大连地区短时暴雨雷达回波特征分析
2018-01-09李潇潇刘晓初赵胡笳朱轶明
李潇潇 刘晓初 赵胡笳 朱轶明
摘 要：利用常规观测资料和天气雷达资料对2016—2018年大连地区9次短时暴雨过程进行分析。结果表明，绝大多数过程发生在8月上中旬，雨强极值北部大于南部；背景系统包括冷涡或西风槽，部分有副高和北上热带气旋环流配合，低层有中尺度低涡环流、低空切变线等作为触发条件；探空资料上，K指数，低层比湿，暖云层厚度有一定指示作用；低层大范围湿区和持续的水汽输送强化落区范围，持续时间和降水强度；45dBZ回波高度与0℃层高度差、质心高度、系统走向与移向平行、系统移速慢是短时暴雨雷达回波特征。降水估算中，当副高强盛或热带气旋环流参与时，修订后的热带型Z-R关系更接近实况。
关键词： 短时暴雨；中尺度分析；雷达回波特征；降水估测
中图分类号 P441 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2018）20-0131-10
Analysis on Radar Features of Short-range Torrential Rain Events for Dalian Area
Li Xiaoxiao1 et al.
（1Dalian Meteorological Observatory，Dalian 116001，China）
Abstract：9 short-range torrential rain events occurred in Dalian area during 2016-2018 are examined by using conventional observation and weather radar data. The results show most events occurred in August. In terms of maximum hourly rainfall amount，the norths is lager than that of south ； Synoptic systems include low-pressure vortex and westerly trough，partly with the presence of westward-stretching subtropical high and north-moving tropical cyclone circulation . Low-level meso-scale vortex and shear line are served as triggers； K index，low-level humidity，LCL，the thickness of warm cloud are useful indicators. Low-level warm and moist regions intensify the scale，duration and intensity of torrential rain； the height difference of 45dBZ radar reflectivity and 0℃ ，the height of center of mass，the consistence of storm system direction and its moving direction，low-moving-speed of convective cells are radar features； For rainfall amount estimates，revised tropical mode is the most reliable pattern when subtropical high or tropical cyclone circulation presence.
Key words：Short-range torrential rain；Meso-scale analysis；Weather radar features；Rainfall amount estimates
