李延江，景華，李江波，常志坤，張寶貴

（1.秦皇島海洋氣象臺(tái)，河北秦皇島 066000；2.河北省氣象臺(tái)，河北石家莊 050021；3.滄州海洋氣象臺(tái)，河北滄州 061000）

1 引言

強(qiáng)對(duì)流是指伴隨雷暴現(xiàn)象的對(duì)流性大風(fēng)、冰雹及短時(shí)強(qiáng)降水災(zāi)害性天氣。2011年9月1日01—06時(shí)，唐山、天津出現(xiàn)暴雨及短時(shí)大風(fēng)、冰雹天氣，渤海西部沿海地區(qū)出現(xiàn)了東北大風(fēng)天氣，其中，滄州海岸帶風(fēng)速最大為30.8 m/s，20 m/s持續(xù)時(shí)間為1h以上，黃驊港5根直徑為30 cm纜樁被拉斷，6艘800噸以上船舶發(fā)生碰撞，并出現(xiàn)局部風(fēng)暴潮災(zāi)害，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)8千萬(wàn)人民幣以上。關(guān)于強(qiáng)對(duì)流災(zāi)害天氣研究一直被相關(guān)學(xué)者所關(guān)注：20世紀(jì)50年代,Fujita提出了中尺度分析的概念，隨著強(qiáng)對(duì)流預(yù)報(bào)的日益需求，中尺度分析技術(shù)在美國(guó)逐步發(fā)展起來(lái)，Wilson和Kingsmill等利用天氣雷達(dá)及自動(dòng)站資料對(duì)邊界層輻合線對(duì)雷暴天氣觸發(fā)機(jī)理進(jìn)行一系列研究，指出邊界層輻合線的監(jiān)測(cè)和特征識(shí)別是雷暴形成、發(fā)展和消亡的關(guān)鍵所在，在有利對(duì)流天氣背景下，冷鋒與海風(fēng)鋒疊加雷暴天氣相對(duì)劇烈；20世紀(jì)90年代初,美國(guó)天氣局在幾個(gè)業(yè)務(wù)中心推行地面天氣統(tǒng)一分析過(guò)程中,強(qiáng)調(diào)對(duì)干線、邊界層輻合線等與中尺度系統(tǒng)發(fā)生發(fā)展相關(guān)內(nèi)容的分析，可以較好地做出強(qiáng)對(duì)流天氣的潛勢(shì)預(yù)報(bào)。而強(qiáng)對(duì)流天氣臨近預(yù)報(bào)的重點(diǎn)是觀測(cè)系統(tǒng)的建設(shè)和最新監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，目前美國(guó)、英國(guó)、加拿大、澳大利亞、法國(guó)、日本和韓國(guó)等國(guó)家，都建立了自己的強(qiáng)對(duì)流天氣監(jiān)測(cè)與短時(shí)臨近預(yù)報(bào)系統(tǒng)。

我國(guó)的強(qiáng)對(duì)流天氣監(jiān)測(cè)與短時(shí)臨近預(yù)警業(yè)務(wù)研究起步于2000年以后。俞小鼎[1]、盧煥珍[2]、王彥[3]等人借助多普勒天氣雷達(dá)對(duì)產(chǎn)生雷暴大風(fēng)的對(duì)流風(fēng)暴進(jìn)行個(gè)例分析，總結(jié)出雷暴大風(fēng)時(shí)雷達(dá)回波的主要形態(tài)（弓狀回波、陣風(fēng)鋒、帶狀回波）、大風(fēng)來(lái)臨前反射率因子核心下落、徑向速度場(chǎng)有輻合特征等結(jié)論，并對(duì)一些中尺度對(duì)流系統(tǒng)中地閃、云頂亮溫與雷達(dá)回波的關(guān)系進(jìn)行了研究。賀靚[4]、郭慶利[5]、梁衛(wèi)芳[6]、張偉紅[7-8]等應(yīng)用衛(wèi)星資料、多普勒雷達(dá)、閃電資料、自動(dòng)氣象站資料，對(duì)近年來(lái)海岸帶地區(qū)發(fā)生雷電、大風(fēng)個(gè)例進(jìn)行分析，得出雷暴發(fā)生條件、中尺度系統(tǒng)動(dòng)力因子、高低空配置及分型，這些成果大多為陸地或海岸帶定性的描述和分析。對(duì)海區(qū)中尺度強(qiáng)對(duì)流系統(tǒng)直接或間接引發(fā)的海洋突發(fā)性強(qiáng)風(fēng)的機(jī)理的研究甚少，相關(guān)的災(zāi)害天氣的預(yù)報(bào)、預(yù)警尚未在實(shí)際海洋氣象業(yè)務(wù)中開(kāi)展。

