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        奈曼旗一次強(qiáng)對(duì)流天氣災(zāi)害調(diào)查分析

        2022-10-14 11:36:18夏寧悅姜佳慧蔣姍姍
        現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技 2022年19期
        關(guān)鍵詞:風(fēng)速

        夏寧悅 姜佳慧 蔣姍姍

        (通遼市氣象局,內(nèi)蒙古通遼 028000)

        強(qiáng)對(duì)流天氣是一種發(fā)生突然、破壞力極大的強(qiáng)對(duì)流性災(zāi)害天氣,常伴有大風(fēng)、冰雹和局地短時(shí)強(qiáng)降水等。其空間尺度小、生命史短暫且?guī)в忻黠@的突變性,是當(dāng)前預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)[1]。通遼市位于內(nèi)蒙古自治區(qū)東部、松遼平原西端,屬于北溫帶大陸性季風(fēng)氣候。奈曼旗位于通遼市西南部,科爾沁沙地南部,出現(xiàn)的強(qiáng)對(duì)流天氣以雷雨大風(fēng)和短時(shí)強(qiáng)降水為主,較少出現(xiàn)超級(jí)單體風(fēng)暴伴隨下沉氣流對(duì)地物造成破壞的情況[2],但一旦出現(xiàn)就會(huì)對(duì)生產(chǎn)、生活造成較大影響。2021年7月12日,通遼市奈曼旗青龍山鎮(zhèn)出現(xiàn)了一次強(qiáng)對(duì)流天氣,通遼市氣象局接到奈曼旗氣象局上報(bào),奈曼旗青龍山地區(qū)疑似遭受龍卷風(fēng)襲擊,組織調(diào)查組赴受災(zāi)地點(diǎn)進(jìn)行調(diào)查。通過(guò)走訪奈曼旗青龍山鎮(zhèn)四一村受災(zāi)群眾,對(duì)災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)及周圍環(huán)境進(jìn)行無(wú)人機(jī)航拍,并結(jié)合氣象臺(tái)站觀測(cè)資料和民政、電力等部門的調(diào)查情況,對(duì)青龍山鎮(zhèn)強(qiáng)對(duì)流天氣災(zāi)害的特征進(jìn)行評(píng)估分析,以期為今后同類災(zāi)害天氣的調(diào)查評(píng)估和監(jiān)測(cè)預(yù)警提供參考。

        1 災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)分析

        此次災(zāi)害發(fā)生在奈曼旗青龍山鎮(zhèn)四一村。該地區(qū)受災(zāi)較為嚴(yán)重,可見(jiàn)明顯的風(fēng)破壞路徑,路徑兩側(cè)區(qū)域遭受嚴(yán)重破壞。據(jù)受訪者描述,此次災(zāi)害發(fā)生時(shí)間為2021年7月12日20:40左右,風(fēng)力很大且持續(xù)時(shí)間短,可聽(tīng)到劇烈的大風(fēng)呼嘯聲,大風(fēng)快速移動(dòng),但大風(fēng)導(dǎo)致斷電且夜間光線差,因而無(wú)人觀測(cè)到漏斗狀云或飛射物,也沒(méi)有相關(guān)影像資料。

        受災(zāi)地點(diǎn)實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn),此次災(zāi)害風(fēng)力大、破壞性強(qiáng)、持續(xù)時(shí)間很短(2~3 min)。農(nóng)戶房屋的屋頂、門窗、院墻等受損,屋頂瓦片大面積脫落,彩鋼頂被掀飛;200余株樹(shù)木被折斷、擰斷或者連根拔起;農(nóng)作物(主要為玉米)四散倒伏,無(wú)人員和動(dòng)物傷亡;20:34青龍山鎮(zhèn)13個(gè)變電站受損并導(dǎo)致停電。受災(zāi)地歷史上無(wú)龍卷風(fēng)災(zāi)害的記錄。

        青龍山鎮(zhèn)政府調(diào)查資料表明,此次災(zāi)害共造成奈曼旗青龍山鎮(zhèn)四一村33戶農(nóng)戶及八虎山莊旅游區(qū)受損,經(jīng)濟(jì)損失40.7萬(wàn)元。農(nóng)戶房屋屋頂、門窗、院內(nèi)外墻體及養(yǎng)殖棚舍屋頂、倉(cāng)房、草料儲(chǔ)備房受損,少數(shù)養(yǎng)殖棚、圍欄、車庫(kù)、牌匾、監(jiān)控、太陽(yáng)能等群眾自由設(shè)施受損,樹(shù)木折斷200余株(圖1);受災(zāi)耕地面積約20 hm2,受災(zāi)作物主要是玉米;八虎山莊旅游區(qū)143株樹(shù)木受損,雕塑、樹(shù)屋別墅、房車營(yíng)區(qū)受損,綠化草坪受損面積達(dá)7 300 m2。

