黑龍江省一次強對流天氣過程分析

周 鑫，李斌斌

（牡丹江市氣象局，黑龍江 牡丹江 157000）

1 引言

中國地處東亞季風(fēng)區(qū)，冷暖空氣活動頻繁，夏半年冰雹、雷雨大風(fēng)和局地短時強降水等強對流天氣十分活躍，給基礎(chǔ)設(shè)施和社會經(jīng)濟造成了重大損失。強對流天氣對國計民生的影響日益顯著，社會對其預(yù)報的要求越來越高。但是強對流天氣系統(tǒng)一般是在幾個小時甚至十幾分鐘之內(nèi)迅速發(fā)生、發(fā)展，具有明顯的中尺度特征，這給預(yù)報帶來一定的難度。新一代天氣雷達除了能得到表征降水云中液態(tài)含水量的回波強度外，還能得到降水質(zhì)點相對于雷達的平均徑向速度，它對于暴雨、冰雹等中小尺度的強對流天氣有很好的監(jiān)測和預(yù)警作用。

2011年5月28日15時開始，黑河南部、齊齊哈爾北部出現(xiàn)短時雷雨大風(fēng)，局部地區(qū)出現(xiàn)冰雹等強對流天氣。黑龍江省氣象臺及時發(fā)布大風(fēng)藍色預(yù)警信號一次，強對流天氣警報兩次，服務(wù)效果顯著。本文采用新一代多普勒天氣雷達資料，對此次過程中強對流帶狀回波形成及演變特征進行了描述，希望對黑龍江省春、夏季強對流天氣的監(jiān)測及預(yù)報預(yù)警有所幫助。

2 天氣背景

2011年5月28日08時，黑龍江省處在低渦東南部，850 hPa槽線位于加格達奇以西。鋒區(qū)位于內(nèi)蒙中部，南北走向。高層，黑龍江省西北部存在冷槽，西北氣流與西南氣流交匯在黑龍江省西南部；低層，黑龍江省大部地區(qū)為暖氣團控制，暖脊位于西南部。上冷下暖不穩(wěn)定層結(jié)，在黑龍江省西部形成了強烈不穩(wěn)定區(qū)域。高空槽與地面冷鋒共同作用，觸發(fā)不穩(wěn)定能量釋放，在黑龍江省西部產(chǎn)生強對流天氣。

3 中尺度天氣分析

本次過程的大尺度環(huán)境場上，低層有暖濕舌存在，中高層次為干冷空氣，低空急流的出口在黑龍江省的西南部。高空急流將干冷空氣輸送到暖濕空氣上空，形成不穩(wěn)定區(qū)域;同時逆溫層又把干濕空氣分割開來，在黑龍江中西部地區(qū)形成了高儲能區(qū)；鋒面、925 hPa氣壓槽線及850 hPa急流出口左前方的抬升作用和逆溫層破裂的混合作用觸發(fā)了強烈的對流天氣；強的環(huán)境風(fēng)垂直切變、高空急流的輻散及與低空急流的耦合作用，則是風(fēng)暴維持與增強的條件。

3.1 濕度環(huán)境分析

為了使得強對流系統(tǒng)得到發(fā)展和維持，必須有豐富的水汽供應(yīng)，這不僅是因為水汽是成云的必要條件，也是因為水汽是風(fēng)暴的主要能量來源。黑龍江省西北部地區(qū)，濕度場表現(xiàn)出明顯的下濕上干的結(jié)構(gòu)。

分析850 hPa高空圖（圖略），有明顯的西北低空急流存在。低空急流將北部高濕區(qū)的水汽不斷的向東南方向輸送，濕空氣的輸送產(chǎn)生了位勢不穩(wěn)定層結(jié)；急流的存在，使急流軸左側(cè)有明顯的水汽和質(zhì)量的輻合與強上升運動。分析700、500 hPa高空圖（圖略），有明顯的西南中空急流存在，該急流與高層的干空氣相疊加，不斷的把干空氣向東北方向推進，而急流軸右側(cè)的下沉氣流，剛好把干空氣輸送到風(fēng)暴發(fā)生區(qū)域。

分析2011年5月28日08時嫩江、齊齊哈爾、哈爾濱和伊春站探空曲線，四站分別在925～850 hPa附近有明顯的逆溫存在。逆溫的存在相當(dāng)于一個抑制層，暫時把低空的濕層和高空的干層分開，阻礙對流的發(fā)展，同時不穩(wěn)定能量聚集。在低層，尤其是濕的西北急流，不斷的向東南輸送濕空氣；在中高層，干空氣不斷的向東北輸送，在逆溫層以上形成了干空氣蓋。逆溫的阻隔，加大了急流輸送的質(zhì)量，使得低層濕空氣和高層干空氣得到了高效的堆積，為風(fēng)暴的發(fā)展儲存了高靜力能量，不穩(wěn)定層結(jié)不斷加強。

