於慧玲，楊　宇

(云南省德宏州氣象局，云南 芒市　678400)

1　引言

2016年8月27日05時—07時30分，芒市轄區(qū)內(nèi)發(fā)生短時強(qiáng)對流天氣，芒市鎮(zhèn)、風(fēng)平鎮(zhèn)、勐煥街道遭受了強(qiáng)雷電襲擊和短時強(qiáng)降水洪澇災(zāi)害。此次過程芒市氣象臺分別發(fā)布了雷電黃色預(yù)警信號和暴雨黃色預(yù)警信號。雖然氣象臺發(fā)布了預(yù)警，但對預(yù)警的時間提前量和雷電的強(qiáng)度預(yù)報(bào)還存在很大難度。本文通過對此次強(qiáng)對流天氣的雷達(dá)產(chǎn)品特征分析，探討此類強(qiáng)對流天氣過程中的預(yù)報(bào)方法和手段，為將來建立該類天氣的客觀定量預(yù)報(bào)方法積累一定經(jīng)驗(yàn)。

2　天氣實(shí)況和災(zāi)害特征

2016年8月27日清晨，芒市轄區(qū)內(nèi)發(fā)生短時強(qiáng)對流天氣，造成了災(zāi)害性影響。這次強(qiáng)對流天氣過程于05時開始,至07時30分后逐漸減弱。過程最強(qiáng)1 h降水量達(dá)52.5 mm，出現(xiàn)在06—07時，極大風(fēng)速達(dá)12.2 m/s，出現(xiàn)在06時11分，期間一直伴有極強(qiáng)的雷暴；災(zāi)害天氣主要發(fā)生在芒市主城區(qū)(芒市鎮(zhèn)、風(fēng)平鎮(zhèn)、勐煥街道一帶)。

此次強(qiáng)對流災(zāi)害性天氣疊加了強(qiáng)雷暴、強(qiáng)風(fēng)、颮線、短時強(qiáng)降水等現(xiàn)象，具有降水強(qiáng)度大、破壞性強(qiáng)的特征。受災(zāi)的芒市鎮(zhèn)、風(fēng)平鎮(zhèn)、勐煥街道均出現(xiàn)了強(qiáng)雷電災(zāi)害和短時強(qiáng)降水洪澇災(zāi)害：芒市國家氣象觀測站兩臺計(jì)算機(jī)損壞，ZQZ備份自動站采集器損壞，UPS電源損壞，打印機(jī)、傳真機(jī)損壞，新型自動站DZZ4能見度、地溫、草溫采集器故障，電信通訊線路中斷；受災(zāi)的兩個鄉(xiāng)鎮(zhèn)及一個街道共造成農(nóng)作物(水稻、玉米)受災(zāi)面積52.46 hm2，受災(zāi)人口2 101人，各種家電、家具、交通工具不同程度受損，造成直接經(jīng)濟(jì)損失346萬元，其中農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)損失60萬元、家庭財(cái)產(chǎn)損失286萬元。

3　環(huán)流背景

從圖1的高空形勢場可看出：2016年8月26日08時500 hPa(圖略)上，副高位于青藏高原東側(cè)至四川盆地，副高東側(cè)有東北氣流南下，云南位于副高南側(cè)，主要受東南氣流控制。26日20時副高略有北抬，副高東南側(cè)的東北氣流南下至麗江昆明一線，在滇西與東北氣流匯合形成輻合區(qū)。700 hPa上主要以偏東氣流為主，受弱冷空氣補(bǔ)充南下偏東氣流有所加強(qiáng)西推。芒市處于500 hPa東北氣流和東南氣流輻合，700偏東氣流加強(qiáng)前部的不穩(wěn)定區(qū)。

4　不穩(wěn)定條件分析

從2016年8月26日08時—27日08時芒市附近的騰沖探空站T-lnP實(shí)況圖(圖1)可看出，該區(qū)處于大的溫度垂直遞減率不穩(wěn)定層結(jié)中，騰沖站T-lnP的T700-T500一直維持在18 ℃(圖d)，近地面層有逆溫，有利于地面增溫后不穩(wěn)定能量的蓄積。0～6 km垂直風(fēng)切變16 m·s-1，屬于中等強(qiáng)度的垂直風(fēng)切變。

