對比分析2019年夏季臺州市兩次強對流過程

2021-07-06 07:35:24賀立夫

浙江氣象 2021年2期

王鵬賀立夫陳蓮

(1.臺州市路橋區氣象局，浙江臺州 318050;2.臺州市氣象局，浙江臺州 318000)

0 引言

強對流是一種歷時短、破壞力巨大的天氣,常帶來災害性的大風和局地暴雨,有時伴有強雷暴、大風、短時強降水、龍卷和冰雹等強烈天氣[1]。由于對流天氣尺度小,預警時間短,預報難度較大,常對人們的生命財產安全造成嚴重影響。近年來強對流天氣多發,很多氣象工作者對強對流發生發展的規律和成因進行了深入分析。高曉梅等[2]研究了2016年6月14日山東一次強對流天氣的環境條件、風暴特征,發現地面輻合線是抬升機制,上干下濕的不穩定層結、低層水汽充沛及濕層厚是出現短時強降水的重要原因;王秀明等[3]深入探討了2009年6月3日造成河南商丘災害性地面大風的成因,得出商丘颮線災害性地面大風是由高空水平風動量下傳、強下沉氣流輻散和冷池密度流造成的;葉成志等[4]對2013年3月19日湖南首場致災性強對流天氣過程的成因進行了綜合分析,發現強對流發生前,近地面晴空輻射增溫、對流不穩定層結、強烈的垂直風切變、較大的溫度梯度直減率以及近地層較好的水汽條件，為強對流風暴的發生發展提供了良好的潛勢條件。高天赤等[5]通過分析浙北一次強對流過程,指出中尺度輻合線基本與對流發生發展相對應,輻合線周邊區域是強天氣容易發生發展的區域;趙瑜等[6]通過分析山西省一次強對流過程,發現在強對流發生前,850 hPa存在明顯的逆溫層,有利于低層能量積累;賀哲等[7]探討了河南省一次副熱帶高壓(以下簡稱副高)邊緣對流性暴雨,得出新生單體在引導氣流作用下不斷向下游移動,易產生列車效應,有利于暴雨發生。張樹民等[8]對比分析了副高脊線附近江蘇兩次強對流天氣,指出雷暴大風對應于中高層大氣干,而短時強降水對應于低層濕層厚。還有很多專家學者對不同類型強對流天氣的環境條件、觸發機制和多普勒雷達回波等方面進行了諸多研究[9-14]。

本文利用區域自動站觀測資料、NCEP逐6 h再分析資料和臺州多普勒天氣雷達資料等,對比分析了2019年6月30日和7月1日臺州市連續發生的兩次強對流過程,其中6月30日以雷雨大風為主,7月1日以短時強降水為主。兩次過程為副高邊緣強對流天氣連續出現，但天氣致災類型不同,有必要探討其發生發展的機制,找出不同天氣致災類型的成因,以期為此類天氣的預報預警服務提供更多參考依據。

1 天氣概況

6月30日的強對流天氣以雷雨大風為主,主要分布在中東部地區,全市有32個自動觀測站出現了7級以上的雷雨大風,有3個自動觀測站風力在9級以上,最大風速為黃巖長潭水庫22.6 m/s(9級),有27個站出現了短時暴雨。7月1日以短時強降水為主,有39個站出現了短時暴雨,其中東北部沿海和中部地區對流最強,降水效率高,局部小時降水量在60 mm以上,最大小時雨強為三門小雄119 mm,26個站出現了7級以上的雷雨大風。

2 環境條件分析

2.1 環流背景和影響系統

6月30日08—20時高空槽偏北東移,副高較為強盛,臺州處于副高北緣,中低層受西南氣流控制。500 hPa高空槽沿內蒙古呈東北—西南走向,副高脊線西伸到湘貴一帶,臺州處于副高邊緣;700 hPa長江中下游—華南一帶受強盛的西南風控制;850 hPa臺州處于西南氣流控制中,850 hPa溫度場上浙東南沿海有一個23 ℃的暖中心。10時臺州市西北部山區出現分散性對流天氣,14時(圖1)隨著700 hPa低槽東移到安徽—湖南一帶,贛浙北部的急流帶南壓到浙中,臺州上方西南風增強,溫度場上850 hPa浙中南維持暖區中心,850 hPa弱切變線過境動力抬升明顯,此時強對流得到發展。20時副高略有東退,700 hPa和850 hPa西南風均減弱,強對流過程趨于結束。

圖1 500 hPa高度場(單位：dgpm)、700 hPa風場(陰影,單位m/s)和850 hPa風場(風向桿)(a.6月30日14時、b.7月1日14時)

7月1日高空槽東移南壓,副高東退,低層切變線南壓過境產生強對流天氣。7月1日08時高空槽位于吉林—河南一帶,副高脊線在贛中—閩北一帶,臺州處于副高邊緣,南海有一熱帶低壓沿副高外圍向西北移動,700 hPa低槽位于蘇皖南部,850 hPa蘇南—浙北一帶有一偏北氣流和西南氣流組成的冷式切變線,低層臺州受暖區西南氣流控制。11時分散性對流天氣開始出現在臺州西部和東北部,13時臺州東北部有短時強降水產生,14時浙江上空西南急流得到增強,700 hPa維持西南氣流,850 hPa切變線南壓到臺州境內,此時強對流發展最為強盛。20時南海熱帶低壓北移靠近海南,850 hPa浙江中部轉為東北風和東南風暖式切變,臺州市受東南氣流控制,降水轉為穩定性降水。

