夏季，山东受副热带高压（简称“副高”）边缘暖湿气流影响，易出现暴雨甚至大暴雨天气，并常伴有雷暴大风等强对流天气，加剧灾害危害程度（阎丽凤和杨成芳，2014）。由于副高边缘暴雨形成机理复杂，其预报一直是天气预报业务的难点和重点。近年来，随着气象探测技术和资料获取手段的发展，灾害性天气监测、预报水平明显提升。风廓线雷达凭借时空分辨率高的特点，极大简化了空中风场数据的获取方式，提升了数据获取效率，在暴雨和强对流等灾害性天气预报中日益受到重视（陈立波等，2024；倪成诚等，2025），基于高分辨率风廓线雷达资料研究副高边缘强降水成因具有重要意义。

20世纪80年代以来，美国、日本相继建成风廓线雷达业务观测网。我国风廓线雷达经过数十年发展，已研制出适用于不同探测高度的设备，探测数据得到广泛应用。研究表明（Zheng et al.，2017；Hu et al.，2021），利用风廓线雷达数据可以很好地揭示低空急流、垂直风切变等中小尺度对流系统的发生演变过程。风廓线雷达可提供以风场为主的多种产品，包括水平风廓线、垂直风廓线以及反映大气湍流特征的折射率结构常数等，其探测优势和资料特点对揭示天气系统发生发展机理、提高精细化预报质量具有重要意义（何平，2006；毛文茜等，2022）。随着探测数据质量明显提升，风廓线雷达在冰雹、暴雨等灾害性天气预报中的应用日益深入，尤其在暴雨与低空急流间关系及暴雨过程中风廓线雷达指示意义等方面取得丰富成果（苟阿宁等，2022；褚颖佳等，2023）。研究发现，当低空急流指数峰值出现时间较短时，强降水开始时间会有所提前（王佳津等，2021）；暴雨过程中低空急流特征量（最大风速、急流最低高度、急流指数等）及垂直风切变对强降水具有重要指示意义（李青春，2022）。近年来，随着风廓线雷达网布局趋于密集，气象装备组网研究受到广泛关注。上海地区组网风廓线雷达数据质量接近探空观测水平，可用性较高（刘梦娟和刘舜，2016）；何越等（2014）采用双高斯拟合方法对不同强度降水过程的垂直速度场和水平风场进行反演，结果表明反演后的风场更为精确；基于风廓线组网资料，可得到不同高度层的水平风场、涡度场、散度场及垂直风场等分析产品，能够有效服务于强对流天气分析（李晓波等，2024）；通过组网观测，可清晰捕捉低层风向切变带及多条切变线的分布特征（于雷等，2024），有助于识别水平风脉动与降水的同步关系及其与降水强度的正相关特征（官晓东等，2020），并且低空急流指数及垂直风切变对短时强降水具有指示作用（王彦等，2017）。

目前山东省共布设8部风廓线雷达，2007—2019年先后在青岛、章丘、潍坊、东营、聊城、临沂、蓬莱和平阴投入业务运行。但风廓线资料在山东夏季副高边缘对流性暴雨研究中应用相对较少。本文利用风廓线雷达单站及组网资料，结合常规气象观测资料，对2023年山东入汛以来首场大暴雨过程进行分析，探讨强降水发生前后风廓线雷达特征及其在监测、预报中的应用，以期为强降水临近预报和预警提供参考。

本文资料包括2023年6月27—29日山东省MICAPS高空和地面观测资料；1 897个区域自动气象站逐小时降水和大风资料，降水量为前1 h累计降水量，大风为前1 h出现的8级以上极大风；逐6 h 1°×1°的美国国家环境预报中心（National Center for Environmental Prediction，NCEP）再分析格点资料；风廓线雷达单站和组网数据，包括风廓线雷达临沂站逐6 min和青岛站逐5 min风廓线数据，以及中国气象局下发的全国风廓线雷达组网资料，后者包含100~10 000 m共16个高度层的水平风。

风场反演基于全国风廓线雷达组网资料，选取100、300、600、900、1 200、1 500、3 000、6 000 m共8个高度层逐0.5 h数据。对比过程期间逐日08：00（北京时，下同）、20：00章丘和青岛站风廓线与探空气球资料，结果显示二者风向、风速基本一致，表明风廓线资料具有较高可用性。采用径向基函数（Radial Basis Function，RBF）插值方法（吴飞等，2024）将风场站点数据插值到格点，并选用高斯函数作为基函数，其计算公式（Buhmann，2003）如下：

式中：Φ为RBF；x为原始数据点；c为基函数中心；σ为标准差，控制函数形状。高斯RBF插值具备明显优势，能精细捕捉局部特征，同时保证整体插值场的平滑性，有利于重建风场细微结构，相比线性插值，更能反映数据的非线性变化，生成更接近实际分布的风场。

