周宗圣，史躍玲

(宣城市氣象局，安徽 宣城 242000)

超級(jí)單體風(fēng)暴、多單體風(fēng)暴會(huì)產(chǎn)生雷雨大風(fēng)、冰雹、短時(shí)強(qiáng)降水等多種強(qiáng)對(duì)流天氣，會(huì)給人們生活生產(chǎn)帶來(lái)很大影響，故此氣象學(xué)家對(duì)此十分重視。俞小鼎等[1]比較系統(tǒng)地研究了中國(guó)超級(jí)單體、多單體風(fēng)暴特征。超級(jí)單體具有深厚的中氣旋，超級(jí)單體、多單體風(fēng)暴有超強(qiáng)的反射率因子及低層弱回波特征，是產(chǎn)生冰雹的必要條件。李冬梅[2]等對(duì)山西運(yùn)城市一次冰雹過(guò)程的雷達(dá)產(chǎn)品特征進(jìn)行了分析，得出濕的下墊面有利于對(duì)流風(fēng)暴加強(qiáng)。鄭媛媛等[3]對(duì)發(fā)生在皖北地區(qū)典型的超級(jí)單體風(fēng)暴進(jìn)行了研究。白玎玲[4]等對(duì)垂直風(fēng)廓線產(chǎn)品在暴雨短臨預(yù)測(cè)上進(jìn)行了研究。上述研究和結(jié)論[5-7]對(duì)開展強(qiáng)對(duì)流天氣成因研究、指導(dǎo)強(qiáng)對(duì)流天氣預(yù)報(bào)預(yù)警具有重要意義。

2020年3月21日，宣城市出現(xiàn)暴雨、雷電大風(fēng)、短時(shí)強(qiáng)降水和冰雹天氣。利用氣象觀測(cè)資料對(duì)此次強(qiáng)對(duì)流過(guò)程的發(fā)生發(fā)展原因進(jìn)行分析，以提高本地對(duì)春季強(qiáng)對(duì)流的預(yù)報(bào)預(yù)警水平。

1 天氣實(shí)況

2020年3月21日，宣城市7個(gè)市縣出現(xiàn)雷雨大風(fēng)、短時(shí)強(qiáng)降水等強(qiáng)對(duì)流天氣，寧國(guó)、廣德出現(xiàn)冰雹災(zāi)害，且全市大部分地區(qū)過(guò)程降水量達(dá)到暴雨量級(jí)，其中梅林學(xué)校站最大降雨達(dá)115 mm；全市平均風(fēng)力4～5級(jí)，陣風(fēng)7～8級(jí)，愛民出現(xiàn)最大瞬時(shí)風(fēng)速18.2 m/s；最大小時(shí)雨強(qiáng)出現(xiàn)在梅林學(xué)校，達(dá)54 mm；21日22時(shí)后受超級(jí)單體風(fēng)暴影響，寧國(guó)城關(guān)、廣德楊灘先后出現(xiàn)直徑2 cm以下的冰雹。

2 環(huán)流背景

2.1 環(huán)流形勢(shì)

21日8時(shí)，500 hPa上為寬廣的南支槽，中高緯有高脊發(fā)展，引導(dǎo)西北氣流南下。宣城市位于南支槽前，西南暖濕氣流不斷加強(qiáng)，并與南下冷空氣形成交匯，有利于中低層能量積累，且△T 500-850大于25℃，形成較強(qiáng)的對(duì)流不穩(wěn)定，200 hPa上處于高空急流出口區(qū)左側(cè)，高空輻散有利于底層垂直上升運(yùn)動(dòng)；比濕大于10 g/kg，低層濕度大，高層有干冷氣流加入，加強(qiáng)了大氣層結(jié)不穩(wěn)定。850 hPa上切變線位于江淮之間，到21日20時(shí)，西南氣流逐漸加強(qiáng)，宣城市位于切變線南側(cè)、西南急流控制范圍內(nèi)。

2.2 探空分析

分析安慶、南京站的T-lnP圖，對(duì)整層大氣的水汽、動(dòng)力、不穩(wěn)定條件進(jìn)行分析。安慶21日20時(shí)，探空?qǐng)D上600 hPa以下T與Td幾乎平行水汽條件良好，濕層較厚，600 hPa以上呈現(xiàn)“喇叭口”形狀，大氣層結(jié)維持上干下濕結(jié)構(gòu)，有利于對(duì)流產(chǎn)生。對(duì)流有效位能CAPE值401 J/kg，K指數(shù)37.7℃，SI指數(shù)-3.47℃，低層風(fēng)隨高度順轉(zhuǎn)，有西南急流，有利于水汽和能量的向上輸送；而南京站整層濕度條件良好，低層和400 hPa以上略微偏干，近地層偏南急流較強(qiáng)，有利于強(qiáng)降水的出現(xiàn)。安慶站和南京站0℃線都位于4 km以下，而-20℃線位于6 km以上，位置相對(duì)偏高，因此不太有利于大冰雹產(chǎn)生。

