2013年8月份兩次強對流天氣過程雷達組合切變產(chǎn)品應(yīng)用分析

胡玉梅 張艷玲 張鵬飛 衛(wèi)科

摘 要：利用常規(guī)地面、高空觀測資料及新一代多普勒雷達產(chǎn)品資料，對2013年8月兩次強對流天氣過程進行對比分析。結(jié)果表明：兩次過程500hPa中高緯度貝加爾湖至河套均為低渦或槽區(qū)，0801過程850hPa有切變存在，發(fā)生強對流地區(qū)與切變線位置對應(yīng)較好，0811過程中低層無明顯的切變輻合，發(fā)生強對流地區(qū)位于高層?xùn)|北風(fēng)波動出口區(qū)的左側(cè)。兩次過程地面都有切變輻合系統(tǒng)存在，均出現(xiàn)了準(zhǔn)靜止鋒式切變輻合。組合切變強回波區(qū)就是風(fēng)切變最強處，與40dBz以上組合反射率因子強回波位置一致，能清晰地指示出風(fēng)切變的所在和強弱，其位置與地面輻合線位置保持一致，大風(fēng)區(qū)出現(xiàn)在組合切變最強中心附近或前方，極大風(fēng)速出現(xiàn)在組合切變最強之后的1～3個體掃時間。云頂升伸展高度的前部是風(fēng)切變最強的區(qū)域，由此可判定雷暴大風(fēng)將出現(xiàn)的區(qū)域。

關(guān)鍵詞：強對流;組合切變產(chǎn)品;對比分析

中圖分類號：P412.25 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）03-0238-05

0 引言

濟源市地處豫西北，境內(nèi)88%的面積為山區(qū)和丘陵，地勢北高南低、東高西低，天氣復(fù)雜多變。雷暴大風(fēng)等強對流天氣是濟源主要災(zāi)害性天氣之一，其發(fā)生突然、天氣劇烈、破壞性強、發(fā)生頻率高，常造成巨大的經(jīng)濟損失。由于強對流天氣生命史短、生消變化快、移動路徑復(fù)雜，預(yù)報難度很大。俞曉鼎[1]等闡述了多普勒天氣雷達原理與業(yè)務(wù)應(yīng)用，郭媚媚[2]等對肇慶市一次超級單體的多普勒雷達資料進行了分析，程向陽[3]等對雷暴天氣在多普勒雷達資料上的前兆特征進行了分析，劉娟[4]等分析了多普勒天氣雷達合成切變產(chǎn)品與地面大風(fēng)關(guān)系。他們對新一代雷達應(yīng)用做了大量的分析與研究工作，在臨近預(yù)報方面取得了豐富的研究成果，但對多普勒天氣雷達的組合切變產(chǎn)品的應(yīng)用討論較少。本文利用常規(guī)高空探測資料、地面中尺度加密自動站資料以及多普勒雷達產(chǎn)品，對2013年8月1日凌晨和8月11日下午兩次強對流天氣過程造成的地面大風(fēng)進行對比分析，以期找出一些特征，旨在探討組合切變產(chǎn)品在大風(fēng)預(yù)報中的應(yīng)用，為以后強對流天氣中大風(fēng)的臨近預(yù)報拓寬思路，提高濟源市夏季強對流天氣的預(yù)報水平和預(yù)警服務(wù)能力。

1 強對流天氣實況分析

8月1日2：00-5：00（以下簡稱0801過程），濟源市自西向東出現(xiàn)了分布不均的陣雨、雷陣雨天氣，雷雨時伴有短時強降水、大風(fēng)、局地小冰雹等強對流天氣。短時強降水集中在濟源市中部地區(qū)，大峪最大降水量67.4mm，其中1h最大降水量54.0mm;大風(fēng)集中在濟源市中部、東部，濟源市氣象局觀測站瞬時最大風(fēng)速19.6m/s，承留21.3 m/s（圖1a）。

8月11日16：00—21：00（以下簡稱0811過程），濟源市自西南向東北出現(xiàn)了分布不均的陣雨、雷陣雨天氣，雷雨時伴有短時強降水、大風(fēng)、局地小冰雹等強對流天氣。短時強降水集中在濟源市的中、東部一帶，濟源市氣象局觀測站過程降水量51.8mm，1h最大降水量40.5mm，瞬時最大風(fēng)速26.3m/s，承留瞬時最大風(fēng)速27.5 m/s（圖1b）。

