LAPS分析場在一次強對流天氣過程尺度分析中的應用

0 引言

中尺度對流性天氣包括暴雨、雷暴、冰雹、大風、龍卷、下擊暴流等，它們空間尺度為幾千米至幾百千米、時間尺度僅為幾小時到十幾小時，且突發性、局地性強，常對人民的生命財產乃至國民經濟造成巨大的危害(黃永明和倪允琪，2005;池再香等，2007)，對傳統預報分析模式的時空精度是一個極大的挑戰。近年來，雷達、自動站、風廓線和加密探空等資料的不斷應用，在時空精度上填補了傳統觀測手段的不足，為中尺度對流天氣發生發展機制的研究打下了基礎。莊薇等(2010)認為自動站、多普勒雷達及其反演的風場很好地揭示了颮線發生、發展、爆發過程及其回波和風場的空間結構特征。漆梁波等(2006)用多普勒雷達、自動站及風廓線資料研究了颮線發展過程中回波、風場的空間結構。廖曉農等(2008)認為基于探空資料計算得出的大氣穩定度參數等，在冰雹成因分析中具有較好的效果。朱興明等(2010)發現地閃資料、雷達回波和逐小時的FY-2C紅外亮溫資料分別對不同生命史長度的對流活動有較好的反映。近年來，融合多種探測資料特別是中尺度探測資料的分析場，比單一的探測資料更客觀真實，在天氣形勢、降水分析、物理量診斷等方面顯現出越來越明顯的優勢(周后福等，2010)。能融合多種中尺度觀測資料的局地分析預報系統LAPS(local analysis and prediction system)分析場資料，時間分辨率1 h，空間分辨率3 km，能彌補全球和區域模式在時空分辨率上的不足(韓榮青等，2004;黃剛，2006;陳德輝等，2008)，對強對流天氣系統的診斷和預報具有積極作用。

本文首先對2010年8月25日上海強對流天氣過程發生前的天氣尺度背景條件進行概述，并對所使用的LAPS中尺度分析場資料進行檢驗，重點利用LAPS多種觀測資料融合結果，對此次強對流天氣進行動力、水汽和熱力條件的分析，闡述了風暴發展不同階段的結構特征。

1 強對流天氣過程概述及前期天氣背景條件

1.1 強對流天氣實況

2010年8月25日中午至傍晚，上海部分地區出現了冰雹、雷雨大風及短時強降水等強對流天氣。其中短時強降水主要出現在寶山、浦東北部、市區、閔行及松江等地，13:00—16:00(北京時間，下同)3 h累積雨量最大為浦東防汛前線83.2 mm，另有多個站出現了1 h雨量大于50 mm的暴雨，閔行觀測站14:48觀測到最大直徑為15 mm的冰雹，雷雨大風主要出現在崇明、寶山、嘉定、浦東北部及市區北部，以寶山吳淞口28.4 m/s為最大(圖1)。

1.2 天氣尺度環流背景

2010年8月25日08時，200 hPa高度上海處于南亞高壓東側脊線附近，即高空是一個輻散區(圖略)。25日08時(圖2)，500 hPa河套至秦嶺有一短波槽，急流軸位于黃河與長江之間，位置相對于上海較為偏北，上海位于副高脊線北側，受副高控制。850 hPa槽線南側江蘇中部至安徽中南部存在一條西南急流，該急流與上海附近的偏南氣流形成反氣旋式切變。925 hPa上，黃海海域存在一個低壓中心，江蘇北部至安徽中部有一條較為顯著的切變，與其相對應的地面靜止鋒橫跨江蘇南部、安徽南部，上海位于靜止鋒的南側，從風場上看沒有明顯的輻合或切變。大尺度環流背景預示上海有發生雷陣雨天氣的可能，但強對流天氣產生的條件尚不充分。

圖1 2010年8月25日14:00—17:00上海3 h最大陣風分布(a;單位:m/s)和雨量分布(b;單位:mm)Fig.1 The 3-hour(a)gust extreme distribution(m/s)and(b)rainfall distribution(mm)in Shanghai from 14:00 BST to 17:00 BST on August 25，2010

