張凌藝 蔡藝友 卓麗容
摘要 利用常規(guī)和非常規(guī)資料對2021年5月9日漳州市一次冰雹過程進行中尺度特征分析,結(jié)果表明:此次冰雹過程是西南暖濕氣流強迫背景下形成的強對流天氣;風(fēng)廓線雷達在區(qū)域性冷空氣的入侵資料比常規(guī)資料更精細,雙偏振雷達對冰雹天氣識別具有很好的指示特征。
關(guān)鍵詞 冰雹;西南暖濕氣流;風(fēng)廓線
中圖分類號:P458.121.2 文獻標識碼:B 文章編號:2095–3305(2022)04–0142–03
受西南氣流影響,2021年5月9日漳州市出現(xiàn)分散性暴雨、局地冰雹和7~10級雷雨大風(fēng)的天氣。這次強對流天氣主要發(fā)生在漳州境內(nèi),9日15:30~7:42多地出現(xiàn)降雹(冰雹直徑在9~30 mm),過程降水量以平和崎嶺鄉(xiāng)98.1 mm最大,漳州本站極大風(fēng)力達到10級(28.2 m/s)。這次強對流天氣發(fā)生在出現(xiàn)在春末夏初,局地性強,為西南急流暖濕強迫背景下的較為典型的強對流天氣流型配置[1]。
1 環(huán)流形勢及影響系統(tǒng)
根據(jù)北京時間2021年5月9日08:00高空圖中尺度分析,9日08:00 200 hPa在25°N附近有一支高空急流(>30 m/s),閩南上空為該高空急流出口區(qū)右側(cè),呈現(xiàn)高層輻散,有利于形成垂直上升運動(圖1)。從500 hPa上看,在我國華東地區(qū)有一個東北—西南向的西風(fēng)槽東移,副高南落,高度槽落后于溫度槽呈現(xiàn)前傾,冷空氣入侵槽前,出現(xiàn)大范圍層結(jié)不穩(wěn)定。700 hPa閩南地區(qū)上空有西南暖濕平流。在850 hPa高度上可以看到,廣東東北部至閩西南地區(qū)有顯著濕區(qū)(T-Td≤6℃),氣流從干區(qū)進入顯著濕區(qū),同時漳州與中國臺灣島之間存在溫度脊,脊后出現(xiàn)風(fēng)速輻合,暖濕氣流堆積抬升,不穩(wěn)定條件好,有利于強對流天氣的發(fā)生。
另外,從9日14:00地面圖上看,午后增溫明顯,平和地區(qū)高溫達33℃以上,3 h呈現(xiàn)負變壓。廣東東部熱低壓環(huán)流,并出現(xiàn)倒槽。龍巖與漳州交界處有鋒面,不穩(wěn)定能量積聚,不穩(wěn)定性增強[2]。
2 物理量分析
2.1 T-log P圖分析
從2021年5月9日廈門探空站T-log P圖來看,1 km有明顯逆溫層,700 hPa以下露點曲線與層結(jié)曲線相近,大氣處于較飽和狀態(tài),700 hPa以上露點曲線與層結(jié)曲線呈喇叭狀,為上干下濕狀態(tài)(圖2)。抬升凝結(jié)高度(LCL)和自由對流高度(CCL)都較低,有利于對流云的生成和發(fā)展,K指數(shù)達到39.2℃,SI低至-3.51,說明當時閩南上空層結(jié)不穩(wěn)定。汕頭探空站也呈現(xiàn)上干下濕狀態(tài),對流有效位能(CAPE)值為1 448.6 J/kg,2個探空站0℃、-20℃分別在 4.7 km(570 hPa左右)和8.0 km(370 hPa)處,0℃層和-20℃層較低,有利于冰雹的形成和降雹的發(fā)生(圖3)。從風(fēng)速大小上看,925 hPa為2 m/s、850 hPa為6 m/s、500 hPa為20 m/s、200 hPa為22 m/s,說明當天閩南上空垂直風(fēng)切變大,有利于強對流天氣的發(fā)生。
2.2 垂直速度分析
圖4a為2021年5月9日08:00沿24.5°N過漳州的垂直速度剖面圖,降雹區(qū)位于圖中豎線區(qū)域。從圖中可見,08:00漳州上空850 hPa以上均為負值區(qū),說明垂直上升運行直達對流層頂,同時最大上升速度中心位于500 hPa附近,中心值-1.1 Pa/s,0℃層位于570 hPa附近,有利于小冰晶上升增大,形成大冰雹;另外850 hPa上西側(cè)下沉氣流,東側(cè)上升運動,閩南正處于正負速度交匯處,西部為正值區(qū),存在垂直速度鋒區(qū),迫使西南暖濕氣流到達閩南上空時輻合抬升,有利于強對流發(fā)生[3]。
2.3 假相當位溫分析
圖4b為 2021年5月9日08:00沿24.5°N過漳州的垂直假相當位溫剖面圖,可見,在閩南低層?xùn)|側(cè)假相當位溫線密集,低值中心位于700 hPa 附近,密集帶向東北方向傾斜,且假相當位溫越靠近地面值越小,為冷區(qū),已受弱冷空氣控制,在廣東東部至閩南(850 hPa 附近)存在高值區(qū),為暖區(qū),同時低層存在逆溫區(qū),大氣不穩(wěn)定。
2.4 水汽條件分析
圖5a為2021年5月9日08:00沿24.5°N過漳州的垂直水汽通量剖面圖,強對流天氣發(fā)生前整層大氣水汽通量均為正值,漳州市上空水汽通量值為12×10-4~16×10-4 g /(cm·hPa·s),水汽通量最大值區(qū)集中在850 hPa附近,水平正值中心集中在廣東南部,中心軸線呈現(xiàn)東—西走向,通過低層西南氣流向閩南區(qū)域輸送充沛的水汽,極利于暴雨的發(fā)生[4]。
從沿24.5°N的水汽通量散度剖面圖上看(圖5b),低層水汽通量輻合明顯,850 hPa為水汽通量散度負值中心,低層較強水汽輻合和高層水汽輻散這種高低層水汽通量散度場配置,有利于低層暖濕空氣上升凝結(jié)釋放潛熱,對降水的產(chǎn)生形成正反饋作用。
