中低纬山地气象
Mid-low Latitude Mountain Meteorology Vol.45Nu1 Feb,2021
第45卷第1期
2021年2月
文章编号：2296-5389(2021)21-0021-28
FY-2卫星黑体亮温TBB与黔西南短时强降水的关系王芬1王文勇2，刘相1，范倩1杜小玲8，池再香4 (1.贵州省黔西南布依族苗族自治州气象局，贵州兴义552202；.贵州省安龙县气象局，贵州安龙55240。；
3.贵州省气象台，贵州贵阳555022;4，贵州省六盘水市气象局，贵州六盘水55300。)
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扌商要：该文利用黔西南9个县级气象观测站2026—2216短时强降水个例及FY-2卫星黑体亮温TBB资料，分析短时强降水发生前2个时次、后2个时次以及发生时共5个时次的黑体亮温、黑体亮温增量与短时强降水的关系。结果表明:①在短时强降水发生前、后，黑体亮温先降后升，呈现明显的单谷结构；各时次黑体亮温与短时强降水均为负相关，其中TBB+2与短时强降水负相关最好;TBB_i与雨强2。~39.9mr^h的负相关最好,TBB+2与44~62mm/h的负相关最好；秋季黑体亮温与短时强降水的负相关最好，春季最差;②短时强降水发生前6h、后6h、后2h的亮温增量近似服从正态分布；短时强降水发生前、后亮温增量随零线有从左到右逐步右移的趋势，其中强降水发生前2h平均负增量占76.5%，强降水发生后2h正增量占92.1%；To与22~39.9mm/h的负相关最好,T.与4-62mmh的负相关最好;③短时强降水前、后各时次黑体亮温随年份具有增加的趋势，其中TBB+i、TBB+2的变率最大;3月发生短时强降水时黑体亮温最高,6月最低，呈现明显的单谷结构；TBB_2、TBB_i日变化较大,TBB、TBB+2、TBB+i日变化平稳，高值时段集中在16—17时，次日04时为最低;④各观测站5个时次平均黑体亮温与短时强降水均为负相关，其中贞丰站相关最为显著，仅有贞丰、望谟通过了a=0.05的检验；与其它观测站相比，贞丰站TBB-.TBB.TBB^.TBB^与短时强降水的负相关均为最好，望谟站5个时次的黑体亮温与短时强降水均为显著负相关。
关键词:FY-2；黑体亮温TBB；短时强降水；黔西南
中图分类号:P414.4；P422.6文献标识码:A
The Relationship between FY-2TBB and Short-term
Heavy Rainfall io Qianxioan
WANG Fee1,WANG Wenyony2,LIU Xiang1,FAN Qian1,DU Xiaoliny8,CHI Zaixiany4
(1.The Meteorologicai Bdrean of Qianxinnn Pofntuo,Xinyyi552402,Chinn；2.Anlony Meteorologicai Bdrean
of Guizhou Proviyca,Anlony552400,Chiny；3.Guizhou Meteorologicai Observatoiy,Guiyany550002,Chiny;
4.Liupmshui Metearologicai Burean of Guizhon Proviyca,Liupmshui553800,Chiny)
Abstract:The short-time heeyy rainfali cases from2206te2216any tie TBB eatu from FY-2wero usee te analyze the relationshin betweee TBB value,TBB incoment i C tw。times before shoo-time heevy rainfeli.twr times aftev short一11x0heevy rainfali.0^W iio whe O s hanpeniny.The resuUs show:①The o U vious chlacWVstWs of sinyio Wonph showed up when TBB emsos Omt anf then V sos when heavy rainfali occaie.The short-time heavy rainfal is neaativeia covelatef witli TBB v W och time,TBB+2hns W o highest nefativa cavelation wit heavy rainfaH.Heavy rainfalO vt W o level of22te38.4mn^h hvs W o0X260nefativy covelation wit TBB_[.Heavy rainfan vt W o level V4te60mn^h hvt W o highest nefativy cavelation witli TBB+2.The cavelation coefficient betWeen TBB nd heavy rainfal is siynificant in antumn,Wo covelation increasef in speriy.