兩次過程都是低槽收縮東移時影響濟源的。兩次強對流天氣持續(xù)時間短、強度大，造成全市城區(qū)電力設(shè)施受損，全市大面積停電停水，部分路段積水，樹木折斷，農(nóng)作物倒伏，大棚受損等，給群眾的生命財產(chǎn)和生產(chǎn)、生活造成重大損失。

2 天氣背景分析

2.1 高空形勢

7月31日08時，500-200hPa中高緯度貝加爾湖到河套為深厚的低渦槽區(qū)，低槽位于臨河、銀川到合作一線，西太平洋副熱帶高壓位于海上;20時副高加強，脊線位于沿海，使東北高脊加強、低槽加深，槽線位于臨河、平?jīng)龅匠啥家痪€。700hPa濟源處于東南高西北低的環(huán)流形勢中。850hPa切變線位于延安到西安一線，濟源處于切變線右側(cè)。8月1日08時，副高加強西伸，使低槽收縮東移，切變輻合北抬。在低槽收縮東移過程中，強對流天氣發(fā)生在584dgpm線邊緣、低層切變線右側(cè)。

8月11日08時，500hPa以上中高緯度呈兩槽兩脊型，貝加爾湖至河套為槽區(qū)，低槽位于烏拉特中旗到平?jīng)鲆痪€，西太平洋副熱帶高壓非常強大，控制河南、華東及華南地區(qū)，北部脊線位于40°N附近，濟源處于588dgpm線內(nèi)西北邊緣。700-8500hPa為一致的西南氣流，沒有明顯的切變輻合存在，300-200hPa山東章丘至鄭州一線有一東北風(fēng)波動。20時，副高快速東退至河南京廣線附近，北部脊線仍然維持在40°N附近，使低槽收縮北移。在副高東退、低槽收縮東移過程中，強對流天氣發(fā)生588dgpm線西北部邊緣、高層?xùn)|北風(fēng)波動出口區(qū)的左側(cè)。

強對流天氣的出現(xiàn)與大氣環(huán)流背景有關(guān)。以上兩次過程形勢分析發(fā)現(xiàn)：500hPa中高緯度貝加爾湖至河套均為低渦或槽區(qū)，0801過程濟源市為槽前西南氣流控制，850hPa有切變存在，發(fā)生強對流地區(qū)與切變線位置對應(yīng)較好;0811過程中低層無明顯的切變輻合，發(fā)生強對流地區(qū)位于高層?xùn)|北風(fēng)波動出口區(qū)的左側(cè)。

2.2 地面中尺度自動站分析

利用河南省區(qū)域自動站10min的地面自動站資料，分析圖2中0801（a）和0811（b）兩次過程發(fā)生前的地面風(fēng)場和溫度場變化。

0801過程發(fā)生在凌晨。01：10開始在濟源中部至新安出現(xiàn)一準(zhǔn)靜止鋒式切變輻合線，該系統(tǒng)持續(xù)到02：10，濟源下冶、承留分別出現(xiàn)了瞬時12.9m/s、12.3m/s的極大風(fēng)速，此時也是濟源蘇嶺產(chǎn)生短時最大雨強之時。之后，系統(tǒng)東移至濟源東部地區(qū)，受地形影響，風(fēng)速加大至19.6m/s。03：00濟源西南部與新安交界再次出現(xiàn)了東北風(fēng)與西南風(fēng)的切變輻合，并不斷東移。5：30系統(tǒng)影響結(jié)束，濟源降水逐漸停止。系統(tǒng)影響前濟源觀測站氣溫29.9℃，影響時下降至23.1℃，降幅6.8℃。

