2016年初夏隨州一次雷暴大風天氣特征分析

賀曉露

摘要 利用常規觀測資料和隨州新一代多普勒雷達（CINRAD/SB）資料，分析了2016年6月5日湖北省隨州市境內的雷暴大風天氣過程。分析表明，此次大風天氣是在高空冷渦低槽東移的環流背景下發生的，強冷平流隨西北氣流南下，疊加在低層暖濕氣流之上，形成對流不穩定，同時地面有冷鋒入倒槽形成地面輻合線，觸發不穩定能量釋放。中等強度的垂直風切變環境有利于強對流發生發展;整層濕度不大，并且中高層有明顯干侵入，不利于降水而有利于下沉氣流發展;CAPE、DCAPE、K指數和SI指數都表明有較強的不穩定天氣產生。雷達回波上觀測到明顯的弓形回波，且在母體風暴前沿有一條10～15 dBz的窄帶回波，同時在徑向速度圖上觀測到低層1 km以下高度有明顯的大風核，4～6 km還存在中層徑向輻合MARC，這些回波特征對地面大風有很好的指示意義。

關鍵詞 雷暴大風;垂直風切變;弓形回波;中層徑向輻合

中圖分類號：P446;P425 文獻標識碼：A 文章編號：2095-3305（2019）04-033-04

DOI： 10.19383/j.cnki.nyzhyj.2019.04.015

Abstract Using conventional observation data and CINRAD/SB data， the thunderstorm and gale weather process in Suizhou City of Hubei Province on June 5， 2016 was analyzed. The results showed that the gale was occurred in the background of coldvortex and trough eastward movement， the strong cold advection flowed southward， and superimposed on the warm wet air in lower level， which formed convection instability. And a cold front on the ground formed a ground convergence line in the inverted trough， triggering the release of unstable energy. Mediumrange vertical wind shear favored the development of strong convection. The humidity in the whole layer was not large， and an obvious dry intrusion was at the middle and high levels， which was not conducive to precipitation while that was conducive to the development of subsidence air flow. CAPE， DCAPE， K index and SI index all indicated strong unstable weather generation. An obvious bow echo was recognized by the Dappler radar of Suizhou， and there was a narrowband echo at the front edge. A clear wind core was recognized on the radial velocity diagram in the lower layer even less than 1 km， and radial convergence was also present in the middle layer at 4-6 km. These echo characteristics had a good indication to the ground gale.

Key words ? Thunderstorm gale;Vertical wind shear;Bow echo;Middle level radial convergence

對流風暴屬于中小尺度天氣系統，常產生強烈的雷電和災害性大風天氣，我國學者一般稱之為雷雨大風。實際上，雷雨大風是龍卷風和下擊暴流引起的大風等幾類大風天氣的總稱。由于中小尺度對流系統的尺度小、局地突發性強，破壞力大等特點，在常規預報上仍有一定難度。人們主要是通過監測天氣雷達、衛星云圖等實時資料開展強天氣預警服務工作，并且常規天氣雷達觀測發揮了十分重要的作用。筆者利用常規觀測資料和隨州新一代多普勒雷達（CINRAD/SB）觀測資料，以及隨州區域自動站觀測資料，分析了2016年6月5日晚隨州市境內的雷暴大風天氣過程，為今后利用雷達有效開展雷暴大風天氣短時臨近預報、預警提供借鑒。

1 天氣實況及災情

此次過程主要發生于2016年6月5日22：00至6日01：00，由一條弓形回波自西北向東南掃過整個隨州市造成的，具有強的系統性，大風出現時間有序，大風方向以偏北方向為主，為地面直線型大風。大風天氣最早發生于隨州西北部的吳山鎮，隨著颮線移動，大風相繼產生，過程累計共18站次出現陣風8級以上（>17.2 m/s）的大風，最大為23：45余店極大風速26.1 m/s。過程期間伴隨多站出現雷暴以及降水，小時雨強最大為23：00至翌日00：00唐鎮21.4 mm。據民政局統計，此次雷暴大風天氣造成全市90人受災，轉移安置42人，嚴重損害房屋33間，一般受損房屋38間，還造成農作物倒伏，直接經濟損失53.6萬元。

