曾培培， 孫 菀， 王 靜, 邊 煜

(1.解放軍理工大學(xué),江蘇南京 211101；2.河南省駐馬店市氣象局,河南駐馬店 463000)

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2013年夏季駐馬店市一次強(qiáng)對流天氣過程分析

曾培培1,2， 孫 菀2， 王 靜2, 邊 煜1

(1.解放軍理工大學(xué),江蘇南京 211101；2.河南省駐馬店市氣象局,河南駐馬店 463000)

利用天氣圖分析方法，通過MICAPS、自動站資料和多普勒雷達(dá)資料，對2013年8月1日駐馬店的強(qiáng)天氣過程進(jìn)行分析。結(jié)果表明：該次強(qiáng)降水過程是在低槽東移、副高邊緣的形勢下，由中低層切變線、低空急流、地面橫切、地面風(fēng)場切變共同作用影響。強(qiáng)對流天氣發(fā)生時段低層水汽輻合躍增，配合，在強(qiáng)對流區(qū)上空建立深厚的濕層。過程前期處在副高邊緣，這為強(qiáng)降水的發(fā)生積聚了大量不穩(wěn)定的能量。同時大的CAPE值和K指數(shù)，也體現(xiàn)出較強(qiáng)的不穩(wěn)定性。

強(qiáng)對流；不穩(wěn)定能量；副高；輻合

強(qiáng)對流天氣往往是在有利的大尺度天氣背景下，由中小尺度系統(tǒng)直接產(chǎn)生的[1]。中小尺度天氣系統(tǒng)時間周期短，發(fā)展快，破壞性強(qiáng)，所以對民生影響最大。因此，對強(qiáng)天氣的分析一直以來是氣象工作者研究的重點。張騰飛等[2]通過對云南一次強(qiáng)對流冰雹天氣過程的研究表明，大氣的強(qiáng)烈的不穩(wěn)定性是由高層輻散流場和低層輻合流場的配置形成的。李江波等[3]對19次華北冷渦的降雹過程分析表明雷達(dá)回波上降大冰雹的回波特征。孫繼松等[4]針對強(qiáng)對流天氣的發(fā)生機(jī)理及物理量作出了深層次的機(jī)理分析。這些研究有利于探明強(qiáng)對流天氣的深層形成原因、物理量場的配置以及強(qiáng)對流天氣的發(fā)展規(guī)律。但通過雷達(dá)資料深層次解釋強(qiáng)天氣中尺度對流性的研究相對較少，而這些對于日常預(yù)報業(yè)務(wù)來講非常重要。

駐馬店市(114°E，33°N)位于河南省南部，地處淮河流域，年平均降水量860～980 mm。該市地處亞熱帶與暖溫帶的過渡地帶，具有亞熱帶與暖溫帶的雙重氣候特征，是典型的大陸性季風(fēng)型半濕潤氣候，光、熱、水資源豐富，四季分明。夏季炎熱多雨，多吹偏南風(fēng)；冬季寒冷、干燥，以偏北風(fēng)為主。由于受局地氣候的影響，確山、遂平2縣的西部和泌陽縣東部淺山丘陵區(qū)，多發(fā)山洪和暴雨。東部平坦低洼，降水集中，易發(fā)生洪澇。

2013年8月1日下午到傍晚，南陽到駐馬店一帶部分地區(qū)發(fā)生強(qiáng)對流天氣，出現(xiàn)雷雨大風(fēng)，部分地區(qū)出現(xiàn)冰雹。這次強(qiáng)對流過程是在副高邊緣，在低槽東移的形勢下，由中低層切變線，配合西南風(fēng)風(fēng)速帶還有副高外圍水汽形成的。河南汛期的暴雨多是由這些因素綜合形成的[5]。高低空配置良好，水汽條件、動力條件充足。另外，此次過程在中小尺度系統(tǒng)上也有體現(xiàn)，雷達(dá)回波PPI圖上，基本反射率很高，徑向速度有大值區(qū)且有風(fēng)向的輻合， 風(fēng)廓線圖上能看出風(fēng)速的垂直切變。除此以外，物理量場能量很高，表現(xiàn)出很強(qiáng)的對流不穩(wěn)定性。

