2022-07-29婺源冰雹雷暴大風回波特征分析

張曉芳,馬中元,陳鮑發,邱雯婷,陳 強,彭維明

(1.婺源縣氣象局,婺源 333200;2.江西省氣象科學研究所,南昌 330046;3.景德鎮市氣象局,景德鎮 333000)

0 引言

冰雹、雷暴大風天氣是婺源縣常見的強對流天氣,發展旺盛時會造成一定的災害。尤其是局地性突發的冰雹和雷暴大風,對其預報和防范較為困難。總結這些災害性天氣在雷達回波上的特征,對開展婺源冰雹、雷暴大風天氣的預警預報有重要的意義。

國內外從事雷暴大風研究的專家已取得了一些成果。如不穩定能量的積聚為對流的形成發展提供了良好的觸發維持條件;出現弱回波區、回波垂懸、50 dBZ以上強回波伸展到-20 ℃以上等不一定會有大冰雹;強雷電天氣在雷達回波上表現為南北走向的回波結構,當回波強度大于50 dBZ時回波出現不斷合并現象、強回波水平尺度較大,具有指狀或弓狀回波結構,以及出現陡直零直線和VIL超過50 km/m2時,最易發生強雷電天氣;影響江西的外來颮線在云圖上常見有中尺度對流團、狹窄積云線和冷出流邊界所致的對流云帶3種特征;“弓”形回波結構、雷暴有出流邊界、速度圖上的風速大值區、后側入流、中低層徑向輻合以及垂直風廓線圖中低層風的轉變信息等對大風預警有明顯的指示作用[1-7]。局地冰雹回波產品表現出強度達到60～65 dBZ、回波頂高達到9～12 km、液態水含量達到40～60 kg/m2、垂直顯示方式上55～60 dBZ強回波頂高達到5 km～6 km等結構特征[8-11]。研究成果為婺源冰雹、雷暴大風天氣的短臨預報預警,以及開展氣象服務工作提供了分析依據[12-14]。

文章使用MICAPS天氣圖資料、婺源國家站數據、江西WebGIS雷達拼圖平臺等資料,對2022-07-29婺源的冰雹、雷暴大風天氣進行分析,試圖進一步提升對婺源強對流天氣的認知,旨在為婺源短臨預報預警服務提供參考。

1 資料來源與冰雹、雷暴大風概況

1.1 資料來源

天氣資料來源于MICAPS業務平臺,地面氣象要素來源于婺源國家站數據和江西省氣象數據平臺,雷達拼圖回波資料來源于江西WebGIS雷達拼圖平臺,閃電數據來源于江西省三維閃電監測平臺。全文使用北京時間。

1.2 冰雹、雷暴大風概況

2022-07-29傍晚,婺源縣出現雷暴大風、冰雹強對流天氣,此次過程風力較大,局地有直徑10 mm的冰雹,并伴有強雷電,但降水量小。婺源國家氣象觀測站監測到的最大風力為15.5 m/s,出現在17:25,并未達到17.2 m/s的雷暴大風標準,但17:20左右,婺源縣景觀橋被大風吹倒,這可能與水面較陸面屏障少,對空氣流動的阻力小,或弱超級單體風暴產生局地(微尺度)下擊暴流有關。17:19有居民發現家門口有直徑約10 mm的冰雹。16:00—18:00閃電密集區在婺源縣城附近,最大頻次為133次/10 min,閃電維持時間較短。17:00—18:30累計降水量15.4 mm。

由此可見,婺源此次局地強對流天氣,雷電強度大,降水量較小,但出現了短時大風和冰雹天氣,預報難度大。在夏季應十分警惕具有弱超級單體風暴結構的回波,這些回波往往帶來局地強對流天氣。

2 天氣背景和IR云圖

2.1 天氣背景

2022-07-29T08:00,分析天氣系統中尺度資料和南昌探空數據得出本次冰雹過程出現在副熱帶高壓西北部邊緣,此時500 hPa高空有低槽東移,槽線已東移至贛西北邊緣,槽前有明顯的中低層切變線,贛北受低槽與切變線影響,水汽分布從低層至高層均為飽和區,濕層深厚。200 hPa江西處在“剪刀”形分流區中,即高空輻散明顯。隨著低槽東移,在切變線附近有降水回波發展。此時850 hPa與500 hPa的溫差較大,達26 ℃,溫度遞減率較大,探空物理量顯示,層結極不穩定,并伴有較強的不穩定能量,抬升指數為-2.93 ℃,最大抬升指數為-5.8 ℃,K指數為45 ℃,沙氏指數為-5.08 ℃,特別有利于強對流天氣的發生和發展。而且0 ℃層高度4638 m,-20 ℃高度8672 m,有利于切變線附近的婺源產生冰雹和雷暴大風天氣。

