石河子一次強對流天氣成因分析

摘 要：利用常規觀測資料，自動站資料和石河子多普勒天氣雷達觀測資料，對2017年5月25日傍晚發生在石河子地區一次強對流天氣進行了綜合分析。結果表明：西北氣流上的波動是此次強對流天氣直接影響系統;冰雹天氣發生時，正是回波強度在55～60dbz之間、強中心高度在10km，出現了有界弱回波區。大風發生時速度圖上是典型的輻散型流場，正負速度最大值10.6m/s，速度差值21.2m/s，并且徑向速度有“逆風區”存在，為冰雹天氣的發生提供了動力條件。這些指標是判斷強對流天氣的重要線索。也是預報服務中強對流天氣預警的重要依據。

關鍵詞：西北氣流;懸垂結構;有界弱回波區;逆風區

中圖分類號：S16

文獻標識碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20190630066

前言

石河子墾區位于新疆天山北坡中部，屬干旱半干旱地區。是棉花高質量的主要生產基地，是天山北坡經濟開發區的重點，也是國家重點經濟建設開發區。農耕已成為墾區經濟支柱。石河子墾區的雷暴、冰雹、大雨、大風是主要的氣象災害。威脅著農業的安全和人民的生命財產。例如，2007年在石河子墾區南部山區，由強降水引起的洪水，破壞了農作物和居民的房屋，雷擊造成人員傷亡。隨著氣候變暖，極端天氣通風口發生頻率增加，強對流天氣越來越頻繁。例如，在2008年8月26日從18：00—27日11：00的18h內，有4個場雷暴、冰雹、強降水、強風等罕見的對流事件。新一代天氣雷達在災害性天氣監測和預警方面發揮了重要的作用，國內在新一代天氣雷達產品分析應用方面做了很多的探討和分析，超級單體作為局地對流風暴發展的一種最猛烈的形式，一直是氣象學家研究的熱門對象。中國對超級單體風暴進行了一些研究。目前中國多普勒雷達的高靈敏度和測速功能為局地強風暴的研究提供了良好的條件。本文利用石河子C波段多普勒雷達資料對影響天山北坡帶中部石河子墾區的一次全區性強對流天氣進行分析。

1 天氣實況

2017年5月25日22：00—凌晨1：00，石河子墾區普遍出現強對流天氣，陣風風力達6～9級，大泉溝水庫瞬間極大風力9級（風速28.2m/s）;并有小到中量陣雨，其中下野地和南部山區有雷電活動，南部山區出現冰雹。

2 強對流成因分析

2.1 環流背景分析

2017年5月25日500hpa歐亞范圍經向環流為主，并分為南北2支鋒區，烏拉爾山為深厚的低值系統，冷中心-36℃。里咸海有低槽，巴湖至新疆受西北氣流控制，西北氣流上多波動，溫度為-12℃，冷暖溫差24℃。700hpa上游區有明顯的風速輻合，同時在石河子墾區有切變存在。850hpa冷暖溫差達31℃，等壓線與等高線交角近于90°。24—25日墾區升溫明顯，高空溫差越大，會導致地面氣壓差越大，風也就越大。

氣壓梯度力是空氣流動的原動力，是形成大風的根本動力。25日白天北疆有熱低壓發展，14：00 3h變壓表現為減壓升溫。26日02：00冷鋒進入石河子，3h正變壓達18hpa，上游烏蘇站3h負變壓31hpa，石河子大風出現時間就發生在25日23：00—凌晨1：00。

2.2 探空資料分析

豐富的水汽條件、不穩定層結和觸發潛在不穩定能量的抬升條件是形成對流天氣的3個基本條件。從25日20：00探空曲線上看（圖3），克拉瑪依上空大氣為條件性不穩定。從風場看，20：00 700hpa以下是風向較為一致的西北風， 500hpa轉為西風，400hpa西南風，風隨高度逆轉，明顯是有冷平流存在，更有利于穩定度進一步減小。從T-Td上看，中低層都較為干，水汽條件不好，此次過程也主要是以大風為主，伴有小到中量陣雨。