圖1　2016年8月26—27日騰沖站T-lnP 和T700-T500圖(a：26日08時T-lnP圖；b：26日20時T-lnP圖；c：27日08時T-lnP圖；d：26日20時T700-T500圖)Fig.1　T-lnP and T700-T500 of tengchong station on August 26-27, 2016 (a：26 days: T-lnP 08；b：26 days: T-lnP 08；c：27 days: T-lnP 08；d:26 days: T700-T500)

從圖1中可得出對流有效位能CAPE值、對流抑制能量CIN指數(shù)、風(fēng)暴強(qiáng)度指數(shù)SSI和沙氏指數(shù)SI的變化趨勢分別如表1所示。

表1　2016年8月26—27日騰沖站對流指標(biāo)值統(tǒng)計(jì)表Tab.1　26-27 August, 2016, the table of convective index of tengchong station

從表1中數(shù)據(jù)可看出，此次強(qiáng)對流天氣過程在26日08時的對流有效位能CAPE值僅30.3 J·kg-1，到20時對流有效位能增大到168.2 J·kg-1，隨著不穩(wěn)定度的增大,騰沖站上空有不穩(wěn)定能量積蓄，這為強(qiáng)對流天氣的產(chǎn)生提供了動能轉(zhuǎn)化能量。到27日08時,由于降雨的產(chǎn)生,CAPE值減小為89.7 J·kg-1。對流抑制能量CIN指數(shù)在強(qiáng)對流天氣產(chǎn)生之前從26日08時到27日08時天氣過程要結(jié)束前，有一個明顯的減小過程，可見氣塊獲得對流要克服的能量越來越小，有利于強(qiáng)對流的產(chǎn)生。風(fēng)暴強(qiáng)度指數(shù)SSI是可用于區(qū)分強(qiáng)雷暴與非強(qiáng)雷暴的一種指數(shù)，在美國，一般取SSI>100為強(qiáng)對流天氣出現(xiàn)的指標(biāo)。而此次過程該指標(biāo)值一直都大于200，可見是有強(qiáng)雷暴產(chǎn)生的預(yù)警指標(biāo)的。再看沙氏指數(shù)SI，一直都是負(fù)值，也表明了有雷暴產(chǎn)生的不穩(wěn)定條件。

此外，利用芒市站26日08時和14時溫度和露點(diǎn)實(shí)況值，對騰沖站08時的T-lnP圖進(jìn)行訂正，訂正后(圖2)的CAPE值08時高達(dá)2 095 J·kg-1(圖2a)，14時高達(dá)3 737.8 J·kg-1(圖2b)，CIN值均等于0，表明芒市上空的不穩(wěn)定能量已充分積蓄，為強(qiáng)對流天氣的產(chǎn)生提供了充足的動能轉(zhuǎn)化能量。

圖2　利用芒市站溫度和露點(diǎn)值訂正的2016年8月26日T-lnP圖(a：26日08時資料訂正的T-lnP圖;b:26日14時資料訂正的T-lnP圖Fig.2　The T-lnP chart of 26 August 2016, using the temperature and dew point values of mango (a:26 days:T-lnP Data correction chart 08;b:26 days:T-lnP Data correction chart 14)

5　雷達(dá)產(chǎn)品特征分析

5.1　回波演變過程分析

05時01分(圖3)，雷達(dá)強(qiáng)度回波(圖3a)能看出在芒市測站附近坐標(biāo)在方位100.1°距離26.3 km附近有回波強(qiáng)值中心39.1 dBz的一個對流單體生成，在雷達(dá)二次產(chǎn)品中被識別為風(fēng)暴E5(E5為對流單體生成的風(fēng)暴，以下均簡稱為E5)，為被首次識別； E5風(fēng)暴RCS剖面(圖3b)可以看出E5強(qiáng)對流單體發(fā)展旺盛，在2～6 km高度上均有回波強(qiáng)度值大于30 dBz的回波，處于單點(diǎn)強(qiáng)對流風(fēng)暴E5生成期。而在雷達(dá)的東南面方位約73°～170°距離約60～120 km之間有颮線系統(tǒng)在發(fā)展，中心強(qiáng)度值大約在37.6 dBz左右，此時位于颮線風(fēng)暴強(qiáng)中心點(diǎn)所經(jīng)過區(qū)域，有短時強(qiáng)降水及雷暴天氣。雷達(dá)二次產(chǎn)品中識別出強(qiáng)對流風(fēng)暴為Q4(Q4為產(chǎn)生在颮線系統(tǒng)中的風(fēng)暴，以下均簡稱為Q4)，Q4的質(zhì)心位置坐標(biāo)為方位122°距離62 km附近，且依然在發(fā)展中。

