寶雞兩次陣風鋒天氣過程對比分析

2015-04-24 08:19:36何可杰李恩莉

安徽農業科學 2015年10期

龐翻，何可杰，李恩莉

(陜西省寶雞市氣象局，陜西寶雞 721006)

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，其前緣呈窄帶、圓弧狀，它就是陣風鋒［1］。陣風鋒的發生時間很短，生命史通常僅幾個小時，陣風鋒過境時經常在地面或近地層產生極具危害性的大風，造成嚴重的氣象災害，因此很多學者致力于對陣風鋒的研究和預報［2－9］。隨著陜西省內多普勒雷達的布設完畢，觀測到的陣風鋒回波個例逐漸增多，陜西省內多位研究人員對省內陣風鋒多個方面進行了研究［5－9］，但對陣風鋒的中尺度分析仍然不夠，寶雞地區的研究更少，有必要繼續加強這方面的研究，提高災害性天氣的識別率和短時臨近預報水平，爭取預警信號發布時間的提前量。

2012年7月13日和2013年7月31日從多普勒雷達觀測到發生在寶雞地區的2次陣風鋒天氣過程，這2次雷暴的劇烈程度差異明顯，且觀測到的陣風鋒移動方向與雷暴方向也有所差別。筆者利用寶雞多普勒雷達資料、常規氣象資料及自動站資料分析了這2次陣風鋒天氣過程，較好地了解陣風鋒天氣產生的環流背景、陣風鋒的風場特征以及陣風鋒與雷暴的對應關系，以助于今后的識別和預報。

1 天氣實況

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。在整個強對流天氣多發時段，多個站點出現短時強降水，其中北部山區麟游站18:00雨量為9.6 mm/h，多個鄉鎮級自動站點降雨量達到中雨以上，最大為太白王家楞，14:00雨量達13.9 mm/h，接近短時暴雨。

2013年7月31日夜間，寶雞市自西向東出現了一次雷陣雨天氣過程，出現短時暴雨、冰雹、6級大風，瞬時風速達到8級，降水量級以小—中雨為主，降水具有突發性強、歷時短、強度大的特點。市區文理學院降水量最大，為36.5 mm，最大雨強為27.1 mm/h，全區共有4個鄉鎮出現大于25 mm的降水。

2 環流形勢對比

2012年7月13日08:00 500 hPa(圖1a)，河西甘肅西部和蘭州附近有下滑短波槽，重慶有南支槽，在中衛—天水—四川一帶有明顯冷溫槽，700 hPa青海湖背部青海和甘肅交界處有橫向切變線。13日20:00 500 hPa中高緯度形勢較為穩定，變化較小，中緯度河西短波槽東移和南支槽合并為大槽，位于陜西省東部113°E，冷溫槽位于陜西省上空;700 hPa，偏北風加強。地面圖上，13日05:00～14:00陜西省受暖低壓控制，14:00后，冷空氣沿東北路倒灌影響關中西部寶雞地區，觸發了強對流天氣的出現。

2013年7月31日20:00 500 hPa西風槽已移至隴東(圖1b)，與之相對應的700 hPa切變移至寶雞西部，850 hPa有低渦發展，形成“人字型切變”;地面圖上，20:00前受暖低壓控制，后冷空氣沿華北南下入侵關中地區，觸發了強對流天氣的出現。

可見，2次陣風鋒天氣過程環流背景基本相同，均是在高空西風槽東移，攜帶冷空氣入侵寶雞，地面前期受暖低壓控制，后冷空氣倒灌影響，使得不穩定能量加強，觸發強對流天氣。

3 熱力及動力條件對比分析

2012年7月13日08:00開始，寶雞地區低層受偏西風影響，氣溫回升明顯，14:00寶雞地區川塬區6縣區氣溫全部上升至36℃左右，15:00個別站點更是達37℃的高溫。從13日08:00西安探空站資料得出西安沙氏指數為－1.1℃，K指數為35℃，存在較強不穩定能量，而平涼08:00 K指數為25℃、SI指數為0.26℃，層結較為穩定(圖2a)，而到20:00平涼K指數達36℃，SI指數轉為－1.08℃，層結變為不穩定，且不穩定能量增加。

2013年7月31日寶雞地區處于地面暖低壓底部，低層同樣受偏西風影響，氣溫出現躍升，14:00寶雞川塬地區7縣區(渭濱區、陳倉、扶風、眉縣、岐山、鳳翔、千陽)氣溫上升至34℃以上，16:00部分站點達36℃，寶雞站點更是達37.6℃的高溫。從31日20:00西安、平涼探空站資料(圖2b)得出，西安、平涼SI指數均為負值，分別為－1.3和－0.6℃，K指數分別為37和39℃。

以上分析可見，2次過程均是在低層吹偏西風的影響下，氣溫升溫明顯，達到高溫，為強對流天氣提供了一定的熱力條件，層結的不穩定存在較強的不穩定能量。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，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。

