安徽省一次強對流天氣過程分析

楊春雷

摘要 基于合肥新一代天氣雷達產品和常規觀測資料，從天氣形勢、不穩定能量、衛星云圖、雷達回波等方面對2009年6月5日安徽省一次強對流天氣過程進行了分析，揭示此類強對流天氣的形成機制。結果表明，高空呈前傾槽形勢且高低空具有強的垂直溫度梯度，強大東北冷渦后部，貝湖阻高崩潰帶來強冷空氣南下；850～100 hPa呈一致的西北偏北干冷氣流，河套東部上空925 hPa存在切變線；地面能量積累明顯且有2條明顯復合線。高低空完美配合造成此次強對流天氣過程強度強、范圍廣、移速快、危害大。山東、江蘇境內海風鋒導致的地面復合線對強對流可能有觸發和加強作用；前期東北冷渦活躍和華東持續高溫為強對流發生積累了大量不穩定能量。分析合肥站雷達圖發現，0.5°仰角反射率因子圖上陣風鋒出現時間與經過區域對應地面大風發生時間和發生地區有很好的指示，能提前20～30 min發布大風預警。

關鍵詞 強對流天氣；天氣形勢；不穩定能量；衛星云圖；雷達回波

中圖分類號 P458 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2018）02-0130-05

Abstract Based on the Hefei new generation of weather radar products and conventional observation data， a strong convective weather process in Anhui Province on June 5， 2009 was analyzed from the aspects of weather conditions， unstable energy， satellite cloud images and radar echoes， revealing that such strong convective weather formation mechanism.The results showed that there was an upward trough at high altitude and a strong vertical temperature gradient at high and low altitudes，strong cold air was brought south under the strong northeast cold vortex；850-100 hPa were consistent with northnorthwest dry airflow， there was a shear line at 925 hPa over the eastern part of Hetao；Ground energy accumulation was obvious and there were two obvious composite lines.The perfect combination of high and low altitude caused by the strong convective weather process intensity， wide range， fast moving speed， great harm.Ground composite lines caused by sea breeze front in Shandong and Jiangsu Province may trigger and strengthen the strong convection.Prenortheast cold vortex and continued high temperature of East China for the occurrence of strong convection had accumulated a lot of unstable energy.Analysis of the Hefei station radar chart found that the 0.5-degree elevation reflectance factor map on the appeared time and passing area of gust front corresponding to the time and place of gale occurrence had good instructions，which can issue gale warnings 20-30 minutes in advance.

Key words Strong convective weather； Weather situation； Unstable energy； Satellite cloud image； Radar echo

自然災害給人類社會的影響不斷擴大，每年均會造成大量的人員傷亡和社會經濟損失。其中90%的自然災害、72.5%的死亡和75%的經濟損失，均是由天氣、氣候以及水文災害引起的[1]。隨著經濟社會的發展，特別是全球氣候變暖，導致極端天氣氣候事件發生的頻率和強度也呈增加趨勢，氣象災害越來越引起人們的重視。劉彤等[2]分析了我國2004—2008年的主要氣象災害造成的經濟損失，發現平均每年約有2 600人死亡，4億人受災，農作物受災面積達4 100萬hm2左右，絕收面積460萬hm2左右，直接損失高達2 360億元。而氣象災害中，突發性的暴雨、風雹等強對流天氣事件，在短臨預報預警服務方面給氣象工作者帶來了極大的挑戰，圍繞強對流天氣的發生機理研究、觸發機制、預報方法以及短臨預警等方面的研究日益活躍起來[3-6]。如李文娟等[3]對給浙江省帶來嚴重影響的2次雷雨大風和短時冰雹天氣進行了研究，主要對其產生的大氣背景場、高低空系統配置、觸發機制等進行了對比分析，重點分析了2次過程的衛星云圖、雷達特征的變化，試圖揭示出此類天氣的主要特點和可預報性。俞小鼎等[5]對2003年7月8日安徽一次強烈龍卷天氣的多普勒天氣雷達回波演變進行了仔細分析，并對此次龍卷的生成機制進行了探討。筆者基于合肥新一代天氣雷達產品和常規觀測資料，從天氣形勢、不穩定能量、衛星云圖、雷達回波等方面對2009年6月5日安徽省一次強對流天氣過程進行了分析，揭示此類強對流天氣的形成機制，以期為強對流天氣的短臨預報預警服務提供科學依據。