②丁2、3、4mcremento dppvvimdWiy oUef normaO eistriOution.The TBB mcrement wif aranualia shift W Wo Oght
收稿日期：2020-06-22
第一作者简介：王芬(1977—)，女，硕士，副高，主要从事灾害性天气机理及短期气候变化研究,E-manl043006353@qq.am。资助项目：贵州省科技厅项目(黔科合基础[2016]1139)：基于FY-2E卫星TBB资料的短时强降水估测方法研究；中国气象局预报员专项(CMAYBYZH-065)：卫星TBB资料在短时强降水中的定量研究。
中低纬山地气象
Mid-low Latitude Mountain Meteorology45卷第1期2021年2月
aloug tie zero line when heevy rainfall occurs.The averaae TBB neeative incremeei tuu hours before heevy rainfall occurs accountef Os71.5%.The averaye TBB+2positive incremeei two hours afteo tie occurreecc acccunis foe82.1%.Heevy rainfall ai tie lei of22te39.9m^mh has tie highest neeative correlatiou witU T4. Heevy rainfall at the levd of40to60mm/h has the highest neeative cou'elatiou with T1.③The anneal increesinn treeC was showed by The TBB of ech time before ann aftea heeve
rainfal.Among them,TBB+1md TBB+.have the highest vyrianinty.The TBB vylne wat th highest when heeve rainfall0(x^0in Mach,reacUeV U c lowest vylne in June,stowinn distinct sinnle velley characteristict.The daily veriatiou of TBB anf TBB_[is maraef anf the peal^110is high.The daily veriatiou of TBB,TBB+.anf TBB+i ara relatively su CI v,the high elr perioU it rourhly conceatrated at13te17ocloch ,anf fell te the lowest at04oclocC.④The1/010TBB^010of ave in2county stations is neeatively con^elated with hewe rainfall,the cocelation coealcient of Zheafenn Station is the most significont amonf2county stWons.Only Zheafeae wf Wanfmo station pysl the test ofa=0.95.The cocelatiou coefficieats betueea TBB_[,TBB、TBB+[,TBB+.anf she-tirne hewe rainfall of Zheafoue Station we the highest.The five times of TBB velne at Wwemo Station we significontly neeatively cocelatee with she-tine hewe rainfall.
Key words:FY-2 ；blacO body temperatnre;slioe-hrne hewe rainfall;Qianxinan
0引言
近年来卫星资料在天气预报、气候监测预测、自然灾害监测等方面都得到广泛应用。相当黑体亮度温度（Black Body Temperatnre，缩写TBB）是云系的数字化处理产品之一，根据TBB的演变可推断天气系统的强度及变化，其温度高低与对流发展有密切关系，估测降水也一直是广大气象工作者和研究人员关注的热点之一
