訾耀海

摘要 介紹極大風(fēng)速在強(qiáng)對(duì)流天氣預(yù)報(bào)中的重要作用，指出區(qū)域自動(dòng)站在強(qiáng)對(duì)流天氣監(jiān)測(cè)預(yù)警中具有的優(yōu)勢(shì)，并根據(jù)多年經(jīng)驗(yàn)總結(jié)了一套強(qiáng)對(duì)流天氣預(yù)報(bào)方法，供北方預(yù)報(bào)員應(yīng)用參考。

關(guān)鍵詞 極大風(fēng)速；強(qiáng)對(duì)流；對(duì)流溫度；不穩(wěn)定能量；區(qū)域自動(dòng)站

中圖分類號(hào)：P45 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-3305（2018）03-066-02

DOI： 10.19383/j.cnki.nyzhyj.2018.03.027

Abstract The important role of maximum wind speed in severe convection prediction was introduced， the advantages of regional automatic station in severe convection monitoring and early warning were pointed out. According to years of experience， a set of severe convection forecasting method was summarized， in order to provide applied reference for northern forecasters.

Key words Maximum wind speed； Severe convection； Convection temperature； Instability energy； Regional automatic station

當(dāng)前數(shù)值預(yù)報(bào)快速發(fā)展，細(xì)網(wǎng)格已經(jīng)完全取代了粗網(wǎng)格資料。系統(tǒng)性過(guò)程的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率達(dá)到了很高程度，但在強(qiáng)對(duì)流預(yù)報(bào)方面的數(shù)值預(yù)報(bào)能力仍然相對(duì)不足。強(qiáng)對(duì)流天氣的局地性特點(diǎn)決定了其小尺度特點(diǎn)并不適合大尺度的準(zhǔn)地轉(zhuǎn)理論，尤其是局地?zé)釋?duì)流更難預(yù)測(cè)。目前，區(qū)域自動(dòng)站基本覆蓋鄉(xiāng)鎮(zhèn)，但其資料應(yīng)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足。自Micaps4.1的應(yīng)用以來(lái)區(qū)域自動(dòng)站的大部分資料才通過(guò)CIMISS接入到Micaps4.1上，這使得區(qū)域自動(dòng)站資料的應(yīng)用成為可能。其中極大風(fēng)速對(duì)強(qiáng)對(duì)流的預(yù)報(bào)具有重要作用。四要素和六要素區(qū)域站中均有極大風(fēng)速的要素觀測(cè)，因此極大風(fēng)速的應(yīng)用具有廣泛性。常規(guī)資料中通常使用平均風(fēng)速，往往忽略了極大風(fēng)速的重要作用。在強(qiáng)對(duì)流預(yù)報(bào)中平均風(fēng)速和極大風(fēng)速的應(yīng)用效果差異很大。若使用平均風(fēng)速來(lái)進(jìn)行強(qiáng)對(duì)流預(yù)報(bào)基本無(wú)法看到明顯切變或地面輻合線，但極大風(fēng)速體現(xiàn)的就明顯很大。

1 對(duì)流有效位能的瞬變特性

其中ZLFC為自由對(duì)流高度，是（Tvp-Tve）由負(fù)值轉(zhuǎn)正值的高度；ZEL為平衡高度，是（Tvp-Tve）由正值轉(zhuǎn)負(fù)值的高度。CAPE值越大對(duì)流發(fā)展高度越高或?qū)α髟綇?qiáng)烈。CAPE的大小隨起始抬升高度不同而存在顯著差異。在實(shí)際過(guò)程中氣塊開(kāi)始抬升高度是難以確定的。在對(duì)流發(fā)生前得不到大氣層結(jié)曲線變化，就算確定起始抬升高度也無(wú)法準(zhǔn)確計(jì)算出CAPE的大小。在實(shí)際對(duì)流發(fā)生前CAPE往往有瞬間增加的趨勢(shì)，原因在于對(duì)流發(fā)生前自由對(duì)流高度會(huì)瞬間下降從而水汽開(kāi)始對(duì)流上升，地面氣壓下降，氣流開(kāi)始輻合，濕度迅速增加，不穩(wěn)定層結(jié)進(jìn)一步增強(qiáng)，正反饋?zhàn)饔檬箤?duì)流快速發(fā)展形成激烈的對(duì)流天氣。

