溪洛渡水电站坝区雷暴天气的卫星云图分析

二、溪洛渡水电站坝区雷暴天气的卫星云图分析

大气中的雷暴和强雷暴是属于一类空间尺度较小、生命期较短的天气系统，称作“中、小尺度天气系统”。中尺度系统（简称中系统）的水平范围大约在十几千米至二三百千米，生命期约为1小时至十几小时。小尺度系统（简称小系统）的水平范围只有几十米至十几千米，生命期只有几分钟至1小时。应用卫星云图进行的连续性观测资料，不仅可以看出大范围的云系特征，还可以监视生命短、变化快的天气系统。因此，卫星云图也已成为日常工作中雷暴预报和研究工作的重要资料。

1.资料和方法

主要分析每次雷暴天气过程大气电场仪第一次报警之前1～3小时的FY2－c卫星云图资料，主要是红外云图资料来考察卫星云图在雷暴天气来临前的先兆特征。

2.卫星云图识别云的主要依据

从云图上识别各种云的主要依据有以下6个判据：结构型式、范围大小、边界形状、色调、暗影和纹理。其中暗影只能在可见光云图上看到。

（1）结构型式

卫星云图上云的结构型式有带状、涡旋状、团（块）状、细胞状和波状等。如团状云块一般是积雨云。

在一张云图上，常包含与许多复杂型式，并且有些型式是相互重叠的，这种重叠型常是由于陆地地貌、水、冰雪和云同时存在引起的，或者是由于高、中、低云同时造成的。

（2）范围大小

不同种类的云系表现的云图范围不同。例如，与天气尺度系统相联系的高云、高积云和卷云，分布范围广，可达几千千米以上；与中小尺度系统相联系的积状云，范围从几十千米至几百千米。因此，从云的范围可以识别云的类型、天气系统的尺度和大气物理过程。

（3）边界形状

云系的边界有直线的、圆形的、扇形的，有的呈气旋性弯曲、也有呈反气旋性弯曲的，有的云的边界十分整齐光滑，有的云（积云或浓积云）的边界则很不整齐。

（4）色　调

色调有时也称亮度或灰度，如在红外云图上，物像的色调决定于其本身的温度，温度越高色调越黑。由于云顶温度随大气高度增加而降低，云顶越高，其温度越低，色调就越白；因此根据物像的温度能够判别云属于哪一种类型和地表。积雨云和卷云的色调最白，夏季白天沙漠地区，温度高，色调很黑。

（5）暗　影

从暗影上，可以分析云系的垂直结构，云顶较高的暴雨云系一般都会有暗影。但是，暗影只能在可见光云图上看到。

（6）纹　理

纹理表示云顶表面或其他物像表面的粗糙程度。云的类型或厚度不一，使云顶表面很光滑或呈现多起伏、多斑点和皱纹或者纤维状。由云的纹理能识别不同种类的云。如果云的纹理光滑、均匀，表示云顶高度和厚度相差很小，层云和雾具有这种特征；如果云的纹理多皱纹或斑点，则表示云的表面多起伏，云顶高度不一，积状云具有这种特征；如果云的纹理是纤维状，则是卷云的特征。

3.雷暴云（积雨云）的云图特征

卫星云图上的积雨云常是几个雷暴单体的集合，积雨云的主要特点有：

（1）结构型式

积雨云在卫星云图上常呈团状结构，称为云团。当高空风很小时，风的垂直切变小，积雨云常呈近乎圆形的云团；当高空风很大时，风速的垂直切变很大，积雨云呈椭圆形云团，长轴方向和风的垂直切变方向一致；积雨云团发展到成熟时，下风一侧出现云砧。

（2）色　调

由于积雨云顶最高最冷，所以无论是红外云图，还是可见光云图或者水汽图，其色调最白。

（3）边界形状

积雨云的边界与其发展阶段、风速垂直切变有关。当积雨云处于初生阶段时，云的边界光滑整齐；当积雨云到发展和成熟阶段时，其边界处出现短的卷云羽。当高空风速垂直切变很大时，积雨云出现卷云砧的边界特征。

（4）范围大小

积雨云是一种与中小尺度系统有关的云系，其尺度相差很大，小的十几千米，大的达几百千米；一般说来，初生的积雨云尺度小，呈小颗粒状；成熟的积雨云云体较大，顶部出现向四周散开的卷云羽，消亡的积雨云色调变暗，为一片松散的卷云区。

