福州機場一次強雷雨天氣過程的中尺度分析

關輝

摘 要：本文采用NCEP/NCAR1°×1°逐6h再分析資料、常規觀測資料及FY2號衛星資料對2014年6月18日的強雷雨過程的中尺度對流系統及其發生發展的背景場進行分析。結果表明：（1）本次強對流天氣過程是地面弱冷空氣、中低空西南急流、中低層切變的相互作用下形成的；（2）水汽通量的強輻合為中尺度對流系統的發生發展提供了有利的熱力背景；（3）高層輻散與中低層強輻合以及強上升運動為中尺度對流系統的發生發展提供了有利的動力背景。

關鍵詞：強雷雨；冷槽；水汽強輻合；亮溫

中圖分類號：P446 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）11-0234-02

1 引言

強對流天氣指發生突然、移動迅速、天氣劇烈、破壞力極大的災害性天氣，主要有雷雨大風、局部強降水、冰雹、龍卷等。而對其分析和預報歷來是氣象業務的難點。

2014年6月18日福州長樂機場發生了一次強雷暴、大暴雨天氣過程，雷暴持續達6小時。由于受雷雨天氣影響，福州機場積壓了近100個航班無法起降。

本文將利用NCEP/NCAR 1°×1°逐6h的再分析資料、常規觀測資料及FY-2衛星資料，對這次強對流天氣發生發展的環境條件及中尺度特征進行分析，發現一些對短期和短時臨近預報有參考意義的結果，以期為今后的預報工作提供參考。

2 機場天氣實況

根據機場的常規觀測資料，6月18日13：33（北京時，下同）本場開始出現雷暴，15：40至16：55本場出現強雷雨，20：19本場再次出現短時大暴雨，20：48轉為中陣雨并減弱。

3 天氣形勢分析

強對流天氣是以大尺度天氣系統為背景，大尺度環境條件影響著或決定著中小尺度天氣系統的生成、發展和移動過程，而且還影響著對流系統內部的結構、強度和組織程度。本次持續性雷雨天氣過程也是在有利的大尺度環流背景下發生的。

3.1 地面天氣形勢

第7號臺風“海貝思”登陸后穿過福建，于17號夜間移出東海，并逐漸轉性為溫帶氣旋。我國的長江流域地區有一高壓中心，其東側偏北氣流引導北方弱冷空氣南下，在浙閩交界至江西一帶存在一條靜止鋒，本場處于靜止鋒南側。臺風“海貝思”殘余云系引導南下的弱冷空氣與暖濕的西南季風氣流于本場北邊區域交匯，為對流系統的發展提供了低層的擾動源。

3.2 高空天氣形勢

6月18日，高空500hPa，東亞大陸中高緯為兩槽一脊形勢。本場處于副熱帶高壓邊緣，至20時，副高減弱東退，副高西側的西南氣流則源源不斷向沿海地區輸送水汽。500hPa溫度場上，本場處于暖脊控制。在長江中下游地區有一明顯的溫度冷槽，高空槽東移，引導弱冷空氣擴散南下，在沿海與副高前沿形成很強的輻合，為隨后發生的強對流天氣提供了可能。

08時，中低層在長江口以南有明顯的風切變存在，隨著海上低值系統的東移，切變線也東移南壓。本場處切變線南側西南急流中，低空急流不僅輸送來充沛的水汽，而且在東移過程中，與切變北側的偏北氣流交匯，產生劇烈的上升運動，為形成持續性強對流天氣提供條件。

850hPa、500hPa溫度場中，在長江口以南地區均存在一條冷舌，延伸至閩北地區。切變線東移南壓過程中，南北冷暖氣流交匯，形成上冷下暖的有利配置，極易誘發強對流天氣發展。因此，在春夏季午后，冷槽的出現，對判斷強雷雨、雷雨大風、颮等強對流天氣的發生起到很好的指示作用。

4 強對流系統發生的環境場特征

4.1 水汽條件

水汽通量是單位時間內流經與速度矢正交的某一單位截面積的水汽質量，它能定量地描述水汽輸送的強度和方向（其方向和風向相同）。

6月18日08至20時我國南方沿海700hPa及850hPa有一支西南走向的低空急流，中心風速達24m/s。這條暖濕空氣帶形成明顯的濕舌，引起低層水汽通量輻合。這支強勁的西南急流將孟加拉灣的水汽自廣東地區向浙閩及華東沿海輸送，并逐步東移入海。700hPa急流中心也隨之東移。強對流天氣發生前，本場處于急流最大風速中心前方，一般該區域會有明顯的水汽輻合和質量輻合或強上升運動，這對強對流活動的連續發展極為有利。