本文利用紅外云圖云頂亮溫、三部多普勒雷達(dá)、海島站、浮標(biāo)站及海洋模式產(chǎn)品等同步資料，研究入海前后的強(qiáng)對(duì)流中尺度系統(tǒng)空間結(jié)構(gòu)特征；分析海區(qū)“橫向”切變線東北向急流與多單體風(fēng)暴后部下沉氣流疊加對(duì)南部岸區(qū)海區(qū)風(fēng)場(chǎng)增大成因；探討海區(qū)中尺度強(qiáng)對(duì)流系統(tǒng)致災(zāi)的氣象條件及數(shù)值產(chǎn)品的可預(yù)報(bào)性及相關(guān)因子；為海區(qū)強(qiáng)對(duì)流天氣監(jiān)測(cè)及氣象衍生災(zāi)害預(yù)報(bào)技術(shù)研究提供參考依據(jù)和預(yù)警指標(biāo)。

2 強(qiáng)對(duì)流天氣背景簡(jiǎn)述

2.1 強(qiáng)對(duì)流天氣時(shí)段影響系統(tǒng)及形成災(zāi)害落區(qū)配置

2011年9月1日01—06時(shí)，從圖1上看，受500 hPa西風(fēng)急流與冷空氣引導(dǎo)的920 hPa切變線南壓影響，在渤海西部岸區(qū)-海區(qū)形成了有利于強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生發(fā)展的形勢(shì)場(chǎng)，在中尺度系統(tǒng)層結(jié)不穩(wěn)定、動(dòng)力、水汽因子的耦合下，導(dǎo)致渤海西部海區(qū)-海岸帶地區(qū)強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)生，沿岸唐山、天津岸區(qū)先后出現(xiàn)短時(shí)暴雨、大風(fēng)及冰雹天氣，渤海西部海區(qū)出現(xiàn)了東北大風(fēng)天氣。其中滄州海岸帶最大風(fēng)速達(dá)30.8 m/s，20 m/s持續(xù)時(shí)間達(dá)1 h以上，同時(shí)9月1日（農(nóng)歷八月初四）接近滄州沿海海域的天文大潮日，在大風(fēng)增水的作用下，最高潮位達(dá)到5.5 m，超過(guò)警戒水位0.7 m，黃驊岸區(qū)出現(xiàn)了風(fēng)暴潮災(zāi)害。

2.2 使用資料

結(jié)合國(guó)家海洋預(yù)報(bào)中心和河北氣象臺(tái)實(shí)際預(yù)報(bào)預(yù)警信號(hào)發(fā)布情況，分3個(gè)層面綜合分析此次強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生發(fā)展的同步時(shí)段的多種中尺度監(jiān)測(cè)資料及數(shù)值產(chǎn)品預(yù)報(bào)能力檢驗(yàn)。（1）FY-2E衛(wèi)星紅外云圖TBB資料、探空及20時(shí)天氣圖，分析主要影響系統(tǒng)生成演變宏觀特征、高低空配置及層結(jié)穩(wěn)定度；（2）入選同步秦皇島、天津、滄州天氣雷達(dá)資料，疊加分析反射率因子與冰雹產(chǎn)品，分析低仰角徑向速度及風(fēng)廓線VWP低層風(fēng)場(chǎng)反演微觀特征；（3）入選同步T639物理量、海洋模式產(chǎn)品、雷電3h實(shí)況，模擬FY-2E、雷達(dá)同步資料中尺度系統(tǒng)外推，檢驗(yàn)其預(yù)報(bào)能力，探討“實(shí)際”可預(yù)報(bào)性因子；（4）實(shí)況資料以河北-天津海區(qū)的海島站、海上平臺(tái)監(jiān)測(cè)資料及樂(lè)亭探空為主，輔助為海岸帶區(qū)域加密站、閃電資料資料等。

圖1 2011.9.1強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程主要影響系統(tǒng)與不同災(zāi)害天氣落區(qū)配置

3 環(huán)渤海綜合監(jiān)測(cè)資料分析

3.1 衛(wèi)星FY-2E紅外云圖云頂亮溫監(jiān)測(cè)

