應用FY衛星產品分析隴東半干旱區特大暴雨事件云特征

李晨蕊，伏 晶，劉維成，王基鑫，王一丞，傅 朝，鄭 新

（1.蘭州中心氣象臺，甘肅 蘭州 730020；2.蘭州市氣象局，甘肅 蘭州 730020）

引 言

降水與云的發生發展密切相關，大氣運動及其溫濕度的分布支配著云的形成、尺度、含水量及發展過程和持續時間，進而影響降水分布［1］。強對流云是形成強降水的直接載體，與暴雨的產生、雨強等具有密切聯系［2］，因此研究強對流云的特征，對降水機理研究、降水監測和預報具有重要意義。

衛星遙感具有覆蓋范圍廣、觀測連續性強、不受自然條件和地域限制的優勢，是監測和預防氣象災害及其他自然災害的有效手段［3］。靜止衛星能提供高時空分辨率云圖，且能較雷達更早發現快速增長的對流，因而被廣泛應用于暴雨天氣短臨預警業務中［4-6］。不同通道衛星圖像顯示的物理信息不同：紅外云圖通常用來分析暴雨期間對流云的演變規律［7-10］，也有研究分析紅外亮溫與強降水的相關關系，發現紅外亮溫可以衡量對流云云頂最高高度，紅外亮溫的下降能夠提前預判降水發生［11-12］，且強降水云團紅外亮溫具有比較明顯的表現特征，紅外亮溫越低、亮溫梯度越大，強水強度越大［13-15］；水汽圖像可反映對流層中上層的大氣動力特征［16-17］，水汽亮溫可作為衡量水汽層頂高度的特征量，且降水發生前紅外和水汽亮溫同步快速降低可作為提前預判對流云團產生強降水的參考指標［2，18］。此外，全球降雨測量任務（global precipitation measurement，GPM）、云探測衛星（Cloudsat）、熱帶降水測量任務（tropical rainfall measuting mission，TRMM）等搭載了雷達的極軌衛星可以提供降水云的空間結構特征，有大量研究利用其分析暴雨過程中云的宏微觀垂直結構特征［19-26］。云的空間結構特征影響降水效率及類型［27-28］，對其理解有助于加深對強降水形成機制的認識。靜止衛星與極軌衛星的互補使用，為地基觀測覆蓋度較低地區的云特征研究提供了重要的觀測手段。

FY-4A衛星于2016年12月發射，衛星上同時裝載了輻射成像儀、干涉式大氣垂直儀、閃電成像儀等多臺荷載，在同類衛星中荷載最多，與FY2 衛星相比，其核心載荷的成像性能在光譜通道、時空分辨率等方面有顯著提升［29］，為我國及周邊地區開展天氣預報和災害預警提供了更先進的觀測手段。2021年6月FY-4B衛星發射，與FY-4A衛星組成我國新一代靜止軌道氣象衛星觀測系統，實現雙星組網共同對大氣和云進行高頻次監測。2017年11月15日FY-3D 衛星發射，是中國低軌道下午觀測的主業務衛星，裝載微波溫度計、微波濕度計、紅外高光譜大氣探測儀等10 臺遙感儀器，與FY-3C 衛星形成我國新一代極軌氣象衛星上、下午星組網觀測的業務布局，進一步提高了大氣探測精度和氣象遙感探測能力。

FY系列衛星探測資料已應用在多個領域，如災害性天氣分析與監測、數值預報、氣候變化分析等［30-34］，有研究對FY-4A 衛星反演資料進行了評估及比較，結果表明FY-4A 反演結果與實際觀測結果具有很好的一致性，可以很好地捕捉到上空云層的特征，能夠為氣象云觀測業務提供重要參考［35-38］。

甘肅東部的慶陽地處黃土高原丘陵溝壑區，屬于半濕潤半干旱氣候區，常年降水量為300～600 mm，并由南向北遞減［39］。因地質松軟，保水性能差，水土流失嚴重，加之西北部植被覆蓋率低，土壤涵養水源能力差，干旱成為慶陽主要的自然災害之一［40］。又因慶陽降水時空分布不均勻，海拔高度落差較大，強降水易引發洪澇、山洪、城市內澇等次生災害，影響人民群眾的生命財產安全及社會穩定［41］。2022年7月15日慶陽地區出現特大暴雨，本文利用FY-4 系列靜止衛星和FY-3D 極軌衛星分析此次暴雨事件中云宏微觀特征、云系演變特征和云系發展的大氣環境條件，以期為天氣預報業務人員更好地利用高分辨率衛星數據開展暴雨預報預警服務提供參考。

