寶雞一次陣風鋒天氣過程分析

龐 翻,李建芳,蔡 英,孟妙志

(寶雞市氣象局,陜西寶雞 721006)

寶雞一次陣風鋒天氣過程分析

龐 翻,李建芳,蔡 英,孟妙志

(寶雞市氣象局,陜西寶雞 721006)

利用常規氣象資料和寶雞多普勒雷達資料對 2012年 7月 13日發生在寶雞的一次陣風鋒天氣過程進行分析。結果表明:陣風鋒的移動方向與對流風暴的移動方向有約 90°夾角,接近于垂直;陣風鋒從生成到結束移動速度呈現先增大后減小的趨勢;陣風鋒過境時氣象要素出現較大變化,表現為溫度降低、濕度增大、風速增大;陣風鋒的強度與對流風暴的強度呈正相關關系。

陣風鋒;對流風暴;趨勢

對流風暴中的冷性下沉氣流到達低空,并向外擴散,與低層暖濕空氣交匯而引發的地面強風,其前緣就是陣風鋒[1]。陣風鋒的發生時間很短,陣風鋒后經常在地面或者近地層產生極具危害性的大風天氣,造成嚴重的災害,因此很多學者致力于對陣風鋒的研究和預報[2]。隨著國內多普勒雷達的增多,觀測到的陣風鋒回波逐漸增多,但是對陣風鋒的中尺度分析仍然不夠,有必要加強這方面的研究[3]。

2012年 7月 13日,寶雞部分地方出現了高溫,局部出現了冰雹、雷暴、大風、短時強降水等強對流天氣,災害損失嚴重。在 12— 20時強對流天氣多發時段,多個站點出現短時強降水,其中麟游站 18時 1 h雨量為 9.6 mm,多個鄉鎮區域站點降雨量達到 10 mm以上,最大為太白王家楞,14時 1 h雨量達 13.9 mm。利用寶雞多普勒雷達資料、常規氣象資料對這次過程進行分析,以助于今后對此類天氣的識別和預報。

1 天氣形勢

13日 08時 500hPa高空形勢圖 (圖 1)上,河西有下滑短波槽,低槽攜帶冷空氣往東南方向入侵,重慶有南支槽;在寧夏—隴東—四川一帶有明顯冷溫槽,700 hPa(圖略)河西走廊和青海交界處有切變線,陜西受偏北風影響,風速在 2～ 6 m/s。 13日 20時 500 hPa圖上 (圖略),中高緯度形勢變化不大,中緯度河西短波槽東移和南支槽合并為大槽,位于山西—河南—川南一線,冷溫槽位于陜西省上空;700 hPa圖上 (圖略),偏北風加強,風速達 6～8 m/s。

圖 1 2012-07-13T08 500 hPa位勢高度場(實線,單位為 gpm)、溫度場(虛線,單位為oC)及風場

地面圖上 (圖略),13日 05— 14時,陜西省受暖低壓控制,隨后冷空氣沿東北路倒灌影響關中陜南地區,觸發了強對流天氣的出現。

綜上所述,前期地面增溫明顯,整個氣層上冷下暖,不穩定能量的聚集較大,隨著高空槽的東移合并加強,低槽攜帶冷空氣東南向入侵寶雞,使得不穩定能量增強,因而從動力和熱力條件來看,都有利于寶雞地區強對流天氣的生成。