低空急流指数（I）可定量表征低空急流的下探深度及风速脉动强度（刘淑媛等，2003），定义为2 km以下边界层急流中心最大风速V（单位：m·s^-1）与12 m·s^-1风速所处最低高度D（单位：km）的比值，即

指数越大，表明12 m·s^-1急流中心越低，动量下传加强，低层扰动更剧烈，有利于降水发生。

使用K指数衡量对流不稳定性，评估是否将出现雷暴天气，其计算公式（潘冬梅和潘雪梅，2013）如下：

式中：T₈₅₀、T₅₀₀、T₇₀₀分别为850、500、700 hPa温度，T_d850、T_d700分别为850、700 hPa露点温度，单位均为℃。

受冷空气和副高边缘暖湿气流共同影响，2023年6月27日00：00—29日06：00，山东省自西向东出现大范围强降水过程（图1），鲁中、鲁东南及山东半岛大部地区出现大到暴雨，局部大暴雨。加密自动站降水资料显示，强降水主要发生在6月27日00：00—16：00和28日14：00—29日04：00两个时段，其中最强降水出现在后一个时段。

6月26日20：00[图2（a）]，500 hPa短波槽位于河套东部并缓慢东移，山东大部处于槽前。850 hPa济南章丘站持续受西南暖湿气流控制，风速约为4 m·s^-1，大气层结趋于不稳定。地面为西低东高气压场，偏南风主导，尚无明显冷暖空气交汇。27日08：00[图2（b）]，500 hPa短波槽东移至河北山东两省交界附近，山东处于高空槽前，高中低层一致为西南气流。27日20：00（图略），短波槽继续东移经过山东，章丘站500 hPa转为西北风，850 hPa仍为西南风。此时，高空槽后干冷空气与低层暖湿气流叠加，形成上干冷下暖湿不稳定层结，在短波槽抬升触发下释放不稳定能量，引发对流性降水，造成27日凌晨及白天山东地区的暖区强降水。

28日08：00[图2（c）]，500 hPa高空槽主体东移至晋冀交界，山东再次位于槽前西南气流控制下，700 hPa和850 hPa切变线位置接近，低空急流迅速北抬至鲁中地区。28日20：00[图2（d）]，在槽前正涡度平流与低空暖平流共同作用下，850 hPa切变线上生成低涡，山东处于其东南侧西南急流区，风速超过20 m·s^-1，携带大量暖湿气流，为暴雨提供充足水汽和不稳定能量。同时，地面倒槽发展为低压，增强低层辐合，提供有利的上升运动条件。因此，28日下午至夜间的降水以系统性降水为主，构成本次过程的主要降水时段。

为进一步分析强降水的发生机理，利用NCEP再分析资料对山东省2023年6月27、28日两个强降水阶段的不稳定条件进行对比，分别选取27日02：00济南站和29日02：00临沂站的探空剖面（图3）。济南900 hPa附近存在浅薄逆温层，有助于贮存不稳定能量，有利于强对流发生。同时，对流有效位能（Convective Available Potential Energy，CAPE）超过1 500 J·kg^-1，抬升指数（Lift index，Li）为-5 ℃，表明大气层结极为不稳定。700 hPa以下温度直减率接近干绝热线，中层600~400 hPa存在明显干层，有利于雷暴大风的产生，是27日凌晨山东西部出现短时强降水和雷暴大风的主要原因[图4（a）]。相比之下，临沂CAPE为700 J·kg^-1，Li为-2 ℃，不稳定条件明显弱于27日，但此时低空急流明显加强，600 hPa西南风速超过20 m·s^-1，K指数和大气可降水量指数分别达40 ℃和65 mm，水汽条件充沛，加之低涡引发更强的天气尺度动力抬升，使得虽然不稳定条件较弱，29日凌晨鲁东南仍出现大范围短时强降水，小时降雨量达30~50 mm，强度超过27日[图4（b）]。

27日山东暖区对流性降水落区分散，8部风廓线雷达均未探测到明显降水回波，难以准确反映对流降水的结构特征，因此采用全国组网风廓线雷达数据对暖区对流进行分析。相比之下，临沂和青岛站风廓线雷达完整观测到28日低涡暴雨过程，因此进一步结合单站资料分析。