1 資 料

所用資料為：2022年7月14—15日歐洲中期天氣預報中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts，ECMWF）第五代大氣再分析資料ERA5，包括垂直方向上1000～1 hPa 共37 層等壓面氣象要素和單層要素，空間分辨率為0.25°×0.25°，時間分辨率為1 h，用于天氣尺度背景分析；隴東及其周邊地區自動氣象觀測站小時降水數據，由天擎氣象大數據云平臺提供；FY-4A 及FY-4B 衛星的多通道掃描成像輻射計（advanced geostationary radiation imager，AGRI）產品數據、以及FY-3D 衛星微波濕度計（micro-wave humidity sounder，MWHS）和微波溫度計（micro-wave temperature sounder，MWTS）融合產品（表1），由風云衛星遙感數據服務網（http：//satellite.nsmc.org.cn）提供。

表1 衛星數據簡介Tab.1 Introduction to the satellite data

FY-4A 衛星根據云的微物理結構和熱力學性質，利用不同類型和相態的云在不同通道的有效吸收光學厚度比不同，反演形成云頂類型，包括暖（液態）水云（water）、過冷水云（supercooled）、混合云（mixed）、不透明冰云（ice）、卷云（cirrus，即半透明冰云）和多層云（overlap，即上層為半透明、下部為不透明）；利用AGRI 的2 個紅外窗區和1 個CO2吸收通道，結合數值預報資料，通過最優估計的迭代計算，生成云頂高度實時產品［35］。

多通道RGB 合成圖能以不同顏色的形式有針對性地突出對流系統、冷暖氣團、云粒子相態等屬性［42］。FY-4B 衛星夜間微物理圖像使用紅外（infrared，IR）通道合成，不依賴于太陽輻射，用于夜間云特性分析；白天微物理圖像使用水汽（water vapor，WV）、紅外、可見光（visible light，VIS）及近紅外通道（near infrared，NIR）合成，強風暴圖像使用可見光及紅外通道（表2）。

表2 FY-4B衛星多通道RGB組合Tab.2 The multi-channel RGB combination from FY-4B satellite

FY-3D 衛星于2022年7月15日01：43（北京時，下同）過境，MWHS/MWTS 融合產品提供了大氣溫濕廓線、穩定度指數等參數，溫濕廓線在垂直方向上自0.10～1013.25 hPa共43層。

文中附圖涉及的地圖基于國家測繪地理信息局標準地圖服務網站下載的審圖號為 GS（2019）1697號的中國地圖制作，底圖無修改。

2 暴雨過程及環流形勢分析

2.1 暴雨過程概況

2022年7月14日20：00至15日20：00，甘肅省慶陽市出現暴雨天氣過程（圖1），其中慶城縣、華池縣共有5站出現特大暴雨，慶城縣翟家河站24 h累計降水量373.2 mm，突破建站以來日降水量歷史極值。另外，慶陽市共計出現115 站次短時強降水（雨強≥20 mm·h-1），最大小時降水量出現在15日04：00—05：00慶城馬嶺站，達84.9 mm。選取翟家河、馬嶺、桐川、太陽、固城5個地理位置、降水量級、降水時間不同的區域站作為代表性站點，上述站點14日20：00 至15日20：00 24 h 累計降水量分別為373.2、200.3、153.8、115.0、53.0 mm，分別為特大暴雨（翟家河）、大暴雨（馬嶺、桐川、太陽）、暴雨（固城）量級。

圖1 2022年7月14日20：00至15日20：00隴東及其周邊地區24 h累計降水量空間分布（單位：mm）（黑色五角星為5個區域站地理位置。下同）Fig.1 The spatial distribution of 24 h cumulative precipitation from 20：00 BST on 14 to 20：00 BST on 15 July 2022 in Eastern Gansu and its surrounding areas （Unit：mm）（The black pentagram for 5 regional stations geography location.the same as below）

