2018年春末滁州地區(qū)強對流天氣過程分析

郁凌華

摘要 ? ?利用常規(guī)氣象觀測資料和雷達監(jiān)測資料，采用天氣學(xué)客觀診斷分析方法，對2018年春末發(fā)生在滁州地區(qū)的強對流天氣的形成機制和形成條件進行了分析。結(jié)果表明，此次強對流天氣包括雷雨大風(fēng)、短時強降水和局地冰雹，并伴有颮線特征，江淮之間北部對流強度大于南部;滿足滁州地區(qū)低槽型強對流天氣環(huán)流特征，高低層系統(tǒng)構(gòu)成前傾結(jié)構(gòu)利于強對流天氣發(fā)生;大氣具有較強的不穩(wěn)定能量，低空急流輸送水汽條件，熱、動力因子相互配合在地面輻合線的作用下觸發(fā)對流;天氣尺度系統(tǒng)移速慢是導(dǎo)致滁州地區(qū)強對流天氣反復(fù)出現(xiàn)的直接原因，且天氣尺度的有利背景使得發(fā)展的對流系統(tǒng)更具有組織性;地面自動站的風(fēng)場資料對強對流天氣發(fā)生區(qū)與未來移動趨勢有較好的監(jiān)測與預(yù)報反應(yīng);通過雷達徑向速度識別逆風(fēng)區(qū)對雷暴大風(fēng)的監(jiān)測和預(yù)報有很好的指示意義，多普勒天氣雷達垂直積分液體含水量可作為冰雹預(yù)警預(yù)報的一個重要參考指標(biāo)。

關(guān)鍵詞 ? ?強對流天氣;颮線;雷達;安徽滁州;2018年

中圖分類號 ? ?P468.0 ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼 ? ?A

文章編號 ? 1007-5739（2020）04-0187-04 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）

Abstract ? ?Applied conventional meteorological observation data and radar monitoring data，using objective synoptic diagnostic analysis method，the formation mechanism and conditions of severe convective weather in Chuzhou at the end of spring 2018 were analyzed.The results showed that the severe convective weather included thunderstorm gale，short-term heavy precipitation and local hail，accompanied by squall line characteristics.The convection intensity in the north was greater than that in the south between the Yangtze River and Huaihe River.It had circulation characteristics of low trough type in Chuzhou.The high and low level forward structure was beneficial to the occurrence of severe convective weather.Atmosphere had strong unstable energy.Low-altitude jet transported water vapor.The interaction of thermal and dynamic factors triggered convection under the action of ground convergence line.Slow moving speed of synoptic scale system was the direct reason，and made the convective system more organized.The Wind data of ground automatic station can monitor and predict the severe convective weather.Reverse wind zone of radar radial velocity can monitor and forecast thunderstorm gale.The vertical integral liquid moisture content of Doppler weather radar can be used as an important reference index for hail warning and forecasting.

Key words ? ?severe convection weather;squall line;radar;Chuzhou Anhui;2018

強對流天氣具有空間尺度小、持續(xù)時間短但造成災(zāi)害劇烈的特點。強對流天氣預(yù)報一直是國內(nèi)外天氣預(yù)報業(yè)務(wù)技術(shù)攻關(guān)的重點。目前，我國強對流天氣預(yù)報業(yè)務(wù)將更加突出無縫隙，追求天氣災(zāi)害預(yù)報預(yù)警精細度[1]，對強對流天氣方面已有一些研究[2-5]，給滁州預(yù)報員提供了思路。滁州氣象工作者也充分重視強對流天氣預(yù)報相關(guān)工作，如賈天山等[2]利用本地歷史資料，對滁州地區(qū)的強對流天氣進行天氣學(xué)分型研究。強對流天氣多發(fā)于汛期，尤以夏季最為突出，而春秋季是冷暖季節(jié)過度期，其強對流天氣發(fā)生次數(shù)雖不及夏季但強度仍不可忽視。在氣候變暖大背景下，春季強對流有多發(fā)的態(tài)勢[3]。本文以2018年5月16日發(fā)生在滁州地區(qū)的強對流天氣為例，利用多種天氣資料對此次強對流天氣過程發(fā)生的影響程度、天氣原理、物理原因等方面進行分析，為當(dāng)?shù)卮杭緩妼α魈鞖忸A(yù)報提供參考。