2023年6月27日凌晨至下午，山东西部出现暖区对流，部分站点出现雷暴大风及短时强降水（降水量大于20 mm·h^-1）。选取27日03：00—04：00济南及周边出现短时强降水的时段，分析组网风廓线雷达反演风场（图5），发现近地层（100~900 m）济南西部存在西北、东南走向的中尺度切变线，强降水位于其右侧暖区一侧。涡度平流分析显示，受近地层切变线影响，局地形成正负涡度平流中心，降水主要出现在正涡度平流区，中心值达15×10^-9 s^-2。低层（900 m和1 500 m）涡度平流不明显，至3 000 m高度出现弱正涡度平流，6 000 m明显增强，1 000~6 000 m正涡度平流随高度增大，有利于上升运动发展（朱乾根等，1992）。此外，3 000~6 000 m中高层存在多对正负涡度平流结构，表明槽前短波不断扰动，驱动暖区对流，这与单站风廓线反映的风场特征一致（王文波等，2021）。分析散度场发现，27日00：00对流发生前济南近地层已有-8×10^-5 s^-1辐合，之后迅速增大至24×10^-5 s^-1，实况显示长清、东阿等地出现8级以上雷暴大风。与多普勒雷达资料对比显示，中层存在径向辐合，推测近地层辐散可能是下击暴流所致。降水前及过程中低层（1 500~3 000 m）持续保持较强辐合，中心值达-12×10^-5 s^-1，高层（6 000 m）转为弱辐散，显示出典型的低层辐合、高层辐散的垂直结构特征，为强对流的发生提供有利动力条件。

6月28日下午至夜间，随着850 hPa低涡过境，鲁中东部及山东半岛大部地区出现短时强降水。选取28日21：00—22：00的强降水时段，分析风廓线雷达反演风场（图6）。28日20：00，鲁中地区出现地面低压环流，风场在近地层出现中尺度辐合中心，强降水主要出现在该辐合中心附近。该中心随高度向后倾斜，延伸至3 000 m高度；1 500 m和3 000 m高度，低涡（辐合中心）均位于渤海湾西部，山东受涡前西南急流控制。涡度场显示，由于中尺度辐合中心的存在，1 200 m以下近地层涡度平流并不明显（朱乾根等，1992），而从1 500 m开始降水区上空正涡度平流随高度逐渐增强，强度达10×10^-9 s^-2以上，持续的正涡度平流输送有利于上升运动发展。散度场分析表明，强降水区在100~3 000 m中低层均存在较强辐合，中心出现在1 500~3 000 m的鲁中地区上空，其值达-20×10^-5 s^-1，至6 000 m高度转为弱辐散，低层辐合、高层辐散的配置为降水提供有利动力条件。总体来看，该低涡降水过程具有明显的大尺度天气系统特征，同时风廓线雷达反演风场表明中小尺度环流和物理量结构与强降水的发生相对应。

临沂站风廓线雷达水平风时间-高度剖面（图7）显示，2023年6月28日18：00—19：00，中低空建立起强盛的西南急流，风向随高度顺转，急流为强降水提供充沛的水汽和热量。但此时临沂水平辐合较弱，使得28日18：00—20：00临沂降水量很小。28日20：00，3 km以下为西南风、以上为偏西、西北风的垂直结构继续维持，但12 m·s^-1急流中心迅速下沉，20：30强降水开始时急流降至400 m附近，21：00更降至200 m以下，20：00—21：00临沂站出现15 mm·h^-1的强降水。28日22：30，12 m·s^-1急流中心高度回升至900 m以上，降水明显减弱。29日01：00—03：00，临沂站2 h降水量为30.9 mm；00：00低空急流再次向超低空扩展，边界层内风速超过20 m·s^-1，急流下探至200 m以下；04：00，12 m·s^-1急流中心回升至1 500 m以上，降水随之结束。超低空西南急流的加强及其向近地面扩展，一方面使低层不稳定层结和水汽输送持续维持，另一方面通过动量下传增强低层扰动辐合，触发不稳定能量集中释放，导致强降水发生。由此可见，1 km以下超低空风场变化是强降水发生的重要信号，低空急流向超低空的快速扩展对强降水具有明显指示意义。

风的运动可视为在平均风基础上叠加尺度广泛、起伏不规则的脉动运动。风脉动定义为风的瞬时值与平均值之差（徐玉貌等，2000）。风脉动的强弱与高空大气的动力不稳定密切相关，脉动越剧烈表明高空动力越不稳定。以1 h为间隔计算水平风平均值，并取整点第30 min的水平风为瞬时值，计算该小时的水平风脉动（董保举等，2012）。

图8为临沂风廓线雷达2023年6月28日19：00—29日04：00的水平风脉动。28日20：00—21：00及29日00：00、03：00前后均出现强水平风脉动，29日03：00最大脉动值超过10 m·s^-1，伸展高度达6 km以上。结合临沂降水量（图9）可见，28日21：00及29日02：00、03：00均出现10 mm·h^-1以上强降水，29日00：00出现5 mm·h^-1的降水。而28日23：00及29日01：00、04：00，1 km以下出现弱水平风脉动，临沂对应降水强度均低于2 mm·h^-1。总体而言，水平风脉动的出现时间与较强降水出现时间较为吻合，脉动的强度及伸展高度与降水强度呈一定正相关。