0811過程發(fā)生在下午。16：30濟源中部至新安出現(xiàn)一西南風(fēng)和東南風(fēng)的暖式切變輻合。16：40暖式切變輻合線轉(zhuǎn)變?yōu)闇?zhǔn)靜止鋒式切變輻合線，并移至濟源到孟津交界，至17：00，濟源下冶、承留分別出現(xiàn)了瞬時19.6m/s、27.5m/s極大風(fēng)速。之后，系統(tǒng)東北方向快速移至濟源東部地區(qū)，受地形影響，風(fēng)速加大至26.3m/s，此時濟源中東部降水開始加強，濟源市氣象局局觀測站35min內(nèi)降水40.5mm。17：30濟源與新安、孟津交界再次出現(xiàn)了暖式切變輻合線，該系統(tǒng)快速東移，18：00移出濟源，濟源降水逐漸停止。系統(tǒng)影響前氣溫35.5℃，影響時氣溫降至21.4℃，降幅14.1℃。

兩次過程的共同點：強對流發(fā)生時地面都有切變輻合系統(tǒng)存在，兩次過程中均出現(xiàn)了準(zhǔn)靜止鋒式切變輻合，地面輻合迫使暖濕空氣抬升。由于濟源北高南低、東高西低，因而下墊面受熱不均勻，形成溫度梯度，加強了大氣的斜壓性，促使強對流發(fā)生發(fā)展。

兩次過程的不同點是：0801過程地面準(zhǔn)靜止鋒式切變輻合持續(xù)時間較0811過程時間長，這也是0801過程降水較0811過程降水量大的原因;0811過程地面出現(xiàn)暖式切變后，地面弱冷空氣從東北方向向西滲透，冷暖交匯于河南省西北部，冷空氣勢力較0801過程強，冷空氣的強迫抬升作用使暖濕氣團“被抬升”，是對流加強發(fā)展的主要原因。

3 水汽條件

水汽是雷暴的燃料，也是暴雨產(chǎn)生的必要條件之一。由沿35.1°N的相對濕度緯向剖面圖（圖3a、b）可以看出，這兩次強對流過程水汽條件并不好，700hPa及其以下相對濕度在60%～70%，700hPa以上相對濕度在40%以下，相對濕度隨高度上升而減小，呈上干、下濕的垂直分布，這種水汽結(jié)構(gòu)有利于對流天氣的發(fā)生。

4 組合切變產(chǎn)品分析

組合切變產(chǎn)品是新一代天氣雷達的導(dǎo)出產(chǎn)品，是平均徑向速度的徑向和方位切變的合成。它使用從一個仰角掃描錐面的退模糊的平均徑向速度數(shù)據(jù)，通過合成切變算法而得到。該產(chǎn)品用直角坐標(biāo)表示，默認(rèn)1.5°仰角，范圍是150km×150km，中心在雷達位置上，以彩色圖像和等值線兩種形式顯示。為了更好地分析利用組合切變產(chǎn)品，本文在分析本產(chǎn)品之前對三門峽和洛陽雷達的組合切變產(chǎn)品進行了對比分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：洛陽雖然距離濟源較近，但是產(chǎn)品雜波過多，難以作出分析和判斷，三門峽雖然距離濟源稍遠(yuǎn)，產(chǎn)品只覆蓋了濟源的中西部，但與洛陽雷達產(chǎn)品以及其他產(chǎn)品有一致性，因此本文選擇三門峽雷達的組合切變產(chǎn)品，分析低層風(fēng)切變的情況。

4.1 組合切變產(chǎn)品與組合反射率因子的關(guān)系

如圖4a，8月1日凌晨01：04，西北—東南向帶狀強回波中心位于垣曲、新安一帶，中心強度50dBz，組合切變回波與反射率因子帶狀回波走向相同，局部達到80km/h。01：41，強回波進入濟源后演變成弓狀并向東北移動，弓狀頭部位于濟源下冶、大峪一帶，中心強度50dBz。01：53，組合切變產(chǎn)品回波加強，局部達到100～150km/h，濟源的下冶、大峪一帶出現(xiàn)短時強降水、雷暴大風(fēng)等惡劣天氣。02：29，強回波移至濟源中東部，局部強度增強至55dBz，并快速東移。03：41，強回波移出濟源。

如圖4b，8月11日16：06，濟源、孟津交界生成一小塊回波，強度30dBz。18：46該回波加強發(fā)展，與新安、孟津東西向帶狀向偏北方向移動的回波合并，組合切變回波加強至60～70km/h。17：07回波加強發(fā)展進入濟源后偏北方向移動，呈西北—東南向帶狀，分布于濟源中部地區(qū)，中心強度達55～60dBz，組合切變回波加強100～150km/h，濟源中部出現(xiàn)強風(fēng)暴、短時強降水、強雷暴等強對流天氣。18：01強回波移出濟源，對流天氣強度減弱，降水逐漸結(jié)束。

