大范圍暴雨發生前一次局地極端大風天氣分析

摘 要：2022年6月26日13：00～17：00，臨沂市出現大范圍偏南大風，14：15郯城縣高峰頭鎮最大瞬時風速達37.2 m/s（13級）。利用多源氣象資料，重點探討了出現極端大風的可能原因。研究表明：（1）此次極端大風天氣發生在深厚的暖濕平流背景下，低層和地面的輻合提供了觸發條件。（2）強降水和冰雹的共同下沉拖曳作用是產生極端大風的啟動機制。（3）中層明顯偏干且近地面近似干絕熱層，有利于風暴中層夾卷，同時降水下沉拖曳啟動后降落到低層后還會進一步蒸發，導致地面溫度驟降、氣壓涌升，強烈的冷池外流造成了地面的極端大風。（4）被夾卷進下沉氣流中的環境空氣（偏南氣流）在下降到地面附近的過程中將一部分南風動量帶到地面附近，加強了偏南大風。

關鍵詞：局地極端大風；特征；成因分析；濕下擊暴流

中圖分類號：P446 文獻標志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）06–0-03

局地極端大風是致災性極強的中小尺度天氣，具有局地性強、時間短、破壞力大等特點。大范圍的極端大風多出現在臺風系統的影響下，或強冷鋒、颮線系統及特殊的地形環境，具有尺度大、生命史長、影響范圍廣等特征，易于監測跟蹤。而局地極端大風難以追蹤分析，對此，從跟蹤監測、災害角度出發研究局地極端大風天氣具有重要意義。

氣象學者研究了產生極端大風的環流背景和對流環境條件，形成了極端大風天氣概念模型。相關學者對一次雷暴大風的模擬結果表明，冰雹的融化和拖曳作用及雨滴蒸發等產生的負浮力在雷暴大風暴發的過程中十分重要。廖曉農等[1]分析了2006年6月24日北京地區一次罕見的瞬時極大風速超過32 m/s的雷暴大風事件，結果表明此次強雷暴大風與鑲嵌在颮線回波帶中的弓形回波相關，下沉對流有效位能和對流層低層環境大氣溫度直減率明顯增加并接近干絕熱，對即將到來的下擊暴流具有指示意義。張家國等[2]對2007年7月27日鄂東地區雷雨大風天氣過程進行了中尺度分析，結果表明地形輻合線對中尺度對流系統觸發和加強起到重要作用。李彩玲等[3]分析了“3·21”臨桂大風的環流背景與影響系統及其形成原因，得出此次下擊暴流發生與極端強降水和冰雹的拖曳作用有密切關系，冰雹與雨水粒子的拖曳和融化蒸發作用使下擊暴流加強，當分鐘降水量大于3 mm時，風速超過12級，當分鐘降水量大于6 mm時，則出現17級極大風速。禹梁玉等[4]分析了發生在江蘇沿淮地區一次下擊暴流事件，得出下擊暴流造成的致災大風可能是由于同時發生的2個風暴單體下擊暴流輻散氣流的同向疊加、強變壓風、強密度流和次級環流的加強等共同作用所導致。周后福等[5]分析了2016年5月2日皖西南發生的一次連續下擊暴流天氣的成因，得出當6 min降水達4 mm以上時，是發生下擊暴流的征兆

之一。

500 hPa環流背景分析表明，絕大多數雷暴大風暴發時對流層中層有干空氣侵入，只有少數個例產生在偏南氣流中，對后一類大風產生的機制仍不清楚，而此次山東省臨沂市郯城縣高峰頭鎮強對流過程發生前，中低空為一致的偏南氣流，濕層深厚，預報難度大，極端大風發生后，臨沂市出現了一次大暴雨天氣過程，過程平均降水量147.7 mm[6]。因此，此次高峰頭鎮大風很有研究價值。

此次所用資料為自動氣象站、探空、多普勒天氣雷達等監測數據。其中探空數據的時間分辨率為12 h，自動氣象站數據為1 h；多普勒天氣雷達時間分辨率為

6 min，反射率因子空間分辨率為1 km，徑向速度分辨率為0.25 km。

1 天氣實況和環流背景

1.1 天氣實況

受高空槽和西南暖濕氣流的共同影響，2022年6月26日下午至28日，臨沂市出現了一次大暴雨天氣過程。此次過程范圍廣、強度大。全市過程平均降水量147.7 mm；最大小時雨強出現在莒南縣坪上鎮，為

