李荣波

（中国人民解放军92538部队，辽宁大连 116041）

水汽图像反映的是云中水汽温度，因而水汽图像不仅能反映水汽含量，还能反映水汽高度。图像比较白的区域，说明水汽温度低，水汽所在的高度高，常有上升运动；图像比较暗的区域，说明水汽温度高，水汽所在的高度低，常有下沉运动。水汽图像能反映垂直环流。通过水汽图像，可以分析斜压扰动、准地转运动、气旋、阻塞高压、切断低压、高空急流、干入侵、水汽羽等。本文对水汽图像在气象预报中的应用进行探讨，以期为做好气象服务提供参考。

1 水汽图像的特点

水汽图像、红外图像反映的都是水汽温度，但与红外及可见光云图相比较，水汽图像在某些方面具有不可代替的优点。

1.1 时间连续性好，云系特征受日变化影响小

有些天气系统如冷涡系统，其天气表现具有明显的日变化特点：夏季的对流天气系统在下午到傍晚发展到最强，早晨到上午相对较弱；冬季的冷涡天气系统及其外围低云产生的降雪在上午到中午相对最强，下午到傍晚相对减弱。在红外及可见光云图上冷涡云系特征也有明显的日变化：当冷涡天气系统加强时，其云系边缘清楚、云系完整；当冷涡天气系统减弱时，其云团边缘模糊、云团发散不完整，甚至看不到云系存在。而在水汽图像上，无论一日内冷涡天气系统加强还是减弱，水汽云图相对都比较稳定。在夏季由冷涡系统产生的对流云团表现尤为明显。对比上午和下午相同时次的红外云图和水汽云图，可以发现：上午，冷涡产生的对流云相对较弱，这时在红外云图上几乎看不到冷涡区域的云系，但在水汽图上冷涡天气系统区域仍有完整的涡旋云系，表明仍然存在冷涡系统；下午，冷涡系统产生的对流加强，在水汽图和红外图上对流云带表现得都比较完整明显，而在水汽图像上则表现得更加连续。可见，冷涡等天气系统的日变化在云图的反映上，水汽图像连续性更好，对天气系统的预报指导作用更明显。

1.2 天气系统的形成和演变在水汽图像上表现得更早

红外及可见光云图对中高层云信息特征的反映，在水汽图像上也可以得到很好的体现。此外，红外及可见光云图还能反映无云区内干区和湿区的分布。大气中干区、湿区的分布和变化与天气系统的水平运动和垂直运动有着密切关系，因而水汽图像能直观反映大气垂直运动。红外及可见光云图不易反映出来的某些天气细节，在水汽云图上能够及时体现，尤其某些天气系统发生初期，相应的云系尚未形成时，水汽图像上水汽的运动及其变化就反映了大气运动状态，从而使人们及时发现正在发生和发展的天气系统，提高预报准确率。

通过分析东北冷涡系统的水汽图像特征发现，在冷涡形成初期，低压刚开始闭合时，红外及可见光云图上只有局部和分散的云区，无法看到完整的涡旋云系，而在水汽图像上的云系完整且连续，可见明显的闭合系统。红外及可见光云图上对应的少云区在水汽图像上已形成明显的气旋式闭合环流。这说明冷涡系统在红外云图和可见光云图上形成冷涡云系之前，水汽图上已经先出现水汽的闭合形式[1]。在水汽图上分析闭合天气系统的发生和发展要比红外及可见光云图更及时，尤其对于对流层中上层的闭合天气系统，水汽图像能够先期反映系统的形成和发展演变。

2 水汽云图在气象预报中的应用

2.1 天气形势预报

水汽图像能够更早、更完整、更连续地表现天气系统的细节，且基本不受日变化的影响，可以更真实地反映天气系统的发生和发展及其随时间的变化过程。因此，总结一些天气系统的水汽图像特征，并把它作为预报该天气系统形势的指标，有助于提高预报的准确率。通过多年跟踪分析东北冷涡系统的水汽图像特点，发现冷涡形成初期总是最先在水汽图上体现。水汽图像的主要特征表现：先在大片灰白色水汽区内，逐渐形成一片近于圆形或椭圆形的灰色水汽区，其结构分布均匀，可以从其边缘的暗区、暗带来确定其形状和范围；该水汽区内的灰度由中心区向边缘逐渐减小，这个灰色水汽区就是冷涡天气系统形成的水汽区，水汽图像中灰度最大处也就是冷中心的位置，进而确定冷涡位置。在红外云图上，冷涡位置也有云区的存在，但整个云系不完整、不连续，故很难判断冷涡系统的位置和范围结构。因此，通过初期连续观察水汽云图，可以更早地发现冷涡系统的位置和范围结构。

横槽系统形成冷涡系统是一种特殊情况，从冷涡中心向西伸出一条东西向的槽线或切变线。其水汽云图上水汽区与横槽区的位置对应很好，图像基本特征与冷涡系统图像结构特征相似。从水汽图像上可以看出，水汽区呈椭圆形，在椭圆形的水汽区内，灰度最大处不在中心位置，而是在其西部，为东西向长条形状，与500 hPa高空冷中心的位置基本对应。研究人员可以利用这个特点来分析500 hPa横槽或切变线的大体位置。在实际预报工作中，研究人员可以采用双定型方法分析天气图和水汽图像。有时天气图上虽然没有明显的低值闭合环流，但是在水汽图像上可以看到明显的冷涡水汽结构存在时，则可以作为一个冷涡日，通过双定型方法进行冷涡天气预报，其结果明显好于单一天气图定型预报效果[2]。双定型方法的主要优点如下：一是可以弥补天气图上一些地区测站稀少或无资料的不足，防止漏掉较小尺度的天气系统，使天气形势预报更加准确；二是水汽图像资料更密集，连续性更好，通过每30 min 1次的水汽图像，可以更系统、更直接地发现天气系统的生成和发展演变，做到早发现、早关注，从而提高预报准确率，尤其对冷涡天气系统形成初期的天气预报极为有利。

