福建省氣象臺(tái) 高 珊 劉愛(ài)鳴 陳秋萍 林 青

2014年一次連續(xù)強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程分析

福建省氣象臺(tái) 高 珊 劉愛(ài)鳴 陳秋萍 林 青

2014年3月26-29日，福建省出現(xiàn)連續(xù)強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程，分析表明，大尺度環(huán)流背景給此次強(qiáng)對(duì)流天氣連續(xù)發(fā)生發(fā)展提供了有利的條件。物理量診斷分析，同時(shí)參考?xì)v史統(tǒng)計(jì)的各參數(shù)的閾值，對(duì)判斷強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生發(fā)展、分類(lèi)和落區(qū)有幫助：福建上空大氣層結(jié)不穩(wěn)定，中低空存在中等到強(qiáng)的垂直風(fēng)切變；前期比濕9～10g/m3左右，后期增大，全省大部在12g/m3左右，前期為干對(duì)流型，后期為混合對(duì)流。強(qiáng)對(duì)流天氣臨近預(yù)報(bào)，要注重衛(wèi)星云圖上游地區(qū)云系的發(fā)生發(fā)展?fàn)顩r以及與已經(jīng)發(fā)生的天氣實(shí)況的對(duì)應(yīng)關(guān)系，加強(qiáng)多源資料的監(jiān)測(cè)應(yīng)用，從而提高強(qiáng)對(duì)流天氣臨近預(yù)報(bào)的提前量。

強(qiáng)對(duì)流 潛勢(shì)預(yù)報(bào) 臨近預(yù)報(bào) 多尺度 多源資料

0 引言

強(qiáng)對(duì)流天氣具有生命史短、局地性強(qiáng)、危害大、預(yù)報(bào)難度大等特點(diǎn)。目前我國(guó)大力開(kāi)展強(qiáng)對(duì)流天氣預(yù)報(bào)技術(shù)研究工作，例如強(qiáng)對(duì)流天氣多源資料監(jiān)測(cè)、臨近預(yù)報(bào)技術(shù)、中尺度系統(tǒng)發(fā)生發(fā)展的天氣診斷分析技術(shù)、分類(lèi)強(qiáng)對(duì)流客觀預(yù)報(bào)技術(shù)等研究[1]。福建結(jié)合地域特色，在強(qiáng)對(duì)流天氣潛勢(shì)和臨近預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)、強(qiáng)對(duì)流天氣預(yù)報(bào)技術(shù)支撐研究方面獲得了一些有用的研究成果[2]。本文針對(duì)2014年3月26～29日福建省出現(xiàn)的連續(xù)強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程，立足預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中的需求，將研究成果和實(shí)踐相結(jié)合，尋找強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程潛勢(shì)和臨近預(yù)報(bào)的著眼點(diǎn)。

1 過(guò)程概況

2014年3月26～29日，福建省出現(xiàn)連續(xù)強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程，過(guò)程從26日午后開(kāi)始， 29日傍晚前后結(jié)束，歷時(shí)4d，整個(gè)過(guò)程中北部和內(nèi)陸地區(qū)的部分縣市（21個(gè)縣市）出現(xiàn)冰雹；52個(gè)縣出現(xiàn)雷雨大風(fēng)，中北部出現(xiàn)大雨到暴雨天氣（見(jiàn)圖1），全省范圍出現(xiàn)雷暴。

26日和27日，強(qiáng)對(duì)流天氣以雷暴、雷雨大風(fēng)天氣為主，落區(qū)主要在福建北部，為干對(duì)流型；28日和29日，雷暴、雷雨大風(fēng)、冰雹、短時(shí)強(qiáng)降水均有，為混合型。每日強(qiáng)對(duì)流最強(qiáng)時(shí)段出現(xiàn)在午后到上半夜，28日夜間到29日強(qiáng)對(duì)流天氣最明顯，范圍最廣。

本次過(guò)程的特點(diǎn)是持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，26日、27日為干對(duì)流型，28日、29日為混合型。天氣過(guò)程的開(kāi)始和結(jié)束時(shí)間比較難把握，是本次預(yù)報(bào)的難點(diǎn)和重點(diǎn)。

