龔 婉，段麗華，湯歆婷，于 艷

(云南省德宏州氣象局，云南 芒市 678400)

一次南支槽引發(fā)德宏州強對流天氣成因分析

龔 婉，段麗華，湯歆婷，于 艷

(云南省德宏州氣象局，云南 芒市 678400)

利用常規(guī)氣象觀測資料、靜止氣象衛(wèi)星云圖資料和多普勒雷達探測資料，對2013年5月3日一次南支槽引發(fā)云南德宏州發(fā)生雷暴大風和冰雹強對流天氣過程的特征、中尺度環(huán)境場及成因進行了分析，結(jié)果表明：5月3日在南支槽天氣背景下德宏區(qū)域內(nèi)為對流不穩(wěn)定，具上干下濕的不穩(wěn)定層結(jié)，有強的垂直風切變；在干線和中尺度輻合線的觸發(fā)下產(chǎn)生了這次強天氣過程。高分辨率衛(wèi)星云圖能夠清楚的監(jiān)測MCS的發(fā)生發(fā)展，雷達監(jiān)測提高了時空分辨率，監(jiān)測到速度模糊、弓形回波、三體散射、后側(cè)“V”型缺口、有界弱回波區(qū)等指示冰雹、大風等強對流天氣的雷達回波特征。

南支槽；雷暴大風強對流天氣；中尺度環(huán)境場分析；MCS

1 引言

強對流天氣是德宏的主要災(zāi)害性天氣之一，經(jīng)統(tǒng)計雖然每年德宏因強對流天氣造成的災(zāi)害次數(shù)不及暴雨的次數(shù)多，但其造成的損失不亞于甚至超過暴雨災(zāi)害造成的傷亡和財產(chǎn)損失。因此對德宏強對流天氣的短時臨近預(yù)報的研究極其迫切和必要。近幾年對于強對流天氣的分析和預(yù)報，多基于對雷達資料的分析，或應(yīng)用統(tǒng)計方法。[1]當前預(yù)報部門對于強對流天氣的預(yù)報能力還有很大的不足，因此，如何提高對強對流天氣的分析技術(shù)水平和預(yù)報能力，是現(xiàn)代天氣預(yù)報業(yè)務(wù)所面臨的重要挑戰(zhàn)之一。短時和短期時效內(nèi)中尺度對流天氣環(huán)境場條件分析主要基于配料法分析思路，針對產(chǎn)生對流天氣發(fā)生發(fā)展的必要條件(水汽、穩(wěn)定度和抬升)和增強條件(垂直風切變條件)等，從等壓面分析和局地探空分析兩方面對大氣環(huán)境場的相關(guān)氣象要素進行分析，并以各種標識符號顯示在天氣圖上，輔以必要的文字描述，最后形成反應(yīng)對流天氣發(fā)生發(fā)展的大氣環(huán)境場條件的綜合分析產(chǎn)品，適用于6h以外的短時和短期預(yù)報業(yè)務(wù)。[2]

本文主要根據(jù)預(yù)報業(yè)務(wù)的需要，利用能及時獲取的常規(guī)氣象觀測資料和靜止氣象衛(wèi)星云圖、多普勒雷達探測非常規(guī)資料，采用中尺度分析方法，綜合分析2013年5月3日一南支槽引發(fā)云南德宏州出現(xiàn)雷暴大風和冰雹強對流天氣過程的特征、中尺度環(huán)境場及成因，為強對流天氣預(yù)報和預(yù)警提供參考依據(jù)。

南支槽是冬半年影響云南的主要系統(tǒng)，影響云南的南支槽平均每年出現(xiàn)18.76次，其中有17.28%的南支槽產(chǎn)生冰雹天氣過程。尤其在德宏州，冬半年絕大部分的天氣都是受南支槽的影響。南支槽的進退與西風帶環(huán)流形勢、副熱帶高壓位置和高原大地形等關(guān)系密切，南支槽位置、水汽輸送、濕度鋒區(qū)、低空急流和冷空氣強弱等條件的不同決定了降水的強弱或是否有強對流天氣出現(xiàn)。[3]