圖2 2010年8月25日08:00天氣尺度分析圖(棕色粗實線為不同高度場的槽線，線上數字表示該槽線所在高度;藍色箭頭為500 hPa顯著流線;藍色粗點劃線為500 hPa副高脊線;棕色箭頭為700 hPa顯著流線;紅色雙實線為700 hPa切變線;灰色雙實線為925 hPa切變線)Fig.2 The synoptic situation of Micaps data at 08:00 BST on August 25，2010 in East China(Thick brown contour lines denote the trough lines and the numbers marked on them denote their heights;blue arrow indicates 500 hPa significant streamlines;thick blue chain dotted line indicates 500 hPa subtropical high ridge line;brown arrow denotes 700 hPa significant streamlines;red double contour line denotes 700 hPa shear line;gray double contour line indicates 925 hPa shear line)

寶山探空站25日08:00的資料(圖略)顯示，風速的垂直切邊并不明顯，500 hPa以下各層風速穩定在4 m/s左右，而切變風暴(颮線、雹暴等)的環境垂直風切變范圍是4.5×10－3～8.0×10－3s－1(陸漢城，2004)。云體低層環境風不強，850 hPa風速只有4 m/s。從地面到200 hPa，風向隨高度順時針轉動，偏轉方向有序，亦有利于切變風暴的形成(莊薇等，2010)。對流有效位能(convective available potential energy，CAPE)不大，約為1 632 J/kg，沙氏指數和K指數也較小。因此，若僅以上述常用指數分析，并不易看出25日中午到傍晚有強對流發生的潛勢。其主要原因在于基準探空站的時間分辨率不高(時間間隔為12 h)，而大氣對流穩定度的時空變化迅速，因此需要具有高時空分辨率的資料進行進一步的分析。

2 局地分析預報系統及資料融合檢驗

2.1 局地分析預報系統

由美國國家海洋大氣管理局下屬的ESRL(Earth System Research Laboratory)研究開發的LAPS(local analysis and prediction system)，是一種具有變分同化功能的數據融合系統，其基礎算法是在背景場基礎上采用距離權重插值得到網格點值，然后對氣溫、氣壓、風的關系采用三維變分進行約束，對垂直水汽分布采用一維變分進行約束等。由于其變分分析只在少數幾個要素間進行，計算量得到有效控制;通過調整權重等參數，可使分析場與觀測實況非常接近(高華等，2010)。

LAPS的開發始于20世紀90年代，發展至今已有十多年。Albers(1995)、Albers et al.(1996)和Birkenheuer(1999)認為LAPS的云分析、溫度分析、風分析等分析結果效果較好，可以為臨近預報提供實時的大氣狀況場，還能作為局地中尺度預報模式的初始化機制。國內已實現LAPS北京、武漢、上海的本地化，并開始嘗試將LAPS應用于中尺度對流性天氣系統的分析和診斷研究(李紅莉等，2008，2009;高華等，2009)，同時與目前流行的其他資料融合系統進行業務應用潛力的對比(高華等，2010)。LAPS分析場產品的應用，不僅能提高多種資料的綜合應用，還有助于分析中尺度天氣系統發生發展的機理，提高天氣預報的時效和準確率。

2.2 研究區域和資料選取

針對2010年8月25日上海強對流天氣過程，選取的LAPS輸出區域為長三角區域，在117.7～124.3°E、28.6～33.7°N范圍以內，格點數201×201，垂直方向為21層。LAPS采用15 km分辨率的WRF區域數值模式建立背景場，生成時間分辨率為1 h、空間分辨率為3 km的分析場。

LAPS分析場所融合的數據具體有:1)常規地面觀測和高密度自動站探測資料。長三角區域內約140個常規觀測站，以及約1 500個自動站的觀測資料。2)探空資料。區域范圍內的7個探空站，分別在上海、南京、杭州、衢縣、洪家、安慶和射陽。3)風廓線資料。上海青浦區風廓線雷達逐30 min資料。4)雷達資料。區域范圍內的6部多普勒天氣雷達，分別在青浦、南匯、南京、杭州、寧波、南通。5)風云衛星資料。風云二號E星的紅外亮溫、紅外分裂窗亮溫、水汽亮溫、中紅外亮溫和可見光反射率五個通道的資料。

