極大風速在強對流預報中的重要意義

訾耀海

摘要 介紹極大風速在強對流天氣預報中的重要作用，指出區域自動站在強對流天氣監測預警中具有的優勢，并根據多年經驗總結了一套強對流天氣預報方法，供北方預報員應用參考。

關鍵詞 極大風速；強對流；對流溫度；不穩定能量；區域自動站

中圖分類號：P45 文獻標識碼：A 文章編號：2095-3305（2018）03-066-02

DOI： 10.19383/j.cnki.nyzhyj.2018.03.027

Abstract The important role of maximum wind speed in severe convection prediction was introduced， the advantages of regional automatic station in severe convection monitoring and early warning were pointed out. According to years of experience， a set of severe convection forecasting method was summarized， in order to provide applied reference for northern forecasters.

Key words Maximum wind speed； Severe convection； Convection temperature； Instability energy； Regional automatic station

當前數值預報快速發展，細網格已經完全取代了粗網格資料。系統性過程的預報準確率達到了很高程度，但在強對流預報方面的數值預報能力仍然相對不足。強對流天氣的局地性特點決定了其小尺度特點并不適合大尺度的準地轉理論，尤其是局地熱對流更難預測。目前，區域自動站基本覆蓋鄉鎮，但其資料應用遠遠不足。自Micaps4.1的應用以來區域自動站的大部分資料才通過CIMISS接入到Micaps4.1上，這使得區域自動站資料的應用成為可能。其中極大風速對強對流的預報具有重要作用。四要素和六要素區域站中均有極大風速的要素觀測，因此極大風速的應用具有廣泛性。常規資料中通常使用平均風速，往往忽略了極大風速的重要作用。在強對流預報中平均風速和極大風速的應用效果差異很大。若使用平均風速來進行強對流預報基本無法看到明顯切變或地面輻合線，但極大風速體現的就明顯很大。

1 對流有效位能的瞬變特性

其中ZLFC為自由對流高度，是（Tvp-Tve）由負值轉正值的高度；ZEL為平衡高度，是（Tvp-Tve）由正值轉負值的高度。CAPE值越大對流發展高度越高或對流越強烈。CAPE的大小隨起始抬升高度不同而存在顯著差異。在實際過程中氣塊開始抬升高度是難以確定的。在對流發生前得不到大氣層結曲線變化，就算確定起始抬升高度也無法準確計算出CAPE的大小。在實際對流發生前CAPE往往有瞬間增加的趨勢，原因在于對流發生前自由對流高度會瞬間下降從而水汽開始對流上升，地面氣壓下降，氣流開始輻合，濕度迅速增加，不穩定層結進一步增強，正反饋作用使對流快速發展形成激烈的對流天氣。

2 極大風是對流天氣來臨前征兆

諺語“風是雨頭”，按照普通的理解這里的“風”就是氣象里常用的平均風，但事實上應該是極大風。風的瞬間增大必然是氣壓梯度的增大與垂直運動共同作用的結果。自從Micaps4.1應用以后小時極大風速得以通過CIMISS呈現在預報員面前，但小時極大風不是同時出現的，而是出現在小時內的不同時間點。事實上，不同地點的極大風也不可能同時出現，是隨著系統移動而依次出現的。極大風速的陡然增大意味著地面輻合的瞬間增強以及500 hPa動力減壓達到峰值，不過這種突增并不能維持，而是瞬間出現后便減小，一旦降水開始便可能變得很小或靜風，或是雷雨大風。因此“風是雨頭”的“風”不是平均風，而是極大風，正是雷雨來臨前征兆，這是古人長期經驗的精辟總結。

