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        2014年5月21日沈陽一次冰雹天氣過程分析

        2018-07-09 01:19:34蔣超曹世騰楊磊
        安徽農(nóng)學(xué)通報(bào) 2018年10期

        蔣超 曹世騰 楊磊

        摘 要:2014年5月21日17時(shí)沈陽市遭遇一次冰雹雷雨天氣過程,持續(xù)時(shí)間長達(dá)30min,冰雹的直徑達(dá)12mm,此次冰雹天氣過程在歷史上比較罕見,造成了全城數(shù)以千計(jì)的車輛受損。該文選取MICAPS常規(guī)資料、雷達(dá)PUP徑向速度圖和SWAN拼圖產(chǎn)品進(jìn)行了分析。結(jié)論如下:(1)從環(huán)流背景上看,500hPa的高空槽導(dǎo)致大氣層結(jié)不穩(wěn)定,850hPa的切變線提供了抬升觸發(fā)條件,上干冷下濕暖的大氣結(jié)構(gòu)提供了熱力不穩(wěn)定條件和水汽條件,同時(shí)0度層位勢高度、0~6km垂直風(fēng)切變和對流有效位能條件都非??捎^,總體看本次天氣過程沈陽地區(qū)的環(huán)境場非常有利于冰雹天氣的產(chǎn)生。(2)此次冰雹天氣中有一定可預(yù)報(bào)性:首先對流單體的移動(dòng)路線有可預(yù)報(bào)性,該對流單體的移動(dòng)方向單一,傳播方向也比較單一,無后向傳播或旁伴傳播等特征;其次回波在靠近沈陽市區(qū)的時(shí)候發(fā)展過于強(qiáng)盛,加之下游地區(qū)的環(huán)境場有利于對流繼續(xù)發(fā)展,這些條件有利于冰雹預(yù)警的判斷。(3)此次冰雹天氣中也存在一定不可預(yù)報(bào)性:首先冰雹天氣是個(gè)小尺度天氣系統(tǒng)造成的天氣現(xiàn)象,從大環(huán)流背景無法準(zhǔn)確在短期時(shí)效內(nèi)給出冰雹的落區(qū),必須運(yùn)用雷達(dá)資料來對預(yù)報(bào)進(jìn)行實(shí)時(shí)訂正;雷達(dá)回波的強(qiáng)弱顯示著對流單體的演變過程,若出現(xiàn)2個(gè)體掃以上強(qiáng)回波轉(zhuǎn)弱的過程勢必會(huì)影響預(yù)報(bào)員對于天氣形勢的判斷,降低預(yù)警的時(shí)效性;同時(shí)考慮到個(gè)別雷達(dá)性能問題,需要在日常工作中積累經(jīng)驗(yàn),做到可以對雷達(dá)產(chǎn)品進(jìn)行訂正使用。

        關(guān)鍵詞:冰雹;雷達(dá);短臨預(yù)警;沈陽地區(qū)

        中圖分類號 P458 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號 1007-7731(2018)10-0124-05

        強(qiáng)對流天氣是影響我國最嚴(yán)重的災(zāi)害性天氣之一,具有空間尺度小、生命史短、突發(fā)性強(qiáng)、破壞力大等特點(diǎn)。龍卷風(fēng)是強(qiáng)對流中致災(zāi)性最強(qiáng)的天氣現(xiàn)象之一,影響范圍雖小,但破壞力極大,因龍卷風(fēng)導(dǎo)致的人員傷亡、建筑物毀損等生命財(cái)產(chǎn)損失近年來呈現(xiàn)越發(fā)嚴(yán)重態(tài)勢。2014年5月21日17時(shí)沈陽市遭遇了一次冰雹雷雨天氣過程,持續(xù)時(shí)間長達(dá)30min,冰雹的直徑達(dá)12mm。此次冰雹天氣過程在歷史上比較罕見,造成了全城數(shù)以千計(jì)的車輛受損。

        1 資料與方法

        分析2014年5月21日的冰雹個(gè)例,選取遼寧省高空觀測資料、國家常規(guī)站資料、區(qū)域自動(dòng)站資料,并使用SWAN對雷達(dá)回波的形狀、垂直結(jié)構(gòu)、回波頂高等特征進(jìn)行分析,找出區(qū)域性降水中的短時(shí)暴雨和局地性短時(shí)暴雨發(fā)生時(shí)雷達(dá)特征的差異,并判斷提前預(yù)警的方法。