2.2 環流形勢

7月15日02：00 500 hPa 高空圖［圖2（a）］上，5880 gpm 線北端凸起至甘肅南部，甘肅隴東位于凸起部分西側，700 hPa暖性低渦（壓）在甘肅隴東西側及甘肅中部偏北一帶維持，穩定少動［圖2（c）］，其西北側的西南氣流處于增強趨勢，慶陽地區具有強水汽輸送和偏南急流的動力擾動條件。低層偏南急流對對流穩定維持，甚至對流系統的觸發具有重要作用。海平面氣壓圖［圖3（a）］上，低壓穩定在寧夏西北部，冷鋒東移緩慢，高壓中心位于慶陽東北部，此配置利于高壓底部的偏東氣流和低壓前部的偏西氣流在慶陽地區輻合，地面輻合線是對流初始發展觸發條件之一。

7月15日14：00 500 hPa 副熱帶高壓穩定維持［圖2（b）］，隴東地區位于5880 gpm 線西北側，高空鋒區東移南壓至甘肅河西地區，700 hPa偏北風增大并伴有冷平流［圖2（d）］，與減弱的西南氣流在寧夏東部至甘肅中部形成切變線。與02：00相比，14：00有明顯冷空氣影響，地面冷鋒推進至慶陽西部至甘肅中部偏北一帶［圖3（b）］。

圖2 2022年7月15日02：00（a、c）、14：00（b、d）500 hPa位勢高度場（黑色等值線，單位：gpm）及溫度場（紅色等值線，單位：℃）（a、b），700 hPa風場（風矢量，單位：m·s-1）及溫度場（紅色等值線，單位：℃）（c、d）Fig.2 The geopotential height field （black isolines，Unit：gpm） and temperature field （red isolines，Unit：℃） at 500 hPa（a，b），wind field （wind vectors，Unit：m·s-1） and temperature field （red isolines，Unit：℃） at 700 hPa （c，d）at 02：00 BST （a，c） and 14：00 BST （b，d） on 15 July 2022

圖3 2022年7月15日02：00（a）、14：00（b）海平面氣壓場（單位：hPa）Fig.3 Sea-level pressure field （Unit：hPa） at 02：00 BST （a） and 14：00 BST （b） on 15 July 2022

以上分析表明，此次特大暴雨發生在副熱帶高壓持續西伸北抬的天氣背景下，主要分為2 個性質不同的降水階段。15日00：00—12：00，降水過程中無高原槽和西風槽配合，強降水發生在5880 gpm 線西北側西南氣流中、700 hPa低渦東南象限暖濕輸送帶、地面冷鋒前暖區內，距冷鋒250 km 左右，天氣尺度斜壓強迫弱，屬于典型的暖區暴雨；15日14：00—20：00，受冷空氣影響，地面冷鋒東移影響慶陽，鋒前劇烈的抬升作用，配合副熱帶高壓外圍高能高濕的環境條件，觸發對流，為鋒面降水階段。

3 暴雨云系宏微觀特征

3.1 宏觀特征

云的宏觀特征與云降水條件、降水機制、降水效率等關系密切，且云宏觀結構的變化先于降水變化［43］。圖4為7月15日不同降水階段云頂類型分布，暖區降水階段，15日00：00，慶陽北部γ中尺度對流云團新生時為過冷水云，下一時次迅速向上發展為不透明冰云，并逐漸發展擴大，邊緣為過冷水云、混合云及多層云，中間為不透明冰云；暖區降水階段結束時（15日13：00），不透明冰云消散，表現為大片混合云與多層云，隨時間逐漸由大片混合云與多層云演變為不連續的過冷水云。鋒面降水階段（15日17：00），對流云團發展為中尺度對流系統（mesoscale convective system，MCS），云團主體為大范圍的不透明冰云，邊緣為多層云，上風方向逐漸向混合云及過冷水云過渡，下風方向則逐漸由多層云轉為卷云。

圖4 2022年7月15日00：00—17：00 FY-4A衛星云頂類型分布Fig.4 The distribution of cloud types from FY-4A satellite from 00：00 BST to 17：00 BST on 15 July 2022