3 雷達資料分析
從多普勒雷達資料來看,本次暴雨過程漳州市上空的雷達回波為積云層狀云混合降水回波,強回波強度達60 dBZ以上,全市出現(xiàn)冰雹、大風(fēng)和短時強雷雨等強對流天氣(圖6a)。其中影響范圍較廣、生命史較長的單體有2個。14:30對流單體在南靖中部生成,向東北移動隨后在華安減弱消失;15:47中部單體分離,向東南方向移動,在薌城區(qū)維持(持續(xù)時間55 min);16:09南部單體生成發(fā)展,沿平和向漳浦緩慢移動(持續(xù)時間1 h 51 min),最強回撥強度達到72 dBZ。
從差分反射率上看,16:20薌城上空為強降水區(qū),其中出現(xiàn)低ZDR區(qū),呈現(xiàn)灰色,指示有大冰雹產(chǎn)生(圖6b)。從反射率因子和垂直速度剖面圖上看,強降水回波質(zhì)心高度約6 km,回波強度達65 dBZ,高于-20℃層,有懸垂結(jié)構(gòu),形成中氣旋,30 dBZ以上的回波伸展高度達13~14 km,垂直上升運動直達18 km以上,十分有利于強對流的發(fā)生發(fā)展(圖6c和圖6d)。同時12 km有最大下降速度,氣流受到冰雹下落拖拽,產(chǎn)生下?lián)舯┝?,形成大風(fēng)。
4 風(fēng)廓線資料分析
從9日風(fēng)廓線時間剖面圖上看,水平風(fēng)向風(fēng)速與垂直風(fēng)向風(fēng)速變化呈現(xiàn)非連續(xù)性。閩南上空中有明顯的西南引導(dǎo)氣流,9日凌晨低層為弱西南氣流,高低層氣流耦合使得低空風(fēng)向切變形成潛在不穩(wěn)定(白線)。9日上午低層西南氣流加強(白色矩形區(qū)),水汽條件進一步增強,風(fēng)隨高度順轉(zhuǎn)有暖平流,中層以上風(fēng)隨高度順轉(zhuǎn)有冷平流,這種高低層配置有利于對流發(fā)展[5]。降水發(fā)生前,整層大氣以上升運動為主(綠色塊),臨近時段中低層風(fēng)力減弱形成幅合,觸發(fā)降水(圖7)。16:00~17:00整個對流層出現(xiàn)動量下傳,下沉氣流速度達9.0 m/s以上,對應(yīng)16:25平和縣出現(xiàn)直徑15 mm的冰雹。降雹結(jié)束后中低層轉(zhuǎn)為西北風(fēng),風(fēng)隨高度逆轉(zhuǎn)有冷平流,弱冷空氣南下,鋒區(qū)東移,東部對流條件增強。
5 結(jié)論
(1)此次暴雨過程是在西南氣流暖濕強迫背景下形成的強對流天氣。西風(fēng)槽東移,中層弱冷空氣入侵和低層西南暖濕平流輻合抬升對降水的觸發(fā)和增加作用,午后地面的增溫增濕作用,是構(gòu)成此次大范圍降雹過程的環(huán)流背景。
(2)低層水汽充沛,中高層較干燥,上干下濕并存在逆溫層的結(jié)構(gòu)有利于強對流天氣的產(chǎn)生。垂直上升運動、水汽通量散度等物理量配置有利于上升運動加強,表明這一帶地區(qū)上空存在較好的發(fā)生強對流的動力條件。
(3)對流單體、中氣旋在此次過程的雷達圖中表現(xiàn)突出,回波質(zhì)心高度、雙偏振雷達參數(shù)差分方式率對冰雹天氣識別且有很好的指示特征[6]。
(4)從降雹前后時段的風(fēng)廓線雷達圖可知,水平風(fēng)向風(fēng)速與垂直風(fēng)向風(fēng)速變化呈現(xiàn)非連續(xù)性,風(fēng)向風(fēng)速切變明顯;對本次降雹過程而言,風(fēng)廓線雷達早于天氣圖獲知冷空氣的入侵時間,并能清楚地分析出冷暖平流的分布形勢。
參考文獻
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責任編輯:黃艷飛
Mesoscale Analysis of a Hailstorm Over the Zhang-zhou City in May 2021
ZHANG Lingyi et al (Longwen Meteor-ological Bureau, Zhangzhou, Fujian 363005)
Abstract Using conventional and non-conventional observation data, a Hailstorm over the Zhangzhou city in May 2021 was analyzed based on mesoscale analysis. The result showed that: the hailstorm is a kind of instable and strong convective weather caused by the Southwest warm moist air flow; The intrusion data of wind profile radar in regional cold air was more precise than the conventional data, and the dual polarization radar had a good indicator feature for hail weather identification.
Key words Hailstorm; Southwest warm moist air flow; Wind-profile radar