有些积雨云相互合并，连成一片，形成尺度达数百千米的云区，这种云系称为对流复合体。

积雨云和多层云系在云图上都表现很亮，但是它们在云型上不同，积雨云表现为云团或块状，而高层云常表现为均匀的一大片。

（5）纹　理

积雨云云顶达对流层顶，所以一般地说，积雨云的纹理较为光滑均匀，尤其是在红外云图上。但是当出现穿透性强对流云时，云顶呈起伏状，在可见光云图上呈多皱纹和斑点的纹理特征。

（6）暗　影

一般来说，积雨云云顶高，有暗影。但是积雨云在夏季最活跃，这时除早晚时刻，太阳高度角大，暗影并不时时都明显。

4.溪洛渡水电站坝区雷暴天气的云系特征

影响溪洛渡水电站坝区产生雷暴天气的云型，主要有低槽冷锋云带、短波槽云系、东风倒槽云系、高原切变线云系、高原低涡云系、中尺度对流云团、不稳定区积雨云单体发展合并等7种。

（1）低槽冷锋云带

这种西风大槽一般经向度较大，槽前正涡度平流明显，主要云区位于槽前，地面冷锋附近。在云图上反映出具有带状云系的特点，云带一般呈东北—西南向或南北向。通常，长为20～30个纬距，宽为5～8个纬距。大部分云带由分布不均匀的多层云系组成，即高层是密闭的卷云，所以，在红外云图上，显得白而亮，中低层为积状云或层状云，云带的后边界比较整齐，前沿有明显辐散的卷云，并呈反气旋弯曲，有时云带的北端接螺旋云带。

这种云系的雷暴过程有2006年9月4日、2007年4月13日、2007年7月18日、2007年8月31日。

（2）短波槽云系

一般是指在平直西风气流下，经高原东移影响我省的西风小槽（包括高原新生的槽）。由于槽的振幅较小，所以不像西风大槽云系那样有很长的云带。在云图上反映出以高云为主的卷云区，这种云区一般在45°N以南，其东侧常有辐散状卷云羽，高原上生成的槽的位置还偏南些。短波槽在东移过程中不断发展加强，云区扩大，云层变厚，并与高原上的积云团结合，发展成多层云系的云带。或者短波槽云带与北上的季风云团结合，促进了中层正涡度的发展，辐合上升运动也随之加强造成雷暴天气。这种过程的云系有2006年7月22日、2006年7月31日、2007年7月29日。

（3）东风倒槽云系

当坝区处于远离台风中心的台风外围气旋性区域里或台风槽中受台风外围云系的影响常出现雷暴。台风倒槽外围云系是呈明显的气旋性弯曲的云带（线）组成的云图系统，此外，在云带之间常出现较薄的层状云或云隙。如2006年7月18日、2007年8月24日的雷暴天气过程就是分别受西行台风“碧利斯”和“圣帕”的外围云系的影响。

（4）高原切变线云系

影响四川盆地产生暴雨天气的500hPa高原切变线，主要是指东北—西南走向或东—西走向的横切变线，它是由青藏高压东南侧的东北气流与高原南面的西南气流构成的横切变线。在切变线上，常有低涡活动，形成切变串涡的形势，其北侧常往往有西风小槽活动，并常带来小股冷空气注入切变线，使切变线斜压性增强。高原上降水天气活跃，对应在云图上，是一条宽广的云带，一般长约10～20个纬距，宽约5～7个纬距。云带主要由灰白色的中高云和白亮的积云团组成。在低涡位置上，切变云带显得宽一些，云团密实白亮，晚上红外云图上，出现直径几十千米或100～200km大小不等的圆形或椭圆形白亮积云团排成一串，这就是高原切变线串涡的云型特征。例如2007年8月10日。

（5）高原低涡云系

具有高原低涡云团的特征：

①云涡初期常由小块积雨云或中低云组成，云团的北侧和东边常伴有呈反气旋弯曲的卷云羽；

②出现在高原东部的低涡云团，积云团常排列成“半月型”，类似台风云型发展特征。

③低涡云区日变化明显，早晨可见光云图上仅出现稀疏结构，网络状的中低云，晚上则多由不同尺度的cb云组成的云区排列成圆形、同心圆、环形等独特的外形。

④低涡云团发展盛期，范围扩展到千余千米，白亮的积云团单体排列成带状，几条积云带由南面伸向一个低涡中心，在合并处有涡旋结构。

⑤低涡云团再高原上形成以后，虽然与其配合的500hPa低涡环流，大部分消失在高原上或合并到切变线中，而低涡云团则向东北移或东移，并与西风槽云带结合，形成北槽南涡的带状云系东移，影响下游地区。如2007年8月1日。