1 ? ?天氣實況

2018年5月16日滁州地區(qū)自北向南出現(xiàn)強對流天氣，伴有雷雨大風(fēng)、短時強降水和局地冰雹。全市24 h（16日8：00至17日8：00）平均降水量為44 mm，呈北多南少分布，50 mm以上降水主要集中在鳳陽、明光中部和定遠北部，其中鳳陽12個自動站降雨量逾100 mm（圖1），最大在鳳陽亮崗，為118.5 mm。短時強降水（小時雨強20 mm以上）主要出現(xiàn)在中北部縣市，最大小時雨強鳳陽周圩32.6 mm。全市共28個站點出現(xiàn)8級以上陣風(fēng)，其中明光3個站出現(xiàn)10級大風(fēng)（明光國家站、潘村湖、柳巷）。據(jù)定遠縣氣象信息員反映，對流云團發(fā)展旺盛時，定遠局部出現(xiàn)短時小冰雹。據(jù)定遠信息員及市局災(zāi)情調(diào)查小組反映，本次強對流造成定遠境內(nèi)多處樹木折斷，部分危房倒塌嚴重，一處雞舍大棚坍塌造成養(yǎng)殖戶經(jīng)濟損失。

鳳陽國家站16日13：00開始出現(xiàn)降水，17日6：00降雨結(jié)束，期間出現(xiàn)2次小時雨強較大時次，分別是16日19：00和23：00。但分析過程降雨量最大站點鳳陽亮崗逐小時雨量，鳳陽境內(nèi)有3次明顯降雨過程，分別是16日12：00—14：00、18：00—20：00、22：00至17日2：00，最大小時雨強分別是25.5、27.4、20.5 mm。鳳陽國家站降溫經(jīng)歷了2次過程，第1次氣溫從33.8 ℃（11：00）降至22.5 ℃（14：00），3 h變溫超11 ℃;第2次氣溫從26 ℃（17：00）降至21 ℃（19：00），2 h變溫5 ℃。從第1次降溫到第2次降溫之間經(jīng)歷了短暫的升溫過程，14：00—17：00氣溫上升了5 ℃左右。第1次降溫正好對應(yīng)亮崗站的第1次短時強降水過程，鳳陽國家站13：00雨量只有2.2 mm，這與鳳陽國家站恰好不在強降雨云團內(nèi)有關(guān)[6]。

明光國家站降水開始于16日14：00，小時雨強25.6 mm。明光國家站降水也有階段性特征，其中14：00—15：00是第1次集中強降水時段，之后雨勢減弱，19：00—20：00為第2次較明顯降水時段，第3次集中較大降水是17日0：00，小時雨強10 mm。3次集中降雨時段與鳳陽亮崗情況基本對應(yīng)，這也說明了此次強對流天氣有3個主要影響時段（圖2）。明光境內(nèi)的天氣不僅為短時強降水，風(fēng)的影響更為突出。在3次降雨集中時段內(nèi)的前2個時段內(nèi)明光境內(nèi)均出現(xiàn)了9級以上的大風(fēng)，明光本站小時極大風(fēng)速14：00達25.3 m/s（10級）。

2 ? ?大氣環(huán)流背景

5月14日500 hPa亞洲中高緯環(huán)流平直，等高線與等溫線均較為密集，貝加爾湖附近多有短波槽東移。高原一帶有低槽東移，溫度槽落后于高度槽，低槽東移時不斷加深，于陜甘川一帶形成低渦系統(tǒng)。副高控制華南區(qū)域，588 dagpm線位于兩廣交界—江西南部—福建北部一帶，且隨高原低槽東移東退明顯。華東至沿海一帶受脊控制。15日8：00華西低槽東移至河套東部及重慶貴州一帶，安徽轉(zhuǎn)受槽前西南氣流控制，風(fēng)速明顯加大。中高緯短波槽東移過程有所南落，與南部低槽合并，低槽加深。15日20：00槽前西南氣流增大至急流標(biāo)準，最大風(fēng)速24 m/s，環(huán)流經(jīng)向度加大，安徽處于槽前西南風(fēng)速輻合帶中。16日8：00 500 hPa低槽位于河南、湖北境內(nèi)，至20：00低槽移至江淮中部，受東部海上高壓脊影響，低槽東移緩慢，12 h移動2.5個經(jīng)距，為強對流維持提供好的天氣尺度背景（圖3）。根據(jù)500 hPa環(huán)流形勢判斷，此次強對流屬于低槽型環(huán)流背景[2]。中低層700 hPa與850 hPa均有切變線，其位置落后于500 hPa低槽，構(gòu)成前傾結(jié)構(gòu)，是強對流天氣的典型結(jié)構(gòu)配置。700 hPa以下為一致的西南急流，為強對流區(qū)域輸送水汽與熱量。850 hPa溫度場分布表明安徽沿淮及其以北有1個明顯的溫度冷槽，而淮河以南則處在暖區(qū)中，后期冷槽攜帶冷空氣南下與南方暖濕氣流匯合，激發(fā)對流。850 hPa形勢場、要素場配置顯示強對流天氣沿淮地區(qū)較沿江一帶明顯[7-8]。16日8：00地面圖上淮河以北有1條清晰的地面輻合線，至11：00，地面輻合線南移至江淮之間北部，觸發(fā)滁州北三縣對流。20：00滁州中北部縣市出現(xiàn)3 h>2 hPa的正變壓，冷空氣影響滁州（圖4）。