短時強降水主要發生在不透明冰云覆蓋的區域內，不透明冰云覆蓋面積在一定程度上表現出云團發生發展的情況，間接反映云內上升運動較強，云頂較高。云頂高度產品也證實了這一點，當云頂類型為過冷水云時，云頂高度在8～10 km 左右，暖區降水階段中，慶陽北部對流云新生時云頂高度已達12 km，14日05：00 云團中心發展至20 km 以上［圖5（a）］，17：00 MCS 主體云頂高度均在14 km 以上，中心接近20 km［圖5（b）］，結合云頂類型，發生強降水的不透明冰云云頂高度大于14 km。

圖5 2022年7月15日05：00（a）、17：00（b）FY-4A衛星云頂高度分布（單位：km）Fig.5 The distribution of cloud top height from FY-4A satellite at 05：00 BST （a） and 17：00 BST （b） on 15 July 2022 （Unit：km）

3.2 微物理特征

15日01：00 新生的對流云團主體為厚冰云，四周分布為厚中層云［圖6（a）］，與周圍環境對比明顯，隨著對流云團的合并發展，05：00 暴雨云團發展為冷厚冰云［圖6（b）］。從翟家河站（107.62°E，36.08°N）緯度-時間［圖6（c）］和經度-時間［圖6（d）］剖面來看，暴雨云團自邊緣向中心依次為厚中層云、厚冰云、冷厚冰云，隨時間變化，云團主體由冷厚冰云構成且范圍逐漸擴大，向北發展并維持3 h以上。

圖6 2022年7月15日01：00（a）、05：00（b）FY-4B衛星夜間微物理圖像及沿翟家河站（107.62°E，36.08°N）的緯度-時間（c，沿CD線段）和經度-時間（d，沿AB線段）剖面（白色五角星為5個區域站地理位置）Fig.6 The microphysical image at nighttime from FY-4B satellite at 01：00 BST （a） and 05：00 BST （b） on 15 July 2022，andthe latitude-time （c，along CD line segment） and longitude-time （d，along AB line segment） cross section along Zhaijiahe station （107.62°E，36.08°N）（The white pentagram for 5 regional stations geography location）

日出之后利用FY-4B衛星強風暴圖像產品及白天微物理圖像產品分析云團特性，7月15日08：00強風暴圖像［圖7（a）］顯示，由冷厚冰云構成的暴雨云團為強烈上升積雨云，伴隨強烈上升氣流和劇烈天氣。白天微物理圖像產品（圖8）給出了云的粒徑估計，從剖面［圖8（c）、圖8（d）］來看，暴雨云團邊緣為大粒徑冰云，主體由小粒徑冰云構成。結合圖7與圖8可以看出，深對流層云對應著大粒徑冰云，強烈上升積雨云與小粒徑冰云對應，3 種不同微物理圖像產品在暖區降水時段對同一暴雨云團的特征顯示說明，15日00：00—11：00，主要由小粒徑冰云組成、云體深厚且伴有強烈上升氣流的積雨云在慶陽中東部發展維持，導致該區域持續強降水的發生，之后積雨云面積減小，以深對流層云為主，即云團處于衰減階段。鋒面降水階段，云團微物理特征與暖區降水階段類似，暴雨云團主要由小粒徑冰云組成［圖7（b）、圖8（b）］，周圍分布深對流層云，但影響范圍更廣，云系自西北向東南移動，慶陽先受深對流層云影響，后轉為積雨云，積雨云位置較暖區降水階段偏南。

圖7 2022年7月15日08：00（a）、16：00（b）FY-4B衛星白天強風暴圖像及沿翟家河站（107.62°E，36.08°N）的緯度-時間（c，沿CD線段）和經度-時間（d，沿AB線段）剖面Fig.7 The storm image on daytime from FY-4B satellite at 08：00 BST （a） and 16：00 BST （b） on 15 July 2022，and the latitude-time （c，along CD line segment） and longitude-time （d，along AB line segment） cross section along Zhaijiahe station （107.62°E，36.08°N）

圖8 2022年7月15日14：00（a）、16：00（b）FY-4B衛星白天微物理圖像及沿翟家河站（107.62°E，36.08°N）的緯度-時間（c，沿CD線段）和經度-時間（d，沿AB線段）剖面Fig.8 The microphysical image in the daytime from FY-4B satellite at 14：00 BST （a） and 16：00 BST （b） on 15 July 2022，and the latitude-time （c，along CD line segment） and longitude-time （d，along AB line segment） cross section along Zhaijiahe station （107.62°E，36.08°N）