2 天氣過程概述

2013年5月3日高原南側(cè)有一南支槽發(fā)展并向東移動，受其影響德宏州在14時20分—16時28分，出現(xiàn)雷暴、大風、冰雹等強對流天氣過程，冰雹主要出現(xiàn)在隴川、盈江、梁河、芒市轄區(qū)，直徑達30～50 m。 其中15時17分-15時51分德宏西部盈江、隴川、瑞麗大部分地區(qū)出現(xiàn)區(qū)域性大風，最大風力瑞麗站達25.8 m·s-1(10級)，盈江站20.3 m·s-1(8級)，隴川站15.8m·s-1(7級)。16時15分—16時28分梁河站出現(xiàn)雷暴大風天氣，最大風速達27.1m·s-1(10級)并伴有冰雹。

此次強對流天氣過程造成盈江縣因災(zāi)死亡一人，重傷一人。造成全州直接經(jīng)濟損失5 563.67萬元。

3 強對流天氣的環(huán)境場

3.1 環(huán)流形勢演變特征

首先，從強對流發(fā)生的幾個關(guān)鍵要素，即層結(jié)穩(wěn)定度、水汽、觸發(fā)機制和垂直風切變等方面討論強對流天氣的潛勢。圖1為上述關(guān)鍵要素所繪制的中尺度分析綜合圖。

500 hPa圖上(圖1a)在青藏高原為低壓區(qū)，低壓區(qū)內(nèi)24 h負變高-2 dgpm至-6 dgpm。南支槽位于90°E附近，其西部有一深的溫度槽落后于高度槽，說明這個槽處于強烈發(fā)展中。高原南側(cè)有一只強勁的西風氣流(20～24 m·s-1)穿過南支槽，伴隨這支氣流的是一支干空氣伸至云南西部地區(qū)，德宏處于干舌和濕舌的過渡區(qū)中，相對濕度梯度大?？赏茰y干空氣將隨著南支槽東移，德宏地區(qū)上干下濕的不穩(wěn)定層結(jié)將趨于增強。疊加08時紅外云圖后看出500 hPa南支槽前干舌和濕舌的過渡區(qū)有強的對流云團生成。

圖1 2013年5月3日08時500 hPa環(huán)境場分析和紅外云圖(a)及同時次700 hPa環(huán)境場分析和水汽圖像(b)槽線，等壓線，D低壓，溫度槽，干舌(T-Td≥15℃)、濕舌(T-Td≤5℃)，顯著流線，輻合線。

圖2 2013年5月3日08時利用梁河站14時溫度和露點訂正后的T-lnP圖

700 hPa圖上(圖2b)，青藏高原為冷低壓控制，低壓區(qū)及其以西的大部區(qū)域24 h變高為-2 dgpm。700 hPa高度槽位置略后于500 hPa高度槽屬于前傾槽，有較強的斜壓性，是強天氣發(fā)生的有利條件之一。高原南側(cè)有一風速達12～18 m·s-1的低空西風急流，德宏處于低空急流的出口區(qū)左前側(cè)，此區(qū)域內(nèi)有強的氣旋性切變，有利于加強層結(jié)的不穩(wěn)定度，觸發(fā)不穩(wěn)定能量的釋放。700 hPa溫度槽伸至云南以西，其西部是比濕q約為1 g·kg-1左右且溫度露點差T-Td≥15℃的干舌。FY2C水汽圖像上700 hPa溫度槽的后部有狹長的邊緣齊整的暗區(qū)，對應(yīng)著700 hPa干舌，說明在低空急流的作用下有干冷空氣的輸送。云南及其周圍的大部分地區(qū)T-Td≤5℃，比濕為8～9 g·kg-1，濕度條件較好。另外，5月2日08時位于川南和滇東北的地區(qū)的輻合線，在東北氣流的推動下不斷向西南方向移動至云南中部呈西北東南向，起到強的抬升作用。

