西寧市一次強(qiáng)雷暴天氣過境的中尺度特征分析

周琴 謝啟玉 李洪梅 李京梅

摘 要：本文利用地面及雷達(dá)探測資料，著重對西寧市2020年7月8日的一次強(qiáng)雷暴過境天氣進(jìn)行中尺度特征分析。結(jié)果表明，這是一次受冷平流強(qiáng)迫而出現(xiàn)的強(qiáng)對流天氣過程，雷暴過境時具有颮線過境的特征。其間，雷暴大風(fēng)和短時強(qiáng)降水出現(xiàn)在1 h負(fù)閃區(qū)前沿和對流云系后部的交錯區(qū)。地面中尺度分析表明，此次強(qiáng)對流過程具有有效的對流觸發(fā)機(jī)制，地面輻合線、干線的出現(xiàn)時間與中尺度系統(tǒng)的發(fā)展移動配合較好。在強(qiáng)對流天氣出現(xiàn)時，短臨雷達(dá)監(jiān)測具有比較典型的產(chǎn)品特征。

關(guān)鍵詞：短時強(qiáng)降水;雷暴大風(fēng);中尺度特征分析;雷達(dá)產(chǎn)品特征

中圖分類號：P458.2文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2021）02-0153-03

Analysis on the Mesoscale Characteristics of a Severe Thunderstorm Transit in Xining City

ZHOU Qin1 XIE Qiyu1 LI Hongmei2 LI Jingmei1

（1. Xining Meteorological Observatory，Xining Qinghai 810003;2. Pingan District Meteorological Bureau，

Haidong Qinghai 810600）

Abstract： This paper used ground and radar detection data to analyze the meso-scale characteristics of a severe thunderstorm transit weather in Xining City on July 8， 2020. The results show that this is a strong convective weather process forced by cold advection， and the thunderstorm has the characteristics of squall line crossing. In the meantime， thunderstorms and strong winds and short-term heavy precipitation appeared in the cross section between the front of the negative flash zone and the back of the convective cloud system. Meso-scale analysis on the ground shows that the strong convection process has an effective convection trigger mechanism， and the appearance time of ground convergence lines and trunk lines are well coordinated with the development and movement of meso-scale systems. When severe convective weather occurs， short-term radar monitoring has typical product characteristics.

Keywords： short-term heavy precipitation;thunderstorm and gale;mesoscale feature analysis;radar product feature

2020年7月8日16：00開始，西寧市出現(xiàn)一次自西北朝東南方向移動的雷暴過境的強(qiáng)對流天氣過程，歷時4 h。其間出現(xiàn)了短時強(qiáng)降水、冰雹、雷暴大風(fēng)等災(zāi)害性天氣，其中，短時強(qiáng)降水主要出現(xiàn)在大通回族土族自治縣，冰雹出現(xiàn)在湟中區(qū)，最大小時極大風(fēng)速出現(xiàn)在西寧國家站。大通的兩個單點短時強(qiáng)降水的最大小時雨強(qiáng)分別為24.5 mm（石山鄉(xiāng)，19：00）、21.1 mm（寶庫種牛場，17：00），從2 h（17：00—19：00）最大降水量來看，大通橋頭鎮(zhèn)為29.7 mm，寶庫種牛場為25.4 mm。雷暴起先影響海晏至大通一帶，導(dǎo)致大通產(chǎn)生短時強(qiáng)降水，后續(xù)隨著雷暴發(fā)展和移動，其影響到西寧中心城區(qū)至湟中一帶，經(jīng)過湟中上五莊時出現(xiàn)冰雹。強(qiáng)對流天氣過程中，西寧中心城區(qū)受雷暴大風(fēng)影響，大樹刮倒砸到通行車輛，大通受短時強(qiáng)降水影響，小麥倒伏，縣城內(nèi)道路積水，交通出行受到影響。

1 強(qiáng)對流天氣過程特征描述

此次強(qiáng)對流天氣過程的短臨可預(yù)報性較強(qiáng)，因為其具有颮線過境時的表現(xiàn)特征：強(qiáng)對流天氣過程中，受影響區(qū)域發(fā)生溫度驟降、風(fēng)速劇增、濕度急增和氣壓猛升等要素的劇烈變化，雷暴過境后，各要素立馬趨于穩(wěn)定，而上一個時次這些要素的劇烈變化可能是導(dǎo)致下一個時次出現(xiàn)各類強(qiáng)天氣的一個重要臨近指標(biāo)[1]。其中，出現(xiàn)單點短時強(qiáng)降水的大通石山鄉(xiāng)1 h（17：00—18：00）內(nèi)區(qū)域站溫度最大猛降10 ℃，而出現(xiàn)雷暴大風(fēng)（27 m/s）的西寧站（單站）氣溫在10 min內(nèi)陡降至少5 ℃，平均風(fēng)速增大2.6 m/s，濕度增加近50%，這導(dǎo)致兩站18：00—19：00出現(xiàn)短時強(qiáng)降水和雷暴大風(fēng)。

