风云地球产品在十堰一次局地暴雨监测预报中的应用

摘要：2024年6月21日，十堰市出现一次山区夏季常见的局地强对流天气，南三县局地暴雨，区域气象站最大日雨量79.9毫米，最大小时雨强33.8毫米。本文使用风云地球产品对此次局地暴雨天气开展分析，结果表明：此次局地暴雨是高空槽云系大范围系统性降雨配合山区地形抬升作用形成。大气温度垂直分布、云顶亮温、云顶高度、云相态、对流初生监测、城市对流监测等产品对山区局地暴雨监测预报预警有很好的指示意义。大气温度分布看出十堰市南部底层气温明显偏低，冷暖空气交汇，加剧大气不稳定性。十堰市南部云顶高度超过8km，云顶温度低于-10℃，云相态以冰云为主，说明对流发展旺盛。卫星对流初生监测产品对短时强降雨预报时间提前量约1小时。对流发生区域最低亮温213k，最大对流高度14300m，温度变化十分剧烈，最低温度递减率-13℃/15分钟。

关键词：风云地球产品 暴雨 强对流

引言

2022年6月，由国家卫星气象中心建设的“风云地球”业务平台投入业务试运行，平台基于FY4A、FY4B、FY3D数据源，提供云图、要素和事件、灾害性天气、气候以及模式检验等5大类63个产品，部分产品对强对流天气预报预警具有很好的指示意义[1]。李俊等指出随着中国新一代气象卫星特别是风云四号地球静止轨道气象卫星系列的发展和人工智能技术的广泛应用，短临预报从定性应用为主向定量应用为主转变[2]。邵建等建立了基于FY-4A卫星数据的短时强降水监测预警指标[3]。蹇冬梅、何科等利用FY-4A卫星对四川暴雨对流云团监测中的应用分析发现，云顶高度和云顶温度产品能反映出对流云团发展、成熟和消亡阶段的变化特征[4-5]。

十堰市地处秦巴山区，夏季雷电、短时强降雨、雷雨大风、冰雹等强对流天气高发，其中短时强降雨往往造成山洪地质灾害，严重威胁人民生命财产安全。“风云地球”产品可有效提升强对流天气短临客观预报预警精准度和提前量，对做好气象防灾减灾工作十分重要。

1 天气实况

2024年6月21日，十堰市北部小雨局部中雨，南部中雨局部大到暴雨（图1）。全市375个区域自动气象站中，25～50毫米38站，50毫米以上10站，最大日雨量79.9毫米(房县姚坪乡对寺河)。

图1 十堰市2024年6月21日雨量图（20-20时）

房县姚坪乡对寺河站降雨时段为05-12时，其中11时最大小时雨强33.8毫米，达到短时强降雨标准，造成局部洪涝灾害（图2）。

图2 房县姚坪乡对寺河2024年6月21日05-13时逐小时雨量图

2 环流形势

20日20时，500hPa高空槽呈东北-西南走向，从内蒙古中部延伸到陕西、四川，十堰市位于槽前。副热带高亚稳定在我国沿海少动。700、850hPa西北风和东南风形成的冷式切变线自河南经十堰市延伸至重庆东部，为强对流天气发展提供了大尺度环流背景（图3）。

图3：2023年6月21日08时高度场风场图（a500、b700、c850hPa）

安康站21日08时探空资料分析：总体为细长型，整层水汽条件好，有利于短时强降水。CAPE和地面到500hpa垂直风切变较小，对雷暴大风冰雹不利（图4）。

图4：安康站2024年6月21日08时探空资料

3 风云卫星产品分析

3.1 真彩云图分析。21日10时高空槽前内蒙古东部至陕西、四川，对应一条东北-西南向宽广的高空槽云带，产生大范围系统性降雨（图5）。我市南部地处大巴山脉，其中竹溪葱坪海拔超过2700米，大范围系统性降雨在东移过程中配合南部山区地形抬升作用，往往产生局地强降雨。

图5：2024年6月21日10时卫星云图

3.2 大气垂直温度分布。强降雨过程的发生往往伴随着大气温度的变化，风云地球平台要素和事件温度模块提供温度分层、变温分层等产品，可从多尺度对大气温度进行分析。根据大气温度分布数据可明显看出我市南部底层气温明显偏低，暖气团，冷空气相交汇，加剧当地不稳定性，产生对流性降水过程（图6）。

图6：2023年6月21日10时卫星大气温度垂直分布

3.3 云参数产品分析。云相态分为暖水云、过冷水云、混合云、冰云四种，可以更加精细准确地判断云相态的细微变化。十堰市南部短时强降雨区域云相态以红色的冰云为主，云顶高度超过8km，云顶温度低于-10℃，说明对流发展旺盛（图7）。

图7：2024年6月21日10时卫星云相态产品（a云相态、b云顶温度、c云顶高度）

3.4 卫星对流初生监测产品。21日10时，对流云团主体位于恩施市，在十堰市竹溪县西部和房县中部有2个弱对流云团发展，面积和强度明显低于恩施。10-11时随着对流云团进一步发展，在我市南部产生局地短时强降雨。卫星对流初生监测产品对短时强降雨预报的时间提前量约1小时。

图8：2024年6月21日10时卫星对流监测产品

3.5 城市对流监测产品分析。从08时起十堰市对流覆盖面积快速发展，10时最大对流覆盖面积4500KM2,占全市总面积18%。平均亮温225k，最低亮温可达213k。平均对流高度12900米，最大对流高度可达14300m。最低温度递减率可达-13℃/15分钟。

图9：20日20时十堰市城市对流监测（a对流面积、b亮温、c高度、d温度递减率）

4 总结与讨论

（1）此次强对流天气过程主要受高空槽云系在东移过程中配合南部山区地形抬升作用形成。

（2）大气温度分布数据可明显看出我市南部底层气温明显偏低，暖气团，冷空气相交汇，加剧当地大气不稳定性，产生对流性降水过程。

（3）云参数产品分析。十堰市南部云顶高度超过8km，云顶温度低于-10℃，云相态以冰云为主，说明对流发展旺盛。

（4）卫星对流初生监测产品对局地短时强降雨预报的时间提前量约1小时。

（5）对流发生区域最低亮温213k，最大对流高度14300m，最低温度递减率-13℃/15分钟。

参考文献

[1]国家卫星气象中心.风云地球业务产品使用手册[M].2022

[2]李俊,郑婧,闵敏,等.风云气象卫星观测在短时临近天气预报中的定量应用进展[J].光学学报,2024,44(18):24-36.

[3]邵建,何劲夫,陈敏,等.基于FY-4A卫星数据的短时强降水监测预警指标[J].气象科技,2024,52(01):141-150.

[4]蹇冬梅,夏利,朱瑞莉,等.FY-4A卫星在四川东北部暴雨对流云团监测中的应用分析[J/OL].山地气象学报,1-10[2025-01-22].

[5]何科,李雨竹,廖伟,等.FY-4A产品在攀西复杂地形区强对流天气系统中的应用分析[J].农业灾害研究,2024,14(07):222-225.

项目基金：《风云地球产品在十堰市强对流天气监测预报预警中的应用》-十堰市气象局2023年自立科研课题重点项目（202301）

作者简介：沈定成（1976-），男，湖北郧阳人，高级工程师，主要从事天气预报及相关研究工作。