3 地面中尺度分析

影響宣城的強(qiáng)對(duì)流回波沿地面形成一條中尺度輻合線，并逐漸發(fā)展成超級(jí)對(duì)流單體。21時(shí)后，宣州區(qū)南部到寧國(guó)境內(nèi)存在西北和東南風(fēng)的輻合線，自西向東移動(dòng)并逐漸加強(qiáng)為超級(jí)對(duì)流單體，造成宣州區(qū)、寧國(guó)、廣德交界處出現(xiàn)大風(fēng)、冰雹、短時(shí)強(qiáng)降水。此次過(guò)程地面輻合線比強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生時(shí)間早1 h。

4 多普勒雷達(dá)資料分析

4.1 對(duì)流單體發(fā)生發(fā)展

21日14時(shí)開始，在旌德縣境內(nèi)出現(xiàn)多個(gè)對(duì)流單體，自西向東移動(dòng)發(fā)展，15∶04對(duì)流單體進(jìn)入寧國(guó)后逐漸加強(qiáng)，2.4°仰角回波強(qiáng)度由50 dBZ上升至60 dBZ以上，并伴有中氣旋生成，旋轉(zhuǎn)速度10 m/s；VIL值14∶35為25 kg/m2左右，14:45時(shí)躍增至45 kg/m2，維持一段時(shí)間后逐漸下降。對(duì)其做剖面圖可以看到，強(qiáng)回波發(fā)展高度位于5 km左右，并無(wú)明顯的弱回波區(qū)。15∶22后多個(gè)單體風(fēng)暴合并形成帶狀回波區(qū)，并逐漸減弱。考慮中氣旋維持時(shí)間短，回波發(fā)展高度不夠，中低層上升氣流不強(qiáng)，因此不利于冰雹生成，但回波強(qiáng)度大，維持時(shí)間長(zhǎng)，且垂直液態(tài)水含量較高，因此出現(xiàn)了短時(shí)強(qiáng)降水和雷電大風(fēng)天氣。

圖1 對(duì)流單體雷達(dá)回波反射率因子Fig.1 Convective cell radar echo reflectivity factor

21時(shí)過(guò)后，西北部有大塊強(qiáng)回波生成，并向東南方向移動(dòng)逐漸分裂出多個(gè)對(duì)流單體，22時(shí)左右宣州區(qū)南部有一強(qiáng)回波東移發(fā)展，22∶17在宣州區(qū)與寧國(guó)交界處最大回波強(qiáng)度加強(qiáng)到65 dBZ，VIL值從20 kg/m2增加到40 kg/m2以上，徑向速度圖上能看到有弱中氣旋生成，風(fēng)暴頂輻散，高空的輻散抽吸作用有利于底層上升氣流的加強(qiáng)；該對(duì)流單體在移動(dòng)過(guò)程中逐漸加強(qiáng)為超級(jí)對(duì)流單體，并出現(xiàn)鉤狀回波；22∶23對(duì)其做剖面(圖2)，可以看到強(qiáng)回波區(qū)發(fā)展高度達(dá)到7 km左右，中低層有明顯的弱回波區(qū)，垂直上升運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈。此時(shí)宣州區(qū)、寧國(guó)和廣德交界處陸續(xù)出現(xiàn)冰雹，大風(fēng)天氣。

