高空冷渦形勢下一次雷暴大風過程的診斷分析

李 帆 羅靜靜

（舟山市定海區氣象局，浙江舟山 316000）

強對流天氣具有影響范圍小、發展速度快、持續時間短的特點，它的發生常伴有雷暴、短時暴雨、冰雹、強風（龍卷風）等災害性天氣。雷暴大風由于其突發性和劇烈程度往往給人們的生命財產造成嚴重危害，尤其對漁船出海作業造成重大影響。因此，雷暴大風產生機理和預警預報一直是災害性強對流天氣研究的重要內容。秦 麗等[1]、趙 瑜等[2]、楊慶紅等[3]研究發現，雷暴大風的生成與層結不穩定、抬升條件觸發、垂直風切變等密切相關，中高層干冷、低層暖濕、850 hPa與500 hPa溫差大、低層冷空氣的滲透等都可以使大氣層結不穩定度加大，促使垂直上升運動加強，為強對流天氣的發展提供有利條件。馬素艷等[4]、曲曉黎等[5]研究發現，雷暴大風等強對流天氣一般都是由中小尺度系統引發的，因而運用衛星和雷達產品更能發現天氣系統的臨近或短時特征，如TBB梯度最大處容易形成強對流天氣。

2020年4月12日舟山出現了一次罕見的雷暴大風天氣，本文利用常規觀測資料和雷達產品對此次極端雷暴大風天氣的觸發機制、環境條件和風暴特征進行分析，以期為本地雷暴大風等強對流天氣的預測預報及監測預警提供參考。

1 天氣實況

4月12日19：00—22：00定海區出現了一次突發強對流過程。本次過程定海區普降3～5 mm的降水，最大為5.2 mm（千荷站）。雖然降水量不大，但全區普遍出現了10～11級雷雨大風，局部海域達到12級。過程最大風力出現在12日20：08，馬目測點極大風速達 33.4 m/s，風向為 N。 20：00—21：00 為主要影響時段，定海區有1個站點出現12級風、4個站點出現11級風、4個站點出現10級風。21：00—22：00定海區僅1個站點出現9級風，之后風力進一步減弱。

2 天氣形勢

從圖 1（a）可以看出，12 日 8：00，高空冷渦位于鄂霍次海且位置偏南，渦后有明顯橫槽轉豎伸向江蘇—安徽中部，定海區受冷渦底部西北偏西氣流控制。冷渦中心對應-32℃冷中心，表明該冷渦強度大，渦后冷平流明顯。溫度槽落后于高度槽表明冷渦仍在發展加深，斜壓性明顯。從圖1（b）可以看出，至12日20：00，高空冷渦進一步東移南壓，發展至朝鮮海峽一帶。渦后西北急流加強，高空風速加劇，定海區處在渦后的西北氣流控制中。結合溫度槽可知，高空冷舌呈南北走向，定海區位于冷舌控制內，等溫線密集，溫度梯度大。同時，溫度槽仍落后于高度槽，冷平流顯著。

12日8：00 850 hPa圖上低渦位于海上，定海區受西北急流控制，冷中心覆蓋浙江中南部、福建北部、江西東部。定海區暖平流輸送明顯，高層的干冷空氣配合低層的暖濕空氣、不穩定層結出現，有利于雷暴大風發生。由圖 1（c）可知，12 日 20：00 850 hPa，低渦東移遠離，伴隨著冷中心東移，西北急流仍然維持，強度略有增加，暖平流維持，上干下濕結構仍然存在。同時，有小范圍濕舌在舟山地區出現。

200 hPa等壓面上，偏西急流強勁，20：00前定海區始終位于急流軸出口區的右側，高空急流加強了抽氣作用，輻散下沉帶動高層動量下傳，加強低層擾動，反作用于上升運動的加強，引導干冷空氣入侵，導致不穩定層結形成。

從地面形勢圖上看，11日20：00地面冷鋒已經南壓至浙南和福建一帶。12日8：00冷鋒東移南壓入海減弱，定海區位于地面冷高與海上低壓倒槽之間。12日20：00，地面有弱冷空氣補充南下，地面輻合線位于舟山一帶。深入研究12日19：00地面風場圖可知，此時有一條地面輻合線處在嵊泗西部海域—上海南部—嘉興一帶，與實況出現大風位置相符。由圖1（d）可知，至20：00，該輻合線南壓至普陀—寧波一帶，對應此刻定海區的大風過程。此后輻合線進一步南壓，風力逐漸減弱。

綜上所述，本次突發強對流過程發生在200 hPa存在急流、500 hPa橫槽轉豎后引導弱冷空氣補充南下并與低層暖濕氣流交匯的環流形勢下，地面輻合線的發展和移動觸發了此次強天氣的發生。