        2 環(huán)流形勢及物理量場分析

        2.1 高空形勢 從當(dāng)日08時(shí)500hPa高空圖來看,中高緯度環(huán)流從貝湖至日本海呈兩脊一槽型,槽線位于黑龍江地區(qū)至日本海一線,2個(gè)高壓脊分別位于內(nèi)蒙古東四盟地區(qū)和日本海東北部地區(qū)。從20日08時(shí)至21日08時(shí),貝湖至內(nèi)蒙東四盟地區(qū)的脊線和日本海地區(qū)的脊線發(fā)展比較明顯,其中西支脊線東移相對較快,而東支脊線位置相對穩(wěn)定,在21日08時(shí)發(fā)展最為強(qiáng)盛,形成了1個(gè)高壓壩阻擋了槽線的東移,同時(shí)西支脊線不斷引導(dǎo)冷空氣隨著西北氣流倒灌至東北地區(qū)東部,導(dǎo)致沈陽地區(qū)的大氣層結(jié)強(qiáng)烈不穩(wěn)定(圖1)。

        從21日08時(shí)700hPa和850hPa的形式來看,切變線的位置位于吉林與黑龍江交界處,為此次冰雹天氣提供了一定抬升觸發(fā)條件。同時(shí)在850hPa從渤海灣至吉林地區(qū)有1個(gè)明顯的溫度脊,同時(shí)對應(yīng)500hPa的干冷空氣入侵,為此次天氣過程提供了非常好的熱力不穩(wěn)定條件(圖2)。

        2.2 地面形勢 21日08時(shí)沈陽地區(qū)受黑龍江地區(qū)的低壓系統(tǒng)影響,同時(shí)在滿洲里地區(qū)存在1個(gè)冷高壓,遼寧省南部則有1個(gè)熱高壓的存在。在11時(shí)西北部的冷高壓向東南方向發(fā)展,同時(shí)系統(tǒng)呈減弱的趨勢。14時(shí)開始3個(gè)系統(tǒng)逐漸開始在遼寧省東北部地區(qū)交匯,低壓系統(tǒng)提供了抬升觸發(fā)條件,南部的高壓形成的偏南風(fēng)帶來了低層的暖濕氣流,北部的冷高壓帶來了強(qiáng)盛的冷空氣,在14—17時(shí)這個(gè)時(shí)間段3個(gè)系統(tǒng)相互的作用最為強(qiáng)烈,17時(shí)開始遼寧省北部逐漸受冷空氣控制,此次天氣過程趨于結(jié)束(圖3)。

        2.3 物理量場形勢 從21日08時(shí)的探空圖來看,沈陽站的低層水汽比較不錯(cuò),從600hPa開始逐漸轉(zhuǎn)為干區(qū)控制,上層干冷下層濕暖的配置比較明顯,K指數(shù)為23℃,0~6km垂直風(fēng)切變條件達(dá)到了20m/s,0度層位勢高度在2776.9m處,這些條件都非常有利于沈陽地區(qū)冰雹天氣的產(chǎn)生,但是08時(shí)沈陽上空的對流有效位能為零,在利用14時(shí)的地面填圖資料進(jìn)行訂正之后,發(fā)現(xiàn)沈陽地區(qū)上空還是存在非??捎^的對流有效位能,且集中在0~30℃的層結(jié)中(圖5)。

        從沈陽站500hPa、850hPa逐時(shí)次變化情況來看(表1),20日20時(shí)至21日20時(shí)沈陽站500hPa持續(xù)受冷空氣控制,至22日08時(shí)冷空氣減退,20日08時(shí)至21日08時(shí)沈陽站850hPa可以看到1個(gè)明顯的升溫過程,20日08時(shí)和20時(shí)T850~500分別為24℃和26℃,而到了21時(shí)08時(shí)則增長到了31℃,可以看出該時(shí)刻大氣層結(jié)熱力不穩(wěn)定已經(jīng)非常明顯。

        從環(huán)流形勢和物理量場來看,500hPa的高空槽導(dǎo)致大氣層結(jié)不穩(wěn)定,850hPa的切變線提供了抬升觸發(fā)條件,上干冷下濕暖的大氣結(jié)構(gòu)提供了熱力不穩(wěn)定條件和水汽條件,同時(shí)0度層位勢高度、0~6km垂直風(fēng)切變和對流有效位能條件都非??捎^,總體看本次天氣過程沈陽地區(qū)的環(huán)境場非常有利于冰雹天氣的產(chǎn)生。

        3 短臨時(shí)效冰雹可預(yù)報(bào)性分析

        13:30—14:00,昌圖、康平、法庫由時(shí)間先后分別生成5個(gè)對流單體,單體逐漸發(fā)展向東南方向移動(dòng),這個(gè)時(shí)刻對應(yīng)著地面低壓和冷高壓交匯的時(shí)刻,回波自東向西分別生成,這5塊對流單體呈線性分布,從風(fēng)場上來看在遼寧省北部省境線上存在風(fēng)場的輻合,這條輻合線是這5個(gè)對流單體的觸發(fā)機(jī)制(圖5)。