（6）中尺度对流云团

云型特征：一般当冷锋低槽云带，高原切变云带或高原低涡云团东移影响坝区时，上述云带或云团与从孟加拉湾北上的季风云团相结合，在相交区域（102°E以东，35°N以南地区）产生的，它往往镶嵌在大尺度云带南端上，在对流层中低层都有低涡环流对应，云团白亮密实，通常由几个积云单体组合而成，形状呈圆形或椭圆形，尺度由几十千米到几百千米，有的可达千余千米。当云团边界清楚，有向西南方伸出的卷云羽时，象征中尺度对流云团已发展到极盛时期，由于云团处在高空强烈辐散气流的环境中，往往伴随坝区强雷暴天气的发生。如2006年8月15日、2006年8月17日、2006年8月28日、2007年5月20日、2007年6月28日。

（7）不稳定区积雨云单体发展合并

这类雷暴天气过程是在坝区处于副热带高压边缘的高能不稳定区，在午后到傍晚在坝区和（或）四周的积云浓积云区（线）上出现单点性的一个个小的亮点，这些小单体不断长大，相互合并，发展成积雨云（团）而产生雷暴天气。如：2006年7月17日、2006年8月4日、2006年8月10日、2006年8月13日、2007年7月6日、2007年8月5日、2007年8月6日、2007年8月19日、2007年8月20日。

5.由卫星资料确定雷暴云团的天气性质

在卫星云图上的产生雷暴的积雨云都表现为白亮的云团，但其造成的天气现象相差很大。有的产生冰雹大风天气，有的只产生暴雨，有的既有冰雹大风、又有暴雨天气，有的却没有剧烈的天气现象。能否根据卫星资料将它们区别开来，对于应用卫星资料作强天气分析预报是一个重要的问题。从以下几方面可以区别它们：

（1）根据积雨云顶的最低温度判断其天气特征

卫星观测表明，积顶云顶愈高，温度愈低，产生危险天气的可能性愈大，特别是那种穿越对流层顶的积雨云。统计表明，几乎所有产生冰雹时云团的云顶温度都低于对流层顶温度。

（2）由云顶最低温度和云顶扩展速率确定积雨云的天气特征

有时，单靠云顶最低温度不能确定是否有冰雹、龙卷出现。Adler和Fenn（1979）对39次强对流天气分析发现，伴有冰雹、龙卷的积雨云团，不仅其云顶温度低，而且云区的增长速率很大。

（3）由积雨云团云型及其周围云系确定天气特征

根据静止卫星云图，对产生冰雹、大风和暴雨等恶劣天气的云团分类对比发现：对引起不同性质恶劣天气的积雨云团在云型及与周围天气尺度云系的联系上明显不同，根据这些差异可以判断云团会出现什么样的恶劣天气。

按恶劣天气类型，将云团分为下面几类，并说明其特征。

①雹暴云团

以冰雹、大风天气为主的云团称作雹暴云团。其在云图上表现为：

Ⅰ.这种云团都出现于强风垂直切变下，云体具有明显的长轴的椭圆形，共走向与风垂直切变方向一致。在初生阶段时，云团的边界十分光滑，并无明显卷云出现；到成熟阶段时，云体迅速扩大，其上风一侧边界十分光滑，下风一侧出现明显的卷云砧。

Ⅱ.雹暴云团大多出现在南支副热带急流云系左侧，离急流云系边界约1～3个纬距左右。在急流呈气旋性弯曲的地方，它们的间距较大，而在急流呈反气旋性弯曲的地方，云团离急流左界较近。

Ⅲ.雹暴云团的色调特别明亮，呈块状，说明其云顶高，云中垂直运动强烈。但云体范围不大，一般在1个纬距左右。

Ⅳ.雹暴云团的发展速度快、强度大、生命短、日变化明显，其前界呈弧状或呈弧状排列。

②暴雨云团

造成暴雨的云团情况十分复杂。有的只有一个云团产生暴雨；有的是几个云团相继通过一个地区产生暴雨。云团的大小差异也很大。凡是能造成暴雨的云团称暴雨云团。其主要特点有：

Ⅰ.暴雨云团一般出现于风垂直切变较小条件下，表现为圆形、涡旋状、半圆形等多种型式。在初生时常呈离散的小亮点，到成熟时云区常表现为大小不等的云团，顶部出现向几个方向伸出的卷云羽；