以上分析表明在強對流天氣發生前，高空積累了相當的不穩定能量，地面場提供了必要的動力條件。

3 雷達資料分析

3.1 南部冰雹回波分析

2017年5月25日21：00石河子西北方不斷有對流云團生成并東移，21：49在烏蘇境內有大于50dbz的強回波出現，22：41在石河子西南方向出現了高度超過9km、強度超過55dbz的對流單體。

22：18對流單體在石河子西南方向開始出現并逐漸發展，22：41強度大于50dbz，強回波面積也增大了，21：47回波頂高達10km，中心力量為60dbz。從垂直剖面上可以看出，此時出現了穹頂和懸垂結構，弱回波區變為有界的弱回波區（Bw）。這說明上升氣流在云中很強，有界的弱回波區變成弱回波區，然后消失。在風暴的運動和發展過程中， 回聲頂T明顯增加。弱回波區和有界弱回波區的出現反映了冰雹云物理特征的短期急劇變化。速度圖上可以看到，21：47強風暴在1.5°的高度上是一個純輻合區，在22：53時是逆風區，負速度區包圍正速度區，這表明云體內存在著強烈的渦旋上升運動，而到了9.5km的高度是一個純輻散，即高層是抽吸輻散作用。這表明低層有入流氣流，高層有出流，這正是冰雹生長發展的有利條件。23：10單體逐漸減弱消失。

3.2 從垂直液態水含量（VIL）分析冰雹發生的過程

垂直液態水含量與基座反射率的強度有關，垂直液態水的大小取決于液滴的大小。垂直液態水含量 T對應于高分辨率的冰雹和風暴，而持續較高的垂直液態水含量對應于超細胞回波，可用于識別較強的回波，確定冰雹發生的可能性和確定性。如果與其他產品重疊，就有可能確定冰雹的位置，以便更好地預報、預測。

剛剛出現對流單體在西南方的有效探測范圍內時，液態含水量為15kg/m3，到了22：53時液態水含量為20kg/m3，基本上是該片回波發展到降雹的最大值，這說明該回波水滴凝結到最大值。利用這一特性可以幫助識別更強的回波，從而進一步確定冰雹出現的可能性和肯定性。

3.3 對流性大風的雷達圖分析

從強度圖上可以看出，距雷達站西北方向90km左右的地方有大片強度在20～45dbz的回波。強度最大值達到50dbz，面積較小。回波移動速度慢，23：00以后在測站北方也有25～30dbz的回波發展起來。較弱的回波強度不利于短時強降水的發生。

速度圖上是典型的輻散型流場，在距雷達站西北方向60～90km處的正負速度最大值10.6m/s，速度差值21.2m/s。23：33時距雷達站偏北方向也出現輻散型流場，速度差較大。地面區域站實測極大風速20m/s以上的多出現在石河子西北方向的下野地團場。偏北方向的莫索灣極大風速普遍在5級。

4 小結

西北氣流上的波動是此次強對流天氣直接影響系統，鋒面過境造成了石河子大風天氣。冰雹則是由對流單體風暴引起的局地強對流天氣過程。

冰雹天氣發生時，正是回波強度在55～60dbz之間、強中心高度在10km，出現了有界弱回波區，并且徑向速度有“逆風區”存在，為冰雹天氣的發生提供了動力條件。這些指標是判斷強對流天氣的重要線索。也是預報服務中強對流天氣預警的重要依據。

大風發生時速度圖上是典型的輻散型流場，正負速度最大值10.6m/s，速度差值21.2m/s。石河子夏季大風天氣出現較少，尤其以大風為主有微量降水的形勢，此種天氣預報經驗不足，在今后的預報中，要實時調整預報思路，總結經驗。

參考文獻

[1] 張杰.中小尺度天氣學[M].北京：氣象出版社，2006：100.

[2] 俞小鼎，鄭媛媛，張愛民，等.安徽一次強烈龍卷的多普勒天氣雷達分析[J].高原氣象，2006，25（5）： 24.

作者簡介：

雷薇（1971-），女，大學學歷，工程師，研究方向：天氣預報。