2 熱力及動力條件

從 13日 08時開始,寶雞地區低層受偏西風影響,氣溫回升明顯,14時寶雞地區渭濱區、陳倉、扶風、眉縣、岐山、鳳翔 6縣區氣溫上升至36oC左右,15時個別站點更是達到 37oC的高溫,為強對流天氣提供了一定的熱力條件。從 13日08時寶雞周圍 3個探空站資料得出 (見 13頁圖2,漢中探空圖略):西安、漢中沙氏指數均為負值,分別為-1.1和-2.1oC,K指數分別為 35oC、34oC,存在較強不穩定能量;平涼 08時 K指數為25oC,沙氏指數為 0.26oC,20時平涼 K指數達 36oC,沙氏指數轉為-1.08oC。K指數值的增大,表明 500～850 hPa溫度遞減率增加,低層700 hPa和 850 hPa的濕度增大,說明高空槽的東移合并加強,使得不穩定能量增強,強對流指標指示有強對流天氣發生。低層風速隨高度順轉有暖平流,高層風速隨高度逆轉有冷平流,并且均有較強的垂直風切變,上層干冷、下層暖濕的高低空配置有利于不穩定能量的積累,在有不穩定能量的區域有利于局地強對流天氣的產生。中層干冷空氣的侵入和強的垂直風切變是對流風暴發生發展最重要的條件。

3 雷達資料

3.1 反射率因子

7月 13日,寶雞大部分地方發生強對流天氣。從 15:44雷達回波組合反射率因子圖上可以看到 (圖 3a),在麟游北部長武、靈臺、彬縣一帶出現多個強對流單體,有兩條呈東北—西南向排列的帶狀回波,回波強度最大達 65 dBz左右。隨著強對流單體的發展、合并及東南向移動,形成對流風暴 S和 X。 16:15,對流風暴 S和 X產生的下沉氣流與地面暖空氣形成西北—東南向陣風鋒 (圖 3b),呈線狀,陣風鋒長度約 30 km,回波強度在 5～ 10 dBz。

多單體對流風暴 S和 X繼續東南向移動、發展及合并,合并后的對流風暴中生成了一個尺度約 10 km,強度達 60 dBz的單體,對流風暴的增強,使陣風鋒增強。16:58陣風鋒已經越過麟游,移動到距離雷達站約 25 km處,形態呈弧狀,長度約 100 km,強度在 35 dBz左右 (圖 3c)。陣風鋒后產生強度達 60 dBz對流單體 c,對流單體 c在發展中與對流風暴合并,陣風鋒繼續加強。

隨后,陣風鋒后先后產生了 3個對流單體,并依次與對流風暴合并,而對流風暴本身卻在不斷減弱消亡。17:41陣風鋒南部越過岐山、扶風、眉縣,西南向移動到距離雷達站 10 km處,長度約150 km,強度在 30 dBz,寬度約 3～ 5 km(圖3d)。陣風鋒繼續向西南移動,后部再沒有產生對流單體,對流風暴強度減弱,陣風鋒強度也隨之減弱。在 18:12時陣風鋒南段 (雷達站以南)消失,19:14陣風鋒北段 (雷達站以北 )消失,至此,陣風鋒生命史結束。

綜上所述,陣風鋒出現在對流風暴移動方向的側面,陣風鋒移動方向與對流風暴移動方向有約 90°夾角,接近于垂直,這與很多學者指出的“陣風鋒在對流風暴前方,其移動方向與對流風暴移動方向一致”[3-5]存在偏差,其水平尺度可達150 km,寬度 3～ 5 km,回波強度 10～ 30 dBz,生命史 3 h,開始呈直線狀,后呈弧狀;陣風鋒的強度與對流風暴的強度密切相關,對流風暴增強,陣風鋒增強,反之亦然。

3.2 徑向速度

在 0.5°仰角徑向速度圖上,16:15(反射率因子圖上陣風鋒出現的起始時間)還沒有陣風鋒特征的出現,直到 16:27出現陣風鋒特征,陣風鋒移動速度≥10 m/s,移動方向為西南,出現時間比反射率因子圖晚了兩個體掃。16:34最大移動速度達到 15 m/s(圖 5a),對流風暴前沿出現大片 15 m/s的速度區,17:17陣風鋒形態最為清晰,移動速度維持在 10 m/s(圖 5b),移向西南,對流風暴速度同樣下降至 10 m/s左右。之后陣風鋒繼續向西南移動并逐漸減弱,至 17: 35消失。由此可見,陣風鋒在向西南的移動過程中移動速度呈先增大后減小的特征,生命史為 1 h左右。在1.5°仰角徑向速度圖上 (圖略),陣風鋒出現比0.5°仰角徑向速度圖提前了兩個體掃,速度一直比較穩定,維持≥10 m/s西南氣流,至 18:12陣風鋒特征消失,生命史為 2 h左右,這是因為對流風暴的下沉氣流自上而下逐漸開始,并逐漸結束,所以在高仰角的徑向速度圖上生命史長一些。