氣象衛(wèi)星紅外通道的觀測(cè)值，是云頂和無(wú)云區(qū)地球表面向太空發(fā)射的輻射。通常將它以相當(dāng)黑體溫度（Black Body Temperature,TBB）表示稱之“亮度溫度”。近5年20個(gè)海岸帶強(qiáng)對(duì)流天氣個(gè)例監(jiān)測(cè)分析表明：華北低槽東移帶狀云系紅外云圖的TBB值類似“正態(tài)”分布，即由低→高→低；中尺度像元TBB值強(qiáng)中心一般對(duì)應(yīng)值為-32→-52→-36℃；中尺度云團(tuán)由西岸區(qū)入海后減弱，進(jìn)入東岸區(qū)后加強(qiáng)并伴有短時(shí)雷雨、大風(fēng)天氣；與上述不同的是低層為850—925 hPa出現(xiàn)橫向切變線南壓，對(duì)應(yīng)中尺度云團(tuán)沿西岸區(qū)南移發(fā)展，進(jìn)入渤海灣天津海區(qū)后，沒(méi)有減弱，NE向風(fēng)速迅速加大并伴有短時(shí)雷雨天氣。

3.1.1 2011年9月01—06時(shí)FY-2E紅外云圖中尺度云團(tuán)的演變過(guò)程

中尺度云帶動(dòng)態(tài)演變過(guò)程相似于天氣學(xué)中的“橫槽轉(zhuǎn)豎”，但尺度不同。在9月1日1時(shí)（見(jiàn)圖2），從吉林東部至北京一線有次天氣尺度帶狀混合云區(qū)在渤海北部出現(xiàn)分離，云團(tuán)中尺度象元TBB值為-52℃，燕山一帶弱低云系與北京地區(qū)中小尺度云團(tuán)呈合并趨勢(shì)；2時(shí)（北京時(shí)）北京一線中尺度云團(tuán)加強(qiáng)面積比1 h之前擴(kuò)大2倍，主體移速減慢TBB值少變，此時(shí)對(duì)應(yīng)地面實(shí)況是北京南部、天津、及唐山出現(xiàn)短時(shí)暴雨、冰雹、雷電天氣；隨后在03—04時(shí)（北京時(shí)）中尺度云團(tuán)入海加強(qiáng)發(fā)展，面積覆蓋渤海大部，中尺度象元為-63℃→-52℃，主體移速減慢TBB值減弱，此時(shí)對(duì)應(yīng)海區(qū)實(shí)況是秦皇島、唐山、天津、滄州先后出現(xiàn)NE大風(fēng)天氣，滄州海區(qū)為大風(fēng)中心，降水強(qiáng)度減弱；05—06時(shí)（北京時(shí)）渤海灣中尺度云團(tuán)移向偏東，中尺度象元為-53℃→-42℃，位于吉林東部主體移速逐漸加快但TBB值繼續(xù)減弱，此時(shí)對(duì)應(yīng)海區(qū)實(shí)況是天津、滄州NE大風(fēng)天氣，滄州黃驊出現(xiàn)風(fēng)暴潮；從云團(tuán)動(dòng)態(tài)特征分析表明：1—6 h主體云帶靜止少動(dòng)，強(qiáng)度減弱，移向NE；影響渤海的強(qiáng)對(duì)流云團(tuán)是一個(gè)由弱到強(qiáng)快速發(fā)展過(guò)程，前期移向?yàn)镹W→SE向，后期則由SW→NE向移動(dòng)；形象一點(diǎn)講相當(dāng)于云帶后部快速“下擺”一下，然后有恢復(fù)到主體云帶的引導(dǎo)氣流之中。中尺度象元-52℃區(qū)域監(jiān)測(cè)結(jié)果與同步雷電、雷達(dá)及實(shí)況擬合接近一致，但分辨率明顯低于雷達(dá)監(jiān)測(cè)值。

圖2 強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程紅外云圖TBB渤海區(qū)域01—06時(shí)（北京時(shí)）演變特征（單位/℃）

圖3 秦皇島多普勒S波段雷達(dá)1時(shí)30分組合反射率因子與冰雹疊加圖（單位/dBz）

圖4 秦皇島多普勒S波段雷達(dá)0.5°仰角30分鐘間隔動(dòng)態(tài)徑向速度圖

3.2 同步天氣雷達(dá)監(jiān)測(cè)分析

目前，環(huán)渤海岸區(qū)有5部多普勒天氣雷達(dá)，其中西部岸區(qū)有3部，均為S波段（10 cm），反射率因子回波工作半徑約230 km，徑向速度回波半徑約115 km，由于各地雷達(dá)高度不同，國(guó)內(nèi)雷達(dá)拼圖僅局限于反射率因子，秦皇島與天津雷達(dá)徑向速度工作半徑大于129 km，目前技術(shù)不能同步反演風(fēng)場(chǎng)，因此，海區(qū)同步風(fēng)場(chǎng)分析采用上、下游單部雷達(dá)對(duì)比分析，岸區(qū)強(qiáng)降水、冰雹特征以秦皇島雷達(dá)反射率因子冰雹產(chǎn)品疊加分析為主。

