基于FY-3G的黄河流域内蒙古段一次暴雨云团结构特征分析

doi:10.11755/j.issn.1006-7639-2025-05-0701

干旱气象 ›› 2025, Vol. 43 ›› Issue (5): 701-712.DOI: 10.11755/j.issn.1006-7639-2025-05-0701

基于FY-3G的黄河流域内蒙古段一次暴雨云团结构特征分析

张峰¹(), 李云鹏²(), 李海燕³, 司瑶冰⁴

1.内蒙古自治区人工影响天气中心，内蒙古呼和浩特 010051
2.内蒙古自治区气象台，内蒙古呼和浩特 010051
3.新疆维吾尔自治区气候中心，新疆乌鲁木齐 830002
4.内蒙古生态与农业气象中心，内蒙古呼和浩特 010051

收稿日期:2024-11-28 修回日期:2025-05-02 出版日期:2025-10-31 发布日期:2025-11-09
通讯作者: 李云鹏（1970—），男，内蒙古商都人，正高级工程师，主要从事卫星遥感和天气动力学分析。E-mail： Lyp5230@163.com。
作者简介:张峰（1987—），男，内蒙古呼和浩特市人，工程师，主要从事卫星遥感研究。E-mail： 523724385@qq.com。
基金资助:
内蒙古自治区自然科学基金项目(2021MS04020)

Structural characteristics of a rainstorm cloud cluster over the Inner Mongolia section of the Yellow River Basin based on FY-3G satellite data

ZHANG Feng¹(), LI Yunpeng²(), LI Haiyan³, SI Yaobin⁴

1. Inner Mongolia Autonomous Region Artificial Weather Centre， Hohhot 010051， China
2. Inner Mongolia Autonomous Region Weather Station， Hohhot 010051， China
3. Climate Center of Xinjiang Uygur Autonomous Region， Urumqi 830002， China
4. Inner Mongolia Ecological and Agrometeorological Center， Hohhot 010051， China

Received:2024-11-28 Revised:2025-05-02 Online:2025-10-31 Published:2025-11-09

摘要/Abstract

摘要：

暴雨云团的宏微观结构在不同地理环境和环流背景下表现出明显差异。黄河流域内蒙古段地处半干旱区，地形复杂，暴雨突发性强。利用风云三号G星（FY-3G）卫星搭载的降水测量雷达（Precipitation Measurement Radar，PMR）数据，结合欧洲中期天气预报中心（European Center for Medium-Range Weather Forecasts，ECMWF）的ERA5（ECMWF Reanalysis A5）再分析资料，对2024年8月8日黄河流域内蒙古段暴雨过程的云团三维结构及环流背景进行综合分析。结果表明，暴雨发生在副热带高压与西风槽共同作用的环流背景下，700 hPa低空急流、明显的垂直风切变以及暖湿气流的强上升运动为暴雨形成提供有力动力条件。降水云系中同时存在层状云与对流云，对流云的平均粒子数浓度、有效粒子直径、降水率均高于层状云，且粒子数浓度和有效粒子直径的垂直分布与不稳定能量场高度一致；降水反射率在0 ℃层上下存在高频增强区，对流云在约5 km高度的潜热释放量是层状云的2倍，表明对流云团是此次极端暴雨的主要贡献者，对降水效率和降水强度具有决定性影响。云顶高度自西向东逐渐升高，极端暴雨区的云顶高度及0 ℃层高度的水平分布特征与地形起伏密切相关。

关键词: 风云三号G星, PMR, 黄河流域内蒙古段, 暴雨云团

Abstract:

The macro- and micro-structural characteristics of rainstorm cloud clusters exhibit pronounced variations under different geographical environments and synoptic circulation conditions. The Inner Mongolia section of the Yellow River Basin is a semi-arid region characterized by complex topography and highly transient, intense rainstorms. Utilizing Precipitation Measurement Radar (PMR) data from the Fengyun-3G (FY-3G) satellite, combined with ERA5 (ECMWF Reanalysis version 5) reanalysis data provided by the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF), this study conducts a comprehensive analysis of the three-dimensional structure of cloud clusters and their circulation background during the rainstorm event on August 8 2024 over the Yellow River Basin in Inner Mongolia. The results indicate that the rainstorm occurred under the combined influence of a strong subtropical high and a westerly trough, with the 700 hPa low-level jet, pronounced vertical wind shear, and strong ascending motion of warm and moist air providing favorable dynamic conditions for rainfall formation. Both stratiform and convective cloud clusters coexisted in the precipitation system. The convective clouds exhibited higher average particle number concentration, effective particle diameter, and precipitation rate compared with stratiform clouds, and the vertical distributions of particle number concentration and effective diameter corresponded well with the unstable energy field. Enhanced reflectivity zones were observed above and below the 0 ℃ layer, and the latent heat release of convective clouds at approximately 5 km altitude was about twice that of stratiform clouds, indicating that convective cloud clusters were the primary contributors to this extreme rainstorm and played a decisive role in precipitation efficiency and intensity. The cloud-top height of the precipitation system increased gradually from west to east, and the horizontal distributions of cloud-top height and 0 ℃ level height in the extreme rainfall region were closely related to topographic variations.