2 極大風(fēng)是對(duì)流天氣來(lái)臨前征兆

諺語(yǔ)“風(fēng)是雨頭”，按照普通的理解這里的“風(fēng)”就是氣象里常用的平均風(fēng)，但事實(shí)上應(yīng)該是極大風(fēng)。風(fēng)的瞬間增大必然是氣壓梯度的增大與垂直運(yùn)動(dòng)共同作用的結(jié)果。自從Micaps4.1應(yīng)用以后小時(shí)極大風(fēng)速得以通過(guò)CIMISS呈現(xiàn)在預(yù)報(bào)員面前，但小時(shí)極大風(fēng)不是同時(shí)出現(xiàn)的，而是出現(xiàn)在小時(shí)內(nèi)的不同時(shí)間點(diǎn)。事實(shí)上，不同地點(diǎn)的極大風(fēng)也不可能同時(shí)出現(xiàn)，是隨著系統(tǒng)移動(dòng)而依次出現(xiàn)的。極大風(fēng)速的陡然增大意味著地面輻合的瞬間增強(qiáng)以及500 hPa動(dòng)力減壓達(dá)到峰值，不過(guò)這種突增并不能維持，而是瞬間出現(xiàn)后便減小，一旦降水開(kāi)始便可能變得很小或靜風(fēng)，或是雷雨大風(fēng)。因此“風(fēng)是雨頭”的“風(fēng)”不是平均風(fēng)，而是極大風(fēng)，正是雷雨來(lái)臨前征兆，這是古人長(zhǎng)期經(jīng)驗(yàn)的精辟總結(jié)。

3 極大風(fēng)速的陡增是上升運(yùn)動(dòng)的前兆

眾所周知，降水的形成必須要有上升運(yùn)動(dòng)，還要有觸發(fā)機(jī)制。言外之意，上升運(yùn)動(dòng)需要有個(gè)開(kāi)始，并且必須持續(xù)一段時(shí)間才能達(dá)到觸發(fā)條件，從而實(shí)現(xiàn)自由對(duì)流形成降水或?qū)α鳌＿@個(gè)開(kāi)始和持續(xù)的時(shí)間就使預(yù)報(bào)成為可能，只不過(guò)這不是數(shù)值預(yù)報(bào)的模式預(yù)報(bào)，而是監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)，因?yàn)閺?qiáng)對(duì)流的預(yù)報(bào)時(shí)間為1～3 h。數(shù)值預(yù)報(bào)賦初值計(jì)算出來(lái)就需要數(shù)小時(shí)，而且數(shù)值預(yù)報(bào)的地面風(fēng)預(yù)報(bào)的均為平均風(fēng)，且根據(jù)準(zhǔn)地轉(zhuǎn)理論近地面風(fēng)是摩擦層，誤差是最大的。因此地面區(qū)域自動(dòng)站監(jiān)測(cè)要素的作用突顯出來(lái)。極大風(fēng)速的陡增恰恰是上升運(yùn)動(dòng)的前兆。極大風(fēng)速的陡增正是觸發(fā)條件的開(kāi)始，直到降水形成、觸發(fā)完成，使水汽抬升到自由對(duì)流高度，不穩(wěn)定能量大部分釋放，降水開(kāi)始意味著水汽開(kāi)始自由對(duì)流，大氣狀態(tài)轉(zhuǎn)為中性層結(jié)，上升運(yùn)動(dòng)占主體，繼續(xù)發(fā)揮作用源源不斷提供水汽，抽吸作用成為主要?jiǎng)恿S持因素。

4 極大風(fēng)速的陡增監(jiān)測(cè)是強(qiáng)對(duì)流天氣預(yù)報(bào)中最敏感的要素

風(fēng)是天氣預(yù)報(bào)中最敏感的要素，但具有價(jià)值的不是平均風(fēng)速，而是極大風(fēng)速。它能夠直觀快速地反映氣壓梯度的瞬間加大，氣壓的快速減小，高空正渦度對(duì)地面造成的動(dòng)力性減壓的峰值。風(fēng)預(yù)報(bào)對(duì)強(qiáng)對(duì)流預(yù)報(bào)來(lái)講意義微乎其微，有預(yù)報(bào)價(jià)值的風(fēng)是風(fēng)速的陡增，而這一風(fēng)速變化只能通過(guò)監(jiān)測(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)。極大風(fēng)速的陡增監(jiān)測(cè)就成為強(qiáng)對(duì)流預(yù)報(bào)中最敏感的要素。需要強(qiáng)調(diào)的一點(diǎn)是，這里提到的是極大風(fēng)速的陡增，沒(méi)有談到風(fēng)向。根據(jù)已有經(jīng)驗(yàn)強(qiáng)對(duì)流前極大風(fēng)風(fēng)向與預(yù)報(bào)關(guān)系并不大。因此只需要關(guān)注極大風(fēng)速的增加而不必過(guò)多考慮風(fēng)向的影響，不可以按照傳統(tǒng)理論必須是西南風(fēng)才會(huì)產(chǎn)生低空急流激發(fā)強(qiáng)對(duì)流。主要考慮的是測(cè)站所處的位置與對(duì)流發(fā)生的輻合中心無(wú)法確定。處在輻合中心不同方位出現(xiàn)的風(fēng)向也是不同的。