短时强降水，一般降水强度大于20mm/h，且持续时间不超过6h，容易造成局地洪水，也稱对流暴雨[1，2]。其中比较极端的一种是短时暴雨，一般降水强度达到60mm/h[3]，中尺度特征明显，与强对流相联系，突发性强，降水强度大，落区小，易引发洪涝灾害，因此，一直是气象部门预报预警的重点和难点。全国各地，包括东北地区，都发生过短时暴雨，但各地的背景环流和中尺度对流特征各不相同。华南地区前汛期暴雨有明显暖区暴雨特征[3]，通常是副高西北侧的西风带系统与来自低纬度的偏南或西南暖湿气流共同作用的结果。2001年8月5日夜间，上海地区受热带低压影响出现最大雨强达到75.4mm/h的短时暴雨[4，5]。短时暴雨由中β和γ尺度云团造成，对流风暴后向传播触发的新生单体并入原有对流风暴单体，形成“列车效应”。张迎新[6]分析京津冀“7.21”暴雨过程发现，副高外围东南水汽通道是造成暴雨产生的水汽条件之一。雷达回波上“列车效应”明显，低层中尺度切变线东移中加深为中尺度低涡。袁美英[7]对2006年8月10日东北地区一次短时大暴雨（最大雨强达到90.8mm/h）分析发现，天气尺度背景场中，由于台风“桑美”的托举，副高一直维持少动，低纬度暖湿气流沿着副高边缘北上，为暴雨提供水汽条件。2条地面辐合线交汇处，产生局地短时大暴雨。由此可见，各地短时暴雨存在一些相似条件。低纬度暖湿空气沿副高边缘向北输送提供充沛水汽条件，低层中小尺度系统是触发机制。短时暴雨发生时有中β和γ尺度云团合并或者发展，后向传播造成“列车效应”。探空资料上，K指数对判别短时强降水的潜势有一定指示作用[8]。雷达回波上，短时暴雨与雷暴大风、冰雹等其他强对流天气的特征也区别很大[9]。
大连地区位于东北地区最南端，受水汽条件限制，短时暴雨落区和强度不如我国南方。但是在7—8月，副高北抬明显，北方冷空气与南方暖湿气流交汇，容易在大连地区个别站点造成短时暴雨。吴杞平[10]分析发现，造成大连地区短时暴雨的回波源于大连南部沿海的介于强对流性与稳定性的混合性中—β尺度回波。王树雄[11]采用最优化Z—I关系，结合系统误差消除方法，得到适用于大连本地的Z—I关系，改进雷达定量降水估测产品，有效提高了大连地区短时暴雨监测预警水平。2015年，大连地区雷达由CINRAD/SC型更新为CINRAD/SA型。本文利用常规观测资料和雷达资料对辖区短时暴雨过程进行中尺度环境场、雷达回波演变和雷达定量降水估测分析，揭示其中尺度特征和雷达产品特征，为预报员进行短时暴雨监测预警提供参考依据。
1 天气过程
1.1 天气实况 本文选取大连天气雷达更新后的2016—2018年9次短时暴雨过程作为研究对象（表1）。大连地区全年平均降水量在700mm左右，城市排水系统承受的降雨强度阈值大约为50mm/h，大于该阈值，容易造成短时城市内涝。因此，降雨强度达到50mm/h以上可以作为短时暴雨研究下限指标。按照时间顺序，9次短时暴雨过程按照发生日期分别简称为“160801”、“160807”、“170804”、“170817”、“180726”、“180807”、“180813”、“180815”、“180820”过程。
从月份看，9次过程，1次发生在7月下旬，4次发生在8月上旬，4次在8月中旬，均为大连地区主汛期。从发生时段看，3次发生在夜间（20—08时），6次发生在白天（08—20）时。从小时雨强来看，最大值为121.6mm/h，出现在大连西北部沿海地区的瓦房店市的太阳升站，其次，瓦房店市西杨乡的北海村站有102.4mm/h的短时暴雨。而大连南部市区最大雨强为60.6mm/h。近年来，雨强极值存在南北差异。另外，本文仅列举出每次过程中最大的小时雨强站点作为研究对象。实际上，每次过程还有其他站点出现不同程度的短时暴雨。因此，从以上站点分布中不能准确描述短时暴雨落区特征。
1.2 天气形势 9次过程均具有明显东北地区主汛期环流特征：环流径向度大，东亚高、中纬度环流由纬向型向经向型调整（贝加尔湖高压脊建立），西太平洋副热带高压西伸北抬，提供充沛水汽。当中纬度西风环流与低纬环流相互作用时，来自蒙古或贝加尔湖东部的冷空气与副高后部的暖湿空气在大连地区交汇，引起中尺度的天气系统发展。由于温度场和气压场的梯度都相对较弱，天气尺度强迫抬升为降水提供背景环流，触发机制多为低空中尺度低涡，切变线等。