2.3 LAPS分析場與觀測實況對比檢驗

將8月25日LAPS輸出的雷達回波產品與對應時刻、高度的上海地區雷達拼圖進行對比，以檢驗LAPS融合雷達資料的效果。15:00，實況觀測資料顯示，在中低空1.5 km高度處(圖3a)，有兩個回波高值區分別位于嘉定—寶山以及閔行南部，中心強度分別高達50 dBZ和55 dBZ，并發展至12 km的高空(圖3b);相應時刻LAPS的850 hPa(約1.5 km)和200 hPa(約12 km)高度場也分別在相應位置存在強度相同的強回波中心(圖3c、3d)，說明LAPS分析場雷達回波能夠反映真實回波情況，是可信的。

將LAPS地面水平風場產品與對應時刻、高度的自動站實況進行對比，以檢驗LAPS風場的質量。從25日11:00的自動站實況可以看到長江口附近、崇明西側存在一個西北風與西南風的弱切變，而LAPS對應時刻的地面風場中也存在西北氣流與西南氣流的弱切變，位置與實況相比略偏北(圖略)。14:00的自動站實況圖上，隨著啟東北部沿海東北氣流不斷向陸地輸送，同時太湖附近偏西氣流增強，上一時次的弱切變得到維持和發展(圖4a)，而LAPS風場中也有較為明顯的氣旋式氣流輻合在崇明西側發展(圖4b)，與實況較為一致，說明LAPS風場質量隨著風速的增大而提高。因此在流場擾動較為明顯的情況下，LAPS資料對實況的反映更為真實。

圖3 2010年8月25日15:00的上海WSR-88D雷達1.5 km高度(a)和12 km高度(b)反射率實況觀測場和LAPS輸出850 hPa(c)、200 hPa(d)雷達反射率因子場(單位:dBZ)Fig.3 The(a)1.5 km and(b)12 km radar reflectivity of Shanghai WSR-88D radar，and the(c)850 hPa and(d)200 hPa radar reflectivity analysis field by LAPS at 15:00 BST on August 25，2010(units:dBZ)

圖4 2010年8月25日地面風場(單位:m/s;粗虛線表示地面切變線)a.14:00地面自動氣象站觀測實況;b.14:00LAPS輸出地面風場Fig.4 Surface wind field(units:m/s)on August 25，2010(thick dash line denotes surface shear line)a.AWS observation of Micaps data at 14:00 BST;b.analysis field at 14:00 BST by LAPS

3 強對流天氣過程的中尺度特征

3.1 回波及風場三維結構

3.1.1 風暴單體水平風場和回波結構

主要分析A、B兩個風暴的動力結構。25日14:00，850 hPa(圖5a)浦東中部有西南氣流與偏南氣流的輻合，并與閔行中南部的輻合運動連接，該輻合線中部生成單體A1，最大回波強度超過50 dBZ。而A1的西南方向有西風和西南風的輻合，有產生新生單體并與A1合并的可能，故風暴影響區域有向西南方向擴大的趨勢。輻合線北端的單體B1東側有較強的東南風，因此B1有向西擴大趨勢。上述輻合線從850 hPa(圖5a)延伸至500 hPa(圖5b)，并隨高度的增加及北側偏西氣流的增強，其北端由南—北走向逐漸轉為東北—西南走向。單體A1強回波(45 dBZ)高度超過500 hPa(約6 km)(圖5b)。

15:00左右，上海中東部地區東南偏南氣流較前一時次顯著加強，而前一時次位于浦東—閔行一線的輻合線分裂成南、北兩部分。南段向西南發展，其上新生單體陸續與A1發生合并加強(圖略)，在閔行南部發展為雹云單體A，其強回波(40 dBZ)發展至200 hPa(圖5f)。北段向西北移動與嘉定、寶山附近的新生輻合線合并，同時在其兩側觸發新對流單體;新生單體與向西發展的單體B1合并加強為B(圖5d、e)。由于這段輻合線較為深厚，延伸至500 hPa，因此單體B的強回波高度在15:00也超過了500 hPa(圖5e)。

3.1.2 風暴單體垂直結構特征

圖6a、b分別為15:00、16:00沿圖5e中直線ab(31.4°N緯線)方向風暴B的垂直剖面(垂直風場為根據實際風場計算得的風暴相對速度場，剔除了風暴移動速度的影響，下同)。