2.2 天气系统发展演变预报

水汽图上反映的干区、湿区的分布和变化情况是由天气系统的水平运动和大气垂直运动造成的。一般来说，干区、湿区的水平移动是天气系统水平移动的结果，而水汽图像中那些移动相对较慢但图像灰度变化较大的区域则通常是大气垂直运动产生的结果。多年分析发现，当有大气上升运动且空中有水汽积累时，水汽区灰度值就会增大，水汽图像色调由灰逐渐变白；当空中大气有下沉运动时，且大气中水汽逐渐减少和消散时，水汽图像的灰度值就会逐渐减小，水汽图像的色调也由白逐渐变灰变暗。在实际的预报应用过程中发现，当下半年冷涡东北部水汽图上水汽区灰度逐渐变白时，地面常常对应连续性大范围降水；而当冬半年冷涡西南部水汽区灰度逐渐变暗时，高空常生成扰动低云，且降水逐渐减弱。可见，通过分析水汽图像上的水汽区灰度变化，能够很好地判断天气系统的发展和减弱的变化趋势。

2.3 降水区域和降水强度预报

通过分析水汽图像可以为降水预报提供直观的信息。水汽图像可以直观地反映大气中上层水汽分布、移动和输送等重要降水预报信息，为研究产生暴雨的中尺度云团发生、发展及预报提供更加直观的资料和方法。

2.3.1 水汽输送带在水汽图像上的特点。根据水汽图像的成像原理可知，在水汽云图上色调亮白的区域对应大气为较湿较冷的区域，而色调暗黑的曲云则对应大气较干较暖的区域。对比分析多年的水汽图像与红外和可见光图像，发现发生强降水时，水汽图像上的水汽输送带对应于红外云图上是一条连续云带，但是其结构特征和色调有明显差别：红外图像上的云带相比水汽图像上的水汽输送带更宽，色调比水汽图像上的色调更加白亮，可见光图像对应的云带更宽、更白亮，水汽图像反映的是大气中上层水汽分布情况，这表明大气中上层水汽向一个更狭窄的地带集中。预报实践表明：只有当水汽图像、红外和可见光云图上都为亮白的区域时，才表明大气垂直运动强烈，对流强盛，水汽深厚。只有这样，才可能形成强降水的区域。

2.3.2 水汽输送带中的雨区在水汽图像上的特点。多年的实际预报表明，对比分析水汽图像和红外及可见光云图，可以更好地确定降水区域和降水强度。分析发现：产生降水时，水汽图像上的水汽输送带与＞5 mm的等雨量图走向基本一致，并且雨区位于水汽带内，但是有不同的大值中心；而产生微量降水的雨区，其形状和分布与可见光图上的云区非常一致。究其原因，水汽图像反映的是大气中上层水汽分布情况，低云在水汽图上表现不明显，即不能很好地表现对流层中下层的云和地表特征。因此，＞5 mm/6 h的强降水区位于水汽图像的水汽输送带内，而＜5 mm/6 h的弱降水区一般出现在水汽图像的暗区和可见光图的白区。实际应用发现，强降水区位于水汽输送带内，但并不是水汽输送带的所有区域都产生强降水，只有当水汽图像和红外、可见光云图上都是亮白的区域才表明水汽深厚、对流强盛，此亮白区域是产生强降水的区域。在实际预报中，可以结合物理量诊断分析：水汽输送带中有明显的中尺度结构系统且色调亮白的区域，一般对应强降水；水汽输送带中低层存在水汽辐合通量的区域，一般容易产生强降水。

实际应用发现，水汽图上不是所有的亮白区域都会产生强降水。究其原因：对于云层比较厚的高云，比如厚卷云，由于云顶高度高、温度低，在水汽图上为色调亮白的区域；大气中存在水汽较多的区域，但空中没有形成云系，水汽的吸收作用使卫星收到的能量很少，所有出现色调亮白的区域不会产生降水。这时可以参看红外和可见光图相应区域是否白亮，以判断大雨发生概率。

3 结论

（1）水汽图像的时间连续性好，云系特征日变化小。因此，在天气形势预报中，对某些天气系统尤其是冷涡系统的早发现和跟踪预报应用有更大的优势。

（2）水汽图像中图像比较白的区域，说明水汽温度低。水汽所在的高度高，常有上升运动。图像比较暗的区域，说明水汽温度高，水汽所在的高度低，常有下沉运动。因此，水汽图像能更好地反映大气垂直运动。

（3）在预报强降水区域时，用水汽图像定型后，只有结合红外及可见光云图对天气系统的云系等进行跟踪预报，才能获得最佳的预报效果。只有在红外、可见光和水汽图上都是亮白的区域才表明水汽深厚、对流强盛，该区域是产生强降水的区域。

（4）水汽图像反映的是中高层大气情况，因而在水汽图像上看不到低云。水汽图像反映对流层中上层大气300～700 hPa高空的水汽总含量，850 hPa以下的天气系统及云表现不明显。因此，在分析天气系统时，要注意该系统所在的高度及厚度[3－4]，当天气系统在水汽图上有清楚的表现形式时，其分析研究才有意义。

（5）只有对各种天气系统在水汽图像上的特点加强分析，发现天气系统发生发展过程与水汽图像变化之间的内在联系，才能更好地应用水汽图像，提高预报准确率。