研究进展
我实验室创新团队揭示局地极端强降水对流与分钟雨率的关系与特征
来源:
2021.05.26
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暖区极端降水具有很强的局地性与突发性,其通常伴随着极高的降水效率,可在短时间内迅速引发洪涝灾害,然而当前对该类极端降水的形成过程与机理的认识依然有限,在业务预报方面具有很大挑战性。我实验室海洋-陆地-大气相互作用与全球效应创新团队以2017年5月7日发生在广州的局地突发型极端降水事件为例,详细对比分析了两个极端降水中心(花都中心、黄埔-增城中心,图1)的分钟级降水强度、对流结构以及分钟雨率与对流强度的关系。

图1 过程累积降雨量(单位: mm)及两个极端降雨中心(PC-1: 花都中心,PC-2: 黄埔-增城中心)

两个极端降水中心的大部分对流(约99%)均活跃在冻结层以下高度,二者均为由暖雨过程主导的高效率降水。基于对分钟雨率的强度分级发现,相比于花都中心,黄埔-增城中心的分钟级降水具有更明显的极端性(图2b)。

图2 两个极端降水中心强降雨阶段(a)不同等级的分钟雨率的百分比堆积条形图,(b)不同百分位及其对应的分钟雨率值

尽管两个极端降水中心距离仅30 km左右,但它们的对流特征及分钟降水效率存在较明显的差异,高效率降水(≥1 mm·min-1)与质心高度更低、强反射率因子频率分布更为集中的对流密切相关(图3),这种特征黄埔-增城中心表现得更为显著。强-极端(Intense-to-extreme)级别的分钟雨率(≥1.6 mm·min-1)与0.5 km高度处中等-强(Moderate-to-severe)的对流强度(≥46.0 dBZ)关系比较密切,尽管从分钟尺度上其相关系数较低。然而,同等反射率强度的对流下,尺寸较大的雨滴和数浓度更高的小雨滴二者在暖雨过程中对高效率降水的定量贡献仍有待做更为深入的研究。

图3 两个极端降水中心不同强度的对流反射率因子(间隔为2 dBZ)在不同高度上的出现频率


另外,发现采用当前业务预报常用的三种传统Z-R关系在估算黄埔-增城中心强降雨时段的降水效率均存在较大的偏差。基于对黄埔-增城中心的对流强度及分钟级雨率的重新拟合,计算得到适用于该极端降水中心Z-R关系的新参数,这表明若在临近预报中基于实况观测快速校准Z-R关系的参数,进而自适应构建针对性更强的Z-R关系,对提升诸如该类极端降水事件的临近定量降水估测能力具有积极意义。

研究成果于2021年3月在Atmospheric Research (中科院SCI二区)发表,题目为“An investigation of convective features and Z-R relationships for a local extreme precipitation event”。创新团队核心成员王东海教授为通讯作者,中山大学大气科学学院博士研究生曾智琳为第一作者,国家气象中心教授级高级工程师谌芸为合作作者。

该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、广东省科技计划和南方海洋实验室创新团队建设科研经费等的支持。

论文链接:Zeng, Z., D. Wang, Y. Chen, 2021: An investigation of convective features and Z-R relationships for a local extreme precipitation event. Atmos. Res., 250, 105372. https://doi.org/10.1016/j.atmosres.2020.105372



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