3 ? ?物理量場特征

3.1 ? ?溫濕結(jié)構(gòu)

5月16日8：00，蘇皖一帶在高低空均受暖溫度脊控制，850 hPa暖中心大于20 ℃，同時整層大氣溫度露點差也都高于5 ℃，為明顯的暖干區(qū)。850 hPa上，在江淮東部至沿江一帶有顯著的溫度露點差（濕度）梯度，北側(cè)溫度露點差為2 ℃左右，南側(cè)5 ℃以上，在干濕交界處及其附近地區(qū)最容易發(fā)生強對流天氣[4]。850 hPa風(fēng)場顯示水汽輸送量明顯，水汽通量散度在江淮東部有1個輻合中心，且整層大氣的飽和程度為北部大于南部，所以滁州北部縣市降雨量大于南部縣市（圖5）。

3.2 ? ?不穩(wěn)定能量

大氣不穩(wěn)定能量的釋放是對流性天氣發(fā)生發(fā)展所需能量的主要來源[4]。以強對流發(fā)生區(qū)域的南北兩側(cè)高空探測站徐州和南京的T-lnP圖為例，徐州16日8：00的Cape值為1 788.8 J/kg，南京站為1 946.5 J/kg，兩站的對流溫度均小于34 ℃，而當(dāng)日滁州全市最高氣溫均超過34 ℃，表示當(dāng)天出現(xiàn)熱力對流云的可能性很大。

徐州、南京兩站層結(jié)曲線特點不同，徐州站中低層較為飽和，600 hPa至850 hPa的溫度露點差接近，發(fā)生短時強降水的概率大，且層結(jié)曲線底部有喇叭口特征，有雷雨大風(fēng)的可能性;而南京站500 hPa以下都較干，發(fā)生短時強降水的概率小，底部喇叭口層結(jié)特征表明雷雨大風(fēng)出現(xiàn)的可能性大。16日8：00徐州KI=41 ℃，SI=-3.78 ℃，LI=-4.89 ℃，表征大氣層結(jié)極不穩(wěn)定，未來出現(xiàn)對流天氣的可能性大。另外，T850-T500≥26 ℃，溫度垂直遞減率滿足滁州出現(xiàn)對流性天氣的物理指標(biāo)，融化層高度大約為4.6 km，略顯高，不利于冰雹的生長，但不排除冰雹的可能（圖6）。

3.3 ? ?動力觸發(fā)條件

分析鳳陽上空幾種常用物理量的垂直分布可知：散度場中，16日8：00 500 hPa以下均為負值（除近地面層1 000 hPa以外），20：00最大負值降低至700 hPa以下，且400 hPa以上為正值（輻散），500 hPa以下為負值（輻合）;渦度場上，16日白天至17日凌晨整層均為正值，說明大氣處于低壓氣旋環(huán)流中，500 hPa渦度最大（44×10-5 s-1）;垂直速度場上，200 hPa以下均為負值（上升運動），16日20：00 500 hPa上升值達最大，上升運動強烈。通過分析這3個動力因子，發(fā)現(xiàn)這次颮線過程是有組織性的對流天氣，對流觸發(fā)條件是天氣尺度的上升運動激發(fā)中小尺度天氣系統(tǒng)，天氣尺度的上升運動又為中小尺度天氣系統(tǒng)的穩(wěn)定維持提供有利環(huán)境條件進而激發(fā)對流不斷循環(huán)反復(fù)生成與發(fā)展（圖7）。

