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        沿淮地區(qū)一次冬末雷暴天氣過程分析

        2014-04-29 00:00:00湯潔夏網(wǎng)萍封洋禹繼華
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2014年2期

        摘 要:文章選取2013年2月3日15時16分至17時12分,在江蘇沿淮地區(qū)出現(xiàn)雷暴天氣過程,利用NCEP1°×1°再分析資料和地面加密自動站、雷達(dá)等資料,通過從天氣形勢、物理量診斷、雷達(dá)回波特征等方面進(jìn)行分析,試圖揭示冬季雷暴天氣成因,探討冬季雷暴天氣的預(yù)報分析方法。結(jié)果表明,對流發(fā)生在深厚的天氣尺度上升區(qū)中(上升運動伸展到300hPa附近),而且對流層低層環(huán)境大氣的絕對濕度較大。對流層上部的強(qiáng)輻散疊置在低層輻合區(qū)上空,有利于上升運動加強(qiáng)并向高層發(fā)展。500和850hpa溫差以及低層有明顯逆溫層存在,大氣具有上干冷下暖濕結(jié)構(gòu)特征,表明大氣層結(jié)不穩(wěn)定。同時雷達(dá)圖帶狀回波形成并始終維持較大的強(qiáng)度和氣旋式切變存在,對雷雨大風(fēng)有一定指示意義。

        關(guān)鍵詞:冬季雷暴;成因分析;雷達(dá)回波

        引言

        江蘇省地處我國東部沿海,地勢低平,全省為暖溫帶-亞熱帶、濕潤-半濕潤季風(fēng)氣候,是冷暖氣流頻繁交匯的地帶。雷暴天氣是該地區(qū)夏季常發(fā)的氣象災(zāi)害之一,夏季暖濕氣流活躍,空氣潮濕,同時太陽輻射強(qiáng)烈,容易形成強(qiáng)烈的上下對流。而在冬季,受大陸冷氣團(tuán)控制,空氣寒冷干燥,不容易形成劇烈的對流,因此很少有雷暴天氣的發(fā)生。但近年在冬末時節(jié),隨著西太平洋副熱帶高壓有所北抬,冷空氣活動的頻繁,江蘇地區(qū)處于冷暖空氣的交綏地帶,一些對流性天氣也開始發(fā)生發(fā)展。眾所周知,對流性天氣判定一直是預(yù)報實踐中的難點,它影響著精細(xì)化預(yù)報和預(yù)警的準(zhǔn)確程度,在過渡季節(jié)更是如此。因此,分析和研究冬季雷暴過程產(chǎn)生機(jī)制,探討冬季雷暴天氣的預(yù)報分析方法是十分必要的。

        有關(guān)對流天氣的研究由來已久,并且已經(jīng)取得了一些成果[1-2],更有許多學(xué)者開展了對強(qiáng)對流天氣的分析。葉愛芬用最不穩(wěn)定層來判斷強(qiáng)對流的潛勢[3]。由于地域性氣候特點和發(fā)生時節(jié)不同,還需在多個個例的分析上找出雷暴天氣的規(guī)律。本文選取2013年2月3日15時16分至17時12分,在江蘇沿淮地區(qū)出現(xiàn)雷暴天氣過程,利用NCEP1°×1°再分析資料和地面加密自動站、雷達(dá)等資料,通過從天氣形勢、物理量診斷、雷達(dá)回波特征等方面進(jìn)行分析,試圖揭示冬季雷暴天氣成因,探討冬季雷暴天氣的預(yù)報分析方法。

        1 環(huán)流形勢和影響系統(tǒng)

        500hPa高度上低緯副高呈帶狀分布,我國南方均受高壓控制,588線維持25°N附近,其北側(cè)西到西南風(fēng)急流有利于孟加拉灣水汽向江蘇輸送;中高緯環(huán)流基本呈緯向分布,同時在中高緯度地區(qū)從貝加爾湖經(jīng)蒙古和內(nèi)蒙古到山西是一個槽區(qū),對流發(fā)生在高空槽前。700hPa,河套地區(qū)有有小槽向東方向移動;850hPa有明顯的切變線存在,同時等溫線于等壓線近乎垂直,有較強(qiáng)的暖平流存在,利于地面倒槽的發(fā)展。從850、700和500hPa幾層槽線和切變線的相對位置來看,天氣尺度輻合系統(tǒng)幾乎垂直。從上述系統(tǒng)的配置可以初步看到,高低空的熱力特征差異較夏季強(qiáng)對流較小。但是,從圖1可以看到,此次過程08時850hPa到500hPa輻合系統(tǒng)陡直,有利于在較窄的范圍內(nèi)產(chǎn)生比較強(qiáng)的上升運動。因此,單純根據(jù)環(huán)流型和高空槽的配置還不能完全說明冬季是否會產(chǎn)生對流性天氣的原因,需要作進(jìn)一步的深入分析。

        圖1 2013年2月3日08點500hPa、地面、700hPa、850hPa形勢場

        2 水汽條件分析

        水汽條件不止是產(chǎn)生降水的重要條件,它的分布與氣層穩(wěn)定度也有密切的關(guān)系。當(dāng)?shù)涂帐菨窨諝馄搅鲿r,有利于對流的產(chǎn)生。2月3日從早上8時開始整個沿淮地區(qū)相對濕度均大于90%,空氣中水汽壓很接近飽和水汽壓。但是從比濕上分析,濕空氣中的水汽含量并不是特別大,這是由于在冬季空氣還是相對較干,對流發(fā)展會有一定的限制性,當(dāng)然在一定程度上導(dǎo)致了當(dāng)天的降水量級均在小到中等。

