2018年3月4日廣西強(qiáng)對流天氣環(huán)境場特征分析

黃國靚

摘要? ? 利用常規(guī)觀測資料和自動站資料對2018年3月4日廣西強(qiáng)對流天氣過程的環(huán)流形勢和環(huán)境條件進(jìn)行分析。結(jié)果表明，干線是本次強(qiáng)對流天氣發(fā)生的主要觸發(fā)機(jī)制，中層冷平流、低層暖平流的對流不穩(wěn)定層結(jié)以及低空急流帶來的充沛水汽為強(qiáng)對流發(fā)生發(fā)展提供了有利的層結(jié)和水汽條件，中層冷溫槽、中低層低壓以及強(qiáng)的垂直風(fēng)切變可能是強(qiáng)風(fēng)暴系統(tǒng)發(fā)展和維持的主要因素。颮線沿地面輻合線發(fā)展，造成了大范圍的短時(shí)強(qiáng)降水、雷暴大風(fēng)和冰雹等強(qiáng)對流天氣。

關(guān)鍵詞? ? 短時(shí)強(qiáng)降水;雷暴大風(fēng);冰雹;強(qiáng)對流天氣;廣西;2018年3月4日

中圖分類號? ? P458? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼? ? A

文章編號? ?1007-5739（2020）09-0194-03? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）

強(qiáng)對流是影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要災(zāi)害性天氣之一[1]。2018年3月4日廣西出現(xiàn)了首場大范圍強(qiáng)對流天氣，風(fēng)暴系統(tǒng)在云南觸發(fā)后西移至廣西，在廣西發(fā)展增強(qiáng)，由此帶來的雷暴大風(fēng)、冰雹等天氣給農(nóng)業(yè)和基礎(chǔ)設(shè)施帶來了嚴(yán)重?fù)p失[2-3]。近年來，氣象工作者對暴雨進(jìn)行很多研究，但是在暴雨過程的背景下，何時(shí)何地是否會出現(xiàn)極端暴雨以及劇烈強(qiáng)對流天氣是最大的預(yù)報(bào)難點(diǎn)，這大多取決于中小尺度強(qiáng)對流天氣系統(tǒng)的發(fā)生發(fā)展[4]，提高該類強(qiáng)對流天氣的主觀預(yù)報(bào)水平的研究依然較薄弱。通過分析不同類型強(qiáng)對流天氣的環(huán)境條件，預(yù)報(bào)員重點(diǎn)分析有利的環(huán)境條件，做出強(qiáng)對流天氣潛勢預(yù)報(bào)，從而提高短臨預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率。本文對2018年3月4日廣西強(qiáng)對流天氣的環(huán)境場特征進(jìn)行詳細(xì)分析，以提高對此類強(qiáng)對流天氣臨近預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率和預(yù)警的提前量。

1? ? 天氣實(shí)況

2018年3月4日0：00—12：00，桂北出現(xiàn)大范圍強(qiáng)對流天氣，主要以雷暴大風(fēng)為主，伴有局地冰雹和短時(shí)強(qiáng)降水。桂北大部出現(xiàn)8級以上大風(fēng)，根據(jù)國家氣象觀測站資料統(tǒng)計(jì)，雷暴大風(fēng)共有23站（圖1），其中南丹極大風(fēng)速在4：00達(dá)36.2 m/s，柳州極大風(fēng)速在9：00達(dá)31.7 m/s，結(jié)合區(qū)域自動站風(fēng)速資料，12 h內(nèi)共有47站出現(xiàn)雷暴大風(fēng)。根據(jù)WS報(bào)，百色、德保、平南和鐘山出現(xiàn)冰雹（表1），除鐘山外最大冰雹直徑均<20 mm，冰雹尺寸較小。鐘山冰雹持續(xù)約20 min，8：21最大直徑約為15 mm，8：29迅速增大至50 mm。根據(jù)信息員上報(bào)情況，平樂源頭鎮(zhèn)出現(xiàn)直徑約為20 mm的冰雹，三江、柳江、龍勝、全州、荔浦等地也出現(xiàn)了冰雹。由于夜間取消了人工觀測，可能部分縣城或鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現(xiàn)了冰雹，但未有記錄。5：00—10：00桂北自西向東出現(xiàn)局地短時(shí)強(qiáng)降水，最大小時(shí)雨強(qiáng)出現(xiàn)在永福金雞河水庫自動站，為72.8 mm（8：00）。國家站12 h最大雨量為資源站67.2 mm，打破了當(dāng)?shù)?月最大日降水量紀(jì)錄，資源站最大小時(shí)雨強(qiáng)為32.7 mm。