从表2看到，9次过程中的6次有副高配合，5次涉及到西风槽，3次处于低涡底部，3次与热带气旋有关。
2016年8月1日，欧亚中高纬度为2槽1脊形势，西风槽逐渐加深，在大连地区高空形成切断低涡。低空对应有中尺度低涡，低涡后部的东北风与前部的西南风形成了低空切变线，并且东北风所表征的相對干冷空气势力较暖湿空气更强，中层结不稳定特征较为明显，大连地区位于切变线暖湿空气一侧，受其影响，大连地区出现了阵性降雨天气，强对流天气落区局地性较强，瓦房店北部万家岭站出现短时暴雨。
2016年8月7日，高空槽东移，大连位于副高西北侧和北支槽底前部西南流场中，08时，500hPa高空槽加强，在黑龙江形成低涡，大连位于低涡底前部，水汽输送建立，850hPa风场上，与500hPa南北2支高空槽相对应的是2条切变线，南支东北-西南向切变线压在大连地区中部，副高西北侧的偏南和东南风风速达到8m/s，为强对流发展提供充沛水汽条件，北支切变线的底部后侧不断有冷空气向南补充，加剧层结不稳定。地面位于弱低压带内，有辐合抬升运动，大连位于暖湿舌中，而且北部偏强。由于高空低涡位置偏北，大连北部地区降水更有利，受其影响，普兰店市区出现94mm/h的短时暴雨。
2017年8月4日20时，大连地区500hPa处于低涡槽前，受热带气旋北上影响，副高位置略微北抬，大连地区处于副高外围和西风槽前；850hPa大连地区存在明显的偏北风和偏南风的辐合切变，大连地区处于台风外围水汽输送的偏南风一侧，此种配置为降水提供动力和水汽条件；地面处在弱低压内部，保证了降水的持续时间，给大连大部分站点出现暴雨、大暴雨，东部和南部地区局地出现短时暴雨。本次降水，台风残余环流本身携带大量水汽，同时副高外围水汽输送，为降水提供充足的水汽条件。高底层低压系统垂直对应，提供了较好的上升条件和降水触发条件。
2017年8月17日08时，500hPa冷性低涡位于辽宁地区，并且有东北风和海上副高后部的西南风辐合，850hPa上辽宁东南部存在东北-西南向的切变线，大连中南部地区处于切变线西南风一侧，并且环流呈现气旋式辐合，高低空配置提供较好的抬升条件和水汽条件。至17日14时，地面出现风场气旋式切变，配合中高层冷涡环流，出现降水，由于本次过程受冷涡影响，层结不稳定和抬升触发机制优于水汽输送，对流条件较好，落区较为局地。
2018年7月26日白天、2018年8月7日白天和2018年8月13日夜间3次短时暴雨过程，均受低空切变线和副高西北侧边缘暖湿空气共同影响，局地出现短时强降雨。
2018年8月15日白天，受北上变性热带气旋外围对流云系影响，加上副高外围水汽输送，为降水提供非常充沛的水汽条件，在大连南部地区多个站点造成短时暴雨。
2018年8月20日上午，北上热带气旋减弱成热带气压，进入渤海后，与中纬度西风槽相互作用变性成温带气旋，强度增大，加上副高外围水汽输送，在大连地区多个站点造成短时暴雨和强风天气。
从以上分析看，“160801”过程和“170817”过程主要影响系统为冷涡，低层有中尺度低涡环流配合，由于低层水汽条件相对较差，短时暴雨落区较为局地。“160807”过程受低涡底部切变线与西伸副高共同影响，副高边缘将水汽向北输送，低层水汽条件充沛，但输送持续时间相对较短，抬升触发机制为低层切变线，造成短时暴雨落区比前2次过程范围更大。“180726”、“180807”、“180813”3次过程，由于2018年汛期热带气旋活动非常活跃，副高位置较常年偏西偏北，大连地区处于副高的西北侧边缘，加上低空切变线影响，多次造成局地短时暴雨。“170804”过程，受北上热带气旋残余环流和副高外围环流共同影响，配合西风槽东移，形成了大连地区典型的“2脊1槽”阻塞型汛期暴雨天气背景环流，低层水汽向北输送持续时间较长，低层有中尺度低压环流配合，给大连地区造成多时段多站点的短时暴雨天气。“180815”过程与“170804”相似的是，都有热带气旋的作用，但不同点是，“180815”为热带气旋登陆以后北上减弱，由于北方冷空气加入，变性加强，其外围环流直接影响大连南部地区，造成局地短时暴雨。“180820”过程的独特之处在于热带气旋减弱成热带低压后入海，与中纬度西风槽相互作用，变性成温带气旋，强度再次增强，直接影响大连地区，多个站点出现短时暴雨天气。