2.2 IR云圖

根據17:00和17:30 FY4紅外云圖信息可知,17:00婺源大部分地區被一塊MCS云團覆蓋,云團邊界清晰,南側有巨大成片的對流云團,其余3側為晴空區。17:00—17:30,MCS云團緩慢向西北方向移動,MCS云頂延伸高度高,最低云頂溫度在-60 ℃以下,MCS冷出流邊界與低層暖空氣形成局地巨大的溫度梯度,上冷下暖的溫度配置,造成了強烈的對流天氣。冰雹回波在17:10—17:20左右產生。

由此可見,500 hPa高空有低槽東移,槽前中低層切變線,低層至高層濕層深厚;200 hPa江西處在分流區中,高空輻散明顯。邊緣清晰的MCS云團入流邊界處容易造成強對流天氣,云頂溫度越低,對流越強烈。

3 手機版雷達拼圖回波特征

手機版雷達拼圖是縣級預報工作的重要工具,通過該拼圖工作人員可隨時隨地了解天氣狀態,并開展預警預報服務。分析17:10雷達組合反射率、回波頂高和垂直積分液態水含量后可知,婺源境內形成兩條南北走向的短帶回波,雷達組合反射率強回波中心60 dBZ,達到冰雹回波的強度標準,回波頂高最大的有15 km,垂直積分液態水含量達到40 kg/m2。這3個指標同時滿足冰雹回波基本要求,表現出明顯的統一性。值得注意的是,在雷達拼圖上,垂直積分液態水含量是多部雷達的平均值,比單部雷達PUP產品垂直積分液態水含量值小10～20 kg/m2。

由此可見,雷達組合反射率、回波頂高和垂直積分液態水含量是判斷強對流天氣的雷達回波特征。雷達組合反射率強回波中心60 dBZ,回波頂高15 km,垂直積分液態水含量達到40 kg/m2,研究區域滿足這3個指標則易出現冰雹、雷暴大風等強對流天氣。

4 雷達拼圖回波特征與垂直結構

17:10,婺源縣城上空形成一個弱超級單體,回波中心強度60 dBZ,呈橢圓形態,符合超級單體回波形態特征,但回波中心沒有65 dBZ以上的回波核,比經典超級單體偏弱,比一般強回波偏強,被認為是弱超級單體。分析風暴跟蹤信息可知,回波移動雜亂,移動方向不僅有東北方向,還有西北、偏西、偏北等方向。這種雜亂風向造成婺源弱超級單體回波移動十分緩慢,婺源冰雹和景觀橋倒塌都發生在17:10—17:20。17:40,婺源冰雹弱超級單體回波有所減弱,強度為55 dBZ,但回波與北側強單體回波合并,形成南北走向的短帶回波。此次合并有可能產生大風,但缺乏大風時間數據。婺源景觀橋的倒塌與兩個時間點有關:一是17:10—17:20,弱超級單體產生冰雹,冰雹云中產生下擊暴流;二是17:40,強回波單體再次合并成南北走向短帶回波,而短帶回波是江西雷暴大風的主要回波形態。

17:12,婺源弱超級單體45 dBZ回波頂伸展至14 km,55 dBZ強回波中心在6 km～10 km。17:18,婺源弱超級單體45 dBZ回波頂伸展至11 km,55 dBZ強回波中心在4 km～8 km。對比兩個時次發現弱超級單體有個減弱的過程,可能與冰雹和大風的釋放有關。

由此可見,婺源弱超級單體的回波中心強度為60 dBZ,呈橢圓形態;回波移動方向雜亂且十分緩慢;弱超級單體回波與北面強單體回波發生合并,形成南北走向短帶回波;婺源弱超級單體45 dBZ回波頂伸展至14 km,55 dBZ強回波中心在6 km～10 km;出現冰雹和大風后,弱超級單體有個減弱的過程。

5 結束語

文章使用MICAPS天氣圖資料、婺源國家站數據、江西WebGIS雷達拼圖平臺等資料,對2022-07-29婺源冰雹、雷暴大風天氣進行分析,得到以下幾點結論:

1)婺源局地冰雹和大風強對流天氣的預報難度大,在夏季要十分警惕局地熱雷雨發展形成的弱超級單體風暴帶來局地強對流天氣。

2)500 hPa高空有低槽東移,槽前有中低層切變線,濕層深厚;200 hPa分流區高空輻散明顯。邊緣清晰的MCS云團入流邊界處容易造成強對流天氣。

3)雷達組合反射率強回波中心60 dBZ,回波頂高15 km,垂直積分液態水含量達到40 kg/m2,滿足這3個指標則容易出現冰雹、雷暴大風等強對流天氣。

4)婺源弱超級單體呈橢圓形態,回波移動十分緩慢;婺源弱超級單體45 dBZ回波頂伸展至14 km,55 dBZ強回波中心在6～10 km;出現冰雹和大風后,弱超級單體有個減弱的過程。