此次強(qiáng)對流天氣強(qiáng)度大、影響范圍廣，嚴(yán)重影響交通和生活。此次風(fēng)雹災(zāi)害受災(zāi)人口1 806人，緊急轉(zhuǎn)移安置429人;農(nóng)作物受災(zāi)面積20 hm2，其中成災(zāi)20 hm2;倒塌房屋4戶7間，嚴(yán)重?fù)p壞房屋69戶123間，一般損壞房屋463戶908間;直接經(jīng)濟(jì)損失588萬元，其中農(nóng)業(yè)損失6萬元，家庭財(cái)產(chǎn)損失332萬元，基礎(chǔ)設(shè)施損失250萬元。

2? ? 環(huán)流形勢

3日20：00 500 hPa廣西處于負(fù)變溫區(qū)，桂北變溫達(dá) -4.2～-1.6 ℃，700 hPa桂北為正變溫區(qū)，桂東北變溫達(dá)4.8 ℃，850 hPa廣西處于正變溫區(qū)，桂北變溫為1.2～2.0 ℃，桂北中層負(fù)變溫、低層正變溫，變溫的這種垂直分布結(jié)構(gòu)使溫度垂直遞減率增加，大氣層結(jié)不穩(wěn)定度加大。

從圖2可以看出，500 hPa存在一支中空急流，風(fēng)速超過24 m/s，冷溫槽位于滇東，桂北為冷平流區(qū)。700 hPa四川盆地有西南渦生成發(fā)展，低渦東南側(cè)和東側(cè)存在一支西南風(fēng)急流，桂林風(fēng)速達(dá)22 m/s。850 hPa亦存在一支低空急流，桂林風(fēng)速達(dá)14 m/s。偏南風(fēng)低空急流將南海的水汽和不穩(wěn)定能量輸送到廣西上空。廣西為暖平流區(qū)，暖脊位于中南半島、滇東南、桂西北至黔中一線，暖脊附近均為干區(qū)，桂中北和桂東北為寬廣的顯著濕區(qū)，因而在桂西北存在一條干線，干線附近容易有強(qiáng)對流發(fā)生發(fā)展。廣西露點(diǎn)溫度均>16 ℃，其中百色露點(diǎn)溫度達(dá)21 ℃，表明低層水汽充沛。由于太平洋高壓系統(tǒng)的存在，低壓東南側(cè)和東側(cè)等壓線密集，氣壓梯度較大，根據(jù)地轉(zhuǎn)風(fēng)計(jì)算公式，該處地轉(zhuǎn)風(fēng)較大，可能是西南風(fēng)低空急流發(fā)展和維持的原因。地面形勢和925 hPa相似，我國大部受熱低壓控制，白天升溫明顯，桂北最高溫度均>26 ℃，其中桂西北均>30 ℃，不穩(wěn)定能量大量集聚，廣西境內(nèi)有4根等壓線，呈西南—東北走向，利于對流云團(tuán)向東北方向移動。此次強(qiáng)對流過程的影響系統(tǒng)有中層配合冷溫槽的高空槽、中低層低壓和強(qiáng)盛的西南風(fēng)低空急流，其中冷溫槽超前于高空槽，低壓垂直伸展高度高，中心向西北方向傾斜。中層冷平流、低層暖平流的對流不穩(wěn)定層結(jié)和低空急流帶來的充沛水汽為強(qiáng)對流發(fā)生發(fā)展提供有利的層結(jié)和水汽條件。干線是強(qiáng)對流天氣的觸發(fā)機(jī)制之一。

從4日8：00環(huán)流形勢圖可以看出，500 hPa南支淺槽東移至桂西北，與高原淺槽同位相疊加，徑向度加大，溫度槽消失，在桂中北形成冷中心，強(qiáng)冷平流區(qū)已東移至桂東北，中空急流加強(qiáng)，桂林風(fēng)速達(dá)32 m/s。700 hPa隨著低渦中心向東南移，急流加強(qiáng)且急流核向東南方向調(diào)整，桂林風(fēng)速達(dá)28 m/s。850 hPa低壓中心位置幾乎沒有變化，但是急流更加強(qiáng)盛，桂林風(fēng)速達(dá)16 m/s，顯著濕區(qū)范圍明顯減小，干線東移至柳州附近，桂林露點(diǎn)溫度仍有15 ℃。925 hPa低壓中心位置幾乎沒有變化，太平洋高壓西移，廣西上空氣壓梯度加大，風(fēng)速由8 m/s增大至18 m/s。高空槽加深東移，為強(qiáng)對流天氣提供動力條件，低壓穩(wěn)定少動，東南側(cè)的西南急流不斷加強(qiáng)，中空動量下傳以及氣壓梯度加大導(dǎo)致低層風(fēng)速加大。桂東北同時(shí)位于槽前正渦度平流區(qū)、低溫中心東側(cè)的冷平流區(qū)、干線東側(cè)的顯著濕區(qū)、中低層3支急流的交匯區(qū)。