1.3 探空分析 选取9次短时暴雨发生前的大连站部分探空资料参数分析（表3）。9次短时暴雨发生前，K指数为26～41。“180815”过程前的K指数最小，为26，“170817”过程K指数次之，为31。从K指数定义上看，从图1（h）看，“180815”过程前探空曲线上700hPa温度露点差很大，类似的，“170817”过程前700hPa温度露点差达到10℃，相对其他7次过程明显偏大，其他7次过程700hPa高度上温度露点差很小，因此700hPa温度露点差较大是2次过程K指数偏小的原因，其他7次过程K指数在36～41。但是，在3km高度附近，温度露点差很小，如果按此计算，K指数较大。因此，K指数是判断短时强降雨的有效探空指标。但是，利用K指数判断短时强降水潜势时不宜生搬硬套，还需要对探空曲线灵活分析。
业务分析中，夏季有利于强对流发展的水汽条件之一是近地面的比湿达到12g/kg。9次过程的地面比湿范围为15.7～22.6g/kg，“160801”、“170817”、“180807”、“180820”4次过程地面比湿分别为16.7g/kg、15.7g/kg、18.9k/kg和19g/kg，前3次過程短时暴雨落区较为局地，“180820”过程在大连多地造成短时暴雨，而且最大小时雨强为最大值，121.6mm/h。另外5次过程地面比湿均超过20g/kg，因此，地面比湿只是地面高度水汽含量的指标，无法单独判断落区大小和雨强大小。低空急流特征高度850hPa上，9次短时暴雨发生前的比湿为12.6～16.3g/kg，全部超过12g/kg指标。“180726”、“180807”、“180813”3次副高强盛的过程，850hPa比湿分别为16.3g/kg、16.3g/kg和15.3g/kg。“170804”、“180815”、“180820”3次与热带气旋相关的过程，850hPa比湿分别为16.3g/kg、13.4g/kg和12.6g/kg。
分析表明，热带气旋环流和副高外围环流对向北输送暖湿水汽作用显著。
夏季对流风暴产生的短时暴雨一般对应较高的降水效率。也就是说暖云层越厚，降水效率越高。在探空曲线上，抬升凝结高度（LCL）到融化层高度（大约为湿球0℃层高度）的厚度可估计为暖云层厚度。9次过程中，暖云层厚度为4～5.1km。“170817”过程厚度最小，为4km，主要影响系统为低涡，高空有冷空气加入，小时雨强为56.2mm/h，为9次过程中最小。厚度最大的为“180820”过程，热带气旋刚好变性为温带气旋，强度加强，厚度达到5.1km，恰好小时雨强也最大。暖云层厚度也排在第2位（5km）的有2次过程，“160807”和“180726”，雨强分别为94mm/h和102.4mm/h，雨强可能和暖云层厚度有一定相关性。另外，LCL高度在0.1～0.5km，说明气块在近地面稍微抬升就能达到饱和，有利于水汽凝结产生降水。
CAPE值作为对流有效位能的表征，与垂直上升速度正相关，如果太大，会使气块加速通过暖云层，未等凝结成水珠就进入高层，形成冰晶，不利于形成高的降水效率，因此，短时暴雨发生前的环境CAPE值不宜太大。9次过程，“180813”过程CAPE值最大，达到3248J/kg；其次为“160807”过程，CAPE值为2507J/kg，均达到中等强度以上；“180820”过程前的CAPE值最小，仅为372J/kg。9次过程前的CAPE变化范围非常大，因此，CAPE值大小对对流暴雨的指示作用不大。CIN，作为对流抑制能量，代表气块通过稳定层结到达自由对流高度必须克服的能量，其值太大，抑制程度太大，不利于对流发生，但是在一定范围内，其值越大，不稳定能量在低层聚集程度越高，一旦释放，越有利于强对流天气发生。从表2看到，“160801”和“170817”2次过程CIN值分别为31J/kg和25J/kg，与天气尺度冷涡或者西风槽对应，短时暴雨更倾向于大陆型的大量不稳定能量释放的对流暴雨，其他7次过程均小于10J/kg，“180726”和“180807”2次过程低层抑制能量几乎为0，不需要很强的抬升触发条件就能抬升气块，更趋向于热带型的短时暴雨。