        圖2 2013年2月3日08點850hPa、700hPa相對濕度和比濕

        3 動力條件分析

        天氣尺度垂直運動的分布是動力強(qiáng)迫、穩(wěn)定度等多種因素作用的綜合體現(xiàn),也是決定中尺度對流系統(tǒng)發(fā)生、發(fā)展的基本環(huán)境條件。從2月3日這次過程的垂直速度的分布可以看到(圖3),對流均產(chǎn)生在天氣尺度上升區(qū)內(nèi),垂直速度的最大值出現(xiàn)在700hPa附近,強(qiáng)度為-2.1×10-3hPa·s-1,上升運動伸展到300hPa左右,高度達(dá)到對流層中高層,這與垂直分布的槽產(chǎn)生的天氣尺度強(qiáng)迫有關(guān),從300hPa開始往上就是下沉區(qū),而且氣流平直、盛行西北風(fēng)。因此,這樣的動力條件更有利于對流的發(fā)展,但是對流層上層的下沉氣流也限制了對流云發(fā)展的高度,導(dǎo)致強(qiáng)度不如夏季雷暴。

        4 熱力條件分析

        逆溫層是有利于強(qiáng)對流發(fā)展的層結(jié)。在逆溫層中貯存了大量的不穩(wěn)定能量,一旦有觸發(fā)條件,大量的不穩(wěn)定能量釋放出來,可使對流強(qiáng)烈發(fā)展。在2月3日08時從地面至925hPa之間有一個逆溫層存在。在有觸發(fā)機(jī)制的情況下,很容易發(fā)展成較強(qiáng)的對流。同時假相當(dāng)位溫呈東北-西南走向的型分布,與地面露點分布類似,對流發(fā)生在高能區(qū)中或能量鋒區(qū)上。沿淮地區(qū)正處于θse暖舌附近(圖略)。θse的暖舌代表一個高能高濕的區(qū)域,在這一區(qū)域中,存在大量的不穩(wěn)定能量。另外850hPa以下有暖平流,而高層對應(yīng)著冷平流中心, 500hPa和850hPa溫差大于24℃,同時低層有明顯逆溫層存在,大氣具有上干冷下暖濕結(jié)構(gòu)特征,表明大氣層結(jié)不穩(wěn)定(圖4)。

        2月3日14時K指數(shù)和T500-T850

        5 雷達(dá)回波分析

        2月3日的雷暴過程,多普勒雷達(dá)觀測到云回波的演變過程,從回波特征中可總結(jié)出雷暴天氣的成因及臨近預(yù)報的著眼點。此次雷暴是由許多處在不同發(fā)展階段的對流單體群組成,呈東西向排列。各單體回波結(jié)構(gòu)緊密,邊界清晰,強(qiáng)度梯度大,具有典型的對流云回波結(jié)構(gòu)特征。由雷達(dá)回波圖分析看出,進(jìn)入3日14時,降雨回波帶已經(jīng)移到淮安以及以東地區(qū),但回波一般,以后回波繼續(xù)東移,強(qiáng)度進(jìn)一步加強(qiáng),尤其在15時左右,洪澤西部有一塊強(qiáng)度為45~55dbz的強(qiáng)回波生成,范圍不斷擴(kuò)大,并逐漸影響沿淮地區(qū),雷達(dá)圖上人字型形成并始終維持較大的強(qiáng)度和氣旋式切變存在,對雷雨大風(fēng)有一定指示意義。

        6 結(jié)束語

        通過對沿淮地區(qū)初冬雷暴天氣的分析,得到以下結(jié)論:河套地區(qū)高空槽發(fā)展東移,低空急流始終維持地面風(fēng)向輻合顯現(xiàn),是本次雷暴天氣發(fā)生的天氣形勢背景和觸發(fā)機(jī)制。強(qiáng)勁的低空西南急流引導(dǎo)孟加拉灣暖濕氣流向東北方向輸送,我省處于濕舌內(nèi),沿淮地區(qū)始終維持較大的水汽通量負(fù)值區(qū),有水汽輻合存在,給雷暴天氣發(fā)生提供了較好的水汽條件。850hPa以下有暖平流,而高層對應(yīng)著冷平流中心,500和850hpa溫差大于24℃,同時低層有明顯逆溫層存在,大氣具有上干冷下暖濕結(jié)構(gòu)特征,表明大氣層結(jié)不穩(wěn)定。由于低空輻合、高空輻散導(dǎo)致上升運動的加強(qiáng)以及正渦度的產(chǎn)生和維持,給雷暴產(chǎn)生提供了動力條件。雷達(dá)圖上人字型形成并始終維持較大的強(qiáng)度和氣旋式切變存在,對雷雨大風(fēng)有一定指示意義。

        參考文獻(xiàn)

        [1]徐桂玉,楊修群.我國南方雷暴的氣候特征研究[J].氣象科學(xué),2001(3):299-307.

        [2]張敏鋒,馮霞.我國雷暴天氣的氣候特征[J].熱帶氣象學(xué)報,1998,14(2):156-162.

        [3]葉愛芬,肖偉軍.最不穩(wěn)定層的確定及應(yīng)用[J].廣東氣象,2007,29(1):29-31.

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