        圖1 奈曼旗青龍山鎮(zhèn)四一村災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)照片

        從航拍影像可見(jiàn),大風(fēng)從四一村西南側(cè)開(kāi)始對(duì)地物造成破壞,經(jīng)過(guò)一片農(nóng)田進(jìn)入村莊,路徑總體呈西南至東北走向,路徑兩側(cè)的農(nóng)田、樹(shù)木和房屋受損,倒伏方向見(jiàn)圖2。破壞路徑長(zhǎng)度約1 000 m,平均寬度約80 m,最大寬度約120 m。

        圖2 奈曼旗青龍山鎮(zhèn)四一村災(zāi)害示意圖

        2 天氣實(shí)況

        受低渦北上影響,奈曼旗7月12日午后至13日白天出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水天氣。截至13日17:00奈曼旗24個(gè)雨量自動(dòng)站均出現(xiàn)降水,最大降水量為青龍山鎮(zhèn)57.1 mm,達(dá)暴雨量級(jí);5個(gè)雨量自動(dòng)站小時(shí)雨強(qiáng)達(dá)20mm以上,最大小時(shí)雨強(qiáng)出現(xiàn)在青龍山鎮(zhèn)7月12日20:00—21:00(31.9 mm),為短時(shí)強(qiáng)降水;16 個(gè)監(jiān)測(cè)站中有4個(gè)監(jiān)測(cè)站出現(xiàn)大風(fēng) (極大風(fēng)速≥17.2 m/s),日極大風(fēng)速出現(xiàn)在白音塔拉蘇木21:12(19.5 m/s),青龍山鎮(zhèn)日極大風(fēng)速出現(xiàn)在 19:43(11.2 m/s)。

        3 氣象資料分析

        3.1 環(huán)流形勢(shì)分析

        基于7月12日20:00天氣圖分析,急流軸風(fēng)速在30 m/s以上,200 hPa高度場(chǎng)上奈曼地區(qū)處于高空急流入口區(qū)的右側(cè),高空輻散有利于上升運(yùn)動(dòng)發(fā)展,見(jiàn)圖3(a);500 hPa高度場(chǎng)上,奈曼旗處于冷渦槽前偏南氣流控制中,850 hPa高度場(chǎng)上存在強(qiáng)烈的低空急流,急流軸風(fēng)速在16 m/s以上,奈曼旗處于低空急流軸左前方,同時(shí)低空急流為奈曼地區(qū)輸送暖濕空氣,底層暖濕空氣的增加又加劇了對(duì)流不穩(wěn)定能量的積累;850 hPa高度場(chǎng)上,奈曼旗中南部存在一條風(fēng)速切變線,有利于水汽的輻合,見(jiàn)圖3(b);從海平面氣壓場(chǎng)來(lái)看,奈曼旗位于低壓前部,高壓后部的弱氣壓場(chǎng)中,有明顯暖式輻合線,有利于強(qiáng)對(duì)流天氣的觸發(fā),見(jiàn)圖3(c)。綜上所述,良好的動(dòng)力條件和充沛的水汽條件為強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)展創(chuàng)造了有利環(huán)境[3]。

        圖3 2021年7月12日20:00天氣圖

        3.2 對(duì)流潛勢(shì)分析

        此次災(zāi)害性天氣出現(xiàn)地點(diǎn)距離通遼探空站約180 km。從7月12日20:00通遼探空資料來(lái)看,CAPE值為1 178.8 J/kg,不穩(wěn)定能量較為深厚。底層存在著一定的垂直風(fēng)切變,從1 000 hPa的偏南風(fēng)2 m/s順轉(zhuǎn)到850 hPa的西南風(fēng)8 m/s,風(fēng)向轉(zhuǎn)了60°,風(fēng)速增大了6 m/s。垂直風(fēng)切變對(duì)于風(fēng)暴云形成傾斜結(jié)構(gòu),是形成強(qiáng)風(fēng)暴的有利條件之一[4]。底層存在濕層,上干下濕的結(jié)構(gòu)增加了大氣的對(duì)流不穩(wěn)定性。從環(huán)境溫度直減率來(lái)看,500~700 hPa溫差為16.3℃,500~800 hPa溫差為24.1℃,上冷下暖的結(jié)構(gòu)增加了大氣的層結(jié)不穩(wěn)定性。對(duì)流凝結(jié)高度為895.7 m,抬升凝結(jié)高度為800.98 m,K指數(shù)為30.7℃,抬升指數(shù)-3.04℃,強(qiáng)天氣威脅指數(shù)為264.3,深對(duì)流指數(shù)為40.1℃(圖4)。以上強(qiáng)天氣指數(shù)均處于較高水平,說(shuō)明大氣具有很強(qiáng)的不穩(wěn)定潛勢(shì),有利于強(qiáng)風(fēng)暴的產(chǎn)生與發(fā)展[5]。