国内外气象专家针对TBB在气象上的应用进行了大量研究,Adler[9]等应用一维云模式建立云顶亮温与降水率、降水面积之间的关系；Goldenferg⑷等应用一维云模式方法进行MONEX试验期间降水估计；Li[5W建立云顶亮温与降水量、降水面积之间的关系；卢乃4[6]等应用MS24红外资料分析云顶亮温与云的降水强度之间的关系；王华荣切等分析发现基于FY-2C静止卫星1h内最低红外亮温和亮温增量来估算四川地面1h降水是可行的。这些研究为卫星资料的应用打下了一定的基础，但在具有复杂下垫面的黔西南,TBB低值区与雨强的对应关系、其突然增大或减小时对应地面降水的变化、TBB数值大小或是梯度变化与雨强之间的数学关系等，这些都是目前基础业务未能解决的问题，本文利用2006—2016短时强降水个例及FY-2系列黑体亮温资料，在区分降水强度的前提下，分析了短时强降水发生前、后5个时次黑体亮温、黑体亮温增量与短时强降水的定性关系，统计强降水发生前后黑体亮温多时间尺度特征，并就黑体亮温与短时强降水关系的空间差异性进行探讨。
1资料与方法
FY-2卫星黑体亮温TBB资料来自国家卫星气象中心，网址为http：///NSMC/ Home/Infex.html。
根据业务规定及有关文献记载，定义1h地面累积降水为雨强，单位mm/h，如07—02时地面累积降水定为02时强降水，中央气象台将1h降水量M22mm记为短时强降水，根据此标准，本文将短时强降水
分为9个等级：20mm W雨强＜39.9mm、44mm W雨强W66mm、雨强＞66mm。由于黑体亮温TBB资料只有逐小时整点资料，本文研究对象为短时强降水发生前2h（记为TBB_2，下同）、前1h （记为TBB_1，下同）、发生时（记为TBB，下同）、发生后1h（记为TBB+1，下同）及强降水发生后2h （记为TBB+2，下同）的黑体亮温，即一个短时强降水个例共取前、后共5个时次的TBB值，如降水为02时降水，则TBB_2、TBB_3、TBB、TBB+3、TBB+2分别对应的是06、07、08、09、16时的TBB值。
由于资料不全,2006—2016年统计到的569次短时强降水（以下简称“强降水”）过程中，有508次完整收集到了前、后5个时次黑体亮温资料，其中雨强22-39.9mm/h个例441个,44~59.9mm/h个例63个,60mm/h以上个例4个。具体分布情况为：兴义49个，晴隆75个，普安5。个，兴仁63个，安龙58个，贞丰56个，册亨77个，望谟82个。
-2-
Vna145Nn11王芬，等:FY-2卫星黑体亮温TBB与黔西南短时强降水的关系
2各时次TBB与强降水的关系
2.1各时次TBB与强降水的相关性
分别对强降水发生前、后5个时次黑体亮温与强降水求相关(表1)由表1看出，各时次黑体亮温与强降水均为显著负相关，即黑体亮温值愈小对应的强降水愈强，相关系数在-0.16~-0.92之间，其中TBB+2与强降水负相关最好(-0.2)，其次为TBB-,-0.18)，而强降水对应时刻相关最差(-0.16)0各时次黑体亮温与22~39.9mm/h强降水均为负相关，相关在-0.11~-0.15之间，其中TBB-与强降水负相关最好(-0.15)，其次为TBB+2(-0.14)。各时次黑体亮温与4~60mm/h 强降水均为负相关，其中TBB+2与强降水负相关最好(-0.21)，其次为TBB(-0.15)。
表1各时次黑体亮温与强降水的相关系数
Tab.6Correlation coefficient betWeen heavy precipitation and TBB
2mc喷淋洗眼器TBB2TBB-TBB TBB+1TBB+2所有短时强降水-0117***-2,6***-2,16…-2,17***-0120*** 22〜39.9mmh-0111**-2,15…-0111**-0111**-0114*** 42〜62mmh0103-2.26-2.15-0114-0121*注:*表示通过0.1显著性检验,**表示通过a二0.05显著性检验表示通过a二0.01显著性检验，下同。
在区分春季、夏季、秋季的前提下，对二者的相关性进行探讨，结果显示(表2)，春季与全年相比，其相关性比年明显差，其中TBB+2与强降水负相关最好(-0.17)，其余4个时次的相关性均未能通过信度检验。春季往往西南急流加强，上升运动较强，上冲云顶高度高、温度低，但是水汽含量不足，且在较高的高度时以冰晶雪花为主，再结合有利的0七及-22°C高度，降落到地面时有时表现为冰雹，这可能
是春季二者相关变差的主要原因之一。夏季的相关系数与全年的相比，除强降水发生时二者的相关较之全年的-0.16低011，其余一致。秋季与春、夏相比负相关明显变好，其中TBB一2、TBB一-TBB与强降水显著负相关,TBB一1负相关最好(－0141)。