3.2.1 秦皇島雷達(dá)回波分析

2011年9月1日1時(shí)30分在秦皇島至天津一線的強(qiáng)對(duì)流天氣回波區(qū)已經(jīng)造成局部暴雨和冰雹天氣（見(jiàn)圖3），強(qiáng)回波帶水平尺度230×30 km,強(qiáng)度45—55 dbz,回波頂高ET9—11 km,移向海岸帶至海區(qū)即NW→SE向,移速為50→60 km，其中，（見(jiàn)圖3）△區(qū)域?qū)?yīng)雷達(dá)冰雹產(chǎn)品疊加，最大冰雹直徑約3 cm；前部為多單體風(fēng)暴，同步生成塊狀水平尺度30×40 km,單體風(fēng)暴，強(qiáng)度55—60 dbz,對(duì)應(yīng)天氣為短時(shí)雷雨大風(fēng)，持續(xù)時(shí)間1—2 h,進(jìn)入海區(qū)后強(qiáng)度少變；3h后回波主體進(jìn)入西部海區(qū)，在低層風(fēng)場(chǎng)輻合及超低空急流作用下，強(qiáng)度有所加強(qiáng)，見(jiàn)（見(jiàn)圖4）為秦皇島雷達(dá)0.5°仰角30分鐘間隔動(dòng)態(tài)徑向速度圖，04—05時(shí)低空急流“牛眼”低層入流沿海岸帶NE→NW向,高層出流在渤海灣一線，115 km以外出現(xiàn)大于27m·s-1速度模糊，同時(shí)我們也看到秦皇島雷達(dá)0.5°仰角徑向速度因地形影響東南部海區(qū)監(jiān)測(cè)受限較重。與此同時(shí)，（見(jiàn)圖5）雷達(dá)04—06時(shí)（北京時(shí)）6 min間隔垂直風(fēng)場(chǎng)VWP反演圖給出了風(fēng)場(chǎng)的數(shù)值模擬，進(jìn)一步證明上述定性分析，在04—05時(shí)1200 m高度有20m·s-1低空急流，05—06時(shí)高度下降到600 m左右，整個(gè)空間風(fēng)場(chǎng)反演風(fēng)向風(fēng)速水平切變和垂直切變較大，有利于強(qiáng)對(duì)流的維持與發(fā)展。

圖5 秦皇島多普勒S波段雷達(dá)4—6時(shí)（北京時(shí)）6分鐘間隔垂直風(fēng)場(chǎng)VWP反演圖

圖6 天津多普勒S波段雷達(dá)1.5°仰角30 min間隔動(dòng)態(tài)徑向速度圖

3.2.2 天津雷達(dá)徑向速度及VWP反演

天津雷達(dá)位于秦皇島雷達(dá)的下風(fēng)方，徑向速度有效距離大于115 km，所以秦皇島雷達(dá)的“牛眼”高層大風(fēng)值中心出流區(qū)，相對(duì)天津雷達(dá)為低層入流區(qū)，雷達(dá)高度低于秦皇島50 m，故用同S波段雷達(dá)1.5°仰角30分鐘間隔動(dòng)態(tài)徑向速度圖對(duì)比分析（見(jiàn)圖6），大風(fēng)來(lái)臨前3—4個(gè)體掃反射率因子“回波核”重心下降近地面，對(duì)應(yīng)徑向速度場(chǎng)有明顯輻合特征，04—05時(shí)低空急流“牛眼”入流渤海灣NE→NW向,出流大值區(qū)在滄州海區(qū)一線，回波在115 km以內(nèi)，沒(méi)有出現(xiàn)大于27m·s-1速度模糊，同時(shí)我們也看到天津雷達(dá)1.5°仰角徑向速度圖擬補(bǔ)秦皇島雷達(dá)東南部海區(qū)監(jiān)測(cè)受限海區(qū)。（見(jiàn)圖7）雷達(dá)05—06時(shí)（北京時(shí)）6 min間隔垂直風(fēng)場(chǎng)VWP反演圖給出了風(fēng)場(chǎng)的數(shù)值模擬，進(jìn)一步證明上述定性分析，在05—06時(shí)300—600 m高度有20m·s-1東北向低空急流，與黃驊海岸帶垂直，對(duì)應(yīng)了風(fēng)暴潮風(fēng)速時(shí)段，整個(gè)空間風(fēng)場(chǎng)反演風(fēng)向風(fēng)速水平切變和垂直切變較大，有利于渤海灣強(qiáng)對(duì)流天氣系統(tǒng)的維持。