3? ? 環(huán)境條件

從3日20：00桂北3個探空站的T-lnP圖（圖3）可以看出，桂北地區(qū)呈現(xiàn)上干下濕的對流不穩(wěn)定層結(jié)，對流有效位能CAPE值較大，0～6 km垂直風(fēng)切變較大，均有利于強(qiáng)對流天氣的發(fā)生發(fā)展，層結(jié)曲線在低層呈現(xiàn)出倒“V”型，有利于雷暴大風(fēng)的發(fā)生。T850-500≥26 ℃，θse隨高度遞減，θse850-500介于16～22℃之間，屬于不穩(wěn)定的層結(jié)。對流有效位能CAPE值介于1 268.7～1 521.3 J/kg之間，對流抑制能量CIN值較小。0～6 km垂直風(fēng)切變介于23.8～30.9 m/s之間，屬于強(qiáng)風(fēng)切變環(huán)境。

百色850 hPa的露點(diǎn)溫度為10 ℃，明顯偏低，且濕層很淺薄，但百色站仍出現(xiàn)10 mm的冰雹，并且在自動站出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水，說明風(fēng)暴的發(fā)生發(fā)展對環(huán)境的水汽條件要求并不高，只需要有淺薄的濕層存在，即可發(fā)生強(qiáng)對流天氣。百色地區(qū)T850-500達(dá)33 ℃，溫度垂直遞減率大于濕絕熱遞減率，屬于條件不穩(wěn)定層結(jié)（表2）。河池CAPE值大于百色，而CIN值小于百色，河池850 hPa的露點(diǎn)溫度大于百色，達(dá)16 ℃，從不穩(wěn)定能量和水汽條件來看，河池優(yōu)于百色，當(dāng)風(fēng)暴從百色東移時(shí)將得到加強(qiáng)。從河池到桂林，水汽條件逐漸轉(zhuǎn)好，濕層逐漸增厚。綜上所述，T-lnP圖上對此次過程具有指示意義的特征主要有：上干下濕層結(jié)，低層倒“V”型結(jié)構(gòu)，大的CAPE值（1 268.7～1 521.3 J/kg），小的CIN值（19～231.1 J/kg），強(qiáng)垂直風(fēng)切變（23.8～30.9 m/s），T850-500≥26 ℃，θse隨著高度增加而遞減。

4? ? 結(jié)語

（1）此次強(qiáng)對流過程的影響系統(tǒng)有中層的冷溫槽、中低層低壓和強(qiáng)盛的西南風(fēng)低空急流，其中冷溫槽超前于高空槽，低壓垂直伸展高度高，中心向西北方向傾斜。中層冷平流、低層暖平流的對流不穩(wěn)定層結(jié)以及低空急流帶來的充沛水汽為強(qiáng)對流發(fā)生發(fā)展提供了有利的層結(jié)和水汽條件。干線是強(qiáng)對流天氣的觸發(fā)機(jī)制之一。天氣形勢有利于桂北地區(qū)強(qiáng)對流天氣的發(fā)生發(fā)展。

（2）T-lnP圖上，桂北呈現(xiàn)上干下濕的對流不穩(wěn)定層結(jié)，T850-500≥26 ℃，θse隨高度遞減，θse850-500介于16～22 ℃之間;對流有效位能CAPE值較大，介于1 268.7～1 521.3 J/kg之間，對流抑制能量CIN值較小，介于19.0～231.1 J/kg;0～6 km垂直風(fēng)切變大，介于23.8～30.9 m/s之間，屬于強(qiáng)風(fēng)切變環(huán)境;層結(jié)曲線在低層呈現(xiàn)倒“V”型，均有利于短時(shí)強(qiáng)降水、雷暴大風(fēng)和冰雹等天氣的發(fā)生。各個參數(shù)均可能是強(qiáng)對流天氣發(fā)生發(fā)展和維護(hù)的因素。DCAPE值對此次雷暴大風(fēng)過程不具有的指示意義。

5? ? 參考文獻(xiàn)

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