1　天氣過程實況

2013年8月1日18：00駐馬店市出現(xiàn)了雷雨大風(fēng)等強(qiáng)對流天氣。8月1日上午以晴為主，13：00開始積雨云從南陽生成并迅速發(fā)展快速東移，8月1日下午到夜里駐馬店出現(xiàn)一次局地冰雹、大風(fēng)、強(qiáng)降水等強(qiáng)對流天氣，其中泌陽縣出現(xiàn)局地冰雹，降水達(dá)到暴雨量級，有2個縣出現(xiàn)災(zāi)情。8月1日16：00，由于受到強(qiáng)對流天氣影響，泌陽縣雙廟街鄉(xiāng)賈洼村、武崗村、棗莊村、雙廟街村、賈莊村、蔡莊村、一張村等7個村受冰雹襲擊，造成233 hm2煙葉受災(zāi)、1 433 hm2玉米倒伏，600多顆樹木折斷，3家企業(yè)共20間廠房受損，其中農(nóng)作物絕收200 hm2。直接經(jīng)濟(jì)損失：農(nóng)業(yè)773萬元，廠房10萬元，樹木3萬元。8月1日18:00～21:00，確山縣自西向東發(fā)生雷雨大風(fēng)天氣，最大風(fēng)力為9級，降水量18.4 mm，伴隨發(fā)生雷電災(zāi)害，局部發(fā)生龍卷風(fēng)。京港澳高速公路正陽縣收費站的大棚被掀翻，正陽縣氣象局西南面107國道對面老臧莊的一座活動板房被掀翻。全縣多處斷電，變壓器損壞2部。

2　天氣學(xué)分析

2.1環(huán)流形勢場(圖1)500 hPa環(huán)流場是整個高空形勢場的大環(huán)境。由圖1-a可以看出，在2013年8月1日8：00高空有槽，位于山陜交界處、陜西南部到四川東北部。河南省處在高空槽線之前，駐馬店市處在槽線之前。這種高空形勢場為對流天氣的產(chǎn)生提供了良好的環(huán)流條件。另外，駐馬店市處在副高邊緣，副高邊緣的不穩(wěn)定能量比較高，這為強(qiáng)降水的發(fā)生積聚了大量不穩(wěn)定能量以及良好的熱力條件。除此以外，在溫度場上，在河南北部有冷中心，該冷中心從高層到低層貫穿，輻合系統(tǒng)深厚，移動緩慢。由圖1-b可見，在2013年8月1日8：00 700 hPa上在山陜交界處東側(cè)有一個槽線，對應(yīng)于500 hPa槽線下方，整個河南省處于槽線之前。由700 hPa風(fēng)場可看出，河南省高空西南風(fēng)非常明顯，駐馬店市上空由西南風(fēng)控制。這可以將水汽從孟加拉灣輸送過來，為強(qiáng)降水的發(fā)生提供了良好的水汽供應(yīng)。這不僅具有良好的動力抬升作用，而且西南風(fēng)也為河南提供了良好的水汽。

由圖1-c可見，山西中部延伸到河南北部有1個冷切，陜西中部有1個冷切，四川東部到湖北西部有1個暖切，駐馬店市處在這3個切變線的前側(cè)，動力抬升作用非常明顯。另外，從風(fēng)場可以看出，該市以南存在1個西南風(fēng)的急流帶，這為駐馬店市的降水提供了良好的水汽條件。 圖1-d為8月1日14：00地面綜合觀測圖。由圖1-d可見，河南處在均壓場中，在風(fēng)場上，從南陽到駐馬店市有1個橫向切變線，是西南風(fēng)與偏東風(fēng)的切變線，在地面圖上，對流天氣特征也比較明顯。除此以外，歐洲中心EC 1日14：00預(yù)報初始場200 hPa高空風(fēng)場圖顯示，河南南部處在高空風(fēng)場的方向匯集出口處。

注：a、b、c分別為8：00 500、700、850 hPa風(fēng)場和氣壓場的疊加；d為14:00地面綜合觀測。Note: a, b and c were the overlay charts of 500, 700 and 850 hPa wind fields and pressure fields on 08:00，respectively; d. Ground synthetic observation on 14:00. 圖1　2013年8月1日高空和地面形勢Fig.1　The upper air and the ground situation on August 1, 2013