從風暴成熟階段垂直剖面(圖6a)可見，強回波區向下基本接地，向上則已發展至350 hPa附近。在對流單體底層，東南風與西北風在單體西側約121°E發生輻合，兩支氣流交匯處形成略向東傾斜的上升氣流，上升運動從近地面延伸至200 hPa以上。上升氣流區東側氣流在強回波區中上部約400 hPa開始，逐漸轉為偏西氣流，并在降水粒子的拖曳作用下在單體東側形成下沉。上升氣流與下沉氣流在垂直面上構成一個比較完整的、中心位于強回波區中上部約450 hPa處的中尺度環流系統。

16:00風暴進入消散階段(圖6b、c)，前一時次位于強回波區中部的環流中心依然維持，但回波幾乎已徹底消散。底層仍存在東南風與西北風的輻合，在垂直環流西側形成向東傾斜的上升氣流，但上升高度較前一時刻明顯降低，東側最高約到達300 hPa，西側在約550 hPa處即轉為偏西氣流，中高層主要受偏西氣流控制。

圖7為單體A分別沿不同方向的垂直剖面圖，圖7a和圖7b為沿圖5e中直線cd(31.05°N緯線)方向垂直剖面圖，圖7c和圖7d為沿圖5e中直線ef(121.4°E經線)方向垂直剖面圖。兩組剖面圖恰好能分析不同發展階段風暴單體的空間結構。

圖5 2010年8月25日14:00 850 hPa(a)、500 hPa(b)、200 hPa(c)及15:00 850 hPa(d)、500 hPa(e)、200 hPa(f)的LAPS水平風場(單位:m/s)和雷達反射率因子場(單位:dBZ)(a、d中的粗黑線表示對應高度的輻合線;e中黑實線為垂直剖面圖位置示意)Fig.5 The horizontal wind field(arrow;units:m/s)and horizontal radar reflectivity(shaded;units:dBZ)analysis field by LAPS at(a)850 hPa，(b)500 hPa and(c)200 hPa at 14:00 BST，and at(d)850 hPa，(e)500 hPa and(f)200 hPa at 15:00 BST(thick black contour lines in a and d denote convergence lines;thick black contour lines in e denote the vertical cross-section fields)

圖6 2010年8月25日15:00(a)和16:00(b)沿直線ab剖面的LAPS風暴相對速度場(單位:m/s)和雷達反射率因子場(單位:dBZ)，以及16:00 850 hPa LAPS水平風場(單位:m/s)和雷達反射率因子場(單位:dBZ)(c)(粗黑虛線箭頭表示上升氣流;粗黑實線箭頭表示下沉氣流)Fig.6 The vertical cross-sections of the storm relative flow field(arrow;units:m/s)and radar reflectivity(shaded;units:dBZ)along ab at(a)15:00 BST and(b)16:00 BST，and(c)the horizontal wind(arrow;units:m/s)and horizontal radar reflectivity(shaded;units:dBZ)analysis field by LAPS at 850 hPa at 16:00 BST(Thick black dash arrows denote the updraft，and thick black solid arrows denote downdraft in a and b)

由圖7a可見，單體A底層存在東南風與偏西風的輻合，并在單體東側121.6°E附近形成略向西傾斜的上升氣流;900 hPa至350 hPa的偏東風在單體內部也轉為斜升(向西傾斜)氣流;單體內的垂直風速變化很大，850 hPa附近約為5 m/s，而中高層400 hPa以上達到近20 m/s;整個風暴回波處于較均一的斜升氣流控制之中，僅在回波西側約121.2°E附近、中層500～300 hPa處有弱的下沉波動，完整的垂直環流尚未建立。強烈的斜升氣流為雹粒的增長提供持續的上升運動機制和水汽供應通道。強回波在對流云中部，最大強度超過50 dBZ。同時刻圖7c中，風暴單體處于風向較均一的斜升氣流環境中。圖7e給出了14:00閔行風暴單體附近區域各物理量平均的垂直分布情況。從相對渦度的分布看，450 hPa以下是正渦度區，其中600～1 000 hPa為相對大值區，最大值超過3×10－4s－1(900 hPa)，對應氣旋性渦旋環流的生成;450～200 hPa的渦度為負值，且絕對值隨著高度的增加亦呈現增加的趨勢，200 hPa高度處超過了－5×10－4s－1，說明中高空反氣旋性環流較強。從散度分布看，整個渦旋環流(即450 hPa以下)全部處于輻合區，最強輻合區位于900 hPa，與最大正渦度層一致。中層500 hPa左右仍為較弱的輻合區，至300 hPa起轉為輻散區，強度隨高度增加而增大，表明高層出流明顯，上升氣流的抽吸作用已較強烈，使低層氣旋性渦旋進一步加強。渦度與散度的分析結果與前述風場分析結果基本一致，風暴正處在中尺度對流渦旋形成階段，環境場條件有利于風暴的進一步發展。