圖7 天津多普勒S波段雷達(dá)04—06時(shí)（北京時(shí)）6 min間隔垂直風(fēng)場(chǎng)VWP反演圖

圖8 滄州多普勒S波段雷達(dá)0.5°仰角30分鐘間隔動(dòng)態(tài)徑向速度圖

3.2.3 滄州雷達(dá)徑向速度及VWP資料分析

滄州S波段雷達(dá)在天津雷達(dá)115 km監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)，風(fēng)場(chǎng)監(jiān)測(cè)特征值誤差較小，由于雷達(dá)第一象限處于大風(fēng)區(qū)，加之周邊均為降水，僅有速度模糊，還存在速度距離折疊的問(wèn)題。04—05時(shí)低空急流“牛眼”入流滄州海區(qū)NE→NW向（見(jiàn)圖8）,出流大值區(qū)在滄州岸區(qū)區(qū)一線，回波在由于海區(qū)出現(xiàn)大于27m·s-1速度模糊，用最大速度不模糊估算，參考海島平臺(tái)站實(shí)測(cè)資料，海區(qū)的瞬時(shí)最大風(fēng)速可達(dá)36m·s-1以上，（見(jiàn)圖9）雷達(dá)5—6時(shí)（北京時(shí)）6 min間隔垂直風(fēng)場(chǎng)VWP反演圖給出了風(fēng)場(chǎng)的數(shù)值模擬，進(jìn)一步證明上述定性分析，在04—06時(shí)300—600 m高度有20m·s-1東北向低空急流，與黃驊海岸帶垂直，在多單體風(fēng)暴后部下沉氣流及天文大潮共同作用下，出現(xiàn)黃驊岸區(qū)風(fēng)暴潮災(zāi)害。風(fēng)速加大并強(qiáng)度持續(xù)是海水向海岸帶地區(qū)推進(jìn)的主要?jiǎng)恿σ蛩刂弧?/p>

3.3 海島站及海上平臺(tái)大風(fēng)監(jiān)測(cè)

圖9 滄州多普勒S波段雷達(dá)04—06時(shí)（北京時(shí)）6 min間隔垂直風(fēng)場(chǎng)VWP反演圖

海島及海上平臺(tái)資料站點(diǎn)位置自北向南排序，分為秦皇島-唐山近海海區(qū)、天津海區(qū)及滄州海區(qū)。風(fēng)向風(fēng)速變化主要分為2個(gè)時(shí)段：

A：上游海區(qū)起風(fēng)時(shí)間為31日23時(shí)至零時(shí)，秦皇島-唐山近海海區(qū)轉(zhuǎn)為NE風(fēng)風(fēng)速逐漸加大，9月1日03—04時(shí)逐漸減弱，最大風(fēng)速19m·s-1；

B：下游海區(qū)起風(fēng)時(shí)間為9月1日03—06時(shí)，天津近海海區(qū)S轉(zhuǎn)為NE風(fēng)風(fēng)速逐漸加大，06—07時(shí)逐漸減弱，最大風(fēng)速21m·s-1；

C：滄州變化較大，9月1日3時(shí)，近海海區(qū)由SW轉(zhuǎn)為NE風(fēng)，風(fēng)速突然加大，07—08時(shí)逐漸減弱，最大風(fēng)速31m·s-1；整個(gè)風(fēng)場(chǎng)前期SW風(fēng)一直偏弱，最大不足5m·s-1，中后期轉(zhuǎn)為NE風(fēng)時(shí)風(fēng)速由北向南逐漸增大，明顯看出與超低空急流走向有關(guān)，而滄州海區(qū)突然加大與海區(qū)風(fēng)暴單體后部下沉氣流有關(guān)，二者疊加作用是加大了該海區(qū)的低空急流的NE風(fēng)分量；同時(shí)也進(jìn)一步檢驗(yàn)上述3部雷達(dá)近海海區(qū)的風(fēng)場(chǎng)監(jiān)測(cè)能力與風(fēng)場(chǎng)VWP的反演結(jié)果的可信度，前提條件為體掃面積PPI大于2/3。

致災(zāi)氣象條件為：在中尺度多單體風(fēng)暴入海背景下，925 hPaNE向低空急流與滄州海區(qū)多單體風(fēng)暴后部下沉氣流的NE風(fēng)分量產(chǎn)生疊加，且風(fēng)向與岸區(qū)垂直，30m·s-1以上NE大風(fēng)持續(xù)20 min，20m·s-1以上NE大風(fēng)持續(xù)1 h以上（見(jiàn)表1）。