从高低空温差看，大连地区出现冰雹、雷暴大风等强对流天气，一般要求850hPa与500hPa温差大于28℃。9次过程仅有“160801”过程温差（27℃）接近这一指标，有大陆型对流暴雨特征。其他8次过程，850hPa与500hPa温差在21～25℃，温度垂直递减率较小，也表明主汛期高空冷空气主体偏北，中层“干冷空气”主要体现在“干”，而不是“冷”。
从0～6km深层垂直风切变看，9次过程数值在4～15m/s，变化范围较大，10～20m/s一般认为是中等强度垂直风切变，配合中等强度CAPE值（1000～2500J/kg），对应多单体风暴。实际上，8月上中旬，大连地区没有明显冷空气南下侵入，低层偏南风低空急流输送水汽，如果中高层有偏西风急流配合，就会产生较大垂直风切变，如果500hPa同样处于槽前西南流场或高空系统不强，强降水由中低层系统驱动，垂直风切变就会较小。因此，与CAPE值类似，垂直风切变单独作为判断对流短时暴雨指示意义不大。
对流性的短时暴雨与大范围的层云降水不同，普通的暴雨对高温高湿条件要求较高，探空曲线整层都可以是趋近饱和，而对流性强降水对不稳定层结条件要求较高，中层需要有相对干冷空气的加入，形成“上干下湿”的不稳定层结。探空曲线上（图1），大多数过程对流层中层均有厚度不等的干冷空气层结，一般情况下，要求该层温度露点差达到15℃以上。“160801”、“160807”、“170804”过程，干层位于600hPa附近，基本在0℃层以上；“170817”过程，干层位于700hPa附近；“180726”、“180807”、“180813”3次副高强盛的过程，干层高度较高，0℃层以下水汽饱和度较高。在低层抬升触发机制下，对流不稳定能量释放，如果低层有明显的逆温层将低层暖湿空气和中高层的干冷空气隔开，能量释放会更强烈，从探空曲线看，近地面逆温层大多数过程并不明显，也反映出短时暴雨不一定对应强烈的不稳定能量释放。高效率的暖云降水一般要求，0℃层高度以下对应一部分CAPE值。9次过程中，0℃层高度以下的CAPE值大约占整层对流有效位能的1/3～1/2。
2 中尺度特征
图2a，2016年8月1日夜间，大连地区处于高空500hPa槽前西南流场中，500hPa干区边缘，大气层结不稳定。850hPa及以下温度露点差非常小，低层大气接近饱和，水汽条件较好，大连西部受低涡底部700hPa和850hPa切变线影响，抬升触发条件较好，大连地区垂直风切变较小，不利于风暴的组织和建立，高低空配置有利于强对流天气发生，以短时强降水为主。
图2b，2016年8月7日白天，500hPa、700hPa和850hPa切变线都位于大连西北上空，低空大连东部和南部，850hPa低空西南急流输送水汽，500hPa也位于槽前西南流场，并且达到急流强度，中低层水汽条件很好。500hPa辽宁西北部有冷槽，高低空温差大，层结不稳定，有利于出现短时强降水。另外，地面存在低压系统，抬升触发条件较好，此种高低空配置有利于对流性短时强降水发生。
图2c，2017年8月3日夜间，大连地区处于低涡底部西风槽前和副高与热带气旋残留云系西北侧，700hPa和850hPa低空切变线位于辽宁西北部，层结不稳定和抬升触发条件具备，500hPa为显著西南流场，850hPa有西南和东南两支急流经过大连地区，有稳定水汽输送，中低空大气接近饱和，水汽条件充沛，高低空配置有利于区域性暴雨和局地短时暴雨发生。
图2d，2017年8月17日白天，大连地区受高空低涡系统影响，大气层结不稳定。850hPa以下大气饱和度较高，水汽条件较好，但是没有低空急流所表征的大范围水汽输送，700hPa和850hPa低空切变线移过大连地区，抬升触发条件很好。因此，高低空配置有利于大连地区出现雷电、短时强降水等对流性天气。
图2e，2018年7月26日白天，副高位于大连地区附近，高空槽位于内蒙古东部地区，逐渐东移影响大连地区，大连地区CAPE值大于1000，大气层结不稳定。低空饱和度较好，700hPa明显西南急流水汽输送，大连地区也处于500hPa西南流场中，水汽条件较好。低空处于700hPa和850hPa槽前，抬升触发条件较好。大连地区中到大雨，局部暴雨，并可能伴有短时强降水、短时大风等强对流天气。