4 暴雨云系演變特征

云頂相當黑體亮溫（black body temperature，TBB）是反映云團發展強弱的重要特征量之一［32］，圖9為2022年7月15日01：00—19：00 FY-4A 衛星TBB 分布及小時雨強?？梢钥闯?，15日01：00 慶陽市中部有2 個孤立的γ中尺度對流云團生成（a1、a2），a1 云團的TBB 低值中心接近210 K，a2 約為220 K，云頂向上發展旺盛，在其西南側已有短時強降水發生，之后云團不斷發展；02：00 a1、a2云團合并為β中尺度對流云團a3，TBB低值中心約為200 K，云團此時處于垂直發展階段，并隨環境風場緩慢向東北方向移動。移動過程中，a3 云團后部（慶陽市中部）有新的對流云團生成和發展，傳播和移動方向相反，形成后向傳播特征，對流云團不斷經過慶陽中部，云團垂直和水平尺度持續擴大。03：00 之后，對流云團a3 不斷發展并影響整個慶陽東部，強降水始終出現在對流云團的后部，且TBB 梯度較大處。對流云團的持續影響導致慶陽中部多個時次出現短時強降水，特別是50 mm·h-1以上的強降水，進而導致了特大暴雨的發生。11：00 之后云團逐漸減弱，結構趨于松散，暖區降水階段結束。

圖9 2022年7月15日01：00—19：00 FY-4A衛星TBB分布（彩色填色區，單位：K）及小時雨強（彩色圓點，單位：mm·h-1）Fig.9 The TBB distribution （color shaded areas，Unit：K） and hourly precipitation intensity （color dots，Unit：mm·h-1）from 01：00 BST to 19：00 BST on 15 July 2022

15日13：00，受冷空氣影響，六盤山附近及天水北部分別有對流云團a4、a5生成發展，14：00 a5明顯發展增大與a4 合并，在16：00 發展為中尺度對流系統（MCS）a6，且表現出一定帶狀特征，TBB 低值中心近190 K，云團垂直發展十分旺盛，TBB 低于220 K區域明顯加大，自慶陽南部延申至隴南北部，強降水始終出現在云團移動方向前側，并且也呈帶狀分布。此云團為鋒面帶狀云系中的對流云團，隨著冷空氣向東南方向緩慢推進，云團不斷發展，至19：00云團出現4 個TBB≤190 K 的低值中心，云團北部TBB 低于210 K 范圍明顯增大，覆蓋慶陽南部。在云團東南側由于鋒前劇烈的抬升作用，配合副熱帶高壓外圍高能高濕的環境條件，造成大范圍短時強降水的出現，該云團主要影響慶陽南部，對慶陽中部極端特大暴雨的發生貢獻較小。

綜上所述，暖區對流降水階段，降水云團近似橢圓形，尺度較小，僅影響慶陽地區，強降水位于對流云團移動方向的后部；鋒面降水階段，降水云團為多個云團合并而成的MCS，表現出帶狀特征，強降水位于MCS移動方向的前側。

從5 個代表性站點降水及TBB 時間演變來看（圖10），強降水主要出現在15日凌晨，翟家河及馬嶺站在降水初期即出現80 mm·h-1以上的強降水，強降水發生前TBB 迅速下降（自280 K 下降至210 K左右），強上升運動使云旺盛發展，較低的TBB 維持5 h 以上，且翟家河站TBB 表現出持續下降趨勢，最低達到190 K。在低TBB維持或TBB持續下降期間，翟家河及馬嶺站連續多個時次出現50 mm·h-1以上強降水，云內上升運動強盛，深對流云并未因為強降水的發生而迅速消亡，特大暴雨主要由強對流導致的連續多個時次短時強降水貢獻而成。TBB 升高后，降水減弱，15日下午再次下降，但TBB 高于前一階段，降水以10 mm·h-1以下強度為主。桐川、太陽2站的主要降水也主要出現在15日凌晨，伴有TBB 的迅速下降，但在出現短時強降水后TBB 升高，沒有出現低TBB 維持或TBB 持續下降，之后TBB 波動緩慢下降，降水轉為穩定性降水。固城站降水出現在15日下午，1 h 降水量大于70 mm，強降水前TBB 自280 K 下降至200 K 左右。降水與TBB 及其變化的關系密切，強降水發生前TBB迅速下降，表明了深對流云的旺盛發展；低TBB 對應強降水，若TBB 持續較低，表明強對流活動維持，強降水持續時間長。