3.4 雷電資料

雷電監(jiān)測(cè)是目前最新的近海大氣監(jiān)測(cè)項(xiàng)目之一。大量的天氣雷達(dá)對(duì)比觀測(cè)、衛(wèi)星探測(cè)儀以及實(shí)況監(jiān)測(cè)等綜合分析表明，強(qiáng)對(duì)流天氣短時(shí)暴雨和冰雹過(guò)程均出現(xiàn)了地閃密集區(qū),冰雹過(guò)程中正地閃占總地閃比例高于短時(shí)暴雨過(guò)程;主要分布在45 dBz以上的強(qiáng)回波區(qū)內(nèi),和暴雨持續(xù)時(shí)間相當(dāng),負(fù)地閃最密集區(qū)位于風(fēng)暴的核心部位。負(fù)地閃頻數(shù)比強(qiáng)回波面積提前30—70 min到達(dá)峰值，對(duì)于海區(qū)強(qiáng)對(duì)流大風(fēng)預(yù)報(bào)預(yù)警具有一定意義，特別是降低冰雹預(yù)報(bào)的虛警率。

從此過(guò)程明顯看出與上述綜合分析結(jié)果近似，見(jiàn)（見(jiàn)表2）秦皇島地區(qū)01—04時(shí)（北京時(shí)）出現(xiàn)閃電，正地閃大于負(fù)地閃，次數(shù)較少不足50，降水小于10 mm，強(qiáng)對(duì)流風(fēng)暴入海后產(chǎn)生大風(fēng)天氣；唐山閃電次數(shù)大于500，其中負(fù)閃為-401，海岸帶出現(xiàn)暴雨，天津負(fù)閃為-331，出現(xiàn)短時(shí)暴雨局部冰雹天氣；滄州雷電時(shí)間偏晚2 h以負(fù)地閃為主降水強(qiáng)度為小-中雨，不然會(huì)加重風(fēng)暴潮災(zāi)害。

3.5 探空資料

眾所周知，強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生發(fā)展有3個(gè)基本條件，不穩(wěn)定層結(jié)、水汽條件及抬升條件。也可以稱之水汽與層結(jié)為內(nèi)部條件，抬升為外部條件，強(qiáng)對(duì)流天氣預(yù)報(bào)氣塊理論源于T-Lnp圖解方法。目前河北樂(lè)亭探空站（54539站）是距離渤海西部海區(qū)最近的探空站，由于海區(qū)多單體風(fēng)暴初始發(fā)生時(shí)間與探空資料時(shí)差約2 h，可以近似代替中尺度系統(tǒng)垂直空間層結(jié)穩(wěn)定度的實(shí)況特征值。應(yīng)用探空資料自動(dòng)分析系統(tǒng)（SANDS）給出3個(gè)主要時(shí)段特征值為：31日08時(shí)，K指數(shù)為20℃,K指數(shù)滯后，沙氏指數(shù)SI為0.9℃，對(duì)流有效位能Cape為996 J/kg，0—6 km垂直風(fēng)切變?yōu)?.1m·s-1，0—2 km垂直風(fēng)切變?yōu)?.3m·s-1，其層結(jié)穩(wěn)定度、熱力動(dòng)力綜合特征值未達(dá)到強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)展初級(jí)條件；31日20時(shí)（見(jiàn)圖10）K指數(shù)為33℃，SI-3.8℃，對(duì)流有效位能Cape=1555 J/kg；0—6 km垂直風(fēng)切變?yōu)?.9m·s-1，0—2 km垂直風(fēng)切變?yōu)?.0m·s-1低層輻合逐漸增強(qiáng)，云中最大上升速度28.7m·s-1，大風(fēng)指數(shù)18m·s-1，下?lián)魵饬髦笖?shù)1.9；具備了中尺度強(qiáng)對(duì)流天氣動(dòng)態(tài)發(fā)展中的對(duì)流層結(jié)穩(wěn)定度、熱力動(dòng)力綜合基本條件；9月1日08時(shí)，K指數(shù)為26℃，沙氏指數(shù)SI為8.1℃，對(duì)流有效位能Cape為0 J/kg，0—6 km垂直風(fēng)切變?yōu)?8.5m·s-1，0—2 km垂直風(fēng)切變?yōu)?2.0m·s-1低層輻合逐漸增強(qiáng)，云中最大上升速度28.7m·s-1，大風(fēng)指數(shù)25m·s-1，下?lián)魵饬髦笖?shù)2.2，預(yù)示岸區(qū)強(qiáng)對(duì)流天氣系統(tǒng)處于即將結(jié)束時(shí)段，渤海灣海區(qū)處于強(qiáng)對(duì)流系統(tǒng)初級(jí)發(fā)展時(shí)段。