图2f，2018年8月7日白天，大连地区受副高外围影响，大气层结较不稳定。低空大连地区水汽饱和度较好，水汽条件较好，850hPa为显著偏南流场。大连地区位于700hPa切变线南侧，抬升触发条件一般。大连地区局地容易出现现短时强降水天气。
图2g，2018年8月13日夜间，大连地区受副高外围配合高空槽影响，大气层结较不稳定，850hPa水汽饱和度较高。700hPah和850hPa存在切变系统，抬升触发条件较好，大连地区局地容易出现短时强降水天气。
图2h，2018年8月15日白天，500hPa受副高边缘暖湿气流影响，台风“摩羯”残涡位于渤海南部地区，外围不断触发中尺度对流系统，大连地区不稳定能量较高，大气层结不稳定。850hPa有明显的气旋性环流，强度达到急流级别，有明显的西南气流输送水汽，水汽条件较好。700hPa和850hPa切变影响大连地区，抬升触发条件较好，大连地区容易出现短时强降水等对流性天气。
图2i，2018年8月20日白天，500hPa大连地区受高空槽影響，有明显的高空急流，700hPa和850hPa也有明显西南风急流，大气层结不稳定。台风明显利于水汽输送，水汽条件充沛。东南部明显切变系统存在，抬升触发条件较好。大连地区容易产生大暴雨，局部地区特大暴雨，强对流以短时暴雨为主。
通过以上中尺度分析发现，“160801”和“170817”2次过程，低层缺少明显的湿区，水汽输送不明显，强降水落区小，持续时间短，另外，500hPa附近干层，与低层暖湿空气形成“上干下湿”状态，层结稳定度较差，强对流天气以雷电、短时强降水为主，可能伴有雷暴大风。“20170804”、“20180815”和“20180820”均有热带气旋配合，低空急流持续时间较长，将水汽由南向北输送到大连地区，当低空有气旋性环流配合，降雨强度和持续时间均更长。“180726”、“180807”和“180813”3次过程，大连地区均受副高边缘暖湿气流影响，水汽条件也非常有利，抬升触发条件以低空切变线为主。小时雨强不弱于热带气旋参与条件下的小时雨强，但是落区范围相对较小。
3 雷达产品
3.1 产品特征 较高的降水效率和较长的持续时间是造成短时暴雨2个最主要的因素。较高的降水效率与暖云层厚度有关，对流降水又通常分为大陆型和热带型。热带型对流降水，强回波主要集中在低层，降水粒子小，雨滴为主，密度较大，质心较低，通常45dBZ以上被认为是强对流回波；而大陆型对流降水，强回波发展高度较高，质心较高，大粒子较多（大雨滴，霰和冰雹），密度小，50dBZ以上被认为是强对流回波；暖云降水，强对流回波所在高度大部分在0℃层高度以下，降水效率较高，如果强回波高度在0℃层高度以上，甚至达到-20℃层高度以上，为高质心的雹暴结构，降水效率就不高。因此，热带型对流降水与短时暴雨对应关系更强。
9次过程（表4），“160801”过程回波最大强度52dBZ，高度4km，质心高度6km，45dBZ强回波高度同样6km，超过0℃层高度（4.3km）1.7km。另外，“170817”过程，回波最大强度55dBZ，高度为2km，质心高度2km，比“160801”的质心高度低4km，45dBZ强回波高度为6km，超过0℃层高度（4.4km）1.6km。但是，根据先前研究，大连地区冰雹过程40dBZ回波高度至少超过0℃层高度2.6km，中位数为4km，因此，尽管45dBZ强回波伸展高度较高，但是强对流仍然以短时强降水为主，难出现冰雹。其他几次过程，质心高度最高为4.5km，“160807”、“170805”过程45dBZ回波高度同样都达到6km，但是0℃层高度分别达到5.3km、5.9km，因此，仍属于暖云降水。回波顶高范围为8-11km，指示作用不大。