圖1 26～29日冰雹、雷雨大風(fēng)、強(qiáng)降水分布圖

2 強(qiáng)對(duì)流天氣多尺度分析

2.1 有利的大尺度環(huán)流背景

分析此次的環(huán)流形勢(shì)，存在連續(xù)多日強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生發(fā)展的有利背景。副高和南支槽穩(wěn)定，位置適中。副熱帶高壓西脊點(diǎn)和南支槽維持在115°E附近，880hPa北界在18°N，槽前的西南急流位于江南南部到華南一帶，福建處在槽前比較有利出現(xiàn)強(qiáng)對(duì)流天氣的位置。分析南支槽強(qiáng)度指數(shù)（圖略），21～26日，南支槽偏強(qiáng),福建處在回暖期，能量得到積累。26～28日南支槽強(qiáng)度指數(shù)升高，南支槽處在減弱期，中層沒(méi)有很強(qiáng)的水汽輸送。29日南支槽東移入海，后期福建轉(zhuǎn)槽后西北氣流控制，此次連續(xù)的強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程結(jié)束。

中高緯區(qū)域，西風(fēng)指數(shù)處在高值區(qū)，在450～350位勢(shì)什米之間（氣候平均為250位勢(shì)什米），以緯向環(huán)流為主，西風(fēng)帶多短波槽活動(dòng)，26日和29日各有1次冷空氣活動(dòng)。26日西風(fēng)指數(shù)430位勢(shì)什米；29日西風(fēng)指數(shù)350位勢(shì)什米，29日的環(huán)流經(jīng)向活動(dòng)比26日明顯，所帶來(lái)的冷空氣強(qiáng)于26日。29日的冷暖空氣交匯更加劇烈，比26日更有利于強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)生發(fā)展。

分析115-120°E平均850hPa的南風(fēng)分量、氣溫以及風(fēng)矢量的時(shí)間序列圖（圖2），圖中福建處在22°N～28°N之間，可以看到26日冷空氣的活動(dòng)略北一點(diǎn)，28日南風(fēng)明顯加強(qiáng)，強(qiáng)中心正好位于福建范圍。29日的冷空氣明顯強(qiáng)，后期南下到23°N位置，即到達(dá)福建南部。22°N～28°N區(qū)間溫度13℃～18℃，有近5℃的鋒區(qū)。

由圖2可見(jiàn)，850hPa南風(fēng)比較弱，水汽條件不是太好，平均狀態(tài)下只在28日出現(xiàn)大于12m/s的急流核。分析中高層，福建上空也沒(méi)有明顯的水汽輸送帶，可以判斷此次過(guò)程大部分時(shí)間不利暴雨天氣出現(xiàn)。

圖2 24-31日115-120°E平均850hPa南風(fēng)分量（m/s）、氣溫(℃)和風(fēng)矢量時(shí)間序列圖（陰影：南風(fēng)分量；等值線：等溫線）

2.2 物理量診斷分析

在有利的大尺度環(huán)流背景下，繼續(xù)分析動(dòng)力和熱力條件，可進(jìn)一步判斷強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生的潛勢(shì)有多大。診斷分析物理量參數(shù)指標(biāo)，判斷是否有利于強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)生，特別是通過(guò)分析歷史個(gè)例統(tǒng)計(jì)的指標(biāo)閾值，對(duì)強(qiáng)對(duì)流的分類(lèi)預(yù)報(bào)有幫助[4,5]。

2.2.1 不穩(wěn)定條件分析

此次過(guò)程熱力條件是比較有利的，以 K指數(shù)（描述大氣暖濕程度和穩(wěn)定度的綜合性指標(biāo)，公式（1）為例，根據(jù)歷史天氣過(guò)程統(tǒng)計(jì)，在福建K≥32℃時(shí)，大氣具有較高的潛能。進(jìn)一步考慮地面溫度狀況后，獲得修正的K指數(shù)（即mK）（式2），mK值越大，表示氣團(tuán)低層越暖濕，不穩(wěn)定度增加，越有利于對(duì)流產(chǎn)生，在福建，一般mK≥37℃時(shí)較有利于出現(xiàn)強(qiáng)對(duì)流天氣。

表1為福建省三個(gè)探空站邵武、福州和廈門(mén)根據(jù)公式（1）、（2）的計(jì)算結(jié)果，08時(shí)和20時(shí)以實(shí)況觀測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算，通過(guò)探空構(gòu)建計(jì)算14時(shí)，構(gòu)建方法是將14時(shí)實(shí)測(cè)的地面2m氣溫和露點(diǎn)溫度替換08時(shí)的數(shù)據(jù)計(jì)算獲得。

表1 福建省三個(gè)探空站實(shí)況觀測(cè)和構(gòu)建計(jì)算的K和mK值

三個(gè)探空站分別代表著福建的中北部地區(qū)、中部沿海地區(qū)和南部沿海地區(qū)。分析結(jié)果，邵武和福州站26～28日明顯比廈門(mén)站不穩(wěn)定，而29日所有各站都達(dá)到最不穩(wěn)定狀態(tài)，特別是廈門(mén)29日14時(shí)mK達(dá)到46.3℃，為最不穩(wěn)定。mK因?yàn)榭紤]地面午后的升溫，變化更大，顯示出更加不穩(wěn)定的趨勢(shì)。

