应用FY卫星产品分析陇东半干旱区特大暴雨事件云特征

doi:10.11755/j.issn.1006-7639（2022）-06-0954

摘要/Abstract

摘要：

降水与云的发生发展密切相关，研究强对流云特征，对降水机理分析、降水监测和预报具有重要意义。2022年7月15日地处西北半干旱区的甘肃陇东出现一次特大暴雨过程，多站日降水量和小时降水量均突破历史极值，本文基于FY-4A、FY-4B静止卫星扫描成像辐射计（advanced geostationary radiation imager， AGRI）数据，FY-3D极轨卫星微波湿度计（micro-wave humidity sounder， MWHS）和微波温度计（micro-wave temperature sounder， MWTS）融合产品，分析此次特大暴雨事件中云宏微观特征、云系演变特征及大气环境条件。结果表明：（1）暴雨云系的云顶类型为过冷水云、混合云、不透明冰云和多层云等，发生强降水的云顶类型以不透明冰云为主，云顶高度达14 km以上；暴雨云系云体深厚，主要为小粒径冰云且伴有强烈上升气流。（2）此次暴雨事件存在对流云团新生、合并及加强过程，对流云团稳定维持是导致特大暴雨发生的主要原因，降水与云顶相当黑体亮温（black body temperature， TBB）及其变化的关系密切，TBB低值区对应强降水，且强降水发生前TBB迅速下降。（3）强降水发生前大气层结表现出浅层对流不稳定的特征，中低层强烈增湿是对流不稳定发展的主要原因，低层绝对湿度的差异造成了不稳定条件及降水量级的差异。

关键词: FY卫星, 强降水, 云系演变, 宏微观特征

Abstract:

Precipitation is closely related to the occurrence and development of clouds. The study for the characteristics of convective cloud is of great significance to the precipitation monitoring and prediction, as well as researches of precipitation mechanism. A torrential rain struck Qingyang on15 July 2022, which is located in semi-arid region of Northwest China, causing the daily rainfall and hourly rainfall at several stations to exceed the historical extreme values. Based on products of the advanced geostationary radiation imager (AGRI) from FY-4A and FY-4B geostationary satellite, fusion products of micro-wave humidity sounder (MWHS) and micro-wave temperature sounder (MWTS) from FY-3D polar orbit satellite, the cloudsytem evolution, macro and micro characteristics of cloud, and the atmospheric environmental conditions during this torrential rainstorm event were analyzed. The results are as follows: (1) The rainstorm cloud top types formed from supercooled water clouds, mixed clouds, opaque ice clouds and multi-layer clouds. The cloud top types of heavy precipitation are mainly opaque ice clouds, and the height of cloud top is more than 14 km. The rainstorm cloud system is deep and mainly composed of small ice particles, and accompanied by strong updraft. (2) In this rainstorm event, there exist a process of convective cloud formation, merging and strengthening, and the continuous influence of convective clouds leds to the occurrence of extremely heavy rain. Precipitation was closely related to the black body temperature (TBB) of cloud top and its variation. Low TBB corresponded to heavy precipitation, and the TBB drops rapidly before the heavy precipitation. (3) Before the occurrence of heavy precipitation, atmospheric stratification is shallow convective instability. The strong humidification in the middle and lower layers is the main reason for the development of convective instability. The difference of absolute humidity in the lower layers leads to the difference of instable conditions and precipitation intensity.

Key words: FY satellite, heavy rain, cloud system evolution, macro and micro characteristics

中图分类号:

P458

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图/表 14

表1 卫星数据简介

Tab.1 Introduction to the satellite data

卫星	观测要素	空间分辨率 /km	时间分辨率
FY-4A	云顶相当黑体亮温、云顶类型、云顶高度和大气水汽含量	4	15 min~1 h
FY-4B	夜间微物理图像、白天微物理图像和强风暴图像	4	15 min~1 h
FY-3D	大气温湿度廓线、K指数、抬升指数（lifting index，LI）	33	轨道周期：101.5 min 回归周期：5.5 d

表2 FY-4B卫星多通道RGB组合

Tab.2 The multi-channel RGB combination from FY-4B satellite

卫星图像	R	G	B
夜间微物理图像	IR 12.0 μm，10.8 μm	IR 10.8 μm，3.72 μm	IR 10.8 μm
白天微物理图像	WV 6.25 μm，7.1μm	IR 3.72 μm，10.8 μm	NIR 1.61 μm，VIS 0.66 μm
强风暴图像	VIS 0.83 μm	IR 3.72 μm	IR 10.8 μm