2 大尺度背景場分析

中小尺度系統的發生發展是在一定的有利大尺度環流背景下產生并受其制約的，以下分析此次雷暴大風過程的大尺度環流形勢特征。2016年6月5日，500 hPa歐亞為兩槽一脊型，我國呈西高東低分布，河套以東的華北地區有一低渦帶動低槽逐漸東移，隨著低渦不停旋轉，冷空氣不斷累積南下。20：00隨州市正位于槽底的冷暖交界處（圖1a），同時有溫度槽配合，槽區有大片的負變溫區，隨著低槽東移，負變溫區移進湖北中東部，最大 24 h 負變溫達-7℃。850 hPa在鄂陜豫交界處有一個閉合的低渦環流，隨州處于低渦暖式切變線南側的西南暖濕氣流中，在暖式切變線附近的露點達12℃以上，5日08：00—20：00有露點鋒形成并自北向南壓過隨州。從水汽通量散度來看，5日隨州上空500 hPa有水汽輻散，700到850 hPa有水汽輻合，同時850 hPa到500 hPa的溫差超過25℃，溫度直減率大。這種上冷下暖，上干下濕的形勢配置形成明顯的對流不穩定，十分有利于強對流的發生。在地面圖上白天華中區域為暖倒槽控制，氣溫回升明顯，不穩定能量集聚，晚上到夜間東路冷空氣逐漸南壓侵入暖倒槽有明顯鋒生，并且在冷空氣下擺的過程中，形成邊界層輻合線，觸發不穩定能量釋放，使得輻合線附近產生了強的對流。

3 探空資料分析

3.1 垂直風切變

垂直風切變是指水平風（包括大小和方向）隨高度的變化。統計分析表明，環境水平風向、風速垂直切變的大小往往和形成風暴的強弱密切相關。在給定的濕度、不穩定性及抬升的深厚對流中，垂直風切變對對流風暴組織和特征的影響最大。

將6月5日20：00南陽站和武漢站探空資料抬升點的溫度和露點訂正為隨州站的溫度和露點后，得到訂正后的探空圖（圖2），可知從南陽到武漢的地面-700 hPa有明顯的風向順時針旋轉，風速隨高度明顯增大，中低層有明顯的暖平流，而500至200 hPa有風向逆時針旋轉，中高層有冷平流，這種上冷下暖的形勢有利于不穩定能量的集聚。同時0～6 km的風切變在12 m/s以上，說明此次強對流天氣過程發生在中等強度的垂直風切變環境中，有利于對流中上升氣流和下沉氣流長時間的共存，且能夠產生與陣風鋒相匹配的風暴，易形成地面大風天氣。

3.2 溫、濕廓線特征

不同強對流天氣有其特色的層結結構，從過程發生前的對流風暴加強源地南陽站探空圖（圖2）形態可以看出，此次強對流過程溫濕結構表現為上下開口的“喇叭口”層結，地面濕度不大，中低層850～750 hPa濕度明顯增大，具有足夠的濕度能維持下沉氣流到達地面，600 hPa之上濕度又明顯降低，干層清晰。5日20：00，比濕超過10 g/kg 的高度伸展至750 hPa，由于中高層的干冷空氣侵入，500 hPa以上為比濕迅速下降1 g/kg 以下、溫度露點差大于10℃的干層。由于只有850和925 hPa 有弱的西南氣流，并且溫度露點差較大，表明水汽較差。同時，當低層邊界層輻合線觸發對流發生，強對流發展耗損大量水汽，水汽供應得不到及時補給，是此次過程降雨量不強的主要原因之一。

3.3 不穩定度

大氣物理量可以定量描述大氣中某些特征，因此對其分析可以對大氣特性有更為清晰的認識。6月5日20：00訂正后的南陽站與武漢站CAPE值都超過2 000 J/kg，CAPE值越大，說明能量釋放后，對流的上升運動越強。CIN值在100～150 J/kg，表明風暴受到一定的負浮力，適當的CIN值有利于不穩定能量的集聚，是對流發生的先決條件。此次過程中DCAPE值達1 193 J/kg，十分有利于產生強的下沉氣流，在地面形成向外輻散的地面大風。熱力穩定度條件上，K指數為32℃，SI指數為-1.2℃，表明中尺度環境場處于不穩定狀態，具有對流發展的良好潛勢。強天氣威脅指數（SWEAT）反映了不穩定能量與風速、風向垂直切變對風暴強度的綜合作用，其值越高，發生強雷暴的可能性越大，此次過程中SWEAT為183，表明具有對流天氣發生潛勢。