Ⅱ.这种云团的色调差异较大，有的很亮，有的并不十分明亮。有的很密实，有的则呈松散的絮状。在云团的周围常伴有大片中低云区；

Ⅲ.这种云团常位于副热带急流云系南面，或者是在云团靠赤道一侧不存在急流云系；

Ⅳ.云团的发展速度较雹暴云团慢。各个云团的强度差异大，持续时间长。一般在午后17时和凌晨5时发展最旺盛。

③暴雨雹暴云团

这种云团既造成冰雹大风，且造成暴雨天气。其特点：

Ⅰ.这种云团的外形与雹暴云团类似，即上风方边界光滑，下风方有明显卷云砧。但云团范围较大，常在2个纬距以上。

Ⅱ.云团的色调十分明亮，表现得十分密实。其生命长，移动较缓慢。

④暴雨大风云团

这种云团既伴有暴雨，又伴有大风，故称它为暴雨大风云团。其特点有：

Ⅰ.云团的外形与暴雨云团相类似，只是范围略小。其常出现在高空槽前大片卷云的西南端；

Ⅱ.云团的色调都较明亮。当存有几个云团时，常成带状排列，且前部边界呈弧状。

⑤大风云团

有些云团既不产生冰雹，也不产生暴雨，但伴有短时大风，这种云团称大风云团。其特点有：

Ⅰ.这种云团范围较小，常小于一个纬距，成弧状排列的云带，移动速度甚快；

Ⅱ.常出现于逗点云系或大片卷云区的后端（西南侧）。

以上几类云团在发展过程中，常会相互转化。例如几个雹暴云团合并时，会演变成暴雨雹暴云团，而暴雨雹暴云团又会变成暴雨云团，在分析时要注意。

6.卫星云图在坝区雷暴天气中的先兆意义

分析结果表明：卫星云图一般提前1到2小时能发现对流云的生成、发展及是否移向坝区，雷暴的来向可以是任何方向。特别是提前1小时的信息最强。

7.小　结

（1）卫星云图识别云的主要依据有6个：结构型式、范围大小、边界形状、色调、暗影和纹理。其中暗影只能在可见光云图上看到。

（2）产生雷暴的积雨云常是几个雷暴单体的集合，在可见光和红外云图上，积雨云的色调最明亮，云顶光滑。当高空风速较小时，积雨云为孤立圆形的云区；当高空风很大时，积雨云顶部便出现卷云砧，在它上风方一侧，边界光滑整齐，下风一侧有卷云羽。有时，许多积雨云顶部的卷云砧合成大片卷云覆盖区，构成中尺度对流复合体，范围可达几百千米，但仍可见到点点白亮云区。

（3）溪洛渡水电站坝区雷暴天气的云系主要有低槽冷锋云带、短波槽云系、东风倒槽云系、高原切变线云系、高原低涡云系、中尺度对流云团、不稳定区积雨云单体发展合并等7种。

（4）利用卫星云图可以确定积雨云团的天气性质。

一般而言，云顶温度愈低，云区的增长速率越大，产生灾害性天气的可能性愈大。

雹暴云团云体具有明显的长轴的椭圆形，其走向与风垂直切变方向一致。在初生阶段时，云团的边界十分光滑，并无明显卷云出现；到成熟阶段时，云体迅速扩大，其上风一侧边界十分光滑，下风一侧出现明显的卷云砧。雹暴云团的色调特别明亮，呈块状，但云体范围不大，一般在1个纬距左右。雹暴云团的发展速度快、强度大、生命短、日变化明显，其前界呈弧状或呈弧状排列。

暴雨云团表现为圆形、涡旋状、半圆形等多种型式。在初生时常呈离散的小亮点，到成熟时云区常表现为大小不等的云团，顶部出现向几个方向伸出的卷云羽；这种云团的色调差异较大，有的很亮，有的并不十分明亮；有的很密实，有的则呈松散的絮状；在云团的周围常伴有大片中低云区；云团的发展速度较雹暴云团慢。各个云团的强度差异大，持续时间长。一般在午后17时和凌晨5时发展最旺盛。

暴雨雹暴云团的外形与雹暴云团类似，即上风方边界光滑，下风方有明显卷云砧。但云团范围较大，常在2个纬距以上。云团的色调十分明亮，表现得十分密实。其生命长，移动较缓慢。

暴雨大风云团的外形与暴雨云团相类似，只是范围略小。它常出现在高空槽前大片卷云的西南端；云团的色调都较明亮。当存有几个云团时，常成带状排列，且前部边界呈弧状。

大风云团范围较小，常小于1个纬距，成弧状排列的云带，移动速度甚快；常出现于逗点云系或大片卷云区的后端（西南侧）。

以上几类云团在发展过程中，常会相互转化。

（5）卫星云图一般提前1到2小时能发现对流云的生成、发展及是否移向坝区，雷暴的来向可以是任何方向。特别是提前1小时的卫星云图可为雷暴天气的临近预警提供更强的信息。因此，在雷暴天气的预报预警中加强卫星云图的跟踪更显重要。