2021年5月15日景德鎮地區一次強對流過程分析

付 晶，計桂平，黃龍飛

(景德鎮市氣象局，333000，江西，景德鎮)

0 引言

景德鎮地處贛東北，春夏之交強對流天氣多發頻發。國內諸多學者對強對流天氣的形成機制、中尺度特點、雷達回波特征等開展了大量研究。鄭永光等對強對流天氣預報的一些基本問題進行了綜述闡釋，分析了常用對流物理量參數之間的關系和意義，給出了強對流天氣時空分布的一些規律、極端強降水與地面露點的關系、雷暴大風產生機制、冰雹融化層高度與濕球溫度之間的物理聯系等[1]。王黌等梳理了我國氣象觀測和業務預報關于大風定義、大風分布特征及雷暴、臺風等主要災害性系統大風分布情況。簡述了雷暴、臺風、冷空氣等系統產生大風的機理，以及復雜地形下墊面的熱力和動力作用對局地大風的影響，概括了不同系統大風預報技術的研究進展[2]。許愛華等提出中國強對流天氣5種基本類別：冷平流強迫類、暖平流強迫類、斜壓鋒生類、準正壓類、高架對流類，并給出了基本解釋[3]。此外還有不少學者對極端天氣個例開展了分析。陳云輝[4]、許彬[5]、張弛[6]等對2018年3月4日江西極端大風開展研究，從中尺度特征、概念模型應用和預報檢驗分析、雷達回波特征等不同方面對大風形成的機理、可預報性、短臨預警特征進行了深入分析，得出了不少有益結論。

2021年5月15日江西北部出現明顯強對流過程，景德鎮國家觀測站出現十級雷暴大風和小冰雹，其中極大風速創建站以來新紀錄。本文擬對此次過程開展分析研究，以期為今后該地區強對流天氣預報預警提供參考。

1 天氣實況和資料說明

2021年5月15日，受高空低槽、切變共同影響，景德鎮自北向南出現一次明顯強對流過程，并伴有短時強降水、雷暴大風、冰雹等劇烈天氣。全市最大雨量站點出現在浮梁縣誥峰村，達136 mm。多地出現八級以上雷暴大風，其中景德鎮國家氣象觀測錄得最大風力達26.9 m/s(十級)，出現在19:28，該記錄也創景德鎮國家氣象站歷史新高(表1)。

表1 景德鎮國家氣象觀測站歷史極大風速

本文所用資料為常規高空、地面觀測資料、風廓線產品、江西雷達拼圖產品等。

2 氣象要素變化特征

雷暴過境前后，景德鎮站氣象要素出現顯著變化。從觀測站19:00—19:40逐分鐘數據顯示，19:20氣溫開始緩慢下降，19:28—19:29氣溫由29.1 ℃驟降至25.8 ℃；本站氣壓從19:17開始逐漸上升，19:27達到991.1 hPa，10 min內氣壓飆升1.2 hPa，但隨后4 min氣壓又出現劇烈起伏，變壓達-1.4 hPa。極大風即出現在氣壓驟升驟降和氣溫驟降時段內。

圖1 景德鎮國家觀測站強天氣前后氣象要素變化

影響景德鎮本站的雷暴單體自鄱陽進入市區，并在19:30左右發展至最強，最大反射率因子達到65～70 dBz左右，雷暴過境使得地面氣壓涌升、氣溫驟降，氣象要素梯度明顯加大。雷暴南側J3044距離景德鎮國家氣象觀測站僅5 km，對流單體影響前，二者溫差僅0.3～0.4 ℃，19:30迅速飆升到4.1 ℃。氣壓變化也表現出類似特征，由于景德鎮國家站海拔高93.5 m，而J3044海拔37 m，因此需要通過壓高公式進行訂正。

對訂正后的海平面氣壓后進行比較發現，19:30前壓差普遍在0.3～0.4 hPa左右，19:30由于景德鎮國家站氣壓出現短暫負變壓驟降，使得壓差迅速升至1.2 hPa。類似的，2021年4月30日江蘇南通29001站點出現47.9 m/s、M8036出現38.2 m/s極大風，2站點相距僅7 km，溫差由颮線影響前0～2 ℃飆升到7 ℃左右，壓差由-1～0 hPa飆升到2.5 hPa左右，該過程表現出更為極端的溫壓梯度區。對此一種可能的解釋是，極端大風處于下沉氣流下方，同時具備一定的低層蒸發冷卻，使得氣溫下降；冷池前沿的斜壓水平渦管受下沉氣流傾斜，可能形成近地面的中γ尺度渦旋，從而產生局地負氣壓擾動，從而增加了水平氣壓梯度(Markowski & Richardson[7])，這與景德鎮國家站觀測到的負變壓現象相吻合。

圖2 58527(景德鎮國家站)與J3044(官莊區域站)站點示意圖(a)及2站氣壓、溫度差變化情況(b)

3 天氣形勢特征

通過中尺度天氣分析技術，可以提煉天氣系統配置和天氣概念模型，以判斷大氣環境條件是否有利于強對流天氣產生。此次發生在景德鎮的強對流天氣總體符合許愛華[3]等提出的低空暖平流強迫類，低層的強烈暖濕平流對對流不穩定建立起到了主導作用。