        可以從雷達(dá)回波剖面上看到在回波前側(cè)有非常強(qiáng)的入流,說明在單體前側(cè)的暖空氣已經(jīng)接觸到冷空氣的前鋒,冷暖空氣的交匯非常劇烈,有利于對流單體的發(fā)展(圖7)。

        此時(shí)對流單體已到達(dá)沈陽市區(qū)北部,這塊回波在16:00有減弱跡象,但在雷達(dá)徑向速度圖中沈陽北部的輻合仍然明顯,此時(shí)可以考慮發(fā)布沈陽市區(qū)的雷電預(yù)警,而應(yīng)對于法庫地區(qū)發(fā)布冰雹預(yù)警(圖8)

        隨著對流單體逐漸向市中心移動(dòng),對流單體中心的回波強(qiáng)度有所增加,同時(shí)在雷達(dá)西偏南方向出現(xiàn)氣旋型輻合,位置對應(yīng)為沈陽市區(qū)。此時(shí)可以看出沈陽市中心的溫度要明顯高于周邊地區(qū),有些地區(qū)甚至達(dá)到了30℃,這個(gè)時(shí)間段對應(yīng)下班高峰期,正是城市熱量對外釋放最為集中的時(shí)刻,對于對流單體的發(fā)展有一定作用(圖9)。

        16:30—17:00,沈陽地區(qū)垂直積分液態(tài)水含量對應(yīng)也有一個(gè)爆發(fā)式增長,說明對流單體中的過冷水含量有著顯著提升(圖10),而回波頂高一直維持在10km以上(圖11),這些是冰雹天氣發(fā)生的明顯征兆,對應(yīng)這個(gè)時(shí)刻應(yīng)該及時(shí)發(fā)布沈陽市區(qū)的冰雹預(yù)警。

        從對流單體生成到發(fā)展,再到最后在沈陽降雹這個(gè)過程共經(jīng)過3h,而回波進(jìn)入沈陽市區(qū)到降雹這個(gè)過程經(jīng)歷了1h,而在沈陽市區(qū)整個(gè)降雹過程持續(xù)了將近30min,降雹時(shí)間和范圍實(shí)屬罕見。

        4 小結(jié)與討論

        (1)從環(huán)流背景上看,500hPa的高空槽導(dǎo)致大氣層結(jié)不穩(wěn)定,850hPa的切變線提供了抬升觸發(fā)條件,上干冷下濕暖的大氣結(jié)構(gòu)提供了熱力不穩(wěn)定條件和水汽條件,同時(shí)0度層位勢高度、0~6km垂直風(fēng)切變和對流有效位能條件都非??捎^,總體看本次天氣過程沈陽地區(qū)的環(huán)境場非常有利于冰雹天氣的產(chǎn)生。

        (2)此次冰雹天氣中有一定可預(yù)報(bào)性:首先對流單體的移動(dòng)路線有可預(yù)報(bào)性,該對流單體的移動(dòng)方向單一,傳播方向也比較單一,無后向傳播或旁伴傳播等特征;其次回波在靠近沈陽市區(qū)的時(shí)候發(fā)展過于強(qiáng)盛,加之下游地區(qū)的環(huán)境場有利于對流繼續(xù)發(fā)展,這些條件有利于冰雹預(yù)警的判斷。

        (3)此次天氣中也存在一定不可預(yù)報(bào)性:首先冰雹天氣是個(gè)小尺度天氣系統(tǒng)造成的天氣現(xiàn)象,從大環(huán)流背景無法準(zhǔn)確在短期時(shí)效內(nèi)給出冰雹的落區(qū),必須運(yùn)用雷達(dá)資料來對預(yù)報(bào)進(jìn)行實(shí)時(shí)訂正;雷達(dá)回波的強(qiáng)弱顯示著對流單體的演變過程,若出現(xiàn)2個(gè)體掃以上強(qiáng)回波轉(zhuǎn)弱的過程勢必會(huì)影響預(yù)報(bào)員對于天氣形勢的判斷,降低預(yù)警的時(shí)效性;同時(shí)考慮到個(gè)別雷達(dá)性能問題,需在日常工作中積累經(jīng)驗(yàn),做到可以對雷達(dá)產(chǎn)品進(jìn)行訂正使用。

        參考文獻(xiàn)

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        (責(zé)編:張宏民)

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