4 ? ?雷達產(chǎn)品特征

滁州鳳陽境內(nèi)16日12：00開始出現(xiàn)對流回波，之后迅速發(fā)展，12：57發(fā)展到最旺盛，小塊回波排列成線，形成颮線，最大反射率因子大于65 dBZ，颮線東移南壓，強度維持，南壓過程在其前沿激發(fā)出新生對流回波帶，但其強度遠低于母體。15：00颮線斷裂，之后東段在明光境內(nèi)強度繼續(xù)維持，西段減弱消散。17：33蚌埠境內(nèi)又有颮線移入鳳陽，其西部前沿有明顯的陣風(fēng)出流。颮線東移南壓，19：22颮線西段已移到明光境內(nèi)，此時鳳陽境內(nèi)從北部又移入1條新颮線，新颮線東移南壓于20：30移到滁州市轄區(qū)。22：10皖北又有1條強颮線東移南壓，颮線前沿陣風(fēng)鋒非常明顯，回波最大反射率因子仍>60 dBZ，颮線移入鳳陽后于23：20開始出現(xiàn)斷裂，東部段回波減弱明顯（圖8）。

對流發(fā)展旺盛時段，速度圖上均有逆風(fēng)區(qū)顯示，16日22：00出現(xiàn)的颮線在速度圖上觀測到鳳陽境內(nèi)有低層輻合和高層輻散的環(huán)流特征，此時鳳陽境內(nèi)再次出現(xiàn)短時強降雨與雷雨大風(fēng)天氣。

垂直累積液態(tài)含水量（VIL）是將反射率因子數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成等價的液態(tài)水值，可將其作為辨別冰雹和強降水的重要預(yù)報因子[5]。16日12：28開始，定遠與鳳陽境內(nèi)的垂直累積液態(tài)水含量都>60 kg/m2，最大可達68 kg/m2，在此期間，定遠、鳳陽出現(xiàn)短時強降水，其中定遠觀測到冰雹[9-11]。

5 ? ?結(jié)論

（1）此次滁州地區(qū)的強對流天氣發(fā)生在春末，強對流發(fā)生前天氣回暖明顯，升溫主調(diào)背后常伴有冷空氣南下，季節(jié)性對流特征明顯。本次強對流影響程度北部縣市大于南部，可概括為鳳陽雨量最大，明光大風(fēng)最突出，定遠局部降冰雹。

（2）此次強對流天氣發(fā)生在有利的環(huán)流背景下。對流天氣發(fā)生前，副高主體偏強，控制我國華南大部區(qū)域，588 dagpm線北至江西南部—福建北部;西南有高原低槽東移并不斷發(fā)展加深;貝加爾湖附近多有短波槽東移，引導(dǎo)冷空氣東移南下;華東沿海受脊控制，低槽東移速度受阻;低槽發(fā)展西南氣流強盛，環(huán)流經(jīng)向度加大，有利于對流穩(wěn)定維持。中低層切變線與中層低槽構(gòu)成前傾結(jié)構(gòu)，符合強對流天氣的典型結(jié)構(gòu)配置。850 hPa安徽沿淮及其以北的冷槽與南方暖濕氣流匯合是主要的對流觸發(fā)條件。地面圖上有對應(yīng)輻合線，輻合線移動方向即是對流移動方向。

（3）強對流發(fā)生前，蘇皖一帶為明顯的暖干區(qū)，江淮東部處干濕交界處，易發(fā)生強對流天氣。水汽通量散度在江淮東部有輻合中心，江淮之間北部整層大氣飽和程度大于南部。當(dāng)日早晨高空探測站的對流溫度均小于34 ℃，當(dāng)天實際最高氣溫利于出現(xiàn)熱力對流云。徐州站大氣層結(jié)曲線顯示發(fā)生短時強降水和喇叭口雷雨大風(fēng)的特征;南京站水汽飽和度差，發(fā)生短時強降水概率小，但底部喇叭口表明雷雨大風(fēng)出現(xiàn)的可能性大。徐州站融化層高度大約為4.6 km，略顯高，但不排除冰雹的可能。

（4）雷達探測顯示，滁州鳳陽境內(nèi)16日中午開始出現(xiàn)對流回波，小塊回波排列成線，形成颮線，最大反射率因子大于65 dBZ，其東移南壓過程在其前沿激發(fā)出新生對流回波帶。隨后，17：33、22：10又有2次颮線東移南壓，最大反射率因子大于60 dBZ。3次颮線對流發(fā)展旺盛時段，速度圖上觀測到低層輻合和高層輻散的環(huán)流特征。垂直累積液態(tài)含水量（VIL）是辨別冰雹和強降水的重要預(yù)報因子，16日定遠與鳳陽境內(nèi)的垂直累積液態(tài)水含量都在60 kg/m2以上。期間，定遠、鳳陽出現(xiàn)短時強降水，其中定遠觀測到冰雹。

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