较长的持续时间与系统大小，系统走向与移向的角度，是否有多个对流单体反复经过同一地点，对流风暴是否为后向传播，系统移速有关。多单体风暴组成对流系统属于中-β尺度（20-200km），系统的移向移速是单体平流与单体传播的矢量和，并且大体上与700hPa风向风速一致，假设单体传播速度与低空急流风速一致，方向相反，系统的移向移速就可以大致判断。“160801”过程（图略），1.5°仰角径向速度上没有低空急流配合，水汽输送和单体传播作用不明显，但是低层影响系统为切变线，平流作用小，并且有中尺度低涡配合，系统走向与移向均为近似东西向，系统移速较慢情况下（20km/h），仍然会造成局地短时暴雨。“160807”过程，系统走向为东北-西南向，单体移向为自西向东，但是低空南到西南风急流达到12m/s，新生单体传播方向近似为由东北向西南向，系统走向与移向垂直，移速较慢（20km/h），加上较高降水效率，同样造成局地短时暴雨。
“170804”过程，影响大连北部的为东北-西南向带状混合性回波，系统移动方向为东移北上，但是单体新生传播方向为由东北向西南方向，系统移动中回波强度加强，范围扩大，系统走向与移向接近平行并且系统移向与传播方向相反，系统总体移动缓慢，造成降水持续时间较长。
“170817”过程，由于影响系统为冷涡底部西风槽（图2d），对流风暴单体大体上是以东北-西南向带状排列，带状回波底部的单体影响大连北部地区（图略），13：00-14：00，单体强度加强，范围增大，逐渐演变为东西向带状，长宽之比约为5∶1，并且新生单体为后向传播（向西），造成系统东移缓慢。另外，地面出现气旋式辐合，有利于系统长时间维持，造成经过地区局地短时暴雨。
“180726”过程，7月26日上午10时，东北-西南向带状回波开始瓦房店西部沿海地区，回波东移中不断北上，并且东侧边缘强度加强，从45dBZ增强到55dBZ。11时，回波强度减弱，迅速东移。没有探测到明显的新生单体向后传播和回波走向与回波形状接近平行等特征，而是带状回波由渤海登陆后前侧回波强度迅速加强，降雨强度较大，在沿海个别站点造成短时暴雨。
“180807”过程，8月7日12时，庄河南部地区出现东北-西南向多个强对流单体排列成的带状回波，新生单体传播方向与回波运动方向基本相反，形成“列车效应”，在个别站点造成短时暴雨。
“180813”过程，8月13日22时，近似东北-西南向回波影响庄河东北部地区。没有探测到新生單体的后向传播，但是多个对流单体向东北移动，反复经过同一地区，形成“列车效应”，在个别站点造成短时暴雨。
“180815”过程，8月15日14时，热带低压进入渤海后强度再次加强，外围对流云带中的对流单体对应的西北-东南45-50dBZ的强回波单体镶嵌在大面积平均强度在35dBZ左右片状回波中不断向西北移动，经过大连市区，形成“列车效应”，在大连市区造成短时暴雨。强回波单体北上到大连中部金普新区以后南落，单体后向传播不明显。
“180820”过程，热带低压进入渤海后与中纬度西风槽结合，变性成温带气旋，强度再次加强，整体为大面积片状回波自西南向东北方向缓慢推进，大片35dBZ左右的稳定性降水回波中镶嵌有强度达到50dBZ的对流性强回波，在瓦房店西部沿海地区呈南北带状，强回波带缓慢东移中不断北上，在局地造成短时暴雨，单体后向传播不明显。
从表4看到，尽管大部分过程都有副高配合，但是在雷达回波上，局地短时暴雨不一定有大范围的低空急流被探测到，但是有热带气旋参与的3次过程，“170804”、“180815”和“180820”在径向速度上均探测到12～20m/s不等的低空急流。强对流天气以短时暴雨为主，非强对流风暴单体快速生消移动，系统移速介于20～30km/h，系统走向大多与移向平行，有多个单体反复经过同一地区（“列车效应”），单体后向传播作用不到50%。即使不是后向传播，但是由于风暴承载层风速不强，系统移速较慢，且暖云降水效率高，同样会造成局地短时暴雨。低涡影响下，质心高度在4.5～6km，副高和热带气旋参与情况下，质心高度在2～4km。最大强度回波所在高度也只有1.5～4km，尤其是“180820”过程，最大强度回波所在高度仅有1.5km。从4dBZ强回波所在高度看，低涡情况下，其仅高于0℃层0.7～1.6km，降水粒子还是以液态为主，很难形成大的固态粒子，从而提高降水效率。副高和热带气旋情况下，45dBZ回波高度全部低于0℃层高度，“180815”和“180820”过程高度差分别达到1.9Km和2.2Km。“180726”和“180807”2次受副高和低空切变线影响的过程和“160801”、“160807”2次低涡影响的过程，回波顶高都是10km。因此，回波顶高不是判断短时暴雨特征的有效指标参数。