表1 海島站、海上平臺(tái)最大風(fēng)向風(fēng)速實(shí)況（8月31日21時(shí)—9月1日08時(shí)）（單位/(°/m/s)）

表3 渤海及岸區(qū)雷電正、負(fù)閃電頻數(shù)資料（2011年9月1日01—08時(shí)）（單位/(個(gè)數(shù)/h)）

圖10 河北樂(lè)亭2011年8月31日20時(shí)探空站T-Lnp圖

4 同步數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品定性檢驗(yàn)

海岸帶-海區(qū)強(qiáng)對(duì)流天氣的生命史，決定了該類天氣的預(yù)報(bào)時(shí)效，數(shù)值模式預(yù)報(bào)是海區(qū)強(qiáng)對(duì)流天氣預(yù)報(bào)的關(guān)鍵技術(shù)核心，衛(wèi)星云圖、天氣雷達(dá)風(fēng)場(chǎng)反演技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)來(lái)源于海區(qū)的實(shí)況資料的驗(yàn)證，由于海島自動(dòng)站、平臺(tái)實(shí)時(shí)資料及細(xì)網(wǎng)格數(shù)值預(yù)報(bào)技術(shù)的逐步應(yīng)用，為短時(shí)預(yù)警工作向精細(xì)化方向發(fā)展打下良好基礎(chǔ)。尋找海區(qū)強(qiáng)對(duì)流與預(yù)報(bào)對(duì)象時(shí)空尺度相匹配的預(yù)報(bào)因子，延長(zhǎng)中尺度影響系統(tǒng)的預(yù)報(bào)時(shí)效，將進(jìn)一步增強(qiáng)“實(shí)際預(yù)報(bào)”的可預(yù)報(bào)性。實(shí)際預(yù)報(bào)情況是24 h國(guó)家海洋預(yù)報(bào)中心預(yù)報(bào)出河北、山東風(fēng)暴潮區(qū)域，但萊州灣沒(méi)有出現(xiàn)；河北氣象臺(tái)海上大風(fēng)預(yù)報(bào)量級(jí)偏小6—8 m/s。

4.1 T639海洋數(shù)值產(chǎn)品

K指數(shù)是表示大氣的層結(jié)穩(wěn)定度的常用物理量之一。樂(lè)亭探空站距海區(qū)不足30 km，導(dǎo)出的K指數(shù)與T639模式臨近海區(qū)格點(diǎn)值接近。從同步衛(wèi)星云圖中尺度云團(tuán)象元TBB值3h動(dòng)態(tài)對(duì)比分析結(jié)果看：T639模式海區(qū)K指數(shù)數(shù)值產(chǎn)品大值區(qū)域（見(jiàn)圖11）與云圖（見(jiàn)圖2）為-42℃區(qū)域比較吻合，移動(dòng)方向比一致；特別是對(duì)滄州05時(shí)的預(yù)報(bào)風(fēng)場(chǎng)有參考價(jià)值；但是31日08時(shí)初始場(chǎng)預(yù)報(bào)產(chǎn)品誤差明顯較大，對(duì)海區(qū)的預(yù)報(bào)能力偏弱，兩個(gè)時(shí)次的東北地區(qū)衛(wèi)星云圖實(shí)況“主體云區(qū)”強(qiáng)度移向誤差較大。由于篇幅限制關(guān)于云模式產(chǎn)品在下一步研究中探討。