圖10 2022年7月14日22：00至15日20：00慶陽不同站點TBB及降水量逐時變化Fig.10 The hourly variation of TBB and precipitation at different stations in Qingyang from 22：00 BST 14 to 20：00 BST 15 July 2022

5 云系發展的大氣環境條件

水汽是降水云團發生、發展及維持不可缺少的環境要素，從15日04：00 FY-4A 衛星水汽產品（圖略）可以看出，慶陽北部的水汽分布較甘肅其他地方明顯，邊界層水汽在2 g·kg-1左右，中層略高于邊界層，在2～3 g·kg-1，高層與邊界層水汽含量接近，大氣整層水汽含量為7～8 g·kg-1，表明此次暴雨過程中水汽主要分布在中層，而邊界層水汽含量相對較小，這可能與700 hPa低空急流輸送水汽有關。

FY-3D 衛星于7月15日01：43 在慶陽過境，臨近強降水發生時段。K指數反映大氣的層結穩定情況，K指數越大，層結越不穩定，且K指數側重反映了對流層中下層的濕度廓線，濕度越大，K指數越大［44］。從K指數來看［圖11（a）］，隴東大片區域K指數達到40以上，慶陽中部在30～40。LI為負時，值越小，表示大氣越不穩定，LI負值區與K指數大值區范圍一致，慶陽地區LI為-2～-5［圖11（b）］。說明強降水發生前大氣處于不穩定狀態，在一定的抬升觸發條件配合下，易發生強對流活動。

圖11 2022年7月15日01：43 FY-3D衛星獲取的K指數（a）、LI（b）Fig.11 The K index （a） and LI （b） from FY-3D satellite at 01：43 BST on 15 July 2022

熱力及水汽條件的垂直分布是決定大氣穩定度的主要因素，影響對流云團的發展及降水性質［45-47］。為進一步分析強降水發生前局地熱力、水汽及不穩定條件的差異，選取降水量級、降水時段差異明顯的翟家河、太陽及固城3 站，基于FY-3D衛星資料分析大氣溫度、比濕垂直分布［圖12（a）、圖12（b）］，可以看出，3 站在800 hPa 以上溫度廓線相似，邊界層內太陽站存在逆溫，由于14日午后到夜間陜北—慶陽東北部低層有弱冷空氣侵入，地面切變線觸發對流性降水導致邊界層溫度下降從而出現逆溫；而慶陽中部及南部始終為暖區控制，對流層中上層無明顯冷平流，3 個站點800～500 hPa 溫度垂直遞減率大致在6 ℃·km-1以下［圖12（a）］，與濕絕熱遞減率接近，溫度層結特征不利于熱力不穩定發展。

為進一步判別是否存在對流不穩定，根據FY-3D 衛星反演的溫度、比濕及氣壓資料計算假相當位溫（θse）垂直廓線［圖12（c）］，θse垂直遞減率小于0時表示大氣層結為對流不穩定。15日凌晨隴東地區有低空急流建立，受急流輸送及輻合影響對流層中低層增濕增溫，翟家河、太陽站800～600 hPa 高度有明顯濕層［圖12（b）］，中高層相對較干，上干下濕的大氣層結有利于對流天氣的發生，θse的增大使對流層低層對流不穩定度增加［圖12（c）］。翟家河、太陽站主要降水時段為15日凌晨，均為暖區降水，濕度廓線形態相似，但絕對濕度差異明顯，翟家河站低層比濕大于15 g·kg-1，太陽站比濕為7 g·kg-1左右，700～600 hPa翟家河與太陽站θse均隨高度減小，表現出淺層的對流不穩定特征，但翟家河站θse及θse垂直遞減率均明顯大于太陽站［圖12（c）］，對流不穩定條件明顯優于太陽站。在溫度垂直分布接近的條件下，更顯著的低層濕度形成更明顯的對流不穩定，慶陽中部與南部低層濕度的差異造成了不穩定條件及降水量級的差異。固城站強降水時段為15日下午，屬于鋒面降水，15日凌晨雖受低空急流影響，但不存在低層偏南氣流輻合，即不存在上升氣流驅動的濕層構建過程，因此水汽、不穩定和動力條件不足，在15日凌晨難以形成較強降水。