Key words: FY-3G satellite, PMR, Inner Mongolia section of the Yellow River Basin, rainstorm cloud clusters

中图分类号:

P467

张峰, 李云鹏, 李海燕, 司瑶冰. 基于FY-3G的黄河流域内蒙古段一次暴雨云团结构特征分析[J]. 干旱气象, 2025, 43(5): 701-712.

ZHANG Feng, LI Yunpeng, LI Haiyan, SI Yaobin. Structural characteristics of a rainstorm cloud cluster over the Inner Mongolia section of the Yellow River Basin based on FY-3G satellite data[J]. Journal of Arid Meteorology, 2025, 43(5): 701-712.

图/表 10

图1 研究区高程（填色，单位：m）和站点（红点）分布（a）及2024年8月8日08:00—9日08:00降水量分布（b，单位：mm）

Fig.1 Elevation (the color shaded, Unit: m) and station (red dots) distribution in the study area (a) and precipitation distribution from 08:00 on 8 to 08:00 on 9 August 2024 (b, Unit: mm)

图2 2024年8月7日（a）、8日（b）、9日（c）16:00 200 hPa高空急流（单位：m·s-1）（红色为大于30 m·s-1的高空急流，紫色框为暴雨中心位置）

Fig.2 Upper-level jet (Unit: m·s-1) of 200 hPa at 16:00 on 7 (a), 8 (b) and 9 (c) August 2024 (Red wind vectors are upper-level jets greater than 30 m·s-1, the purple box indicates rainstorm center location)

图3 2024年8月7日（a）、8日（b）、9日（c）16:00 500 hPa位势高度场（单位：gpm）

Fig.3 The 500 hPa geopotential height field (Unit: gpm) at 16:00 on 7 (a), 8 (b) and 9 (c) August 2024

图4 2024年8月8日16:00 700 hPa风场（a，单位：m·s-1）和垂直速度场（b，单位：Pa·s-1）

Fig.4 The 700 hPa wind field (a, Unit: m·s-1) and vertical velocity field (b, Unit: Pa·s-1) at 16:00 on 8 August 2024

图5 2024年8月8日22:00 500 hPa位势高度场（等值线，单位：dagpm）和风场（风矢，单位：m·s-1）（a）及700 hPa垂直速度场（填色，单位：Pa·s-1）和散度场（等值线，单位：105 s-1）（b）

Fig.5 Geopotential height field (the contour lines, Unit: dagpm) and wind field (wind vectors, Unit: m·s-1) at 500 hPa (a), vertical velocity field (the color shaded, Unit: Pa·s-1) and vergence (the contour lines, Unit: 105 s-1) at 700 hPa (b) at 22:00 on 8 August 2024

图6 2024年8月7日（a）、8日（b）、9日（c）08:00临河探空站T-ln P图（红色线为干绝热线，绿色线为等饱和比湿线，蓝色线为湿绝热线）

Fig.6 The T-ln P of Linhe sounding station at 08:00 on 7 (a), 8 (b) and 9 (c) August 2024 (The red line represents dry adiabats, the green line represents equal saturated specific humidity line, and the blue line represents wet adiabats)

图7 2024年8月8日22:00暴雨云团的风暴顶高（a，单位：m）、亮带厚度（b，单位：m）、0 ℃层高度（c，单位：m）和降水分类（d）（紫色、蓝色虚线分别为层状云和对流云降水FY-3G卫星观测剖面线）

Fig.7 Storm-top height (a, Unit: m), bright band thickness (b, Unit: m), 0 ℃ level height (c, Unit: m) and precipitation classification (d) of the rainstorm cloud cluster at 22:00 on 8 August 2024 (The purple and blue dashed lines represent the FY-3G satellite observation cross sections of stratiform and convective precipitation, respectively)

图8 2024年8月8日22：00层状云（实线）和对流云（虚线）平均粒子数浓度、有效粒子直径、降水率、潜热的垂直廓线

Fig.8 The vertical profiles of mean particle number concentration， effective particle diameter， precipitation rate and latent heat for stratiform clouds （solid lines） and convective clouds （dashed lines） at 22：00 on 8 August 2024

图9 2024年8月8日22:00层状云降水（a、c、e）及对云流降水（b、d、f）反射率因子（a、b，单位：dBZ）、粒子数浓度（c、d，单位：mm-1·m-3）、有效粒子直径（e、f，单位：μm）FY-3G卫星观测的经度-高度剖面（虚线为0 ℃层位置，下同；灰色为地形）

Fig.9 Longitude-height cross sections of reflectivity factors (a, b; Unit: dBZ), particle number concentrations (c, d; Unit: mm-1·m-3), and effective particle diameters (e, f; Unit: μm) for stratiform (a, c, e) and convective (b, d, f) precipitation observed by the FY-3G satellite at 22:00 on August 8 2024 (The dashed line indicates the 0 ℃ level, the same as below; the gray color represents terrain)

图10 2024年8月8日22:00层状云降水（a、c、e）及对流云降水（b、d、f）反射率因子（a，b）、粒子数浓度（c，d）及有效粒子直径(e，f)的归一化等频率高度分布

Fig.10 NCFADs of reflectivity factor (a, b), particle number concentration (c, d), and effective particle diameter (e, f) for stratiform (a, c, e) and convective (b, d, f) precipitation at 22:00 on August 8 2024

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Structural characteristics of a rainstorm cloud cluster over the Inner Mongolia section of the Yellow River Basin based on FY-3G satellite data

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