3.2 層結(jié)穩(wěn)定度

首先分析層結(jié)穩(wěn)定度及其演變。大氣層結(jié)不穩(wěn)定可以用850～500 hpa或700～500 hPa之間的溫差來表示，該溫差越大，表示條件不穩(wěn)定越明顯。因云南處于橫斷山脈南側(cè)，海拔較高。故使用700～500的溫差表示條件不穩(wěn)定[4]。從騰沖站08時的訂正后的探空圖(圖3)上看德宏700～500 hPa的溫差在18C°左右，溫度垂直遞減率較大。溫度露點差在700 hPa高度以下T-Td≤5℃，700 hPa以上T-Td隨高度增大，500 hPa上約為13℃，最大位置在400 hPa高度約為18℃。大氣層結(jié)呈喇叭口的形狀，具有上干下濕的不穩(wěn)定層結(jié)。垂直方向上風隨高度增加，最大的風矢量差約為22m·s-1，0～6 km垂直風切變約為16 m·s-1判定為中等強度垂直風切變。根據(jù)探空訂正資料看出德宏在08-14時對流有效位能(CAPE)有顯著的增加，08時梁河、隴川兩站CAPE為504 J/kg，對流不穩(wěn)定很弱；盈江、芒市為2 224 J·kg-1，瑞麗為2 137 J·kg-1，具有較大的不穩(wěn)定能量。午后通過太陽輻射的作用將導(dǎo)致對流抑制能有效減小而對流有效位能顯著增大。14時地面迅速增溫后CAPE成倍增大，CIN則幾乎為0，梁河站增大到3 197 J·kg-1，隴川站增至2 754 J·kg-1，盈江站增至4 291 J·kg-1，芒市站增至3 214 J·kg-1，瑞麗站為3 970 J·kg-1。

沿24.4°N過強對流天氣發(fā)生的區(qū)域(87.5°E至100°E)做θse垂直剖面(圖3 a)可以看到08時對流區(qū)上空θse隨高度減小并存在一個小值區(qū)，被干冷空氣控制為對流性不穩(wěn)定；由于中高層槽前西南氣流使暖空氣向北移動，在500 hPa至250 hPa高度表現(xiàn)為大值區(qū)表示有暖空氣活動。在同一位置的散度場剖面(圖3 b)上在低層(700 hPa以下)為輻合場，在300 hPa上有輻散場疊置，抬升力更強，有利于造成嚴重的對流性天氣。

零度層高度在600 hPa附近(圖略)，有利于冰雹的生成也不至于因暖層較厚而融化成雨滴，是形成冰雹適宜的高度。

圖3 3013年5月3日08時沿24.5°N過強對流的區(qū)域做θse和散度場垂直剖面

3.3 近地層水汽條件

從探空圖上看出近地層700 hPa以下濕度較大，水汽條件好。從700 hPa綜合圖中看出，由于南支槽前西南氣流將孟加拉灣的水汽向東北輸送造成云南大部分地區(qū)T-Td≤5，比濕在8～9 g·kg-1左右處于濕舌的控制之中，濕度條件好。因此預(yù)計未來幾小時德宏低層水汽不會有太大的變化，即水汽條件能夠滿足雷暴和強對流的需求。

3.4 觸發(fā)機制

圖4 2013年5月3日14時地面圖

5月3日08時，德宏乃至整個云南近地面層T-Td≤5°，德宏風向以東北風為主，到14時地面系統(tǒng)發(fā)生了明顯的變化(圖4)。高空槽的移動使槽前地面低壓發(fā)展，14時德宏及以西被熱低壓控制，白天因日射使低層下墊面加熱使得午后地面強烈增溫至30℃以上，在近地層形成絕對不穩(wěn)定層結(jié)，使對流容易發(fā)展。在盈江—芒市與梁河—龍陵之間有6～7℃的局地溫差，溫度露點差也有6～7℃的差別。因此在盈江—芒市與梁河—龍陵之間這一地區(qū)有強的溫度不連續(xù)和濕度不連續(xù)形成暖干和冷濕的空氣交界面，不僅如此，盈江站和梁河站還有西偏南風和東北風的強烈的風向輻合，在德宏西側(cè)東北風與西南風的匯合形成一條輻合線。且德宏西部和南部3 h變壓-3Pa以上，有利于上升運動。南支槽和輻合線是這次天氣過程的觸發(fā)機制。