圖 2 2012-07-13平涼站 (a)和西安站 (b)08時 T-lnp圖

圖 3 2012-07-13寶雞多普勒雷達不同時間組合反射率圖 (白色箭頭指示陣風鋒)

從速度圖上發現,陣風鋒在移動過程中速度先增加后減小,與在反射率因子圖上的特征相比,生命史比較短,出現晚,結束早。

4 自動站氣象資料

圖 4 2012-07-13寶雞多普勒雷達不同時間 0.5°仰角徑向速度圖 (白色箭頭指示陣風鋒)

圖 5 2012-07-13寶雞地區鳳翔、岐山、扶風三縣站氣象要素隨時間變化圖

圖 5是寶雞地區岐山、鳳翔、扶風三個自動氣象站記錄的陣風鋒過境前后溫度、濕度、風向及風速隨時間的演變情況。可以看出在 17:00,岐山、鳳翔、扶風的溫度分別為 34.5、33.8、33.4oC,18:00三站溫度分別為 30.3、29.2、28.6oC,3個自動站溫度 (圖 5a)均明顯下降,下降幅度達4oC以上;除扶風站外 (14— 15時扶風站出現小陣雨,濕度較大),岐山、鳳翔兩站濕度明顯增加(圖 5b),岐山、鳳翔兩站濕度分別從 29%、27%增加到 39%、41%,分別增加 10%以上;三站風向表現凌亂 (圖 5c),三站風速 (圖 5d)躍增,岐山、 鳳翔、 扶風的風速從 4.1、 5.4、 2.9 m/s躍增為 10.9、14.7、12.7 m/s,風速均在 10 m/s以上,扶風最大,達 14.7 m/s。可見陣風鋒過境時,多個氣象要素呈現出明顯的變化。除風向隨時間演變表現凌亂外,各氣象要素變化與張建宏[4]指出的陣風鋒過境時,風速激增,溫度下降和相對濕度上升特征基本一致。

5 結論

5.1 陣風鋒出現在對流風暴移動方向的側面,兩者移動方向有約 90°夾角,接近于垂直;陣風鋒水平尺度可達 150 km,寬度 3～5 km,回波強度 10～ 30dBz,生命史 3 h,開始呈直線狀,后呈弧狀。

5.2 陣風鋒后容易觸發強對流單體的產生,陣風鋒的強度與對流風暴的強度密切相關,對流風暴增強,陣風鋒增強,反之亦然。

5.3 陣風鋒在速度圖上表現為移動速度先增加后減小,與在反射率因子圖上的特征相比,出現晚,結束早。

5.4 陣風鋒過境時氣象要素出現較大變化,表現為溫度降低、濕度增大、風速增大。

[1]張培昌 ,杜秉玉,戴鐵丕 .雷達氣象學 [M].北京:氣象出版社,2001:305-348.

[2]夏文梅,慕熙昱 .南京地區初夏一次陣風鋒過程的分析與識別 [J].高原氣象,2009,28(4): 836-845.

[3]劉勇,王楠,劉黎平 .陜西兩次陣風鋒的多普勒雷達和自動氣象站資料分析 [J].高原氣象,2007,26(2): 380-387.

[4]張建宏 .一次陣風鋒的觀測實例和分析溫對比分析 [J].陜西氣象,2009(2): 4-8.

[5]畢旭,劉勇 .一次陣風鋒觸發的局地強冰雹天氣過程分析 [J].陜西氣象,2011(1): 11-14.

P441

A

1006-4354(2013)02-0011-05

2012-10-26

龐翻 (1982— ),男 ,漢 ,陜西周至人 ,工程師 ,從事短期天氣預報。