下面利用國家站10 min地面資料來具體分析雷暴過境時西寧市各國家站風(fēng)的變化情況。當(dāng)雷暴系統(tǒng)位于大通-海晏-湟源一帶時，湟中-西寧-互助一帶正好處于雷暴前沿，陣風(fēng)出流致使大通、西寧中心城區(qū)出現(xiàn)小時極大風(fēng)速超過20 m/s的陣風(fēng)。總之，大通、湟源、西寧中心城區(qū)受雷暴過境影響，先后（17：00—18：00、18：00—19：00）出現(xiàn)氣溫驟降、風(fēng)向急轉(zhuǎn)、風(fēng)速劇增和氣壓陡升等現(xiàn)象，其中，湟源測站的風(fēng)向變化尤為明顯，其17：00—19：00小時極大風(fēng)速風(fēng)向急轉(zhuǎn)情況為：17：00東南風(fēng)（155°）—18：00西北風(fēng)（309°）—偏東風(fēng)（93°），風(fēng)向反轉(zhuǎn)接近180°。

通過分析8日17：00—19：00不同小時時段國家站3 h變壓，筆者發(fā)現(xiàn)，雷暴自西北向東南移動的過程中，17：00—18：00大通、海晏、湟源站3 h變壓由-12、-10、-8 hPa猛升到25、11、7 hPa，其中大通（最大）升壓37 hPa，18：00—19：00，雷暴移動到西寧中心城區(qū)-湟中南部-互助一帶，前者的三個站氣壓變得穩(wěn)定，而西寧中心城區(qū)、湟中、互助3 h變壓由-8、-11、1 hPa猛升到23、21、28 hPa，其中西寧中心城區(qū)升壓32 hPa，這種受影響區(qū)域的氣壓顯著變化及站點的最大升壓幅度不僅表明了雷暴的移動方向和影響程度，而且說明其移動速度也并不慢，雷暴的這種對流性影響程度在自西北向東南方向移動時呈減弱的態(tài)勢。而19：00—20：00，平安-樂都一帶迅速增壓，西寧中心城區(qū)、湟中、互助3 h變壓雖繼續(xù)增大，但幅度較小，表現(xiàn)為穩(wěn)定的降水，20：00之后此次颮線過程對西寧市的影響基本結(jié)束。

2 強(qiáng)對流天氣環(huán)境特征場分析

前期受南亞高壓控制，青海省東部地區(qū)從4號之后白天最高氣溫連續(xù)上升，7日西寧測站最高氣溫超過28 ℃，由于2020年西寧市平均日最高氣溫比常年偏低，該值是2020年截至7月8日的一個極端高溫值，因此前期的高溫背景場對于8日強(qiáng)對流不穩(wěn)定能量的累積和爆發(fā)提供了有利條件[2-3]。7月8日08：00，200 hPa的南亞高壓中心位于青海省以南地區(qū)，青海省東北部處于高壓外圍的閉合環(huán)流中，從08：00到20：00，南亞高壓是加強(qiáng)的過程，高壓東北部有對流云系沿著高壓外圍環(huán)流發(fā)展，使青海省東北部具備高溫高濕的條件。500 hPa和700 hPa從內(nèi)蒙古到河西走廊的下滑短波槽給青海省東北部帶來冷平流，且高低層系統(tǒng)配合較好，提供了有利的動力條件并將水汽接力北輸。

將08：00西寧探空圖訂正到當(dāng)天17：00的溫度，訂正后的[CAPE]值較大，濕層較厚，但08：00沙氏指數(shù)大于1，有利條件是[LCL]與0 ℃層高度差較大，暖云降水效率高，這是一個有利于產(chǎn)生短時強(qiáng)降水的條件。0～6 km風(fēng)切變?yōu)?7 m/s，0 ℃、20 ℃層高度分別為5 km和8 km，高度差有利于小冰雹的生長。

3 中尺度特征分析

3.1 重要觸發(fā)機(jī)制

8日白天，200 hPa高空急流穩(wěn)定維持在河西走廊，青海省東部處于分流輻散區(qū)，高空抽吸作用加強(qiáng)垂直方向運動;08：00，500 hPa區(qū)域，全省沒有出現(xiàn)顯著降溫（24 h變溫>-3 ℃），但全省均處于濕區(qū)中，冷溫槽位于海西蒙古族藏族自治州東部;20：00冷槽已經(jīng)基本過境，東部地區(qū)存在濕舌，配合颮線過境影響，17：00，500 hPa從海北到西寧北部，海晏、門源、大通等地為顯著降溫區(qū)，17：00地面干線南壓到湟中、湟源，且大通南部存在一條輻合線，這都是此次強(qiáng)對流的有效觸發(fā)機(jī)制，關(guān)鍵是地面輻合線和干線出現(xiàn)的時間都與造成強(qiáng)對流的雷暴的發(fā)展移動很好地配合起來。

3.2 衛(wèi)星云圖表現(xiàn)