4 強對流天氣衛(wèi)星、雷達圖像特征

4.1 MCS的衛(wèi)星云圖分析

5月3日08時在南支槽前低空急流出口區(qū)有強雷暴云團生成，可見光圖(圖5)上08時30分對流云團呈團狀結(jié)構(gòu)，邊界光滑整齊有明顯的暗影，云頂有清楚的皺紋和斑點。其西部不斷有對流云團生成，9時30分可以看到由多個對流云團形成了中尺度對流復(fù)合體，11時30分對流云團合并成一個色調(diào)白亮的對流復(fù)合體，東北方向出現(xiàn)短的卷云砧。MCS的東部生成一個新的對流云團，該對流云團發(fā)展成為主要影響我州產(chǎn)生強對流天氣的對流云團。13時30分該新生對流云團邊界處出現(xiàn)短的卷云羽，說明該對流云團處于發(fā)展成熟階段。14時30分，對流復(fù)合系統(tǒng)不斷發(fā)展開始影響德宏州，在德宏中部生成中-γ尺度的白亮對流云團，造成我州隴川縣雷暴、冰雹的發(fā)生，德宏西部的對流云團不斷向東移動，表現(xiàn)為一條颮線自西向東影響德宏。在14時30分和15時30分的水汽云圖中(圖略)MCS的北側(cè)有出現(xiàn)明顯的呈反氣旋式彎曲的水汽羽，在可見光云圖上表現(xiàn)明顯的卷云砧，當垂直風切變很大時，積雨云出現(xiàn)卷云砧的邊界特征。15時30分可見光云圖中對流復(fù)合系統(tǒng)西側(cè)的對流云系色調(diào)變暗，東南側(cè)的對流云團合并，并向東移動，14時30分—15時30分則是德宏發(fā)生強對流天氣的主要時間段。

圖5 2013年5月3日可見光云圖監(jiān)測

4.2 雷達對MCS的監(jiān)測和分析

運用德宏雷達站資料分析(型號：CINRAD/CC，體掃模式：VCP11，雷達位置：98°20′40″E，24°29′21″N，海拔高度：2073m)

14時39分0.5°仰角上在德宏邊境以西出現(xiàn)排列成帶狀的雷暴群(也稱為颮線)，反射率因子強度在40～55 dBz之間(圖略)，同仰角徑向速度圖上弓狀回波前部有正負速度輻合帶，表明對流云帶處于強烈的發(fā)展階段。颮線后部為一個大片的負速度大值區(qū)風向為偏西風，風速在-18 m·s-1以上，風速的極大值區(qū)，部分速度值超過了雷達最大不模糊速度24.9 m·s-1，出現(xiàn)了速度模糊的現(xiàn)象，經(jīng)過退模糊計算颮線后部的風力應(yīng)為-27.4 m·s-1，颮線處于快速移動和強烈的發(fā)展中，要警惕地面大風在下游地區(qū)的發(fā)生。15時02分颮線有組織的發(fā)展起來，前緣成為一個典型的弓狀回波，在其東南側(cè)新生了一條新的雷暴帶不斷發(fā)展起來，在發(fā)展的過程中與颮線南端彌合使颮線的南段得以加強。在颮線的凸部分別在15時18分—15時24分，在0.5°和1.5°仰角的徑向速度圖上出現(xiàn)了反氣旋輻合式的中氣旋(白色長箭頭指向)，在環(huán)境風的影響下中氣旋入流速度最大值在-18～-22 m·s-1，出流速度最大值在7～12 m·s-1，中氣旋的出現(xiàn)是強對流發(fā)生的明顯信號和預(yù)警指標。中氣旋使得大風出現(xiàn)概率增加，系統(tǒng)生命史延長[5]。在中氣旋強回波的后側(cè)，出現(xiàn)一個頂點指向雷達的“V”型缺口，使颮線后部的層云出現(xiàn)齊整的邊緣，這是由于冰雹對雷達回波的衰減而造成的。弓形回波后部有弱回波通道，表明后側(cè)入流急流進入風暴向前下沉進入中氣旋內(nèi)，中氣旋高度迅速下降，切變增大導(dǎo)致地面直線型大風產(chǎn)生。地面大風出現(xiàn)在沿著這個弓形回波凸部中氣旋移動的路徑上，從15時18分(1.5°仰角)—15時35分(0.5°)的徑向速度圖上中氣旋后部速度最大值區(qū)(瑞麗、盈江、隴川區(qū)域)有大風正在發(fā)生。

14時39分—15時35分颮線發(fā)展的過程中雷達探測到在4.3～8.7°的仰角上風速隨高度增大，中高層對流風暴的頂部有大風速區(qū)的存在并出現(xiàn)了速度模糊的現(xiàn)象，通過退模糊計算最大風速達到31 m·s-1，反應(yīng)了有較強的垂直風切變。

與颮線產(chǎn)生的大風天氣不同，梁河產(chǎn)生的是雷暴大風天氣。16時13分一個超級單體風暴在梁河西側(cè)強烈發(fā)展并向東移動， 1.5°仰角上該風暴的后側(cè)有一V型缺口(圖略)，16時24分隨超級超級單體風暴的移動梁河正處于V型缺口之中，為強對流風暴強烈的下沉氣流區(qū)，會產(chǎn)生大風天氣，與測站觀測到的大風出現(xiàn)的時間(16時15分—16時28分)一致。