分析NECP（1°×1°）再分析資料14時(shí)的Cape值和T85(850hPa與500hPa 溫度差)分布圖（圖3），可以看到，T85福建大部分時(shí)間都在25℃以上，達(dá)到福建出現(xiàn)強(qiáng)對(duì)流天氣的指標(biāo)閾值；CAPE值除26日相對(duì)小外，其他時(shí)間都比較高，特別是28日午后和29日CAPE值達(dá)到了1000J/kg以上，有利于強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生。

圖3 26-29日14時(shí)CAPE（J/kg）和T85(℃)分布圖（陰影：CAPE>600J/kg；實(shí)線：T85線）

中低空的垂直風(fēng)切變有利于強(qiáng)對(duì)流系統(tǒng)的維持和加強(qiáng)。冰雹和雷暴大風(fēng)具有更大的對(duì)流層中低層垂直風(fēng)切變，而暴雨較小。分析NECP再分析資料，500hPa到1000hPa的垂直風(fēng)切在整個(gè)過(guò)程中都在15m/s以上，個(gè)別時(shí)間達(dá)到了25m/s以上（圖4），對(duì)應(yīng)著中等強(qiáng)度到強(qiáng)的垂直風(fēng)切變，有利于冰雹和雷暴大風(fēng)。

圖4 26-29日14時(shí)0～6公里垂直風(fēng)切變(m/s)

2.2.2 水汽條件

大尺度背景分析表明，本次過(guò)程中水汽條件不利于出現(xiàn)大范圍持續(xù)性的強(qiáng)降水。分析逐日低層850hPa的比濕分布圖（圖略），26日，福建比濕在9g/m3左右；27日到29日前期，全省大部地區(qū)都在10～12g/m3之間，其中，28日夜里到29日白天最濕，全省大部在12g/m3左右，29日夜間明顯減弱，大部都在9g/m3以下。據(jù)福建的統(tǒng)計(jì)數(shù)值，3～5月低層比濕達(dá)到10g/m3以上時(shí)，比較有利于冰雹和雷雨大風(fēng)出現(xiàn)，達(dá)到12g/m3比較有利于短時(shí)強(qiáng)降水出現(xiàn)。所以，26～29日強(qiáng)對(duì)流天氣連續(xù)發(fā)生期間，在層結(jié)不穩(wěn)定和中低空存在中等到強(qiáng)的垂直風(fēng)切變都滿足的條件下，前期為干對(duì)流型，后期為混合對(duì)流型。

3 強(qiáng)對(duì)流天氣多源資料監(jiān)測(cè)與分析

加強(qiáng)對(duì)多源資料的監(jiān)測(cè)和分析是強(qiáng)對(duì)流天氣短臨預(yù)報(bào)的關(guān)鍵。下面利用衛(wèi)星云圖、探空等資料，分析此次過(guò)程中26日和29日強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生發(fā)展的觸發(fā)機(jī)制和臨近預(yù)報(bào)。

3.1 26日強(qiáng)對(duì)流天氣

26日08時(shí)925hPa（圖5）福建北部有比較弱的切變，其他層次以單一南風(fēng)控制為主，冷空氣位置比較北，結(jié)合其他條件分析，認(rèn)為午后不會(huì)有明顯強(qiáng)對(duì)流天氣，主要在暖區(qū)內(nèi)出現(xiàn)因地形造成的一般的雷電和陣雨天氣。但實(shí)際上午后15時(shí)前后開(kāi)始，強(qiáng)對(duì)流天氣在閩贛交界處最先發(fā)生發(fā)展，并逐漸東北偏東移進(jìn)入我省北部地區(qū)。事后分析當(dāng)日20時(shí)天氣圖（圖5），925hPa切變南壓到中北部地區(qū)，切變后有-2～4℃的負(fù)變溫區(qū)，切變前有2℃的正變溫，切變活動(dòng)的區(qū)域，切變北面低層的弱冷空氣南下影響，切變南側(cè)回暖，變溫梯度比較大。表明26日強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)生是在925hPa切變南下的觸發(fā)下，配合有利的熱力和動(dòng)力條件發(fā)生發(fā)展的。

圖5 925hPa 26日08時(shí)、20時(shí)風(fēng)場(chǎng)和20時(shí)變溫場(chǎng)