對比觀察兩次災(zāi)害性天氣過程強回波同時次的組合切變回波發(fā)現(xiàn)，組合切變強回波與40dBz以上強回波基本一致，強回波中心對應(yīng)強組合切變回波值，說明強回波區(qū)就是風(fēng)切變最強處，因此可根據(jù)強回波位置判斷最大風(fēng)速切變的位置。

通過分析發(fā)現(xiàn)，兩次過程的回波形態(tài)炯然不同：0801過程對流回波初生期即表現(xiàn)出帶狀特征，呈西北—東南向帶狀，在向東方向移動過程中不斷發(fā)展演變成弓狀，影響濟源后回波向東北方向移動，造成災(zāi)害性天氣;而0811過程則主要是由孤立對流單體加強發(fā)展與偏北方向移動的帶狀回波合并發(fā)展成超級單體風(fēng)暴，但其發(fā)展速度相當(dāng)快，強度也較0801過程強很多，影響濟源后回波東北方向移動，造成濟源中東部劇烈的災(zāi)害性天氣。

4.2 組合切變產(chǎn)品與地面輻合線、大風(fēng)的關(guān)系

8月1日01：10，系統(tǒng)自西南向東北進入濟源后，組合切變的回波越來來清晰，位置與地面輻合線位置基本保持一致。01：47組合切變回波加強。01：53達到最大，時速200km/h，但持續(xù)時間短、面積小，表明此時局部風(fēng)切變達到最強，與濟源的西部山區(qū)地形有一定關(guān)系。地面與之相對應(yīng)的王屋鎮(zhèn)觀測點極大風(fēng)速僅13.2m/s，出現(xiàn)在02：12。之后，組合切變回波逐漸減弱，并向偏北方向移動。02：29與王屋交界的承留鎮(zhèn)極大風(fēng)速達21.3m/s。03：12濟源東部的觀測站出現(xiàn)19.6m/s的極大風(fēng)速（圖5a）。03：23組合切變減弱并消散。

8月11日16：36系統(tǒng)自南向北進入濟源，組合切變回波位置與地面輻合線位置一致。16：49組合切變回波加強，達到60km/h，地面濟源的下冶風(fēng)速增至17m/s，位于組合切變強中心的前方。16：55組合切變加強，面積不斷增大。17：01組合切變達到100～150km/h。17：09承留出現(xiàn)27.5m/s的極大風(fēng)速。17：19組合切變減弱并逐淅向北移動。17：25位于濟源的克井組合切變回波再次增大至150km/h，時間持續(xù)一個體掃，地面上克井鎮(zhèn)出現(xiàn)瞬時20.6m/s的極大風(fēng)速（圖5b）。18：07組合切變回波消散，濟源影響系統(tǒng)逐漸結(jié)束。

綜合分析兩次強對流天氣發(fā)現(xiàn)，組合切變能清晰地指示出風(fēng)切變的所在和強弱。組合切變回波位置與地面輻合線位置始終保持一致，大風(fēng)區(qū)出現(xiàn)在組合切變最強中心附近或前方，組合切變回波的強弱與地面大風(fēng)相對應(yīng)，極大風(fēng)速出現(xiàn)在組合切變最強之后的1～3個體掃時間，可由此來推斷未來大風(fēng)將要出現(xiàn)的區(qū)域，提前發(fā)布大風(fēng)的預(yù)警預(yù)報。

4.3 組合切變產(chǎn)品演變與回波頂高產(chǎn)品分析

回波頂（ET）可以通過對云頂高度的定位反映雷暴云的發(fā)展程度。根據(jù)以往工作經(jīng)驗，當(dāng)回波頂高升至8～9km時將會出現(xiàn)雷電天氣，14km以上出現(xiàn)小冰雹的天氣可能性大。因此，本文對組合切變產(chǎn)品和回波頂高產(chǎn)品也進行了對比分析。