3.2 溫度環(huán)境分析

溫度場有暖舌存在，在黑龍江省西部形成了上冷下暖的垂直結(jié)構(gòu)。在逆溫層以下，隨西南氣流不斷的有暖空氣向東北擴展，強位勢不穩(wěn)定區(qū)域出現(xiàn)明顯的低空暖平流，在外來動力抬升作用下可以產(chǎn)生顯著的強天氣過程；在逆溫層以上，隨西北氣流不斷的有冷空氣向東南方向擴展。

3.3 低空輻合和上升運動

2011年5月28日哈爾濱、齊齊哈爾、嫩江三個站的抬升凝結(jié)高度在1 km左右，表明整個黑龍江中西部地區(qū)抬升凝結(jié)高度都很低，對流可能被觸發(fā)的高度也很低，來源于近地面天氣系統(tǒng)。在925 hPa圖上內(nèi)蒙東部有槽線存在，地面在內(nèi)蒙與黑龍江交界處有冷鋒存在。鋒面是產(chǎn)生有組織風(fēng)暴的一個重要機制，隨著冷鋒的東移，抵達不穩(wěn)定區(qū)后，造成不穩(wěn)定能量區(qū)的能量釋放，造成強烈的對流。925 hPa槽區(qū)內(nèi)有明顯的氣流輻合，可以造成較強的上升運動。

除了冷鋒和925 hPa槽線外，此次過程另一個可能觸發(fā)的條件是垂直速度。在28日08點的垂直速度場上，700 hPa，內(nèi)蒙古東部有較大的垂直速度中心，當(dāng)其隨系統(tǒng)向東移動，到達不穩(wěn)定區(qū)域時，上升運動將暖濕空氣輸送到中高空，與中高空的干冷空氣相混合，產(chǎn)生了強烈的對流天氣。

3.4 垂直風(fēng)切變

決定風(fēng)暴的組織結(jié)構(gòu)和強弱的關(guān)鍵因子是垂直風(fēng)切變，在風(fēng)暴的形成、發(fā)展、傳播和分裂過程中起到了很大的作用，垂直風(fēng)切變的大小往往與風(fēng)暴的強弱密切相關(guān)。計算5月28日08點黑龍江省4個探空站點的垂直風(fēng)切變，黑龍江西部和中部地區(qū)的風(fēng)切變較大，超過了10.0。這次過程的超強環(huán)境風(fēng)切變的存在，首先使上升氣流斜升氣流中形成的降水質(zhì)點能夠脫離上升氣流，不會因拖曳作用減弱上升氣流的浮力；其次，超強的環(huán)境風(fēng)切變增強了中層干冷空氣的吸入，加強風(fēng)暴中的下沉氣流和低層冷空氣的外流，下沉氣流的加強為地面大風(fēng)和龍卷的生成提供了有利的條件；另外，由貝努力方程可知，強環(huán)境風(fēng)切變的存在，為風(fēng)暴提供了持續(xù)的動壓力，使風(fēng)暴上下的氣壓差加大，使上升氣流加強，風(fēng)暴生命時間也得到大幅的增加。

4 雷達回波特征分析

在這次過程中，風(fēng)暴的演變經(jīng)歷了從無序多單體-單體合并-超級單體-減弱分裂的演變過程，在減弱階段，同時還伴有后側(cè)對流風(fēng)暴加強，并成為新的超級單體的過程。

2010年5月28日15時30分，在九三雷達測站東部，有多單體風(fēng)暴逐步發(fā)展，此后不斷向東偏北方向移動，并逐漸發(fā)展。16時10分，上面多單體風(fēng)暴逐步發(fā)展成帶狀，其中偏下方多單體風(fēng)暴逐步合并為一個單體。16時22分，偏下方回波合并為一個單體，單體呈圓形，反射率因子較大。16時42分，發(fā)展成超級單體風(fēng)暴。16時53分，速度場中可以觀察到中氣旋。17時03分，超級單體風(fēng)暴開始減弱，在強中心下方激發(fā)生成新生單體。17時34分，超級單體分裂成三個強度中等多單體，并東移出觀測范圍。 上方帶狀回波逐漸發(fā)展相連，并緊密排列。在減弱東移過程中，帶狀回波后方有多塊新生回波單體發(fā)展，逐步形成颮線。 18時31分颮線減弱為多單體風(fēng)暴，強對流天氣開始減弱。

5 結(jié)論

（1）本次過程產(chǎn)生于下層暖濕、上層干冷的環(huán)境中，急流的干濕輸送作用和逆溫層的阻隔作用為本次過程的對流發(fā)展提供了能量儲存。

（2）冷鋒和925 hPa氣壓槽的輻合作用是本次過程的觸發(fā)機制，低抬升凝結(jié)高度、強垂直風(fēng)切變有利于強對流天氣的發(fā)生、發(fā)展。