2.2 物理要素分析

對流性天氣與環境條件有密切的聯系。大尺度環境條件不僅制約了對流系統的種類與演變過程,而且還影響對流系統內部的結構、強度、運動和組織程度[15]。強對流天氣發生的3個基本要素是熱力不穩定、動力抬升和一定的水汽條件,強垂直風切變也是強風暴特別是長生命史風暴維持的重要條件[11]。下面通過探空資料、自動觀測站資料和NCEP再分析資料,對比分析6月30日和7月1日強對流天氣的不穩定條件、水汽條件和動力抬升條件。

2.2.1 不穩定條件

選取6月30日和7日1日洪家站的探空資料(圖2)進行對比分析。從對流有效位能CAPE值得出,洪家站6月30日的能量條件要比7月1日好,6月30日探空曲線訂正后CAPE值達3661.8J/kg,7月1日CAPE值為1592.8J/kg,不穩定能量條件的減弱與副高東退相關。從分析沙氏指數(SI)可知,30日不穩定條件更好。從探空曲線可知，兩次過程低層均存在逆溫層,30日925 hPa逆溫層更厚,逆溫層的存在有利于低層能量累積[6],層結喇叭口形狀也更明顯,對雷暴大風的產生有利;1日低層700 hPa濕層更厚,與南海熱帶低壓外圍暖濕氣流影響有關,有利于短時強降水的產生。對比分析這兩次過程可知，雷暴大風對應于中高層大氣干,而短時強降水對應于低層濕層厚[8]。兩次過程能量條件都較好,K指數都在37 ℃以上,大氣溫度直減率較大(T850-T500>25 ℃),層結不穩定,易出現雷雨天氣。

圖2 洪家站探空資料圖(a.6月30日08時、b.7月1日08時)

2.2.2 水汽條件

對流云團的發展要求低層有足夠的水汽供應,對流常常生成于低層有濕舌或強水汽輻合地區[14]。從圖3可知,6月30日和7月1日整層水汽條件都很好,30日14時臺州市大部分地區整層可降水量在60 mm以上,1日在65 mm以上。水汽通量散度表征輸送而來的水汽集中程度,水汽輻合或輻散,特別是低層水汽通量輻合與降水落區及強度有密切關系。分析925 hPa水汽通量散度分布,30日14時浙中有一個水汽輻合中心,臺州地區水汽通量散度均為負值,處于水汽輻合區內,為對流的產生提供了良好的水汽條件;1日水汽輻合區呈東北—西南走向,比30日明顯,降水范圍更廣。

圖3 整層可降水量(陰影,單位:mm)和925 hPa水汽通量散度負值區(單位:10-8g/(cm2·hPa·s)(a.6月30日14時、b.7月1日14時)

2.2.3 動力抬升條件

觸發雷暴的中尺度系統主要包括邊界層輻合線、中尺度地形和中尺度重力波,其中,特別重要的是邊界層中尺度輻合線[13]。從自動站觀測的11—12時極大風資料可知,6月30日11—12時，臺州西北部地面極大風場呈不規律分布,出現了多處小范圍的地面輻合線,對應雷達圖上最先產生的對流在西北部地區,考慮為山區地面溫度較高,午后產生局地熱力抬升疊加風場輻合,造成不穩定能量的釋放產生對流。7月1日11—12時，在臺州西北部有一條明顯的呈東北—西南走向的輻合線,輻合線西側為西北風,東側為東到東南風,對流發生發展區域在中尺度輻合線附近[5]。

3 雷達資料分析

在6月30日強對流過程中，臺州市雷雨大風更加明顯,尤其是12—14時，在黃巖—椒江一帶，多個站點出現了7級以上的雷雨大風,其中黃巖長潭水庫12∶10出現了9級風(22.6 m/s)，風速最大。從圖4可知，12∶08回波沿東偏北方向移動,長潭水庫位于強回波前沿,回波整體呈帶狀,最大組合反射率因子強度在55 dBZ左右。通過徑向速度場可知，明顯的風速輻合與實況長潭水庫出現大風相對應。隨著回波東移,分散的塊狀回波經過合并演變成短帶狀,帶狀結構較完整,大風特征較明顯,實況為在帶狀回波經過時，中部地區均出現了7級以上的大風。

圖4 a.6月30日12∶08雷達反射率圖、b.3.0°仰角的徑向風速產品(圓圈內表示中層徑向輻合)

圖5為7月1日15∶42 1.5°仰角的徑向風速產品。7月1日強對流過程以短時強降水為主,主要降水時段為16—17時,集中在東部沿海和中部地區,并伴有局地7級以上的雷雨大風。分析雷達回波的連續變化,發現16∶40前后三門一帶中尺度雨帶中的一個發展較為強盛的單體向南傳播,移到黃巖境內后,與原分散回波合并后演變成更強的塊狀回波,從1.5°仰角徑向風速產品可知，正速度值較大，并且在同高度上,負速度區較大,風向和風速都有輻合,回波強度增強到60 dBZ。另外,強回波在向南傳播的過程中,在黃巖路橋交界一帶停留時間較長,產生了一定程度的列車效應[7],在黃巖路橋交界一帶降水效率高,小時降水量在50 mm以上,并伴有7級以上的雷雨大風。