3 探空分析

分析12日8：00杭州站探空圖可知，700 hPa以上開口較大、濕度較小、整層較干，700 hPa以下存在弱濕區，濕度差相對大，存在明顯的上干下濕結構。低層風向隨高度順轉有暖平流，高層風向隨高度逆轉存在冷干流，這表明大氣潛在不穩定度加大，有利于強對流天氣的發生。從8：00對流參數看，DCAPE值為274.7 J/kg，對流抑制有效能值為0 J/kg，0～3 km垂直風切變達到18 m/s。以上條件均有利于雷暴大風的出現。用14：00杭州站實況溫度、露點溫度訂正探空圖（圖2）后可知，CAPE值為510.8 J/kg，有一定能量條件。這與夜間定海區降水量不大、過程主體為干雷暴相對應。觀察12日20：00杭州站探空圖可知，中層濕度加大，而700 hPa以下濕度隨高度降低迅速減弱，600 hPa以上濕度隨高度增加迅速減弱，這種上下層干、中層濕的典型喇叭口結構對雷暴大風的產生十分有利。觀察水平風的垂直分布，0～6 km垂直風切變達到27 m/s，屬于強風切變環境。風切變主要集中在0～3 km，垂直風切變高達25 m/s，十分有利于風暴運動的發展和發生。同時，低層暖平流、高層冷平流的形勢仍然存在，不穩定結構也為強天氣的發生提供了有利條件。此外，抬升凝結高度較高、CAPE值較小、溫度露點差較大均對強降水的發生不利，但DCAPE值增加到400.7 J/kg，對雷暴大風有一定的指示作用。風場垂直分布時間剖面圖見圖3，可以看到，高空動量向低層傳遞是本次大風發生的重要原因。

4 物理量分析

4.1 動力條件

觀察4月12日垂直速度分布情況可知，20：00 700 hPa以上定海區受上升氣流控制，低層則存在著較強烈的下沉氣流。對比14：00的垂直速度可知，20：00的下沉氣流速度更快、強度更大。強烈的下沉運動對高空動量的下傳有顯著的增強作用，這與此刻的大風有較好的對應。另外，從渦度平流圖上可以看出，浙北一帶20：00負渦度平流隨高度減弱，也表征了下沉運動的發生。

4.2 溫度平流

溫度平流不僅可以造成大氣層結不穩定，而且還可以產生垂直運動。8：00溫度平流圖見圖4（a），可以看出，500 hPa安徽、江蘇、浙江中北部冷平流顯著，冷中心強度大；850 hPa對應位置存在暖平流，形成上冷下暖的疊加區，為強天氣創造了不穩定條件，與晚上強天氣落區相對應。至20：00 500 hPa冷平流依然強盛，700 hPa冷平流加劇，高空冷平流向下擴散。從圖4（b）可以看出，850 hPa江蘇、浙江北部區域的暖平流被冷平流所取代，地面氣壓快速增大，地面風速激增。

4.3 變壓

本次過程冷空氣強度較弱，上游雖然存在一定的3 h負變壓，但變化強度不大，3 h負變壓的移動方向與雷暴過程相契合。19：00，3 h負變壓來到江蘇、上海一帶，上游出現大風。20：00，3 h負變壓南壓至舟山—寧波一帶，定海區出現大風。另結合地面24 h變壓圖可知，安徽、江蘇地區有明顯的負變壓區，同時定海區西南側有明顯的正變壓區，兩者之間的區域存在強烈的變壓梯度，這有利于地面大風的迅速出現。

5 雷達分析

從雷達反射率因子圖上看，12日傍晚有回波南壓至江蘇南部—上海一帶。此后回波繼續南移，至19：00回波到達上海—嘉興一帶，強中心位于上海，最大強度達48 dBZ。19：06嵊泗灘滸站出現11級大風。此后回波入海，強度迅速加強，至20：00已出現59 dBZ的回波影響嵊泗海域，定海區開始出現大風。至20：30，回波不斷東移南壓，強度維持在60 dBZ左右，回波前沿影響定海區。此后回波強度略有減弱，主體掠過定海區繼續東移南壓，21：00后過程趨于結束。本次過程大風的發生與強回波中心并無對應、有較明顯提前量及回波入海加強迅猛等都為預報帶來了難度。

從雷達徑向速度圖（圖5）可以看出，19：00上海嘉興處在風速大值區，嘉興南部出現速度模糊，上游大風實況出現。此后風速大值區不斷擴大南壓，至20：00來到定海區前沿。此時上海西南部存在新的速度模糊，定海區開始出現大風。隨著大值區不斷南壓，定海區大風過程持續。20：30后，風速大值區開始減弱、范圍縮小，21：00后對定海區影響趨于消失。結合徑向速度圖的風速大值區與上游實況進行分析，對本次過程的短臨預報有重要意義。

6 結論

分析結果表明，本次過程發生在200 hPa存在急流、500 hPa橫槽轉豎后引導弱冷空氣補充南下并與低層暖濕氣流交匯的環流形勢下，地面輻合線的發展和移動是本次過程的觸發機制。上下干、中層濕對雷暴大風十分有利，強風速切變對強天氣有觸發作用。在CAPE值不大、抬升條件一般的情況下，依然存在雷暴大風可能，DCAPE值有一定指示意義。高空動量下傳是本次大風發生的關鍵。溫度平流帶來上冷下暖的不穩定層結，冷平流向下滲透帶來能量的傳遞。大風的發生與強回波未必對應，可能存在提前量，將徑向速度圖與上游實況結合分析有助于短臨提前預警。