圖7 2010年8月25日14:00(a)、15:00(b)沿直線cd剖面的LAPS風暴相對速度場(單位:m/s)和雷達反射率因子場(單位:dBZ);14:00(c)、15:00(d)沿直線ef剖面的LAPS風暴相對速度場(單位:m/s)和雷達反射率因子場(單位:dBZ);14:00(e)、15:00(f)風暴中心附近0.1°×0.3°區域的LAPS平均渦度(單位:10－4s－1)、散度(單位:10－4s－1)、垂直速度(單位:0.5 Pa/s)分布(粗黑虛箭頭表示上升氣流;粗黑實箭頭表示下沉氣流;d中600 hPa處空白方塊為觀測數據缺失所致)Fig.7 The vertical cross-sections of the storm relative flow field(m/s)and radar reflectivity(dBZ)along cd at(a)14:00 BST and(b)15:00 BST;The vertical cross-sections of the storm relative flow field(m/s)and radar reflectivity(dBZ)along ef at(c)14:00 BST and(d)15:00 BST;The area-averaged(31.0—31.1°N，121.5—121.7°E)vorticity(10－4s－1)，divergence(10－4s－1)，vertical velocity(0.5 Pa/s)near the storm center at(e)14:00 BST and(f)15:00 BST(thick black dash arrows denote the updraft，while thick black solid arrows denote downdraft;white square at 600 hPa layer in d is caused by lack of observation data)

由圖7b、d可見，風暴單體由前一時刻的偏東西向發展轉為偏南北向發展。雷達強回波區已經及地，地面強回波中心值大于50 dBZ，位于121.4°E、31.05°N附近;大于45 dBZ的回波達到250 hPa層高度。底層仍為東南風與偏西風的輻合，但輻合點移至121.2°E附近;較明顯的下沉氣流出現在121.1°E附近，在強回波西側形成了一個中心位于300 hPa的、完整的豎直環流。由圖7d可見，大于45 dBZ的回波已經突破200 hPa，發展高度明顯高于成熟階段的單體B，為冰雹的增長提供了發展空間。單體西側500 hPa以上出現低風速區，上升運動明顯減弱并出現下沉氣流，800 hPa以下已被較一致的下沉氣流控制。在下沉氣流拖曳作用下，單體北側上升氣流轉為略向南傾斜，并在中高層逐漸轉為西偏北的出流。由于下沉氣流的阻斷作用，維持風暴單體發展的上升運動和水汽補充均受到影響，預示風暴單體已經發展到成熟階段并將衰減。圖7f給出了15:00閔行風暴單體附近區域各物理量的平均垂直分布情況。由圖可見，400 hPa以下基本已經轉為負渦度區，僅在750 hPa、800 hPa有弱的正渦度層，但對應區域還存在較明顯的輻合運動;而高空全部轉為正渦度區，弱的輻散運動僅維持在550～300 hPa。高、低層的環流動力結構均出現不同程度的破壞，雹云已經完成成熟階段的發展，即將進入消散階段。

3.2 水汽條件

3.2.1 地面相對濕度分析

10:00—13:00(圖略)，由于輻合運動的維持與發展，導致低層水汽不斷抬升，因此上海及其周邊地區地面相對濕度不斷降低;13:00(圖8a)后，閔行、浦東一帶地面風場輻合區域附近相對濕度迅速增加，并在15:00地面風場轉為輻散場時(圖8c)達到最大(121.5°E附近，大于90%)，和觀測到的短時強降水位置基本一致。