53.6 mm。持續時間長，主降水時間段在26日14：00—27日08：00。此次降水使6月下旬降水量突破了歷史同期極值。26日13：00—17：00，全市普遍出現偏南大風，郯城縣高峰頭鎮14：12最大瞬時風速達37.2 m/s

（13級）。此外14：10～14：20，郯城縣高峰頭鎮和莒南縣鎮相溝出現花生米大小（約1 cm）的冰雹。

1.2 環境場及物理量分析

1.2.1 環流背景與對流潛勢分析

26日08：00，山東省位于南亞高壓脊線東部的分流輻散區。500 hPa西風槽東移，副高西伸北抬控制沿江及江南地區，584 dagpm線位于蘇魯交界處，槽前氣壓梯度增大，引起低層氣旋性切變加強和地面減壓，850 hPa西南急流增強至18m/s，地面低壓倒槽加深，魯南地區位于西南急流軸前端和切變線右側的強烈輻合區。根據相關學者基于對流發展條件對天氣背景的劃分，這是一次典型的低層暖平流強迫類強對流天氣，低層暖濕平流的顯著增強，對不穩定層結的建立和水汽輸送起到重要作用。

23日臨沂平均降水量33.9 mm和24、25日連續兩天的高溫天氣為強對流發展提供了水汽和熱量積累。從T-lnP圖來看，具有以下典型特征：呈現喇叭口形態，濕層伸展至500 hPa；中層400～500 hPa間溫度露點差普遍＞16 ℃；對流有效位能值2 800 J/kg，基于14：00臨沂市2 m氣溫和露點訂正后的對流有效位能值＞4 300 J/kg（14：00臨沂市2 m氣溫和露點分別為33 ℃和26 ℃），抬升指數-5 ℃，K指數43 ℃；0～6 km垂直風切變13 m/s；濕球零度層高度4.8 km。從位溫廓線圖來看，地面至500 hPa存在顯著的條件性不穩定層結，且假相當位溫廓線更靠近飽和假相當位溫廓線，這也說明不穩定的建立和維持主要由低層暖濕平流強迫導致。

綜合天氣背景和探空分析，對流有效位能強、垂直風切變中等偏弱，暖云層深厚，有利于短時強降水。中層干平流的侵入加強了風暴夾卷作用，近地面干絕熱層加劇了降水蒸發冷卻效應。結合章丘探空圖，其中層最大溫度露點差＞40 ℃，可以推斷隨著西風槽迫近，中層還將顯著變干，有利于雷暴大風產生。同時，濕球融化層高度偏高，不利于大冰雹產生，可能在強烈發展的風暴過程中產生小冰雹。

1.2.2 物理量場分析

從強對流發生前（26日14：00）各物理量來看，魯南條件最好，對流有效位能值高達4 000甚至＞4 500

J/kg。700 hPa上，臨沂市位于-30×10-6 s-1的輻合中心，

整層氣柱水含量＞65 mm，500～1 000 hPa垂直風切變為1.5×10-3 s-1左右。這與以往研究中“在較高對流有效位能和相對弱的垂直風切變環境下同樣可能產生強烈單體”的結論一致。

從垂直速度和散度的剖面圖（圖1）可看出，郯城縣高峰頭鎮（實心三角）附近700 hPa以下為強輻合和上升運動中心。一旦有觸發條件，對流單體將會迅猛發展。

2 雷達特征分析

強對流系統初始的觸發在暖區一致的南風中。26日13：00，江蘇省宿遷市周邊在地面輻合線附近觸發對流，多個分散的雷暴不斷組織合并，向東北方向傳播發展，同時在魯南西部有多個分散的對流發展，向東偏東南方向移動；13：30，上述2個區域中的雷暴繼續發展并逐漸靠近，郯城縣至新沂市一帶位于雷暴出流與地面低壓暖區一側偏南風之間的中小尺度輻合區內，有利于對流持續發展。之后在靠近郯城縣邊界的位置有新生單體觸發，至14：00，風暴進入郯城縣境內，發展迅速并北移影響高峰頭鎮。

