrontportionofthesquallinewaslessthan20 km,anarrowzoneofweakreflectivity (lessthan30dbz)atlowerlevelslocatedimmediatelybehindthe convectiveregionwasatransitionregion,about10kminwidth.thestratiformrainwitharadarbright bandwaswidespread.the2 Dwindstructureintheverticalsectionindicatesthatthelowerleveleasterly inflowinthefrontmetthedeep westerlyinflow behindofthesqualline,ascendedslantwaysupwards, andthenflowedoutforwardsinthemid highlevels,formingananvilcloudinthefrontofthesquallineat theupperlevel.atthedissipatingstage,theenhanced westerlyinflow behindthesquallinepassed throughtheintensivereflectivitybandatlowlevels,resultingintherapiddecayintheeasterlyinflowa headandtheliftingofthebotom boundaryoftheeasterlyinflow,whichcutofthesupplyoflow level moisturetothesqualline.theverticalstructureofwindsanditsmajorevolutionalfeaturesofthesqual linearesimilarwiththoseinthemiddle latitudesregionofamerica. 犓犲狔狑狅狉犱狊 :Dual Dopplerweatherradar,Squalline,Three dimensionalwindfield,strongconvective line.

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,, -, :, -. ; ; ; (),, (, ),,, (, ;, ),, ~, ~, ( Ⅱ),, (),,, -, (, ),, (, ;, ), -, -, ; ;,, ( ~ ) ( ~ ) ( ~ )( )( ),,, ., 卢学峰陈桂琛彭敏刘光秀沈永平 (, ) (, ) 本文研究了乌鲁木齐河上游大西沟地区的种子植物区系特征调查表明, 该地区现有种子植物种, 隶属属, 科种子植物科的组成以世界分布型科为主 ; 属的组成以北温带分布型为主 ; 种的组成以温带亚洲分布为主区系成分的分析结果说明, 该地区植物区系是东天山植物区系的组成部分, 具有典型的北温带植物区系特征该地区植物区系具有山地植物区系和垂直变化的特点,