850hPa上本場處于急流帶的西側，而在急流軸的左前方是正切變渦度區，有利于對流活動發生。14時急流的水汽輸送平流明顯加強，這與地面觀測到本場的相對濕度驟升相符。強烈的低層水汽輻合為強對流天氣的發展提供源源不斷的能量，使得大氣低層處于濕潤的環境中，有利于強對流發展。

4.2 大氣動力學特征分析

強對流系統發生前，往往大氣會呈現出低層輻合、高層輻散的高低空形勢配置。這種配置有利于低層氣流輻合而加速強對流系統的發展。

在強對流天氣過程發生前，200hPa高空上，浙閩交界高空輻散中心已經形成，至14時，陸上的輻散區與海上的輻散區交匯，輻散區擴大并向東移動，與強對流天氣系統的實際移動方向相吻合。高層強烈輻散產生強大的抽吸作用，造成低層氣流的上升運動，有利于產生強對流天氣。

中層500hPa高空，在強對流天氣發生前期，大氣低層在福建北部沿海地區已出現強輻合中心。至14時，全省都處于輻合區中。低空強輻合引起劇烈的上升運動，使低層暖濕不穩定的空氣釋放不穩定能量，促進對流發展。

這次強對流天氣過程中，高層輻散區位置與低層輻合區有很好的匹配，必然會對應著空氣柱中的強上升運動，為強對流天氣的發生提供了有利的環境條件。

5 衛星云圖資料分析

圖1為6月18日本次機場強對流天氣過程發生前后FY-2E氣象衛星紅外通道黑體亮溫（TBB）資料。通常，對流系統越強，伸展云頂越高，所對應的云頂亮溫值越低。強對流系統TBB值通?！?52℃。

18日03時，在浙閩交界及湘粵交界處生成的對流云團交匯合并，形成一條東北-西南走向的帶狀云團，但各自強冷云頂保持獨立。至17時，分散的對流云團發展合并，強度增強并覆蓋本場，中心最小TBB值達-81℃（見圖1）。

云團呈現自西向東移動趨勢，這與高空的流場走向一致，對應的強對流天氣系統也是自西向東移動。至夜里23時，云團逐漸減弱，冷云砧也逐漸縮小，降水也隨之減弱消失，強對流天氣過程結束。

綜上，本場上空自強雷雨天氣發生前，在本場北邊地區有中心強度低于-32℃的中尺度對流云團發展，隨著副熱帶高壓減弱東退，對流云團也自西向東發展，強雷雨區與云團位置、強度、移動路徑具有較好對應關系。FY2-E衛星TBB資料每隔1h更新，時效性強，因此，通過實時衛星TBB產品能較好地提前預判強對流發展的可能性。

6 結語

本文以2014年6月18日發生于福州機場的一次強雷雨天氣過程為研究對象，著重分析了此次強對流天氣發生的大氣環境特征，分別從熱力學、動力學特征特征等角度探究此次過程發生的背景條件及誘發機制。

（1）本次強對流天氣過程是地面弱冷空氣、中低空西南急流及中低層切變的相互作用下而形成的；高空暖脊使得大氣層結由穩定變成不穩定，在中低層切變作用下產生強對流上升運動。

（2）強烈的低層水汽輻合為強對流天氣的發展提供源源不斷的能量，有利于強對流發展。

（3）中低空有穩定層存在，能將低空的暖濕空氣與對流層中上層相對較干的冷空氣分開，低層暖水汽得以集結，從而對流發展所需的高靜力能量得以積累；當穩定層因其他系統作用被破壞時，極易誘發強對流運動。

（4）低層輻合，高層輻散的抽吸作用，有利于低層氣流輻合上升，加速強對流系統的發展。

（5）強雷雨天氣發生前，強雷雨區與云團位置、強度、移動路徑具有較好對應關系，對流云團黑體亮溫TBB對短時臨近強雷雨預報有很好的指示作用。

由于資料有限，本文是通過分辨率為1°×1°的NCEP/NCAR資料對福州機場的強對流天氣個例進行分析，雖然總結出了一些臨近預報的著眼點和指標，但其普遍性和有效性還有待于進一步的檢驗和完善。另外，這些指標只能對強對流天氣作初步的定性分析和預報，對于強對流天氣類型和強度的準確預報仍是難點，需要更多的新工具和方法進行深入研究。

參考文獻

[1]朱乾根，林錦瑞，壽紹文，唐東升.《天氣學原理和方法》.氣象出版社，1992.

[2]壽紹文，勵申申，姚秀萍.中尺度氣象學[M].北京：氣象出版社，2003.

[3]丁一匯.天氣動力學中的診斷分析方法.北京：科學出版社，1989.

[4]胡中明，劉善亮，胡洪泉，付冬雪.TBB和濕位渦在2010年主汛期吉林省最強暴雨天氣中的應用分析[J].吉林大學學報（地球科學版），2010年S1期.