圖3　27日05時01分雷達(dá)回波圖(a:雷達(dá)強(qiáng)度回波:b:E5風(fēng)暴RCS剖面)Fig.3　05∶01 radar echo map(a:Radar strength echo;b:E5 storm RCS section)

05時29分時(圖4)，雷達(dá)強(qiáng)度回波(圖4a)能看出在芒市測站附近坐標(biāo)位于102.5°距離26.1 km的強(qiáng)對流單體E5風(fēng)暴幾乎位于原地發(fā)展壯大，中心強(qiáng)度值上升至42.9 dBz左右， 此時的E5風(fēng)暴RCS剖面(圖4b)可以看出E5對流進(jìn)一步加強(qiáng)，在2～8 km高度上均有回波強(qiáng)度值大于30 dBz的回波，處于單點(diǎn)強(qiáng)對流風(fēng)暴E5發(fā)展期。雷達(dá)東南面的颮線整體從東南向西北移動，強(qiáng)值中心方位在100°附近距離大約在45～68 km之間，中心強(qiáng)度值大約在46.1 dBz左右，此時位于颮線風(fēng)暴強(qiáng)中心點(diǎn)所經(jīng)過區(qū)域，短時強(qiáng)降水及雷暴天氣進(jìn)一步加強(qiáng)。Q4也呈對流發(fā)展加強(qiáng)，Q4質(zhì)心位置坐標(biāo)位置隨之移動至方位126°距離49 km附近。

此時的雷達(dá)徑向速度回波(圖4c)能明顯識別出存在兩個鋒面輻合場，呈大范圍風(fēng)向型輻合趨勢；整體移動上，單點(diǎn)強(qiáng)對流的E5生成后移動十分緩慢，幾乎呈原地發(fā)展壯大，而伴隨著颮線系統(tǒng)未來的Q4移動迅速；同時E5處于偏南氣流控制下往偏北方向移動，Q4則處于偏東南氣流控制下，往西北移動，形成鋒面輻合型颮線系統(tǒng)，颮線系統(tǒng)在迅速的移動靠近芒市測站，此時雷暴區(qū)域主要集中于颮線形成的風(fēng)速不穩(wěn)定帶上。

圖4　27日05時29分雷達(dá)回波圖(a:雷達(dá)強(qiáng)度回波;b:E5風(fēng)暴RCS剖面;c:雷達(dá)徑向速度回波)Fig.4　05∶29 radar echo map((a:Radar strength echo;b:E5 storm RCS section;c:Radar radial velocity echo)

06時03分(圖5)，雷達(dá)組合反射率因子(圖5a)可以看出颮線系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)入芒市測站東南面，與原來位于芒市測站的強(qiáng)對流單體首尾相連呈迅速加強(qiáng)趨勢。E5則被北推至坐標(biāo)88°距離22 km附近，中心回波強(qiáng)度值增加至44 dBz左右；此時E5風(fēng)暴RCS剖面(圖5b)可以看出E5對流進(jìn)一步加強(qiáng)，在2～9.9 km高度上均有回波強(qiáng)度值大于30 dBz的回波，處于單點(diǎn)強(qiáng)對流風(fēng)暴E5旺盛期。此時颮線系統(tǒng)風(fēng)暴Q4已經(jīng)到達(dá)芒市測站與強(qiáng)對流風(fēng)暴E5系統(tǒng)首尾相連，Q4風(fēng)暴質(zhì)心位置坐標(biāo)位于110°距離26 km處，中心強(qiáng)度值約46.2 dBz左右，強(qiáng)回波區(qū)域面積明顯在增大，與風(fēng)暴E5作用后稍微偏西南方移動。此時應(yīng)該是兩個風(fēng)暴合并開始的時候也是雷暴天氣發(fā)展到最強(qiáng)期，位于颮線風(fēng)暴強(qiáng)中心點(diǎn)所經(jīng)過區(qū)域，短時強(qiáng)降水天氣也發(fā)展到最強(qiáng)，且由于颮線的移動速度減慢，累計(jì)降水量(OHP)將變大。