3.2 降水估测 天气雷达降水估测产品算法，反射率因子Z和降水率R对应关系一般默认为美国夏季深对流降水统计得到的
从表4看到，9次过程，最大强度回波所在高度为1.5～4km，质心高度为2～6km，基本低于对应的0℃层高度，45dBZ回波高度最高仅为6km，最大仅高于对应0℃层高度1.7km。与大陆型对流降水的高质心雹暴结构（最大强度回波可达到10-12km，远超-20℃层高度）有显著差别。因此，从雷达回波特征上，9次过程的降水估测可近似看作热带型。
表6，“160801”过程，和“160807”过程，大陆型估算值最接近实况值；“170817”过程主要影响系统为冷涡底部西风槽，整体优化型估测最接近实况值；“170804”、“180726”、“180807”和“180813”4次过程有热带气旋残余环流或副高外围环流参与，为明显偏热带型短时暴雨。按照修订热带型，4次过程估算率分别为：126%、119%、109%和100%，与实况值接近。尽管大陆型估测值的估测率分别为104%，102%，93%，82%，但是影响系统不匹配；“180815”过程影响系统为减弱的热带低压外围对流云带，大陆型和修订热带型都偏大，偏弱对流型与实况最接近，估算率为107%；“180820”过程，热带型估算值最大最接近实况值，但是估算率仅为62%。原因可能是50dBZ的强回波不间断地反复经过站点，回波强度变化很小，取平均值方法不适用。表6各个估算方法，都偏小。从表5中看到，直接用热带型对应的估算值为130dBZ，最接近实况值。
从9次过程的1小时降水估测Z-R关系看，尽管有些过程中大陆型或者整体优化型Z-R关系对应的降雨强度与实况值最为接近，但是对应的天气形势和雷达回波特征偏向热带型对流降水，降水估测型应该与过程天气系统对应。低涡对应大陆型较为适合；整体优化型中考虑到多种降水类型，不完全是盛夏季节偏热带型低质心降水，因此整体估算率偏低。例外的是，“170817”过程背景环流为冷涡，风暴单体经过落区时降水强度变化范围较大，使用整体优化型关系式更适合。4次有热带气旋残余环流和副高外围环流参与的夏季短时暴雨过程看，修订热带型关系式更适用。偏弱对流型按照回波最大强度考虑，“180815”过程最适用；“180820”过程最大强度回波持续影响站点，应直接使用表5中的热带型对应关系。没有单独哪一种对应关系对9次短时暴雨过程都适用。
4 小结与讨论
热带型对流降水不仅限于热带气旋等源于热带海洋上的对流降水，发生在大连地区的9次短时暴雨过程，在中纬度盛夏时期的低涡或者西风槽与北抬的副热带高压，以及热带气旋环流的直接间接的共同作用下，由中尺度对流降水系统造成，也具有热带型对流降水特征。
（1）9次短时暴雨过程绝大多数发生在8月上中旬，均为东北地区主汛期。雨强极值北部大于南部。落区比较分散。
（2）从背景环流看，主要影响系统为冷涡，低层有中尺度低涡环流配合，短时暴雨落区较为局地。低空切变线、副高边缘和热带气旋环流影响下的过程，短时暴雨落区范围更大。其中3次过程受北上热带气旋环流影响，造成多时段多站点的短时暴雨天气。
（3）探空资料上，K指数，地面和850hPa比湿，抬升凝结高度，暖云层厚度参数对短时强降水有一定指示作用。
（4）中尺度分析方面，有低层大范围湿区和持续的水汽输送配合对应的强降水落区范围相对较大，持续时间较长，降水强度也更大，另外，抬升触发条件与短时暴雨强度也有一定关系。
（5）雷达回波方面，45dBZ对流性回波高度不超过6km，最高超过0℃层高度1.7km，小于冰雹相应指标最小值2.6km。质心高度为2～6km，为明显低质心短时强降水特征。大多数系统走向与移向平行，多个单体经过同一地区，系统移速较慢。雷达降水估算中，天气尺度影响系统为冷涡情况下，大陆型和整体优化型Z-R关系更适用；有热带气旋环流和副高外围环流参与时，修订后热带型Z-R关系更适合；“180820”对流回波带维持最大强度反复经过同一地区，直接用热带型对应关系更适合。
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（责编：张宏民）