表2不同季节相关系数对比
Tab.4Comparison of correlatiou coefficient in diOerect seasons
级别TBB2TBB-TBB TBB+1TBB+2全短时强降水－0117***-019***-016***-017***-0120***
春季－0113
-010.-2,11-014-017*
夏季－0117
***-019***-017***-017***-0120***秋季-2,35**-014**-0132*-0124-0122
2.2强降水发生前、后各时次黑体亮温与雨强的关系
图1给出508个短时强降水个例与前、后5个时次黑体亮温TBB散点图，并进行拟合。结果显示，短时
强降水发生时(图1)，黑体亮温值在189 ~287K之间，平均值219K。强降水发生前1h(图lb)，其黑体亮温值在189~296K之间，平均值223K。强降水发生前2h(图1c)，黑体亮温值在189-262K之间，其平均值继续增大为235K。强降水发生后1h(图Id)，黑体亮温值在189~295K 之间，平均值223K o强降水发生后2h(图1e)，黑体亮温值在189~295K之间，平均值222K。拟合结果显示，黑体亮温与强降水基本为反位相变化，即随着黑体亮温值的减少，强降水有增强的趋势，且这种趋势在另外几个时次黑体亮温中也有较为的体现。5个时次黑体亮温与强降水的率分别为：-0.5。、-0.53、-0.54、-0.57、-0.69，其中TBB+2线性减少趋势最为明显。
发生20-39.6mm/h强降水时各时次平均黑体亮温为：236K(TBB_2)、224K(TBB_1)、220K (TBB)、224K(TBB+1)、230K(TBB+2)，拟合斜率分别为：-0.63、-0.72、-0.51、-0.53、-0.73。发生4~66mm/h强降水时黑体亮温分别为：227K(TBB_2),216K(TBB_6)、213K(TBB)、215K (TBB+1)、221K(TBB+2)，拟合斜率分别为：0.15、-0.29、-0.95、-0.14、-1.11。近11a来黔西南共发生过66mm/h以上强降水4次，各时次黑体亮温平均为：224K(TBB_2),222K(TBB_1)、222K (TBB)、222K(TBB+6)、224K(TBB+2)，即发生66mm/h以上的强降水时，各时次黑体亮温较之其它两个级别的明显降低，但是各时次之间黑体亮温变化不明显。
-3-
中低纬山地气象
Mid一low Latitude Monutain Meteorology
2221年2月45卷第1期
180-
短时强降水与对应TBB散点图
=b TBB
八』「一二嬲耘(a)
............
20304050607080
雨强/(mm/h)
o
o
o
o
o
o
o
8
6
4
2
8
3
2
2
2
2
2
1
短时强降水与前一时次TBB散点图
o o
____“Q..
b TBLj
-线性拟合
o°—
—四次项拟合
o o O0
站％
---------
八；10°扌O0
2030K)50607080
雨强/(mm/h)
00
80
60
40
20
00
80
3
2
数据库探针2
2
2
2
1
短时强降水与前两时次TBB散点图
20304050607()SO
雨强/(mm/h) 300
短时强降水与后一时次TBB散点图
180-玉米芯烘干机
200-
280-
y
M
a
H
260
240
220-
20304050607080
雨强/(mm/h)
短时强降水与后两时次TBB散点图
2030-1050607080
雨强/(mm/h)
图1强降水与各时次TBB散点图及拟合(h TBB,b.TBB_1,c.TBB-,d.TBB^,v.TBB+2)
Fig.2Scattve plot and fittiny of heevy precipitation anf TBB
分析强降水发生前、后5个时次黑体亮温平均（图2），结果显示，在强降水发生前后，黑体亮温先降
低再升高，呈现明显的单谷结构，二次：合B1值为-22，复相关系数为2.55o在强降水i 前2h黑体亮温最高，平均235K，随后云顶不断上,，黑体亮温不断下降，在强降水发生前1h降为223K，降幅为12K，随后强降水发生，云系发最强 ，上顶达到最高，黑体亮温降到最低，平均为215K，降幅为4K，在强降水结束后1h黑体亮温升高，平均223K，与上一时次相比，升幅为4K，此时上升气流减弱，云顶：开下降，云系减，在强降水结束后2h，黑体亮温升咼，平均229K，与强降水发生时刻相，平均升幅为5K o
TBB TBB+1TBB+2
TBB2TBB i