此時的雷達(dá)徑向速度回波(圖5c)可以看出：位于芒市邊沿坐標(biāo)為103.9°距離35.2 km處有一個強(qiáng)負(fù)速度中心，此時出現(xiàn)速度模糊現(xiàn)象中心徑向速度為24.7 m/s的最大值，同時雷達(dá)二次產(chǎn)品的TVS識別到報(bào)警信息TVS=1，可以證明芒市周邊出現(xiàn)過大風(fēng)天氣。大范圍的風(fēng)速型輻合同時存在，而東南方的兩個負(fù)速度中心形成風(fēng)速型輻合加劇。在距離雷達(dá)中心距離約16 km，方位約75°—116°之間存在一個寬約4 km左右的負(fù)速度帶，加劇了芒市測站周邊形成風(fēng)速不穩(wěn)定帶，最終導(dǎo)致芒市測站周邊出現(xiàn)強(qiáng)雷暴天氣。

圖5　27日06時03分雷達(dá)回波圖(a:雷達(dá)組合反射率因子；b：E5風(fēng)暴RCS剖面；c：雷達(dá)徑向速度回波)Fig.5　06∶03 radar echo map(a：Radar strength echo；b：E5 storm RCS section；c：Radar radial velocity echo)

07時44分(圖6)，雷達(dá)強(qiáng)度回波(圖6a)可以看出颮線過境后芒市測站處于層狀云降水系統(tǒng)中，回波強(qiáng)度值已下降至24 dBz左右， 此時芒市測站RCS剖面(圖6b)已經(jīng)沒有了強(qiáng)對流特征，轉(zhuǎn)為層結(jié)穩(wěn)定的片絮狀云系降水，隨著颮線后續(xù)降水系統(tǒng)移出芒市測站降水結(jié)束。

此時的雷達(dá)徑向速度回波(圖6c)顯示：位于雷達(dá)站中心5 km附近徑向速度值急劇變小，負(fù)速度區(qū)域中心風(fēng)速約為-3.3 m/s左右，而正速度中心區(qū)域風(fēng)速約為1.5 m/s左右，形成低空弱風(fēng)速型輻合趨勢。而雷達(dá)站30 km距離圈內(nèi)，正速度區(qū)域風(fēng)速約為9.2 m/s明顯大于負(fù)速度區(qū)域風(fēng)速約為-1.3 m/s，呈風(fēng)速型輻散場，隨著輻散層的降低，颮線系統(tǒng)減弱演變?yōu)轱R線過境形成的層狀云降天氣，徑向速度場中已沒有雷暴活動特征。

圖6　27日07時44分雷達(dá)回波圖(a：雷達(dá)強(qiáng)度回波;b：RCS剖面;c：雷達(dá)徑向速度回波)Fig.6　07∶44 radar echo map(a:Radar strength echo;b:RCS section;c:Radar radial velocity echo)

5.2　二次產(chǎn)品特征分析

5.2.1風(fēng)暴跟蹤信息STI(58)在雷達(dá)二次產(chǎn)品風(fēng)暴的路徑預(yù)報(bào)中，對比風(fēng)暴E5和Q4位置的變化，可以發(fā)現(xiàn)單點(diǎn)強(qiáng)對流風(fēng)暴E5原地生成、發(fā)展加強(qiáng)，與從東面移動而來的颮線系統(tǒng)中的風(fēng)暴Q4合并。圖7為05時12分STI產(chǎn)品，E5位于芒市測站，風(fēng)暴開始發(fā)展，颮線系統(tǒng)風(fēng)暴此時距離芒市大約33 km；圖8為06時03分STI產(chǎn)品，E5同樣位于芒市測站，風(fēng)暴單體由于對流加強(qiáng)后體積變大，而此時颮線系統(tǒng)風(fēng)暴Q4已移動至距離芒市測站大約6 km。