1 天氣實況

6月5日15：00—23：00，安徽省出現了大面積雷雨、大風和冰雹等強對流天氣；全省有228個鄉鎮出現8級以上的大風，最大風速出現在淮南潘集，為35.9 m/s（12級），是安徽省有氣象記錄以來所觀測到的最大瞬時風速；其中淮南、懷遠還分別降了直徑為8、10 mm的冰雹。影響池州市時間是21：00—23：00，自東向西南過鏡，然后向黃山市方向傳播并逐漸消亡。21：20青陽縣風力逐漸增大，21：23瞬時極大風速達25.4 m/s；21：30貴池區風力逐漸增強，21：46瞬時極大風速達19.6 m/s；之后繼續影響石臺縣及其以南的黃山地區，但強度明顯減弱，至23：00影響基本結束。

此次由東北冷渦引導冷空氣南下導致的強對流過程歷時8 h，橫掃江蘇、安徽、上海全境，死亡達20多人，直接經濟損失以百千萬計，間接經濟損失數字更是巨大。其強度強、范圍廣、移速快、危害大為歷史之罕見。

2 天氣形勢分析

苗春生等[7]將標準化東北冷渦用強度指數（NECVI）來反映其強弱，并定義：NECVI≥0.50為高指數年，NECVI<-0.50為低指數年。經分析，2009年5月20日—6月20日的NECVI指數平均為0.74，異常偏高，說明這段時間東北冷渦活動活躍，并且強度持續偏強；逐日NECVI值顯示，5月29日—6月2日、4日NECVI值維持均在0.50以上，說明此次強對流天氣發生前東北冷渦持續偏強，冷空氣不斷堆積，活動增強并開始下擺，為其發生提供了冷源和觸發機制。

高空疊加圖上前傾槽表現突出（圖1），6月5日08：00，850～100 hPa表現為一致的西北偏西氣流，925 hPa有明顯的切變線存在，此次強對流發生區域與之經過區域有很好的對應關系。而許多學者研究結果也顯示925 hPa輻合線位置對冷槽型強對流發生區域預報有重要參考價值[3，8]。

6月2日08：00—4日08：00高空實況圖上，中高緯度呈兩槽一脊型，貝湖存在明顯阻塞高壓，200 hPa的溫壓場配置與對流層中低層相反，低壓中心為暖中心，高壓脊為冷中心，在青藏高原北部維持有暖中心。2日20：00位于貝湖以東低槽逐漸向東移動，且不斷有冷空氣分裂南下；4日20：00—5日08：00暖中心控制華中和華東，華東大部地區為偏西氣流，冷槽南下至河套東部，遇強大的暖中心阻擋，5日08：00貝湖冷高壓崩潰，冷空氣大舉南下。

6月5日08：00—17：00地面復合分析顯示（圖2），河套東部山東和河南中北部存在中尺度地面氣旋式復合線，并逐漸南移至安徽中北部；山東和江蘇境內因海風鋒導致一條與海岸線接近平行的地面復合帶。

6月5日05：00在山東和江蘇的東部地區海陸溫度差異并不大，溫差在2～3 ℃，這時沿海盛行東南風；天空晴朗，地面增溫，13：00溫差達7～9 ℃，形成了強水平溫度梯度帶，即溫度梯度達0.22 ℃/km，對應有露點鋒區生成，形成與海岸線接近平行的地面復合帶。

分析5日08：00—17：00衛星云圖可以看到，對流云團的發生和發展位置與皖蘇地面復合區域非常吻合，并且19：00左右紅外圖上云頂最高時TBB≤-50 ℃區域正對應地面2條復合帶交接區——懷遠、固鎮、淮南等地（安徽中北部地區）。

此次強對流發生和發展區域與地面圖上維持的復合線及925 hPa切變線經過之地有很好的對應關系，是這次強對流天氣的主要影響系統。

3 不穩定能量分析

地面圖上，6月4日08：00—5日08：00的24 h變溫蘇皖兩省均是5～10 ℃的正變溫；5月31日—6月5日逐日最高氣溫安徽、江蘇大部分站點均為30 ℃以上，因此低層能量積累十分明顯。