2.2風(fēng)場地面風(fēng)場可以反映比較細(xì)微的輻合特征，對于局地對流天氣具有良好的指示意義。由圖2可看出，輻合的發(fā)生以及移動，最開始是南陽有強(qiáng)輻合(圖2-a)，后輻合移動到泌陽一帶(圖2-b)，風(fēng)場輻合向東移(圖2-c),最后輻合移動到駐馬店確山附近(圖2-d)，且西北風(fēng)速較大，東側(cè)偏東風(fēng)速很小。說明地面風(fēng)場的輻合特征是從西向東的移動過程，且之后的輻合逐漸減弱。這個過程跟雷暴的移動方向是一致的。

2.3T-lnP圖T-lnP圖對于強(qiáng)天氣的分析具有良好的指示意義，一般K指數(shù)大于35 ℃，層結(jié)就相當(dāng)不穩(wěn)定。由表1可見，南陽和阜陽的K指數(shù)均大于35 ℃，說明南陽和阜陽均具有極強(qiáng)的不穩(wěn)定性，同時南陽的K指數(shù)大于阜陽，說明西部的不穩(wěn)定性強(qiáng)于東部。對于SI，當(dāng)SI指數(shù)<0時，層結(jié)不穩(wěn)定，且負(fù)值越大，不穩(wěn)定程度越大；反之，則表示氣層是穩(wěn)定的。根據(jù)國外資料,SI與對流性天氣的關(guān)系,SI>3,發(fā)生雷暴的可能性很小或沒有；0

表12013年8月1日8：00南陽和阜陽探空站點物理量

Table 1Physical quantity of sounding stations in Nanyang and Fuyang on 8:00 of August 1, 2013

探空站點SoundingstationK指數(shù)(Kindex)℃沙氏指數(shù)Showalterindex(SI)濕對流有效位能Effectivepote-ntialofmoistconvection(CAPE)南陽Nanyang41-6.412703.4阜陽Fuyang40-1.661695.2

圖2　2013年8月1日不同時間四要素風(fēng)場Fig. 2　Wind field of four elements in different times on August 1, 2013

注：a.南陽探空站點;b.阜陽探空站點。Note: a. Nanyang sounding station; b. Fuyang sounding station. 圖3　2013年8月1日8：00南陽和阜陽探空站點T-lnP圖Fig. 3　Sounding station T-logP in Nanyang and Fuyang on 8:00 of August 1, 2013

另外，0 ℃層高度(H0)和-20 ℃層高度(H-20)是表征積雨云內(nèi)部結(jié)構(gòu)的特征高度。兩層間的高度差能夠反映H0與H-20這一氣層的穩(wěn)定度的大小[6]。圖3-a顯示的南陽0 ℃層高度，大概在5 km附近，-20 ℃高度層在接近9 km附近，說明0和-20 ℃高度層很低，對形成冰雹很有利。由圖3-a可以看到，南陽探空站點“上干冷、下暖濕”，也有利于雹區(qū)的不穩(wěn)定層結(jié)的形成與維持[7]。綜合圖3-a、b各項指數(shù)來看，該過程西部明顯強(qiáng)于東部，并且是由西部到東部逐漸減弱。

3　多普勒雷達(dá)產(chǎn)品分析

駐馬店本點的雷達(dá)是SB單偏振多普勒雷達(dá)，海拔189.1 m，S波段，經(jīng)緯度為114°E，33°E。自2010年12月投入使用以來，運行良好，它對于降水、雷暴、大風(fēng)等天氣的監(jiān)測、預(yù)警意義重大，對于強(qiáng)天氣的分析作用很大。

3.1基本反射率特征2013年8月1日13：00開始駐馬店市西部南陽境內(nèi)有零散的對流性回波出現(xiàn)，回波邊緣清晰，塊狀結(jié)構(gòu)明顯。圖4-a為距測站西部70 km處泌陽縣，15：26仰角為1.5°的雷達(dá)PPI圖。由圖4-a可見,有強(qiáng)對流性回波出現(xiàn)，面積小，強(qiáng)度大，屬于局地強(qiáng)對流天氣，強(qiáng)中心達(dá)到60 dBz，對流高度最高14 km;后來雷達(dá)回波逐漸增強(qiáng)，面積增大，東移，強(qiáng)回波呈帶狀。圖4-b是18：27 2.4°仰角基本反射率因子，顯示的是強(qiáng)回波移動到南陽境內(nèi)，回波不斷發(fā)展并東移，與駐馬店市生成的局地對流性回波合并加強(qiáng)，造成面積較大的雷雨大風(fēng)。由圖5可看出，回波強(qiáng)度高于45 dBz的回波呈“人”字形并向東北移動。這與降水的區(qū)域分布一致，與天氣圖的系統(tǒng)移動方向也對應(yīng)。