3.2.2 中高層水汽條件分析

中高層水汽輻合可直接導致中高層相對濕度的增加。李武階等(2007)利用2004年6—7月的武漢探空資料考察當年梅雨期武漢上空水汽演變與暴雨的關系時發現，將中高層平均的比濕和相對濕度結合，分析中高層水汽演變，這對暴雨預報有很好的指示意義。崔春光等(2008)在研究鄂東暴雨過程中再次驗證了這一對應關系。利用LAPS資料，計算得出25日閔行雹云附近區域平均相對濕度隨高度的分布情況。中高層(700～300 hPa)的相對濕度在強降水發生前存在一個迅速增長的過程，其中500 hPa附近增幅較大，從12:00(圖9a)的35%增長至15:00(圖9b)的55%，即在強降水期間達到最大值。16:00(圖略)500 hPa附近的相對濕度明顯下降。

圖8 2010年8月25日13:00(a)、14:00(b)和15:00(c)LAPS地面流線和相對濕度(陰影;單位:%)Fig.8 Surface stream field and relative humidity field(shaded;units:%)by LAPS at(a)13:00 BST，(b)14:00 BST，and(c)15:00 BST on August 25，2010

3.3 熱力條件

LAPS分析場可以輸出很多物理量，包括氣團指數K、抬升指數、沙氏指數、對流有效位能CAPE和對流抑制能量等。下面選取K指數和CAPE分析25日強對流過程中閔行附近低層能量的水平分布情況。

3.3.1 對流有效位能的分布

圖10為25日12:00—15:00上海的CAPE值水平分布情況。CAPE值越大，表示不穩定大氣中能提供其快速垂直運動的潛在能量越大，當CAPE值大于3 500 J/kg時，表示極不穩定的狀態。25日上午，上海全市及蘇州、嘉興大部均處于極不穩定的大氣條件下。12:00以前，隨著低層溫度的增加，CAPE值也迅速增加(圖略)，這與廖曉農等(2008)分析1969年8月29日北京罕見大雹事件時，發現對流前北京上空CAPE值陡增情況類似。南匯西北維持著一個高值中心，并于12:00時達到5 000 J/kg，顯著高于同類研究中的CAPE值(約3 000～4 000 J/kg)(黃治勇等，2007;崔春光等，2008)。12:00后，隨著單體向成熟階段的迅速發展，地面能量為風暴單體的向上發展提供熱力條件，上述區域CAPE值開始減小。13:00前后，隨著強降水的開始，原來一直維持高值的南匯、閔行一帶CAPE值迅速減小，15:00時上海全市地面CAPE值已降至2 500 J/kg以下(圖10)。

3.3.2 氣團指數的分布

K指數數值大于35℃時有可能出現強對流或強降水天氣，隨著數值的增大出現強對流天氣的可能性也增大。從上海地區K指數分布情況看，11:00開始金山中部至嘉定北部一線西側的上海各區，以及閔行中南部、徐匯、浦東西北、崇明大部，強對流天氣可能發生區域迅速擴大(圖略)。根據25日上海自動站數據，當日最早的10 min雨量記錄出現在12:35的閔行與浦東交界，以及長興島附近(圖11a，其中C為閔行與浦東交界雨量記錄點，D為長興島附近雨量記錄點)，這與12:00的K指數高值區分布一致。與CAPE值略有差異的是，K指數峰值出現在13:00前后(圖11b)，大于等于37℃的高值區覆蓋閔行南部和浦東大部，其中閔行南部出現大于等于39℃的高值中心。相關研究表明在其他條件適合的情況下，35℃的K指數就能出現局地強冰雹事件(劉志雄等，2009)。13:00后，隨著強降水的開始，該區域的K指數也迅速減小;至14:00，上海中東部大于等于32℃的高能區已經消失(圖11c)。

以上分析表明，LAPS物理量指標能較好地反映風暴發生過程中低層能量的變化情況，其反映的能量衰長與風暴單體發展階段對應較好，能為研究人員和預報員從能量角度分析中尺度對流行天氣過程發生發展狀況提供有效參考。

3.4 成雹條件

圖9 2010年8月25日12:00(a)和15:00(b)風暴中心附近0.3°×0.4°區域LAPS平均相對濕度(單位:%)的垂直分布Fig.9 The area-averaged(30.9—31.2°N，121.2—121.6°E)relative humidity(%)near the storm center at(a)12:00 BST and(b)15:00 BST on August 25，2010