圖2 雷達(dá)回波剖面圖Fig.2 Radar echo profile

4.2 反射率因子

21日14∶35，從旌德西部發(fā)展生成的多個(gè)對(duì)流單體(圖1)，強(qiáng)度都在50 dBZ左右，在逐漸東移過(guò)程中漸漸發(fā)展到60 dBZ以上，其中最東部的一個(gè)對(duì)流單體在中低層發(fā)展出了鉤狀回波，但兩個(gè)體掃后就逐漸減弱，并且剖面圖上弱回波區(qū)不明顯，也沒(méi)有出現(xiàn)穹隆狀，說(shuō)明傾斜上升氣流并不強(qiáng)，因此屬于弱的超級(jí)對(duì)流單體，并為產(chǎn)生冰雹天氣。而夜間21時(shí)左右，在宣州區(qū)西北部又出現(xiàn)大片強(qiáng)回波區(qū)自西北向東南方向移動(dòng)，移動(dòng)過(guò)程中逐漸分裂發(fā)展成多個(gè)對(duì)流單體，其中位于宣州區(qū)南部與寧國(guó)交界的一個(gè)對(duì)流單體強(qiáng)度發(fā)展到65 dBZ，并且發(fā)展出鉤狀回波和弱回波區(qū)，剖面圖上也有高懸的強(qiáng)回波，上升氣流很強(qiáng)，故而產(chǎn)生了冰雹。從21時(shí)開始一直持續(xù)到22日0時(shí)以后，強(qiáng)回波不斷通過(guò)宣城市，形成了列車效應(yīng)，導(dǎo)致大部分地區(qū)出現(xiàn)了暴雨天氣。

4.3 中氣旋

整個(gè)過(guò)程中，生成發(fā)展了很多個(gè)對(duì)流單體，也有單體發(fā)展成為超級(jí)對(duì)流單體，其中，下午生成的超級(jí)單體伴有中氣旋生成，但中氣旋維持時(shí)間短，強(qiáng)度在10 m/s屬于弱中氣旋，并未出現(xiàn)風(fēng)暴頂輻散。夜里發(fā)展出的超級(jí)對(duì)流單體，中氣旋從21∶59-22∶55維持了近1 h，10個(gè)體掃；強(qiáng)度在15 m/s左右，可以看到風(fēng)暴頂輻散，導(dǎo)致上升氣流加強(qiáng)，因此有利于冰雹生成。

4.4 徑向速度和垂直風(fēng)廓線產(chǎn)品

徑向速度圖(圖3)上可以看到，21時(shí)前徑向速度呈“S”型，風(fēng)隨高度順轉(zhuǎn)，有暖平流，22時(shí)過(guò)后逐漸變成反“S”型，此時(shí)高層干冷空氣入侵，有冷平流。

圖3 徑向速度和垂直風(fēng)廓線產(chǎn)品Fig.3 Radial velocity and vertical wind profile products

垂直風(fēng)廓線產(chǎn)品(圖3)上可以看到，13∶42-14∶41，測(cè)站低層風(fēng)隨高度順轉(zhuǎn)，有暖平流，而高空風(fēng)隨高度逆轉(zhuǎn)，有冷平流，且高空“ND”層較厚，主要考慮濕度低[8]，高層為干冷空氣，隨著中低層風(fēng)速增大，轉(zhuǎn)為西南風(fēng)，整層濕度上升。21∶54-22∶53這段時(shí)間的VWP圖上能發(fā)現(xiàn)低層是偏東風(fēng)，而中高層為西南風(fēng)，此時(shí)低層風(fēng)隨高度逆轉(zhuǎn)，中低層垂直風(fēng)切變很大，從0.3 km的出的偏南風(fēng)到0.9 km轉(zhuǎn)變?yōu)槠憋L(fēng)，說(shuō)明此時(shí)高層干冷空氣向下入侵，觸發(fā)不穩(wěn)定能量的釋放，有利于強(qiáng)對(duì)流的產(chǎn)生。

5 總結(jié)和討論

此次過(guò)程是在南支槽發(fā)展過(guò)程中高空冷平流入侵作用下中低層出現(xiàn)切變線，高層輻散，低層輻合，并且△T 500-850大于25℃，有較強(qiáng)的位勢(shì)不穩(wěn)定，配合地面中尺度輻合線，觸發(fā)了多單體和超級(jí)單體風(fēng)暴。

探空?qǐng)D上水汽分布呈上干下濕的“喇叭口”形狀，具有一定的CAPE和較好的SI指數(shù)、K指數(shù)，有利于層結(jié)不穩(wěn)定發(fā)展及對(duì)流不穩(wěn)定能量的積累，有利于對(duì)流風(fēng)暴的發(fā)生發(fā)展。

可以看到，整個(gè)過(guò)程中，很多對(duì)流單體發(fā)生發(fā)展，但只有夜間宣州區(qū)、寧國(guó)和廣德交界處的超級(jí)對(duì)流單體產(chǎn)生了冰雹天氣。超級(jí)單體風(fēng)暴的發(fā)展通常隨著中氣旋的產(chǎn)生，而弱回波區(qū)和高懸的強(qiáng)回波及風(fēng)暴頂輻散都有利于冰雹的形成。

VIL值的突然增大及變化和VWP產(chǎn)品上風(fēng)切變的增大及隨高度的變化都可以對(duì)強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)生起到一定的指示作用。