图2强降水发生前后时刻TBB平均值Fig.2TBB averavv of before and aftoe heevy precipitation 2.3TBB增量与雨强的关系
伤流液
为更好强降水发生前后云系生，引
华荣⑺：亮温增量的定义：一个时段内的末时刻亮温减时刻亮温，亮温增量为负表示发，为正表示云系减弱。为的生，本文强降水发生时、发生前1h、发生前2h、发生后1h发生后2h的TBB值，并4个亮温增量，与前2个时次相比的增量为T1=TBB-TBB_2，与前1个时次相比的增量为T1=TBB-TBB_1，与后1个时次相比的增量为T3=TBB+1-TBB，与后2个时次相比的增量为T=TBB+2 -TBB。
分析各增量与雨强（图3v）可知，在强降水发生前2h，增量大多为负值，幅度在-82〜64K 之间，平均为-Id K，负增量占所有强降水的71.5%，此时云系处于发。强降水即将发生前1h（图3b），正负增量相间，幅度在-73〜63K 间，此时平均增量，但仍在，平均增量为-3.9K，其中正负增量分别占45.5%、54.3%，此时云系发展到最。强降水发生后1h（图3c），增量从零线
，平均增量为3.5K，幅度在-59〜53K之间，正负增量分别占72.2%,27.5%，云系开始减弱。强降水发生后2h（图34），云系进减弱，增量明显，幅度在-56〜73K之间，平均增量为9.5K，正增量占所有个例的82.1%o
・4
・
Vol. 45 No 1王 芬，等:FY-2卫星黑体亮温TBB 与黔西南短时强降水的关系
-100 -80 -60 -40 -20 0
20 40 60 80
t 2/k
-100 -80 -60 -40 -20
0 20 40 60 80
T/K
t 4/k
图3强降水发生前后亮温增量散点图
Fig. C Scattrr plot of bright temperature incremeat before anf aftre heae pacipitation
从发生频次分析（图略），T 1在0 ~ 1 K 之间最 多，在-10~0K 之间次之，呈现较明显的 结 构，其它频次出现较少。较之T 1,T 2在-10 ~0K
之间出现频次下降，但仍为最多,0~10 K 次之，其
它频次分布较为均匀。丁9在0~10K 之间最多，呈 现明显的单峰结构。丁4在0 ~ 1 K 之间最多,10 ~
20 K 次之。
分析相关系数可知（表略），丁4与强降水的正相
关最高（0.1）, T ］、与强降水为正相关0. 05, T 9与 强降水为负相关-0. 03，其中仅有T 4与强降水的相
关 a=0. 05 的信 。分析 T 、T 2、T 9、T 4
与22 ~ 39. 0 mm/h 的相关可知,T 。与强降水的相关
最高（0. 08）,T 2与强降水的相关次之，且丁2、与
强降水的相关均通过了 a=0. 1的检验，丁9与强降
水的相关最差。分析T 1、T 2、T s 、T 4与44 ~ 60 mmh 的相关可知,T 1与强降水的负相关最高（- 0.21）,
T 2与强降水的相关次之。
3 TBB 时空分布特征
3. 1 TBB 多时间尺度特征
3.1.1年际变化特征 由图4看出，在强降水发生
时，其前后各时次黑体亮温均 份 ，其中
2013年对应各时次黑体亮温最大，TBB 、TBB_1、 TBB_2、TBB + 3、TBB +2值分别为 243 K 、231 K 、228 K 、
231 K 、239 K，当年强降水平均强度为28 mm/h ,
2011 各时次黑体亮温最小，其TBB 、TBB_1、
TBBj'TBB + i 'TBB +z 分别为：225 K 、214 K 、212 K 、
217 K 、225 K，当年强降水平均强度为31.5 mm/h 。
由图4还可以 ，随着时间增长，各时次黑体亮温
均有增长的 ，TBB 、TBB_1、TBB_2、TBB + 1、
TBB +2的变率分别为 0.42 Ka 、0. 21 Ka 、0. 42 K
a 、0. 72 Ka 、0. 72 Ka，其中 TBB+—TBB+2的变率最
大，每10 c 增力口 7.0 K,TBB_1的变化最小，每1 a 增加2. 1 K 。
图4近11 a 强降水发生前后各时次TBB 年际变化
Fig. 4 The TBB intre 一 annual chanaos before anf aftre
the short - hme heavy rainfall in receet 11 years
3. 1.0月变化特征2206—2216年除1月、2月及
1月外，其余月份均有短时强降水发生（图5），不
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