15日08:00時，江西上空為一致強盛西南氣流。500 hPa上副高北界位于福建廣東上空，低槽位于四川、云南，槽前正渦度平流輸送強烈，有利于贛北地區低值系統發展。20:00時，副高北界位置基本不變，但高原東側低槽有所東移，江西仍處西南氣流控制中，但安慶、南京由08:00時西南風轉為正西風，表明槽前西南氣流中也有弱波動偏北影響。08:00時，700～925 hPa均建立起強盛西南急流，850 hPa湖南-江西急流強度普遍超過20 m/s，925 hPa急流普遍達到18 m/s，異常強盛的西南急流使得暖脊強烈發展，并將水汽不斷向北輸送，急流頂端浙江暖中心達到26 ℃，南昌站比濕達15 g/kg。由于低層強烈增溫，武漢、南昌、安慶T850-500由08:00時22～24 ℃普遍增加到26～27 ℃，大氣不穩定明顯增加，而研究表明，江西T850-500超過27 ℃時出現強對流天氣概率為85%，此時高低空環境非常有利于暖區出現強對流天氣。

地面氣壓場上，白天倒槽位于貴州-湖南-安徽一帶，并強烈發展，倒槽北側有冷空氣向南侵襲。20:00時左右江北受冷空氣滲透和降水影響，氣溫度普遍降至24～25 ℃左右，而南昌-景德鎮一帶氣溫仍高達32～33 ℃，二者之間形成明顯溫度鋒區。同時在景德鎮附近還有地面輻合帶維持，有利于強對流天氣觸發和維持。

圖3 2021年5月15日20:00時中分析(a)及南昌探空(b)

南昌探空顯示，20:00時該站呈X狀層結結構，特別是850 hPa以下層結曲線和等露點線呈喇叭口狀分布，表明低層較干，同時層結曲線溫度遞減率接近干絕熱，有利于加劇濕空氣下沉蒸發冷卻，形成負浮力，從而加速空氣下沉。多個對流參數異常，其中Cape達1 831 J/kg，K指數達43.5 ℃，SI達-3.47 ℃，0～6 km垂直風切變達20 m/s，均表明此時大氣處于高溫高濕和高不穩定狀態。

4 風廓線雷達特征

景德鎮風廓線雷達位于景德鎮國家觀測站(58527)東北方向7 km處，可以較好反映此次強對流過程大氣環境變化情況。從近地面層0～1.8 km風場演變看，19:00后存在明顯動量下傳，近地面風速從2 m/s迅速增加到18～20 m/s；中高層3.5～4.8 km高度上出現多次風場波動：19:00前后風向出現突變、19:35前后3.5～4.0 km高度上有切變移過、20:00前后4.5 km以上由槽前西南風轉為槽后西北風控制。高時間分辨率的風廓線雷達風場產品直觀顯示了在以西南氣流為主的情況下，景德鎮上空仍有多個波動過境，造成對流的觸發和維持。

其他風廓線產品，如信噪比、Cn2、垂直速度，在對流影響前19:00時左右就有突變，較極端大風和冰雹出現提前20 min左右。在大風和冰雹出現后，這些產品值又迅速回歸，其變化與強天氣時間較為一致。

(a)、(b)風產品；(c)信噪比；(d)Cn2；(e)垂直速度

5 雷達拼圖回波特征

陳鮑發等[8]對江西局地冰雹的雷達回波特征開展了研究，指出在江西WebGIS雷達拼圖上短帶回波中心強度從55～60 dBz發展為60～65 dBz時地面開始降雹；超級單體回波由55～60 dBz發展為60～65 dBz時預示著可能出現冰雹等強天氣；冰雹的預報著眼點為：1)60～65 dBz(粉紅色)回波范圍大于10×10 km，回波形狀呈橢圓形；2)40 dBz(橘黃)回波界線與65 dBz回波界線梯度大；3)60～65 dBz回波中心有65～70 dBz(紫色)回波“核”；4)強回波下風向有“前伸”回波結構。

此次景德鎮出現的冰雹尺寸較小，但在拼圖回波特征上仍然符合上述特點。19:10，最南側回波單體成橢圓狀，STI密集指向東北方向預示回波將向東北移動，此時最大回波強度達60 dBz。19:20—19:40，該對流單體發展成超級單體風暴，有65 dBz以上的回波“核”(紫色)，并形成回波梯度大值區，在影響景德鎮中部的過程中，強度一直維持，所經之處景德鎮、浮梁均出現19 m/s以上大風及小冰雹。

(a)19:10；(b)19:20；(c)19:30；(d)19:40

6 結論

本文從天氣形勢、氣象要素特征對比、風廓線雷達、拼圖雷達產品特征等方面分析了2021年5月21日景德鎮地區一次大風、冰雹強天氣，得出結論如下。

1)此次強對流過程強度大，具有一定極端性。雷暴影響前后出現氣壓涌升、氣溫驟降等特點。通過相鄰2站要素對比發現，極端大風與2站溫壓差最大時刻吻合。

2)此次天氣過程出現在西南急流控制下的暖區中，符合低層暖平流強迫類概念模型特征。中低層劇烈增暖加劇了大氣不穩定，多個對流指數異常。

3)風廓線雷達產品顯示，對流風暴影響前存在動量下傳、信噪比、Cn2、垂直速度躍增等現象。

4)雷達拼圖產品特征符合江西雷暴大風、局地冰雹識別指標，存在65 dBz以上回波“核”、強回波梯度等特征，可以為冰雹預警提供支撐。