除了颮線產(chǎn)生的強天氣外德宏整個區(qū)域在14時—17時這3 h之間德宏區(qū)域內(nèi)分散的出現(xiàn)很多雷暴單體，其中有12個雷暴單體在不同時間和不同仰角上出現(xiàn)了三體散射現(xiàn)象(圖略)，三體散射是指由于雷達能量在強反射率因子區(qū)向前散射而形成的異?；夭ǎ瑘D上常常呈現(xiàn)類似細長的釘子狀從強回波區(qū)沿徑向伸展。三體散射是出現(xiàn)大冰雹的充分條件和非必要條件，三體散射出現(xiàn)后10～30 min往往會產(chǎn)生最大的地面降雹和大風。[6]對出現(xiàn)三體散射的雷暴單體按照時間順序進行排序編號，對其中第3、4個單體的生消進行詳細闡述。

14時12分雷暴單體③處于發(fā)展旺盛階段(圖6a)，在4.3°仰角上中心強度達55 dBz以上，并且出現(xiàn)了三體散射現(xiàn)象，從基本反射率剖面圖上(圖6b)看強中心位置在6～10 km， 最強回波位于云體的中上部。說明該雷暴單體處于塔狀積云階段，還在不斷的發(fā)展之中，在③的南側(cè)有一個小的對流云團④。14時23分，單體③三體散射現(xiàn)象依然存在，回波強中心由較高的高度迅速下降至地面附近，回波強度減弱，說明雷暴單體③已開始處于消亡階段。同時，對流云團④進入強烈發(fā)展階段，垂直高度迅速升高至10 km高度，在8 km高度出現(xiàn)45 dBz的強中心。14時28分，雖然兩個單體在角1.5°仰上③比④的反射率因子略強，但從剖面上看不難看出雷暴單體③的強中心已經(jīng)接地，已經(jīng)失去雷暴單體有組織的結(jié)構(gòu)，逐漸消亡。而④在低層1.5°反射率因子圖中表現(xiàn)為一個典型的鉤狀回波，從剖面上看垂直高度更高，中心強度更強，在14時34分由于入流方向強的斜升氣流一側(cè)反射率因子梯度進一步增大，中低層出現(xiàn)明顯的有界弱回波區(qū)，風暴頂和最強回波區(qū)位于有界弱回波區(qū)之上，在風暴頂部還出現(xiàn)了尖頂回波，這是由于三體散射現(xiàn)象的旁瓣引起的。在④的東側(cè)有一個鉤狀回波特征的雷暴單體⑤開始發(fā)展起來。14時39分—14時51分雷暴單體④的強中心逐漸下沉接地，進入消亡階段。

圖6 14時12分—14時34分基本反射率因子和基本反射率因子剖面

5 小結(jié)

本文的主要目的是采用中尺度分析方法對一次預(yù)報不理想的強對流天氣進行短時預(yù)報再分析，探討強對流天氣短時臨近預(yù)報的可能途徑。

根據(jù)強對流環(huán)境場的分析，可以判斷出此次過程的有利條件首先是上干下濕的不穩(wěn)定層結(jié)和對流有效位能(CAPE)在午間顯著增大，增強了大氣的對流不穩(wěn)定條件。其次，南支槽前西南氣流帶來水汽滿足了強對流發(fā)生需要的水汽條件。第三，在發(fā)展的前傾槽和地面輻合線的共同作用下產(chǎn)生天氣尺度的強迫抬升和強的上升運動，為強對流天氣提供強的動力條件。這次強對流天氣過程是在滿足了不穩(wěn)定層結(jié)、水汽、和抬升觸發(fā)三面條件和強的垂直風切變的增強條件下造成的。

在強對流天氣發(fā)生的過程中衛(wèi)星云圖能夠清晰的分辯MCS的結(jié)構(gòu)和發(fā)展。利用雷達監(jiān)測到颮線、三體散射、有界弱回波區(qū)、后側(cè)“V”型缺口等回波特征。這些回波特征在雷暴、冰雹、大風等強對流天氣的短時臨近預(yù)報中起到很強的指示作用。

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2014-09-12

龔?fù)?1984—)，女(傣族)，工程師，主要從事中短期天氣預(yù)報工作。

1003-6598(2015)04-0022-05

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