4.2 海洋風(fēng)場(chǎng)預(yù)報(bào)產(chǎn)品

圖11 T63920時(shí)初始場(chǎng)K指數(shù)3h演變圖（單位/℃）

圖12 天氣在線08時(shí)初始場(chǎng)海洋模式3h預(yù)報(bào)圖（虛線為切變線）（單位：m·s-1）

目前，氣象部門應(yīng)用的海洋風(fēng)場(chǎng)預(yù)報(bào)產(chǎn)品主要來(lái)自于北京氣象中心T639模式的10 m風(fēng)場(chǎng)格點(diǎn)報(bào)、GRAPES-MESO10 m風(fēng)場(chǎng)預(yù)報(bào)及天氣在線的渤海風(fēng)場(chǎng)格點(diǎn)預(yù)報(bào)等。經(jīng)近兩年天氣學(xué)檢驗(yàn)應(yīng)用取得較好效果，對(duì)由岸區(qū)至海區(qū)的強(qiáng)對(duì)流天氣雷達(dá)帶狀回波入海加強(qiáng)與減弱提供了釋用依據(jù)。海區(qū)低層輻合線風(fēng)場(chǎng)結(jié)構(gòu)，對(duì)應(yīng)帶狀回波輻合線為“徑向型”回波呈減弱趨勢(shì)，對(duì)應(yīng)帶狀回波輻合線為“緯向型”回波呈加強(qiáng)趨勢(shì)，此次過(guò)程為“緯向型”故入海后強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)展（見(jiàn)圖12），輻合線走向與災(zāi)害天氣落區(qū)基本一致，預(yù)報(bào)出3h間隔的NE向超低空急流趨勢(shì)，但是風(fēng)速明顯偏低10—12 m/s，對(duì)于海區(qū)實(shí)際“可預(yù)報(bào)性”來(lái)說(shuō)是目前海區(qū)強(qiáng)對(duì)流天氣后延預(yù)報(bào)的重要因子之一，優(yōu)于主觀預(yù)報(bào)水平。

5 結(jié)論

（1）受500 hPa西風(fēng)急流與冷空氣引導(dǎo)的925 hPa切變線南壓影響，在中尺度系統(tǒng)層結(jié)不穩(wěn)定、動(dòng)力、水汽因子的耦合下，導(dǎo)致渤海西部海岸帶-海區(qū)強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)生，而滄州海區(qū)風(fēng)速突然加大與該海區(qū)南壓的925 hPa NE向低空急流與滄州海區(qū)多單體風(fēng)暴后部下沉氣流的NE風(fēng)分量產(chǎn)生疊加有關(guān)，且風(fēng)向與岸區(qū)垂直，最大風(fēng)速達(dá)30m·s-1以上，20m·s-1以上NE大風(fēng)持續(xù)1 h，在天文大潮的作用下，大風(fēng)增水致使滄州黃驊岸區(qū)出現(xiàn)了風(fēng)暴潮災(zāi)害。

（2）紅外云圖TBB中尺度象元為-20°—-65℃，對(duì)流云團(tuán)強(qiáng)弱交替變化為03—06 h，在渤海西岸區(qū)-海區(qū)加強(qiáng)發(fā)展，入海后短時(shí)南壓后迅速轉(zhuǎn)向東北岸區(qū)；三部天氣雷達(dá)徑向速度圖同時(shí)監(jiān)測(cè)到NE向低空急流“牛眼”時(shí)空尺度特征，強(qiáng)回波帶的水平尺度230×30 km,強(qiáng)度45—55 dbz,回波頂高ET9—11 km,移向海岸帶至海區(qū)即NW→SE向,移速為50→60 km，對(duì)應(yīng)岸區(qū)天氣為短時(shí)雷雨、冰雹，持續(xù)時(shí)間為1—2 h；進(jìn)入海區(qū)后強(qiáng)度少變，VWP風(fēng)場(chǎng)反演在0.3—0.9 km高度有明顯超低空急流，有利于海區(qū)強(qiáng)對(duì)流天氣維持發(fā)展。

（3）海岸帶地區(qū)探空、雷電及實(shí)況在20時(shí)探空風(fēng)場(chǎng)垂直切變明顯，K指數(shù)為33℃，SI-3.8℃，對(duì)流有效位能Cape為1555 J/kg，超過(guò)強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生的物理量診斷閾值；雷電監(jiān)測(cè)近海海區(qū)01—04時(shí)（北京時(shí)）出現(xiàn)閃電，正地閃大于負(fù)地閃，其中唐山閃電次數(shù)大于500，負(fù)閃為-401，對(duì)應(yīng)海岸帶短時(shí)暴雨、冰雹天氣及海區(qū)大風(fēng)。

（4）實(shí)況探空導(dǎo)出的K指數(shù)與T639數(shù)值模式臨近海區(qū)格點(diǎn)預(yù)報(bào)值接近，海區(qū)K指數(shù)3h動(dòng)態(tài)大值區(qū)域與云圖TBB-42℃區(qū)域比較吻合，移動(dòng)方向比較一致；但是31日08時(shí)初始場(chǎng)預(yù)報(bào)產(chǎn)品誤差明顯偏大，對(duì)海區(qū)的預(yù)報(bào)能力偏弱，兩個(gè)時(shí)次的東北地區(qū)“主體云區(qū)”強(qiáng)度移向基本是錯(cuò)的。海洋風(fēng)場(chǎng)預(yù)報(bào)海區(qū)輻合線走向與災(zāi)害天氣落區(qū)基本一致，但是風(fēng)速明顯偏低10—12 m/s；盡管如此，仍然是目前海區(qū)強(qiáng)對(duì)流天氣延伸預(yù)報(bào)的重要因子之一，優(yōu)于主觀預(yù)報(bào)水平。

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