8月1日01：04系統(tǒng)進入濟源，回波頂高在8～11km，濟源開始出現(xiàn)雷電活動。01：41下冶一帶對流云發(fā)展，頂高升至14～15km，面積不斷擴大，組合切變回波加強到100km/h，位置位于頂高14km回波前端的濟源下冶、大峪、承留一帶，該地區(qū)降水強度加強，風(fēng)力加大，承留風(fēng)速增大至21.3m/s。之后，系統(tǒng)快速向東北方向移至濟源東部，過程中云頂不斷伸展，2：41升至17km，時間持續(xù)一個體掃時間6min，之后降至12km，此時濟源市氣象局觀測站風(fēng)速增大至16.9m/s、大雨滴夾小冰粒，分鐘降水量在0.3mm以上，最大分鐘降水量0.8mm。3：11回波頂高降至9～11km，濟源市氣象局測站風(fēng)速再次增大到19.6mm（圖6a）。之后系統(tǒng)快速東北移并逐漸減弱。

8月11日16：36回波頂高在8km以下。16：43系統(tǒng)位于濟源孟津交界，回波頂高升到14～15km并一直維持，組合切變產(chǎn)品強回波區(qū)與12km以上的回波頂高位置一致并略靠前。系統(tǒng)進入濟源后快速向北偏東方向移動，17：01組合切變回波加強至100～150km/h，位置位于回波頂高14km處的前端。濟源自西南向東北黑云壓頂，白天如晝夜，風(fēng)速增大，承留風(fēng)速猛增至27.5m/s。17：13濟源城區(qū)、孟津交界一帶回波頂高升至17km，濟源、孟津交界一帶局部出現(xiàn)了小冰雹天氣。17：19回波頂高降至11～12km并一直持續(xù)，濟源市氣象局觀測站雷電交加、大雨如柱，分鐘降水量在0.7mm以上，最大達2.3mm，17：32風(fēng)速增至26.3m/s（圖6b）。17：55以后系統(tǒng)東移，回波頂高降至11km以下，強對流天氣減弱。

綜合對比分析發(fā)現(xiàn)，0801和0811兩次過程的災(zāi)害性天氣過程組合切變強回波區(qū)均位于頂高14km回波移動方向的前端，說明云頂伸展高度的前部是風(fēng)切變最強的區(qū)域，由此可判定雷暴大風(fēng)將出現(xiàn)的區(qū)域。

5 結(jié)語

（1）強對流天氣的出現(xiàn)與大氣環(huán)流背景有關(guān)，兩次過程500hPa中高緯度貝加爾湖至河套均為低渦或槽區(qū)。0801過程，濟源市為槽前西南氣流控制，850hPa有切變存在，發(fā)生強對流地區(qū)與切變線位置對應(yīng)較好;0811過程中低層無明顯的切變輻合，發(fā)生強對流地區(qū)位于高層?xùn)|北風(fēng)波動出口區(qū)的左側(cè)。（2）兩次過程地面都有切變輻合系統(tǒng)存在，均出現(xiàn)了準(zhǔn)靜止鋒式切變輻合。0801過程地面準(zhǔn)靜止鋒式切變輻合持續(xù)時間較0811過程時間長，0811過程冷空氣勢力較0801過程強，冷空氣的強迫抬升作用使暖濕氣團“被抬升”，是對流加強發(fā)展的主要原因。（3）相對濕度隨高度上升而減小，呈上干、下濕的垂直分布，這種水汽結(jié)構(gòu)有利于對流天氣的發(fā)生。（4）組合切變強回波與40dBz以上組合反射率因子強回波基本一致，組合切變強回波區(qū)就是風(fēng)切變最強處。（5）組合切變能清晰地指示出風(fēng)切變的位置和強弱。組合切變回波位置與地面輻合線位置始終保持一致，大風(fēng)區(qū)出現(xiàn)在組合切變最強中心附近或前方，組合切變回波的強弱與地面大風(fēng)相對應(yīng)，極大風(fēng)速出現(xiàn)在組合切變最強之后的1～3個體掃時間。（6）組合切變強回波區(qū)位于頂高14km以上回波移動方向的前端，說明云頂升伸展高度的前部是風(fēng)切變最強的區(qū)域，由此可判定雷暴大風(fēng)將出現(xiàn)的區(qū)域。

參考文獻

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