5 區(qū)域自動(dòng)站資料的突出應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

區(qū)域自動(dòng)站大多布設(shè)在鄉(xiāng)鎮(zhèn)或鄉(xiāng)村，個(gè)別國(guó)家站也有布設(shè)在鄉(xiāng)鎮(zhèn)的。隨著科技進(jìn)步這些自動(dòng)站數(shù)據(jù)直接傳送到省級(jí)數(shù)據(jù)中心入庫(kù)，再上傳到中國(guó)氣象局，通過(guò)CIMISS接入到Micaps4.1上，供預(yù)報(bào)員調(diào)閱使用。調(diào)閱的區(qū)域自動(dòng)站數(shù)據(jù)均為小時(shí)數(shù)據(jù)，對(duì)強(qiáng)對(duì)流預(yù)報(bào)來(lái)說(shuō)，預(yù)報(bào)時(shí)效很短，10 min極大風(fēng)速無(wú)法從Micaps4.1上監(jiān)測(cè)到，只有在縣級(jí)的地面?zhèn)鲌?bào)軟件上才有這些更精細(xì)的時(shí)間分辨率更高的數(shù)據(jù)顯示。一般強(qiáng)對(duì)流發(fā)生的范圍只有幾個(gè)村或幾個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，因此縣級(jí)氣象局在強(qiáng)對(duì)流監(jiān)測(cè)預(yù)警方面具有很大優(yōu)勢(shì)，也符合區(qū)域自動(dòng)站監(jiān)測(cè)中小尺度系統(tǒng)的建設(shè)初衷。縣級(jí)氣象臺(tái)理所當(dāng)然地成為強(qiáng)對(duì)流預(yù)報(bào)的最前沿。縣級(jí)氣象局也最有條件用好區(qū)域自動(dòng)站資料，從而做好災(zāi)害性天氣預(yù)報(bào)預(yù)警。

6 強(qiáng)對(duì)流天氣的監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)

強(qiáng)對(duì)流預(yù)報(bào)是氣象預(yù)報(bào)中的難點(diǎn)，時(shí)間短、致災(zāi)性強(qiáng)、尺度小是其主要特點(diǎn)，利用好現(xiàn)有的數(shù)據(jù)及工具仍然是可以進(jìn)行預(yù)報(bào)的。強(qiáng)對(duì)流天氣的監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)是一個(gè)系統(tǒng)工程，根據(jù)多年經(jīng)驗(yàn)筆者總結(jié)了一套預(yù)報(bào)方法，供北方預(yù)報(bào)員應(yīng)用參考。

分析08：00 T lnP圖，主要分析不穩(wěn)定趨勢(shì)及不穩(wěn)定能量大小并進(jìn)行訂正，讀出對(duì)流溫度。訂正要素選用本站氣壓、露點(diǎn)、當(dāng)天最高氣溫，再對(duì)CAPE、對(duì)流溫度進(jìn)行重新計(jì)算。如呼和浩特探空訂正數(shù)據(jù)為08：00氣壓減少1 hPa、露點(diǎn)15℃及當(dāng)天最高氣溫預(yù)報(bào)。此外，要根據(jù)集合預(yù)報(bào)最大不穩(wěn)定能量區(qū)用Micaps4.1進(jìn)行模式探空，大致了解不同區(qū)域的不穩(wěn)定能量及對(duì)流溫度大小，再根據(jù)最高氣溫預(yù)報(bào)是否超過(guò)對(duì)流溫度來(lái)判斷對(duì)流發(fā)生的可能性大小。隨后逐小時(shí)進(jìn)行最高氣溫和極大風(fēng)速陡增的監(jiān)測(cè)，同時(shí)配合1.25 km高分辨率可見(jiàn)光衛(wèi)星云圖輔助確定對(duì)流發(fā)生區(qū)域。

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責(zé)任編輯：鄭丹丹