圖10 2010年8月25日12:00(a)、13:00(b)、14:00(c)和15:00(d)的LAPS對流有效位能CAPE值(單位:J/kg)Fig.10 Convective available potential energy(J/kg)field by LAPS at(a)12:00 BST，(b)13:00 BST，(c)14:00 BST and(d)15:00 BST on August 25，2010

在綜合前述動力、水汽、熱力條件的基礎上，結合逐小時等壓面垂直速度和等壓面水汽條件、冰晶含量等物理量(圖略)，簡要分析閔行雹云形成的條件。25日11:00后，閔行上空的0℃層(圖12中點劃線所示)基本穩定在560 hPa附近，隨著0℃層以上垂直速度的增大，高低層風速切變的加強，上升運動不斷增強，加上水汽供應充足，12:00起在垂直速度大值區的附近，冰晶含量開始迅速增加。13:00左右(圖12)閔行上空700～400 hPa的相對干區出現兩個相對濕度大于75%的通道，中心峰值均超過90%，并分別與冰晶含量高值中心、風暴上升氣流區(圖7c)對應。綜上所述，閔行上空風暴單體在動力結構和水汽條件上，均具備雹云形成的一般特征(朱乾根等，2007;劉志雄等，2009)。

4 結論

1)偏西氣流與來自海面、水汽充沛的東南氣流在浦東中部沿海至閔行南部一線產生東北—西南走向的中尺度輻合帶，東南氣流進一步增大且在輻合帶西南側激發生成新的輻合運動，使輻合帶得以維持并向西南延伸;同時，輻合帶的維持觸發低層不穩定能量釋放，從而產生對流。

2)中尺度對流系統在形成階段的主要結構特征是:中層450 hPa以下為正渦度區，對應輻合運動的大值區和垂直風速切變大值區，450 hPa以上為負渦度區，對應弱輻合區向輻散區的過渡;底層不穩定能量快速增加，氣流輻合主要源于偏西氣流與東南暖濕氣流在單體中心東側的匯合，顯著的垂直風切變使上升氣流發生傾斜，減少上升、下沉氣流的相互干擾，促進中尺度垂直環流的加強;最大垂直上升速度和無輻散層已經達到300 hPa附近，0℃層維持在600 hPa上下，中高層相對濕度迅速增加，滿足冰雹增長的動力、熱力和水汽條件。

3)中尺度對流系統在成熟后期的主要結構特征是:中低層正渦度區迅速減小，出現弱的負渦度，對應輻合區也迅速縮小，垂直風切變強度減弱，高層轉為正渦度，對應弱輻散區;底層輻合減弱，底層積聚的能量在降水作用下迅速減少，單體底部開始被下沉氣流控制，上升氣流強度和水汽供應被阻斷;最大垂直速度層下降至600 hPa附近，中高層相對濕度顯著下降;垂直環流結構被破壞。

圖11 2010年8月25日12:00(a)、13:00(b)和14:00(c)的LAPS氣團指數K(單位:℃)Fig.11 K index(units:℃)field by LAPS at(a)12:00 BST，(b)13:00 BST and(c)14:00 BST on August 25，2010

圖12 2010年8月25日13:00的31.2°N冰晶含量(單位:g/m3)和相對濕度(單位:%)隨等壓面的變化(點劃線為0℃等溫線，實線為冰晶含量，陰影部分為相對濕度)Fig.12 The variability of ice crystal concentration(solid line;units:g/m3)and relative humidity(shaded;units:%)with isobaric surfaces at 13:00 BST on August 25，2010(chain dotted line denotes 0℃isotherm)

與天氣尺度的分析場相比，LAPS通過對多種中尺度探測資料的融合處理，不僅提高了分析場的時空精度，還有利于常規觀測資料、加密自動站、衛星云圖、雷達拼圖和風廓線等資料的對比分析和相互校正，提高各種觀測資料的利用率和客觀性的同時，也為進一步研究中小尺度天氣系統的演變過程和結構特征提供參考。

致謝:上海中心氣象臺正研級高級工程師楊引明對本文給予了寶貴的支持和幫助，特此感謝。

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