4 雷達資料對比分析

4.1 反射率因子 2012年7月13日下午，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，在寶雞地區東北部咸陽長武、靈臺、彬縣一帶出現多個雷暴單體，回波強度最大達65 dBz左右。隨著雷暴單體的發展、合并及東南向移動，形成2個對流風暴s、x。16:15(圖3a)，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，呈線狀，陣風鋒位于對流風暴的西南部，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，合并后對流風暴的增強，促使陣風鋒增強。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。陣風鋒后產生強度達60 dBz對流單體，該對流單體在發展中與對流風暴合并，陣風鋒得到繼續加強。17:04～17:35，對流風暴與陣風鋒之間先后產生了多個對流單體，并依次與對流風暴合并，形成臍帶連接，而對流風暴本身卻在不斷減弱;17:41陣風鋒西南向越過岐山、扶風、眉縣，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3b)。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和19:14陣風鋒南段、北段相繼消失，至此，該陣風鋒生命史結束。

2013年7月31日20:05雷達回波組合反射率因子圖上(圖4a)，固原—平涼—涇陽—莊浪有一帶狀回波，呈東北—西南走向，弓狀結構，為颮線，最大回波強度為55 dBz，陣風鋒出現在颮線東北部，呈圓弧狀，長度約25 km，回波強度在5～10 dBz。隨著陣風鋒及颮線的東移，颮線整體逐漸減弱，尤其是北段弓狀結構形態緩慢消失，有減弱為單體的態勢，南部最大回波強度仍為55 dBz，陣風鋒呈圓弧狀，長度約50 km，回波強度達10～15 dBz。隨后，颮線形態繼續減弱，但隴縣、千陽境內發展為多個強對流風暴單體，形成對流風暴群，強度增大至60 dBz，陣風鋒強度仍為10～15 dBz，長度約70 km，寬度約3～5 km(圖4b)。之后對流風暴群東南向移動，有所減弱，陣風鋒逐漸減弱，至22:15陣風鋒消失，生命史結束。

綜上所述，2次陣風鋒的位置出現在對流風暴移動方向的不同面，陣風鋒的移動方向和出現方向一致，與對流風暴的移動方向不一致。2012年7月13日的陣風鋒移動方向與對流風暴移動方向相垂直，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”［5－7］存在偏差。2次陣風鋒的初始水平尺度為25～30 km，其水平尺度最大差別較大，最大可達150 km，寬度3～5 km，回波強度10～30 dBz，生命史3～4 h，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。

4.2 徑向速度在2012年7月13日0.5°仰角徑向速度圖上，16:15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，出現時間相比反射率因子圖晚了2個體掃;16:34最大移動速度達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。

在2013年7月31日0.5°仰角徑向速度圖上，20:05已出現陣風鋒特征，與反射率因子出現時間同步，陣風鋒移動速度≥10 m/s，移動方向為東南;20:55最大移動速度達15 m/s，此后幾分鐘內陣風鋒迅速減弱，并與21:01消失。但在1.5°仰角徑向速度圖(圖6a)，陣風鋒特征出現的時間為20:24，晚于0.5°仰角徑向速度圖3個體掃，隨著東南向移動，對流風暴移動初速增大，出現整體15 m/s的移動速度區，到21:50該仰角陣風鋒形態逐漸減弱，陣風鋒移動速度為5 m/s(圖6b)，但后部對流風暴移動速度維持，對流風暴區存在大面積輻合區，至21:56陣風鋒形態消失，對流風暴繼續發生發展。

由此可見，2次陣風鋒在移動過程中移動速度呈先增大后減小的特征，在不同的仰角生命史各不相同，1.5°仰角徑向速度圖上陣風鋒生命史比0.5°仰角徑向速度圖生命史長。這主要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。但與組合反射率因子圖上的生命史相比，均要短。

5 自動站氣象資料對比分析

利用2次陣風鋒天氣過程中陣風鋒所影響的寶雞地區自動氣象站分析來看陣風鋒過境前后溫度、濕度、風向及風速隨時間的演變情況。結果發現(表1)，在2012年7月13日17:00～18:00，自動站溫度均明顯下降，下降幅度達4℃以上;除扶風站外(14:00～15:00扶風站出現小陣雨，濕度較大)，岐山、鳳翔兩站濕度明顯增加;3站風向突變，但不一致，表現凌亂;風速躍增，均在10 m/s以上，鳳翔最大。在2013年7月31日21:00～22:00(表2)，自動站溫度同樣下降明顯，下降幅度達5.6℃;濕度均增加明顯(有雷陣雨出現的關系);風向上變化不明顯;風速上出現增大，達6級。可見陣風鋒過境時，氣溫、濕度、風向、風速均呈現出明顯的變化，主要表現為氣溫下降、濕度增加(不論測站是否出現降水)、風速激增、風向上變化不一致，可能與局地地形密切相關。