图1 2022年7月14日20：00至15日20：00陇东及其周边地区24 h累计降水量空间分布（单位：mm）（黑色五角星为5个区域站地理位置。下同）

Fig.1 The spatial distribution of 24 h cumulative precipitation from 20：00 BST on 14 to 20：00 BST on 15 July 2022 in Eastern Gansu and its surrounding areas （Unit： mm）（The black pentagram for 5 regional stations geography location. the same as below ）

图2 2022年7月15日02：00（a、c）、14：00（b、d）500 hPa位势高度场（黑色等值线，单位：gpm）及温度场（红色等值线，单位：℃）（a、b），700 hPa风场（风矢量，单位：m·s-1）及温度场（红色等值线，单位：℃）（c、d）

Fig.2 The geopotential height field （black isolines， Unit： gpm） and temperature field （red isolines， Unit： ℃） at 500 hPa（a， b），wind field （wind vectors， Unit： m·s-1） and temperature field （red isolines， Unit： ℃） at 700 hPa （c， d） at 02：00 BST （a， c） and 14：00 BST （b， d） on 15 July 2022

图3 2022年7月15日02：00（a）、14：00（b）海平面气压场（单位：hPa）

Fig.3 Sea-level pressure field （Unit： hPa） at 02：00 BST （a） and 14：00 BST （b） on 15 July 2022

图4 2022年7月15日00：00—17：00 FY-4A卫星云顶类型分布

Fig.4 The distribution of cloud types from FY-4A satellite from 00：00 BST to 17：00 BST on 15 July 2022

图5 2022年7月15日05：00（a）、17：00（b）FY-4A卫星云顶高度分布（单位：km）

Fig.5 The distribution of cloud top height from FY-4A satellite at 05：00 BST （a） and 17：00 BST （b） on 15 July 2022 （Unit： km）

图6 2022年7月15日01：00（a）、05：00（b）FY-4B卫星夜间微物理图像及沿翟家河站（107.62°E，36.08°N）的纬度-时间（c，沿CD线段）和经度-时间（d，沿AB线段）剖面（白色五角星为5个区域站地理位置）

Fig.6 The microphysical image at nighttime from FY-4B satellite at 01：00 BST （a） and 05：00 BST （b） on 15 July 2022， and the latitude-time （c， along CD line segment） and longitude-time （d， along AB line segment） cross section along Zhaijiahe station （107.62°E， 36.08°N）（The white pentagram for 5 regional stations geography location）

图7 2022年7月15日08：00（a）、16：00（b）FY-4B卫星白天强风暴图像及沿翟家河站（107.62°E，36.08°N）的纬度-时间（c，沿CD线段）和经度-时间（d，沿AB线段）剖面

Fig.7 The storm image on daytime from FY-4B satellite at 08：00 BST （a） and 16：00 BST （b） on 15 July 2022，and the latitude-time （c， along CD line segment） and longitude-time （d， along AB line segment） cross section along Zhaijiahe station （107.62°E，36.08°N）

图8 2022年7月15日14：00（a）、16：00（b）FY-4B卫星白天微物理图像及沿翟家河站（107.62°E，36.08°N）的纬度-时间（c，沿CD线段）和经度-时间（d，沿AB线段）剖面

Fig.8 The microphysical image in the daytime from FY-4B satellite at 14：00 BST （a） and 16：00 BST （b） on 15 July 2022，and the latitude-time （c， along CD line segment） and longitude-time （d， along AB line segment） cross section along Zhaijiahe station （107.62°E，36.08°N）

图9 2022年7月15日01：00—19：00 FY-4A卫星TBB分布（彩色填色区，单位：K）及小时雨强（彩色圆点，单位：mm·h-1）

Fig.9 The TBB distribution （color shaded areas， Unit： K） and hourly precipitation intensity （color dots， Unit： mm·h-1）from 01：00 BST to 19：00 BST on 15 July 2022

图10 2022年7月14日22：00至15日20：00庆阳不同站点TBB及降水量逐时变化

Fig.10 The hourly variation of TBB and precipitation at different stations in Qingyang from 22：00 BST 14 to 20：00 BST 15 July 2022

图11 2022年7月15日01：43 FY-3D卫星获取的K指数（a）、LI（b）

Fig.11 The K index （a） and LI （b） from FY-3D satellite at 01：43 BST on 15 July 2022

图12 2022年7月15日01：43 FY-3D卫星反演温度（a）、比湿（b）及假相当位温（c）垂直廓线

Fig.12 The vertical profile of temperature （a） and specific humidity （b） retrieved by FY-3D satellite and pseudo potential temperature vertical profile （c） at 01：43 BST on 15 July 2022

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