圖7　05時12分STI產(chǎn)品Fig.7　STI products at 05∶12

圖8　06時03分STI產(chǎn)品Fig.8　STI products at 06∶03

5.2.2風(fēng)暴結(jié)構(gòu)SS(62)將SS產(chǎn)品中的風(fēng)暴Q4信息從06時03分開始統(tǒng)計(jì)至06時48分，得到表2。

下面著重分析颮線系統(tǒng)風(fēng)暴Q4在芒市測站附近形成強(qiáng)雷暴天氣從旺盛期到衰亡期的演變過程。通過表2信息能夠得出：在颮線系統(tǒng)風(fēng)暴Q4與芒市測站附近的強(qiáng)對流單體風(fēng)暴E5合并后，從質(zhì)心位置分析颮線系統(tǒng)風(fēng)暴Q4整體移動速度急劇減弱，質(zhì)心與E5作用后沿著芒市測站從東南面向南移動后一直貼近芒市測站移動至芒市的西北面，呈順時針方向繞芒市測站南面半圈，所以與芒市測站附近持續(xù)強(qiáng)雷暴天氣現(xiàn)象吻合；從風(fēng)暴底高度依次呈遞減規(guī)律；風(fēng)暴頂、液態(tài)水含量、最大反射率從06時20分開始依次呈遞減規(guī)律；最大反射率所在位置高度的遞減規(guī)律與颮線系統(tǒng)風(fēng)暴Q4的衰亡過程完美擬合，可作為預(yù)報(bào)颮線系統(tǒng)衰亡指標(biāo)使用。

表2　颮線系統(tǒng)風(fēng)暴Q4衰亡過程Tab.2　Squall line system storm Q4 decay process

6　小結(jié)和討論

①此次強(qiáng)對流天氣出現(xiàn)在副高邊緣，中低層有低值輻合系統(tǒng)存在，同時有弱冷空氣影響南下，具有對流不穩(wěn)定條件。

②騰沖探空站的能量和穩(wěn)定度參數(shù)對于本次強(qiáng)對流天氣的發(fā)生和發(fā)展具有一定的指示意義:強(qiáng)對流天氣發(fā)生前,騰沖站上空有一定的不穩(wěn)定能量積累,對流有效位能CAPE、對流抑制能量CIN指數(shù)、風(fēng)暴強(qiáng)度指數(shù)SSI和沙氏指數(shù)SI的變化規(guī)律和預(yù)報(bào)指標(biāo)值值得進(jìn)一步加以研究和總結(jié)。

③強(qiáng)對流風(fēng)暴的RCS剖面對流高度能直觀反應(yīng)出單點(diǎn)強(qiáng)對流的發(fā)展情況，是單點(diǎn)強(qiáng)對流風(fēng)暴系統(tǒng)發(fā)展時期最直觀預(yù)報(bào)指標(biāo)。

④在颮線生成、發(fā)展壯大過程中，颮線產(chǎn)生的短時強(qiáng)降水和雷暴天氣是逐步加強(qiáng)的，而在颮線系統(tǒng)與旺盛期的單點(diǎn)強(qiáng)對流風(fēng)暴合并導(dǎo)致颮線移動速度減慢后，短時強(qiáng)降水累計(jì)降雨量將增大，雷暴天氣也會加強(qiáng)。

⑤颮線系統(tǒng)中，徑向速度場主要能判別颮線系統(tǒng)的整體移向，以及整個風(fēng)場的輻合輻散情況，根據(jù)風(fēng)場的輻合以及風(fēng)速不穩(wěn)定帶的分布情況可以判斷出颮線系統(tǒng)形成的雷暴區(qū)域。

⑥當(dāng)對流發(fā)展到最旺盛后開始衰弱時雷達(dá)二次產(chǎn)品SS中的最大反射率所在位置高度的遞減規(guī)律，是颮線系統(tǒng)減弱的預(yù)報(bào)指標(biāo)。