3 極大風速的陡增是上升運動的前兆

眾所周知，降水的形成必須要有上升運動，還要有觸發機制。言外之意，上升運動需要有個開始，并且必須持續一段時間才能達到觸發條件，從而實現自由對流形成降水或對流。這個開始和持續的時間就使預報成為可能，只不過這不是數值預報的模式預報，而是監測預報，因為強對流的預報時間為1～3 h。數值預報賦初值計算出來就需要數小時，而且數值預報的地面風預報的均為平均風，且根據準地轉理論近地面風是摩擦層，誤差是最大的。因此地面區域自動站監測要素的作用突顯出來。極大風速的陡增恰恰是上升運動的前兆。極大風速的陡增正是觸發條件的開始，直到降水形成、觸發完成，使水汽抬升到自由對流高度，不穩定能量大部分釋放，降水開始意味著水汽開始自由對流，大氣狀態轉為中性層結，上升運動占主體，繼續發揮作用源源不斷提供水汽，抽吸作用成為主要動力維持因素。

4 極大風速的陡增監測是強對流天氣預報中最敏感的要素

風是天氣預報中最敏感的要素，但具有價值的不是平均風速，而是極大風速。它能夠直觀快速地反映氣壓梯度的瞬間加大，氣壓的快速減小，高空正渦度對地面造成的動力性減壓的峰值。風預報對強對流預報來講意義微乎其微，有預報價值的風是風速的陡增，而這一風速變化只能通過監測來實現。極大風速的陡增監測就成為強對流預報中最敏感的要素。需要強調的一點是，這里提到的是極大風速的陡增，沒有談到風向。根據已有經驗強對流前極大風風向與預報關系并不大。因此只需要關注極大風速的增加而不必過多考慮風向的影響，不可以按照傳統理論必須是西南風才會產生低空急流激發強對流。主要考慮的是測站所處的位置與對流發生的輻合中心無法確定。處在輻合中心不同方位出現的風向也是不同的。

5 區域自動站資料的突出應用優勢

區域自動站大多布設在鄉鎮或鄉村，個別國家站也有布設在鄉鎮的。隨著科技進步這些自動站數據直接傳送到省級數據中心入庫，再上傳到中國氣象局，通過CIMISS接入到Micaps4.1上，供預報員調閱使用。調閱的區域自動站數據均為小時數據，對強對流預報來說，預報時效很短，10 min極大風速無法從Micaps4.1上監測到，只有在縣級的地面傳報軟件上才有這些更精細的時間分辨率更高的數據顯示。一般強對流發生的范圍只有幾個村或幾個鄉鎮，因此縣級氣象局在強對流監測預警方面具有很大優勢，也符合區域自動站監測中小尺度系統的建設初衷?？h級氣象臺理所當然地成為強對流預報的最前沿?？h級氣象局也最有條件用好區域自動站資料，從而做好災害性天氣預報預警。

6 強對流天氣的監測與預報

強對流預報是氣象預報中的難點，時間短、致災性強、尺度小是其主要特點，利用好現有的數據及工具仍然是可以進行預報的。強對流天氣的監測與預報是一個系統工程，根據多年經驗筆者總結了一套預報方法，供北方預報員應用參考。

分析08：00 T lnP圖，主要分析不穩定趨勢及不穩定能量大小并進行訂正，讀出對流溫度。訂正要素選用本站氣壓、露點、當天最高氣溫，再對CAPE、對流溫度進行重新計算。如呼和浩特探空訂正數據為08：00氣壓減少1 hPa、露點15℃及當天最高氣溫預報。此外，要根據集合預報最大不穩定能量區用Micaps4.1進行模式探空，大致了解不同區域的不穩定能量及對流溫度大小，再根據最高氣溫預報是否超過對流溫度來判斷對流發生的可能性大小。隨后逐小時進行最高氣溫和極大風速陡增的監測，同時配合1.25 km高分辨率可見光衛星云圖輔助確定對流發生區域。

參考文獻

[1] 張歡. 基于風場信息的強對流天氣預報研究[D].天津：天津大學，2010.

[2] 張慧嬋. 單站探空物理量在雷雨大風預報中的應用[J].空中交通管理，2008（11）：31-33，30.

責任編輯：鄭丹丹