分析可見(jiàn)光云圖（圖6）可以看到，上午8時(shí)，對(duì)應(yīng)低層切變，福建北部和上游地區(qū)已經(jīng)有帶狀云帶發(fā)展，這條切變?cè)茙е饾u東移南壓，15時(shí)前后在切變上開(kāi)始有對(duì)流云團(tuán)發(fā)展，并沿切變線移動(dòng)。對(duì)應(yīng)雷達(dá)回波15時(shí)前后對(duì)流云團(tuán)發(fā)展的位置有雷暴單體發(fā)生發(fā)展。

圖6 26日09時(shí)可見(jiàn)光云圖和26日08時(shí)925hPa風(fēng)場(chǎng)

探空一天早、晚兩次，而強(qiáng)對(duì)流天氣多發(fā)生在午后，難以監(jiān)測(cè)其發(fā)生發(fā)展，間隔30min的云圖能從一定程度上彌補(bǔ)探空資料時(shí)間分辨率低的不足，對(duì)強(qiáng)對(duì)流天氣的臨近預(yù)報(bào)有一定的提前量。

3.2 29日強(qiáng)對(duì)流天氣

29日08時(shí)綜合分析（圖略），500hPa的槽和低層切變位置接近，在25oN～32 oN之間。850、700和500hPa，大于12、16和20m/s的西南急流穿過(guò)福建中北部，急流軸相交或緊靠，系統(tǒng)接近垂直且斜壓性強(qiáng)，低槽切變東移南壓過(guò)程非常有利于強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生發(fā)展。實(shí)況29日白天，隨著切變東移，颮線發(fā)展，攜帶雷暴單體,橫掃福建大部地區(qū)，強(qiáng)對(duì)流天氣大范圍出現(xiàn)。29日過(guò)程是低層切變過(guò)境觸發(fā)對(duì)流發(fā)展。

分析水汽云圖，可以看到28日夜間到29日從湖南開(kāi)始有逗狀云系發(fā)展東移，其尾部C云帶發(fā)展。到29日（圖7）整個(gè)C尾部云帶進(jìn)入到福建北部，隨著逗狀云系東移，尾部云帶自北向南影響到我省南部地區(qū)。圖7暗區(qū)B，對(duì)應(yīng)中高層干空氣，B區(qū)干空氣的入侵，有利逗狀云系的發(fā)展，C區(qū)上方為水汽回流造成的不連續(xù)區(qū)[3]，尾部云帶C上不斷有對(duì)流云系成狹窄線狀分布，對(duì)應(yīng)雷達(dá)回波颮線出現(xiàn)，在C區(qū)發(fā)展旺盛期間，福建的強(qiáng)對(duì)流天氣也達(dá)到最強(qiáng)。到了17時(shí)后，北面冷空氣（B區(qū)）整個(gè)侵入破壞逗狀云系，尾部云帶也趨于減弱。

云圖監(jiān)測(cè)表明，云系在湖南、江西上游就已經(jīng)出現(xiàn)，兩省出現(xiàn)明顯的強(qiáng)對(duì)流天氣，因此從上文分析可以看到，結(jié)合形勢(shì)場(chǎng)分析云圖的發(fā)展，可以對(duì)強(qiáng)對(duì)流天氣的預(yù)報(bào)有一定的提前量，在臨近預(yù)報(bào)中有著重要的作用。

4 結(jié)論

（1）福建省在2014年3月26～29日的強(qiáng)對(duì)流天氣是在有利的大尺度背景下發(fā)生發(fā)展的，副高的穩(wěn)定少動(dòng)與南支槽的不斷東移有利于二者之間西南氣流加強(qiáng)并形成急流，增強(qiáng)水汽輸送。同時(shí)，中緯度地區(qū)短波槽活躍，槽后弱冷空氣南下，冷暖氣流在福建不斷交匯，增加了大氣的不穩(wěn)定性。結(jié)合物理量診斷分析，26～29日強(qiáng)對(duì)流天氣連續(xù)發(fā)生期間，福建上空大氣的層結(jié)處于不穩(wěn)定狀態(tài)；同時(shí)中低空存在中等強(qiáng)度到強(qiáng)的垂直風(fēng)切變；比濕前期在9～10g/m3左右，后期明顯增大，全省大部在12g/m3左右，前期為干對(duì)流型，后期為混合對(duì)流。

（2）物理量診斷分析，以及參考?xì)v史統(tǒng)計(jì)各參數(shù)的閾值對(duì)判斷強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生發(fā)展、分類(lèi)和落區(qū)有幫助。

（3）強(qiáng)對(duì)流天氣臨近預(yù)報(bào)，要注重衛(wèi)星云圖上游地區(qū)云系的發(fā)生發(fā)展?fàn)顩r以及與已經(jīng)發(fā)生的天氣實(shí)況的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

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