图9为2023年6月28日18：00—29日06：00临沂和青岛低空急流指数及逐小时降水量变化。临沂站28日20：00—21：00、29日01：00—03：00两次出现小时降水量超过10 mm的强降水，分别对应28日20：00低空急流指数的突增及29日00：00—03：00的振荡，且指数增强较雨强增大提前约1.0 h。青岛站28日23：00—29日01：00连续2 h出现降水量在10 mm·h^-1以上的强降水，29日01：00—03：00降水减弱但雨强仍超过5 mm·h^-1，对应低空急流指数自28日23：00迅速增强至160 m·s^-1·km^-1左右。青岛站逐10 min降水数据显示，28日23：20—23：40为最强降水时段，20 min累计降水量达11.6 mm，指数峰值出现时间较雨强增大提前约0.5 h。28日23：00—29日02：00低空急流指数持续起伏振荡，对应强降水的维持。

通过对比两站低空急流指数与降水发现，强降水的发生通常对应低空急流指数的增强，且指数增大多提前于雨强增大0.5~1.0 h。已有研究表明，低涡型暴雨低空急流指数增大较雨强增大时间普遍提前1.0~2.0 h（刘淑媛等，2003；王彦等，2017；周芯玉等，2017；陈训来等，2024），而本文青岛站急流指数峰值较强降水出现时间仅提前0.5 h，原因可能是以往研究个例多表现为低空急流指数短时间内急剧上升，而本文中青岛站指数自20：00起缓慢增大，至23：00达到峰值，急流处于持续缓慢脉动状态，使得指数峰值与强降水发生时间接近。尽管指数峰值指示意义不如前人研究明显，但指数自20：00的持续上升，仍对后续强降水具有一定指示意义。

基于临沂风廓线雷达资料计算相对地面的垂直风切变（图10）。28日18：00，2 km以下垂直风切变强度小于10 m·s^-1，2 km以上超过15 m·s^-1，5~6 km达20 m·s^-1以上；19：00，2~3 km高度风切变强度迅速增大至20 m·s^-1以上，而2 km以下仍然低于10 m·s^-1，临沂出现弱降水；20：00，20 m·s^-1的风切变中心下移至800 m，同时从低层到高层均出现15 m·s^-1以上的垂直风切变，临沂出现15 mm·h^-1的强降水；21：00—23：00，低层及高层垂直风切变明显减弱，降水逐渐减小；23：00，2 km高度出现15 m·s^-1以上的垂直风切变，随后低层至高层风切变强度均在15 m·s^-1以上，该结构持续至29日02：30，28日23：00—29日03：00临沂出现强降水；29日03：00，低层及高层风切变迅速减弱，近地层出现强风切变，冷空气侵入近地面，降水结束。

综上可知，降水开始或增大前，首先中层（2~3 km）垂直风切变开始增强，较降水提早约1 h，并逐渐向高层与低层延伸；强降水期间，低层及高层维持15 m·s^-1以上的垂直风切变。

基于常规气象观测、区域站资料、NCEP再分析资料及风廓线雷达组网数据，对2023年6月27—29日山东一次大范围暴雨过程进行研究，对比分析暖区对流与低涡降水的不稳定条件、反演风场特征及降水前后风廓线特征，得到以下主要结论。

1）此次暴雨天气由高空槽、低涡、低空急流及中尺度切变线等多系统共同作用引发，27日暖区对流以雷暴大风和短时强降水为主，28日低涡主要引发短时强降水。

2）组网风廓线雷达反演风场显示，中尺度切变线及辐合中心为降水直接影响系统，强降水多位于近地面中尺度切变线右侧的正涡度平流区及辐合中心附近；降水区上空1~6 km正涡度平流随高度增加，高空槽前存在多对正负涡度平流结构，表明短波槽持续发展。近地层（100~900 m）强辐散直接对应地面雷暴大风、低层（1 500~3 000 m）辐合及高层（6 000 m以上）辐散为强对流发生提供动力条件。

3）低空急流向超低空快速扩展对强降水具有明显指示意义，水平风脉动与降水时间紧密对应，脉动强度及伸展高度与降水强度正相关。

4）强降水开始前低空急流指数明显增大，指数增大较雨强增强提前约0.5~1.0 h，指数的振荡对应强降水的维持。降水开始或增大前，中层（2~3 km）垂直风切变首先增强，较降水开始或增大提前约1.0 h。强降水结束前整层风切变迅速减弱，近地层出现强风切变，表明冷空气入侵地面，降水结束。

需要指出的是，本文基于单次暴雨个例进行分析，相关结论尚需通过更多样本统计验证，后续将收集更多类似降水过程进一步研究，以丰富和深化对低涡暴雨及急流结构特征的认识。