位勢不穩定是產生強風暴的重要因素。在這次風暴天氣產生之前，在華東地區上空有大范圍的逆溫層結存在，并有強烈溫度垂直梯度（圖3）。6月5日08：00探空圖上（圖3），皖蘇上空850 hPa以上為一致的干冷氣流，T850-T500的溫差達30～35 ℃；且925～850 hPa存在有暖平流并沿偏西氣流東移北上逐漸影響安徽、江蘇；白天高空冷空氣下沉逐漸加強使850 hPa溫度逐步降低；另外由于太陽輻射使地面增溫顯著。因此，上、下層溫差進一步增大，形成強烈的垂直溫度梯度。

6月5日08：00皖蘇K指數在20～39 ℃，其中安慶站上空K指數達39 ℃；安慶和南京站θse850-θse500值分別為12.8和6.9 ℃，其值高于阜陽和徐州；沙氏指數分別為-3.7和-0.7 ℃，而阜陽和徐州站沙氏指數都大于0。表明皖蘇中南部地區大氣層結不穩定度高，極不穩定。0 ℃層高度在600 hPa，-20 ℃在450 hPa附近，具備了產生冰雹天氣的不穩定能量和高度。而這次位勢不穩定的建立沒有低空急流和大的低層濕度，皖蘇大部地面T-Td值都在4～8 ℃。

徐愛華等[9]研究結果表明，3—6月，江西省南昌市存在強垂直溫度梯度下（△T≥27 ℃），當有低槽和切變線時，北方有冷空氣南下，利于強對流天氣發生。經分析，這次過程與該研究結果有很好的吻合。

4 衛星云圖特征分析

從圖4可以看到有明顯3條云系：脊后高空輻散云帶、冷鋒云系和急流云系。水汽圖暗區（對流層上部暗區，水汽少且干冷）是下沉氣流運動區，暗區指示該地區有能量堆積，是預報強對流要注意的重要地區。脊前強冷空氣經過內蒙中東部、河套東部迅速南下影響山東、河南、安徽和江蘇等華東大部分地區。中尺度對流云團不斷產生于冷鋒尾部，即925 hPa切變線經過具有高能量積累的華東地區，得到發展并南移發展加強。5日白天水汽云圖暗區變化顯示冷空氣下沉明顯加強，預示冷空氣加強向下侵入逐漸增強。紅外云圖表現：從阜陽生成的中尺度云團南移與山東境內生成南移的云團在5月18：00左右于蘇皖中北部上空合并并發展加強，19：00左右達到最強，云頂亮溫（TBB）達到最低，且其西北側溫度梯度非常大，對應皖蘇中北部發生龍卷、冰雹和強風等強對流天氣，23：00云團已明顯減弱。

5 雷達回波資料分析

此次強對流天氣過程主要路徑基本與高空冷空氣移動路徑一致，主體向東南移動，在安徽表現向南傳播。合肥站雷達圖上表現為：5日18：00左右，阜陽上空生成南移的云團與山東上空生成南移的云團在皖蘇中北部即地面2條復合帶交接處合并發展加強，然后呈扇形擴展傳播影響安徽，這與地面各站極大瞬時風速出現時間段順序非常一致（表1和圖5）。此次強對流天氣過程持續時間8 h，5日23：00左右在皖南部逐漸消亡。

從表1可看出，沿淮各站自東向西、江淮之間自北向南逐漸出現極值瞬時大風，且鳳臺、霍邱、肥西以及無為站出現在同一時間段呈扇形排列；沿江江南與江淮之間表現一樣。這與0.5°仰角反射率因子雷達圖（圖5a）陣風鋒回波出現與發展傳播路徑表現非常一致。