注：（填圖為垂直速度，單位為10-7 hPa/s，等值線為散度，

單位為10-6 s-1）

從“風暴追蹤”產品STI可以看出，造成高峰頭鎮13級大風的風暴為一次生命史長達2 h的長壽命超級單體。

14：10～14：30，主要影響高峰頭鎮。其中13：54～

14：06，2個體掃內反射率因子由55升至70 dBz，基于風暴質心的VIL值由55 kg/m2增至80 kg/m2。從反射率因子剖面圖（圖2a）可以看出，65 dBz的強回波伸展至9 km以上，有明顯的強上升氣流造成的回波懸垂，ET高達17 km，14：12，風暴質心快速下降（圖2b）。14：00

～14：30，30 min內累計降水量為30.3 mm，有記錄到花生米大小的冰雹和37.2 m/s的極端偏南大風天氣。

14：12，低層0.5°仰角上（圖3），郯城縣高峰頭鎮附近出現大風核，距地面高度1.5 km左右，流向雷達的最大速度值達34.5 m/s，是一次下擊暴流大風。在其南側為流入相對偏弱的區域，可能是由于環境偏南風與雷暴下沉氣流及雷暴向北移動有關，近地面呈現非對稱的輻散風場特征，這說明極端雷暴大風的產生主要源自雷暴內強烈下沉氣流疊加風暴的環境風動量下傳。

從極端大風發生前（14：00）徑向速度剖面產品（圖4a）可以看出，中層徑向輻合層厚度達到10 km，中層徑向輻合加強導致旋轉性加大、直徑減小、厚度增加，對雷雨大風有加強作用。極端大風發生時，近地面強輻散（圖4b）。

3 結論

基于上述雷暴影響階段的雷達特征，可推斷造成郯城縣高峰頭鎮極端大風的可能原因主要有以下三點。

（1）拖曳啟動作用。14：00～14：30郯城縣高峰頭鎮降水量為30.3 mm，伴有花生米大小的冰雹天氣，14：12

觀測到37.2 m/s的偏南大風。極端大風發生在強降水已經開始且伴有冰雹天氣的階段，說明強降水和冰雹的共同下沉拖曳作用是產生極端大風的原因之一。

（2）夾卷和蒸發冷卻效應。結合前述天氣形勢和探空特征，中層明顯偏干，且近地面近似干絕熱層，有利于風暴中層夾卷，同時，降水下沉拖曳啟動后降落到低層后還會進一步蒸發，導致地面溫度驟降、氣壓涌升，強烈的冷池外流造成了地面的極端大風。郯城縣高峰頭鎮14：00～14：20溫度驟降10 ℃。

（3）動量下傳。被夾卷進下沉氣流中的環境空氣（偏南氣流）在下降到地面附近的過程中將一部分南風動量帶到地面附近，加強了高峰頭鎮的偏南大風。

參考文獻

[1] 廖曉農.北京地區一次罕見的雷暴大風過程特征分析[J].高原氣象，2008，27（6）：1350-1362.

[2] 張家國，王平，吳濤.鄂東一次下擊暴流天氣的中尺度分析[J].氣象科學，2010，30（2）：239-244.

[3] 李彩玲，蔡康龍，黃先香，等.桂林一次強下擊暴流成因分析[J].氣象，2021，47（2）：242-252.

[4] 禹梁玉，王嘯華，顧榮直，等.江蘇一次下擊暴流過程致災大風成因分析[J].熱帶氣象學報，2021，37（Z1）：801-811.

[5] 周后福，刁秀廣，趙倩，等.一次連續下擊暴流天氣的成因分析[J].干旱氣象，2017，35（4）：641-648.

[6] 廖曉農.北京雷暴大風環境特征分析[J].氣象，2009，35（9）： 18-28.

收稿日期：2024-03-11

基金項目：山東省氣象局重大天氣過程專項（SDTQ2022-07）。

作者簡介：毛國榮（1992—），山東臨沂人，中級工程師，研究方向為天氣預報預警與防災減災。#通信作者：劉新磊（1996—），內蒙古林西人，助理工程師，研究方向為天氣預報預警與氣候變化，E-mail：atmosliu2013@163.com。