圖12 2022年7月15日01：43 FY-3D衛星反演溫度（a）、比濕（b）及假相當位溫（c）垂直廓線Fig.12 The vertical profile of temperature （a） and specific humidity （b） retrieved by FY-3D satellite and pseudo potentialtemperature vertical profile （c） at 01：43 BST on 15 July 2022

綜上所述，FY-3D 衛星提供的大氣環境條件垂直觀測數據，能夠明確區分不同地區大氣環境條件的差異，對降水中心的界定具有一定指示意義。

6 結論與討論

利用FY-4A、FY-4B 衛星多通道掃描成像輻射計（AGRI）產品數據，以及FY-3D 微波濕度計（MWHS）和微波溫度計（MWTS）融合產品，結合區域站小時降水資料，分析了2022年7月15日隴東特大暴雨事件的云宏微觀特征、云系演變特征及云系發展的大氣環境條件。結論如下：

（1）此次特大暴雨事件主要分為2 個性質不同的降水階段：15日00：00—12：00 為暖區降水階段，15日14：00—20：00 為鋒面降水階段。不同降水階段暴雨云系宏微觀特征相似：暴雨云系的云頂類型為過冷水云、混合云、不透明冰云和多層云等，發生強降水的云頂類型以不透明冰云為主，云頂高度達14 km 以上；暴雨云系云體深厚，主要由小粒徑冰云組成且伴有強烈上升氣流。

（2）暖區降水階段，對流云團近似為橢圓形，尺度較小，僅影響慶陽地區，強降水出現在云團后部云團新生處，對流云團的持續影響是導致特大暴雨發生的主要原因。鋒面降水階段，降水云團為多個云團合并而成的MCS，表現出帶狀特征，強降水出現在云團移動方向前側，也為帶狀分布。降水與TBB 的關系密切，強降水發生前TBB 迅速下降，TBB低值區降水量級較大、降水強度較強。

（3）強降水前表現出淺層對流不穩定的特征，中低層強烈增濕是對流不穩定發展的主要原因，慶陽中部與南部低層絕對濕度的差異造成了不穩定條件及降水量級的差異。

FY-4 系列衛星產品能夠在一定程度上反映此次極端暴雨天氣過程云團演變規律及宏微觀特征，與降水特征對應較好。但FY-4 系列衛星產品的效果還需進一步驗證，從大氣環境條件來看FY-4A 水汽產品明顯偏小，在暴雨云團中心區域偏小程度更明顯，可能是由于降水云團較為深厚而導致的偏差。此外，FY-4 系列衛星云微物理產品較少，未來可利用該資料進一步反演云光學厚度、云有效粒子半徑等云微物理參數。

另外，FY-4A 干涉式大氣垂直儀（geostationary interferometric infrared sounder，GIIRS）對溫度的反演結果顯示（圖略），強降水發生前的溫度廓線形態與圖12（a）相似，但整層溫度在260 K 以下，溫度值明顯偏??；強降水發生時段，600 hPa 以下大氣溫度垂直遞減率超過干絕熱遞減率，這在實際大氣中難以發生。GIIRS 在此次暴雨過程中對溫度的反演結果有一定誤差，特別是在強降水發生時段，這可能與GIIRS 反演的溫度廓線來自紅外波段，而紅外波穿透云層的能力較差有關，在深對流云系統活動發生時，云內及云下溫度的精度相對較低［48］，需經過訂正后使用。

FY-3D極軌衛星也可以獲得降水系統的溫濕垂直分布特征，能夠明確區分不同地區大氣環境條件的差異，對降水中心的界定具有指示意義。但極軌衛星時間分辨率低，無法得到連續的探測結果，暴雨過程的強降水時段僅有1 顆FY-3 系列極軌衛星過境。毋庸置疑的是，不同系列靜止衛星與極軌衛星觀測的互補使用，可以為地基觀測覆蓋度較低地區暴雨事件的高時空分辨率監測預警提供技術途徑，也是本研究下一步需要繼續深入開展的工作。