在0.5°仰角雷達圖上（圖5），5日18：00左右合并加強的云團呈扇形發展加強，在滁州至定遠一帶有10～20 dBz強度的弱回波窄帶，并且高度在1.0～2.1 km，即陣風鋒。19：51，陣風鋒回波帶增長，從潁上至肥西含山一線呈弧形，且其外圍巢湖南部有新單體生成發展；20：15，巢湖單體受陣風鋒抬升加強并且西邊與陣風鋒結合，東側連接主體強回波區呈 “V”型；20：45，“V”型回波前沿到達銅陵，陣風鋒回波更加明顯；21：14，陣風鋒回波西達河南商丘，中段接近霍山、桐城，南側接近池州市上空，但青陽上空無陣風鋒回波；21：20，青陽出現大風，風力逐漸增大，并在21：23達極值25.4 m/s；池州21：30左右風力逐漸增大，在21：46達極值19.6 m/s，而回波主體在21：50才到達池州市區東北邊上空，21：56覆蓋池州，地面大風較回波主體提前，而陣風鋒回波較地面大風極值出現時間早30 min以上。分析0.5°仰角徑向速度的雷達圖也能明顯看到陣風鋒窄回波帶特征，邊界清晰；5日18：51距離雷達站6.0 km處0.2 km的高度上明顯出現大的負速度中心（-27～-20 m/s），出流面積大于入流面積，表明低層氣流輻散，19：51負速度中心出現模糊現象（<-27 m/s），0速度線呈反 “S”型，說明實際風速>27 m/s，一直到21：00模糊現象消失，風力減弱，且在1.5°仰角0.4 km高度上空也能明顯看到這種特點。因此，強風出現與回波主體到達時間上基本一致，但可通過0.5°仰角的雷達陣風鋒回波帶出現時間，以及0.5°仰角和1.5°仰角徑向速度雷達圖表現低層氣流輻散，低層實際風速>27 m/s，可以提前發布大風預警信號；且距離雷達站150 km范圍內陣風鋒回波表現明顯，指示作用較好，池州上空陣風鋒回波表現較弱，可能與主體云團對流強度減弱，陣風鋒回波帶減弱消散有關，或雷達回波與距離雷達站較遠回波表現不明顯。而陣風鋒回波在1.5°仰角反射率因子雷達圖上表現不清晰。此次過程黃山雷達資料陣風鋒回波表現不明顯，與其本身站點海拔較高有關。

6 強對流天氣聯防的重要性

由東北冷渦帶來冷空氣南下造成大范圍的強對流天氣并不多見，而強對流天氣強度和落區本身就是短期預報的難點。這次強雷暴天氣發展迅速、移動快、過程強，前期天氣晴朗，雷達回波表現不明顯，易被忽視，當上游有大風天氣出現時才引起預報員的注意，故加強特殊天氣時期上、下游聯防和責任區雷達聯防顯得尤為重要。

7 結論

（1）此次強對流過程特征突出：中高緯呈兩槽一脊型，高空呈前傾槽形勢且高低空具有強的垂直溫度梯度，強大的東北冷渦后部，貝湖阻高崩潰帶來強冷空氣南下；850～100 hPa呈一致的西北偏北干冷氣流，河套東部上空 925 hPa存在切變線；地面能量積累明顯且有2條明顯復合線。高低空完美配合造成這次對流過程強度強、范圍廣、移速快、危害大。

（2）山東、江蘇境內海風鋒導致的地面復合線對強對流可能有觸發和加強作用；前期東北冷渦活躍和華東持續高溫為強對流發生積累了大量不穩定能量。關于東北冷渦變化規律及其誘發中東部地區強對流機制有待進一步認識和研究。

（3）在這次強對流過程中，綜合分析0.5°仰角雷達徑向速度圖和反射率因子回波圖，說明陣風鋒能很好地提前指示地面大風。池州站、青陽站出現大風較雷達回波主體提前10～20 min；安徽中部大多數站點，陣風鋒出現時間均提前于地面瞬時極值大風出現時間。可見仔細分析雷達圖，標出陣風鋒位置，以盡可能提前發布大風預警信號。而池州站和青陽等站距離合肥雷達站較遠，陣風鋒雷達回波表現不明顯或不顯示，造成指示盲區，出現這種情況與上游臺站保持及時聯防，了解上游實況資料利于該站進行有效服務，也是防御災害性天氣的一種重要手段。

參考文獻

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