        圖4 2021年7月12日20:00通遼站T-logP圖

        3.3 雷達(dá)回波分析

        大風(fēng)災(zāi)害發(fā)生前,奈曼旗中南部大部地區(qū)存在較強(qiáng)的回波帶。0.5°仰角(3.7 km高度)基本反射率因子20:25最強(qiáng)回波強(qiáng)度為50 dBZ左右,見(jiàn)圖5(a);20:31最強(qiáng)回波強(qiáng)度增至55 dBZ,自西南向東北方向移動(dòng)。由于風(fēng)暴強(qiáng)大的后側(cè)入流,強(qiáng)回波短帶形成弓形回波[6],在繼續(xù)移動(dòng)中弓形回波南端發(fā)展,并形成明顯的鉤狀回波(框內(nèi)),見(jiàn)圖5(b)。

        圖5 2021年7月12日0.5°仰角基本反射率因子

        從多普勒速度圖上可以看出,7月12日20:31的1.5°仰角(6.7 km高度)可觀察到明顯速度對(duì),其旋轉(zhuǎn)速度為13.5 m/s,達(dá)到了中等強(qiáng)度中氣旋。結(jié)合以上分析可以判斷,該風(fēng)暴為超級(jí)單體風(fēng)暴[7](圖6)。

        圖6 2021年7月 12日 20:31的 1.5°仰角多普勒速度圖

        從7月12日20:31的0.5°(3.7 km高度) 仰角多普勒速度圖可以看出,災(zāi)害地點(diǎn)附近上空存在速度模糊,計(jì)算速度模糊后可以得到56.5 m/s的最大出流速度,表征在風(fēng)暴的中低層產(chǎn)生了極大氣流[8](圖7)。

        圖7 2021年7月 12日 20:31的 0.5°仰角多普勒速度圖

        7月12日20 :37,在大風(fēng)災(zāi)害發(fā)生前后,0.5°仰角基本反射率因子最強(qiáng)回波強(qiáng)度下降至52.5 dBZ。在回波對(duì)應(yīng)位置的徑向速度圖上可見(jiàn)速度模糊降低、徑向速度減小,表征風(fēng)暴處于由盛轉(zhuǎn)衰階段[9],見(jiàn)圖 8(a)。 20:43—20:49 回波強(qiáng)度進(jìn)一步減弱,且鉤狀回波特征逐漸消失,回波主體開(kāi)始逐漸移出奈曼旗境內(nèi),見(jiàn)圖8(b)和圖8(c)。

        圖8 2021年7月12日20:37—20:49的0.5°仰角基本反射率因子

        4 結(jié)論

        根據(jù)現(xiàn)有氣象觀測(cè)資料、雷達(dá)探測(cè)資料和現(xiàn)場(chǎng)勘查結(jié)果分析:7月 12日 20:00—21:00青龍山地區(qū)出現(xiàn)強(qiáng)對(duì)流天氣,形成了超級(jí)單體風(fēng)暴,其在移動(dòng)過(guò)程中伴隨下沉氣流對(duì)地物造成破壞,導(dǎo)致災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)農(nóng)作物四散倒伏、樹(shù)木扭斷或連根拔起,有明顯的破壞路徑[10]。因此,根據(jù)《氣象災(zāi)情收集上報(bào)調(diào)查和評(píng)估規(guī)定》,此次災(zāi)害為超級(jí)單體風(fēng)暴造成的大風(fēng)災(zāi)害。按照氣象災(zāi)害評(píng)估分級(jí)標(biāo)準(zhǔn),判定此次災(zāi)害為小型氣象災(zāi)害。

        此次災(zāi)害性天氣過(guò)程尺度小、突發(fā)性強(qiáng)、持續(xù)時(shí)間短。災(zāi)害發(fā)生地與通遼雷達(dá)站距離超過(guò)180 km,因雷達(dá)固有的局限性,當(dāng)距離大于150 km時(shí),其對(duì)小尺度強(qiáng)對(duì)流天氣監(jiān)測(cè)的有效性受到限制。針對(duì)此次災(zāi)害性天氣,0.5°仰角(最低仰角)觀測(cè)的回波高度為3.7 km左右,高度較高,不能探測(cè)到近地面或低空對(duì)流發(fā)展情況,不利于災(zāi)害性質(zhì)的判斷。

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