4 雷達回波特征分析

4.1 反射率因子特征

此次雷暴大風過程是由高度組織的對流單體發展成弓形回波造成的地面直線型大風。6月5日21：00左右在河南西南部不斷有對流單體合并加強并逐漸東移南壓，風暴發展很快，22：00左右在河南南陽附近發展為南北兩段弓形回波，尺度達100 km以上，長寬比大于5∶1，南部的弓形回波快速向東南方向移動橫掃整個隨州，北部弓形回波移速稍慢并逐漸減弱合并至南部弓形回波中。整個過程中回波的反射率強核位于回波的前沿，強度均在50 dBz以上，最強時段達到60 dBz，其后部有大片層狀云降雨區。從移速來看，向東南方向移動的速度超過50 km/h。另外在22：09觀測到一條反射率因子為10～15 dBz的窄回波帶脫離風暴母體向外伸展加速，即陣風鋒。陣風鋒一直在風暴母體前方10 km左右，使得風暴可長時間強烈持續。直到6日00：12后陣風鋒逐漸遠離風暴母體，母體風暴逐漸減弱（圖3）。

4.2 徑向速度特征

在6月5日晚大風過程中的0.5°和1.5°仰角速度圖中可以看到22：50距離雷達60 km左右的隨州西北部有明顯的西北向大風速核，最大速度超過27 m/s，即表示在1 km以下高度處風速超過27 m/s，說明其后部有一股非常強的干冷空氣進入對流云的下方，也可以判斷此時該區域的地面風速也很大（圖4a～b）。大風速核從6月5日22：00到6日01：00自西北向東南掃過整個隨州，造成了此次全市范圍的大風天氣。同時在22：21的2.4°仰角速度圖中可以看到在4～6 km高度處存在一個明顯的中層徑向輻合MARC（紅圈處）（圖4c），反映出由前向后的強上氣流和后側強的入流之間的過渡區，其最大正負速度差值達30 m/s。中層徑向輻合是識別地面大風的一個重要特征。

4.3 風廓線（VWP）特征

風廓線圖（VWP）只適用雷達站30 km范圍內，而且假設風場是均勻分布的，因此挑選了強鋒面回波影響測站前（圖5a）和影響測站時的圖（圖5b）加以說明?？梢钥闯?，在整個雷雨大風天氣產生前，在低層風隨高度順轉，為暖平流，且在2.5 km以下的高度均為偏南風，2.5～3.5 km為西北風，這種配置易造成對流不穩定的層結，對強對流天氣的產生也是一種激發機制。當23：30左右陣風鋒經過測站時，偏北風擴散到近地面，中低層風隨高度逆轉，說明中低層轉為冷平流擾動，觸發對流。當冷平流持續一段時間后，低層輻合上升的熱力條件逐步減弱消失，不利于對流性天氣的發展，天氣相對穩定下來。

5 小結

該文從環境背景場、層結條件、物理量參數、雷達回波特征等方面分析了隨州市2016年6月5日雷暴大風天氣過程，得到如下主要結論：

（1）此次過程為弱降水災害性大風天氣。環流背景為高空冷渦低槽東移，強冷平流疊加在低層暖濕氣流之上，形成對流不穩定，同時地面有冷鋒入倒槽形成地面輻合線，觸發不穩定能量釋放。

（2）此次強對流發生在中等垂直風切變環境中;有明顯的“喇叭口”層結，中高層有干侵入，有利于下沉氣流發展;CAPE、DCAPE、K指數、SI指數和SWEAT指數都表明不穩定條件較好。

（3）反射率因子回波上，此次過程由高度有組織的弓形回波造成，風暴母體前方觀測到一條10～15 dBz 的陣風鋒，預示地面可能發生大風。

（4）徑向速度圖上，觀測到低層1 km以下高度超過27 m/s的大風核，4～6 km還存在中層徑向輻合MARC，這些特征對地面大風有很好的指示意義。

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責任編輯：鄭丹丹