注：a.15:26 1.5°仰角基本反射率因子;b.18:27 2.4°仰角基本反射率因子。Note: Base reflectivity factor on 15:26 with 1.5° elevation; b. Base reflectivity factor on 18:27 with 2.4° elevation. 圖4　多普勒雷達(dá)基本反射率因子Fig. 4　Base reflectivity factors of Doppler radar

注：a.18：39;b.18：45;c.18：51;d.18：57。Note：a.18：39;b.18：45;c.18：51;d.18：57。圖5　不同時段2.4°仰角基本反射率因子Fig. 5　Fig. 4 Base reflectivity factors of 2.4° elevation in different periods

圖6　2013年8月1日15：26 2.4°仰角速度Fig. 6　Hodograph of 2.4° elevation on 15:26 of August 1, 2013

3.2徑向速度特征圖6是多普勒雷達(dá)的經(jīng)向速度圖，是8月1日15：26 2.4°仰角速度圖。由色調(diào)可以判斷風(fēng)速風(fēng)向。由圖6可見，低層是暖色調(diào)，說明是風(fēng)向離開雷達(dá)，高層是冷色調(diào)，風(fēng)向朝向著雷達(dá)，表明這里有明顯的風(fēng)速切變。此時駐馬店市區(qū)正有雷雨大風(fēng)，這對于強(qiáng)對流天氣有很好的說明。除此以外可觀察到風(fēng)速的大值區(qū)，最大負(fù)速度入流Max為-26 m/s，最大正速度出流Max為23 m/s，而且入流絕對值遠(yuǎn)大于出流絕對值，表明測站附近為氣流輻合。這與天氣綜合圖對應(yīng)，與強(qiáng)對流天氣特征符合。

3.3反射垂直剖面特征雷達(dá)反射率剖面圖能夠反映降水系統(tǒng)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，能夠看到系統(tǒng)內(nèi)部回波的狀況。從圖7-a分析看出，回波強(qiáng)中心強(qiáng)度達(dá)到63 dBz，高于45 dBz的回波柱貫穿到對流云頂，回波頂最高高度達(dá)到14 m，延伸較高，非常利于冰雹的產(chǎn)生。從圖7-b可以看出，反射率最高高度達(dá)到15 km，最強(qiáng)中心達(dá)到63 dBz，強(qiáng)回波中心高度在5 km。說明此時對流活動還在繼續(xù)，雷雨大風(fēng)天氣持續(xù)。

注：a.15:26;b.18:39?！ote：a.15:26;b.18:39.圖7　2013年8月1日不同時間1.5°仰角反射率剖面Fig. 7　Reflectivity profile map of 1.5° elevation in different periods of August 1, 2013

3.4風(fēng)廓線特征風(fēng)廓線圖能夠很好地指示過程中風(fēng)的變化，反映中小尺度系統(tǒng)。圖8是駐馬店點選取的4個時間序列的風(fēng)廓線雷達(dá)圖。由圖8-a看到，1.2 km以下為一致的偏東風(fēng)，1.2 km以上為偏南風(fēng)，風(fēng)隨高度順轉(zhuǎn)，表示此處有風(fēng)向的輻合。由圖8-b看出，1日16：45出現(xiàn)極大風(fēng)速21.6 m/s，高度12.2 km以上，并伴有明顯的風(fēng)切變，說明此處存在中氣旋。圖8-c，底層逐漸出現(xiàn)西南急流，最大風(fēng)速16 m/s。19：21，如圖8-d，風(fēng)速逐漸減小，過程結(jié)束，選取的4個時次的多普勒風(fēng)廓線圖反映了此次降水過程的4個階段，對于強(qiáng)天氣的“發(fā)生—發(fā)展—成熟—消亡”有很好的指示意義。

注：a.15:26;b.16:45～17:45;c.17:45～19:20;d.19:21。Note：a.15:26;b.16:45～17:45;c.17:45～19:20;d.19:21.圖8　2013年8月1日駐馬店點不同時間序列風(fēng)廓線Fig. 8　VAD wind profile of different time series in Zhumadian on August 1, 2013

3.5中尺度氣旋與風(fēng)暴追蹤信息迭加特征中尺度氣旋與風(fēng)暴追蹤信息迭加圖是雷達(dá)的一個產(chǎn)品，它是基于風(fēng)暴的移動方向和速度，進(jìn)行推算得到下一個時次風(fēng)暴位置的一個產(chǎn)品。圖9是1日16：26～18：21風(fēng)暴追蹤信息與中尺度氣旋產(chǎn)品迭加。從圖9可看出，強(qiáng)回波區(qū)內(nèi)有中氣旋，并不斷發(fā)生發(fā)展。風(fēng)暴的預(yù)報路徑與實際路徑基本吻合。但目前風(fēng)暴追蹤圖準(zhǔn)確度普遍意義上不高，所以在使用時要注意辨識其真實性。

注：a.16:26;b.17:03;c.17:21;d.18:21。Note：a.16:26;b.17:03;c.17:21;d.18:21.圖9　風(fēng)暴追蹤信息與中尺度氣旋產(chǎn)品迭加Fig. 9　The storm tracking information and mesoscale cyclone product superposition

4　總結(jié)

(1)這次雷雨大風(fēng)降雹天氣在大尺度、中小尺度都有體現(xiàn)。天氣尺度的天氣綜合圖是整個天氣過程的大環(huán)境，它為中小尺度系統(tǒng)提供了大環(huán)境。中小尺度能夠反映局地情況。本次過程是在處在副高外圍的大環(huán)境中，高空中高層有槽系統(tǒng)配置，由低槽和副高相互作用下產(chǎn)生的強(qiáng)降水，這種形勢產(chǎn)生的強(qiáng)天氣許多專家通過分析已經(jīng)得出了有意義的結(jié)論[8]。

(2)對于強(qiáng)天氣系統(tǒng)的能量,TlogP探空資料圖能夠很好地展示出來。TlogP的cape能量圖對于反映潛勢能量，意義重大。對于0和-20 ℃層高度的觀測，對于冰雹天氣的出現(xiàn)有重大意義。K指數(shù)圖對于強(qiáng)對流天氣的不穩(wěn)定性、濕度等都具有很好的指示意義。

(3)雷達(dá)反射率剖面圖以及各類產(chǎn)品圖對于強(qiáng)對流天氣的系統(tǒng)內(nèi)結(jié)構(gòu)分析意義重大。通過分析PPI圖、垂直剖面圖、風(fēng)廓線圖，以及風(fēng)暴追蹤信息與中尺度氣旋產(chǎn)品迭加圖，對中下尺度天氣的出現(xiàn)，發(fā)展，移向能很好的展示出來，能很好地反映大尺度系統(tǒng)下的中小系統(tǒng)，能夠解釋局地強(qiáng)對流天氣現(xiàn)象。

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Analysis of a Strong Convective Weather Process in Zhumadian in the Summer of 2013

ZENG Pei-pei1,2, SUN Wan2, WANG Jing2et al

(1. College of Meteorology and Oceanography, PLA University of Science and Technology, Nanjing, Jiangsu 211101; 2. Zhumadian Meteorological Bureau, Zhumadian, Henan 463000)

According to the method of weather map analysis, the strong convective weather process on August 1, 2013 was analyzed by using MICAPS, automatic station data and doppler radar data. It was found that the strong process was influenced by the lower shear line, the low level jet, the ground transverse shear line and the ground wind shear under the situation of low trough eastward located in the edge of subtropical anticyclone. Lower water vapor convergence increased abruptly when the strong convective weather occurred, resulting deep layers of wet over the strong convection zone. It was at the edge of subtropical high in the early stage of the process, which accumulated a lot of unstable energy for the heavy rain. In addition, bigCAPEvalue and indexKalso reflected the strong instability.

Strong convective; Unstable energy; Subtropical anticyclone; Convergence

曾培培( 1990- ) ，女，河南周口人，助理工程師，在讀碩士，從事大氣探測理論與技術(shù)研究。

2016-05-11

S 165

A

0517-6611(2016)17-207-06