將8日17：00—19：00 FY2G紅外云、黑體亮溫等值線與1 h閃電定位數(shù)據(jù)疊加進(jìn)行分析， 16：00開始，有弱的對流云系進(jìn)入大通西北角，并伴有密集的負(fù)閃，致使種牛場（單點）16：00—17：00出現(xiàn)21.1 mm/h的降水，且短強(qiáng)位置位于負(fù)閃區(qū)域的前沿、對流云系西側(cè)亮溫梯度大值區(qū)，17：00—18：00這一小時系統(tǒng)影響相對較弱，大通橋頭鎮(zhèn)、良教鄉(xiāng)小時雨強(qiáng)為15.8 mm/h，但是大通、湟源境內(nèi)開始出現(xiàn)雷暴大風(fēng)，小時極大風(fēng)速為21 m/s，到19：00，云系、負(fù)閃區(qū)已經(jīng)移動到西寧（中心城區(qū)）東部進(jìn)入海東市，此時出現(xiàn)過程最大風(fēng)速27 m/s（西寧站）和小時最大雨強(qiáng)24.5 mm/h（大通石山鄉(xiāng)）。由此可以發(fā)現(xiàn)，過程雷暴大風(fēng)和短時強(qiáng)降水的點出現(xiàn)在1 h負(fù)閃區(qū)前沿和云系西側(cè)交錯區(qū)，而這種情況在系統(tǒng)開始或結(jié)束對本區(qū)域的影響時表現(xiàn)更明顯。

3.3 雷達(dá)產(chǎn)品特征分析

3.3.1 雷達(dá)組合反射率（[CR]）和垂直累計液態(tài)水含量（[VIL]）特征。16：17，雷達(dá)組合反射率上開始出現(xiàn)兩塊45dBZ以上的單體回波，一塊在大通種牛場附近，回波不斷在原地加強(qiáng)，造成16：00—17：00牛場21.1 mm的短時強(qiáng)降水，另一塊在海晏，回波朝東南偏南的方向移動，這兩個相鄰的單體在發(fā)展過程中不僅強(qiáng)度增強(qiáng)，而且回波面積不斷擴(kuò)大，17：00，兩塊回波在大通合并后繼續(xù)朝東南方向移動。17：49，大通境內(nèi)的回波中心強(qiáng)度進(jìn)一步加強(qiáng)，與移入湟中、湟源的強(qiáng)回波中心連成一線，呈弓形回波狀，這是整個過程中組合反射率圖上顯示回波最強(qiáng)的時次。18：00之后，回波繼續(xù)往南往東壓，開始影響大通測站一帶，相比16：00—17：00，回波在此地停留時間較短并快速移出大通，但依舊造成大通石山鄉(xiāng)的短時強(qiáng)降水。

對于湟中上五莊18：00左右出現(xiàn)的冰雹，雷達(dá)[VIL]具有較為典型的表現(xiàn)：17：56，位于湟中北部的對流單體開始編號為A4，回波中心強(qiáng)度超過50 dBz，其最初[VIL]值為23 kg/m2，下一個時次18：01 [VIL]值不變，18：07、18：12 [VIL]值躍增到33 kg/m2，也是整個過程中最強(qiáng)[VIL]值，18：18 [VIL]值從33 kg/m2突降到19 kg/m2，但回波中心強(qiáng)度達(dá)到最大58 dBz，而湟中上五莊的冰雹也是這個時次附近出現(xiàn)的。20：00之后，回波基本全部移出西寧市。

3.3.2 徑向速度產(chǎn)品（[V]）。16：11，2.4°仰角上，大通境內(nèi)均為負(fù)速度區(qū)，北部出現(xiàn)逆風(fēng)區(qū)，對應(yīng)大通種牛場16：05開始出現(xiàn)降水，到16：40前逆風(fēng)區(qū)一直存在，這個過程中大通最大5 min降水為4.3mm。16：50，原先逆風(fēng)區(qū)位置以南迅速出現(xiàn)大面積正速度區(qū)，與以北的負(fù)速度區(qū)形成明顯的中層徑向輻合區(qū)（位置高度大約為5.2 km）。此時，大通西北角有大于15 m/s的大風(fēng)速核移入，18：07，大風(fēng)速核中心風(fēng)速增強(qiáng)至下一個級別，中心風(fēng)速>20 m/s，并從城北區(qū)進(jìn)入，開始影響整個西寧中心城區(qū)，這時雷達(dá)上大風(fēng)速度區(qū)高度為3.6 km，而徑向大風(fēng)速區(qū)高度越低，與地面大風(fēng)越相關(guān)，市區(qū)內(nèi)18：00—19：00雷暴大風(fēng)強(qiáng)度較大，對應(yīng)西寧測站出現(xiàn)27 m/s的極大風(fēng)速。

3.3.3 雷達(dá)1小時降水估測產(chǎn)品（OHP）。此過程中的1 h短時強(qiáng)降水主要出現(xiàn)在兩個時段：16：00—17：00（大通牛場，21.1 mm）和18：00—19：00（石山鄉(xiāng)，24.5mm），本文主要檢驗后一個時段。通過與區(qū)域站1 h（19：00）累計降水實況對比檢驗，筆者發(fā)現(xiàn)，雷達(dá)1 h降水估測對0 mm以上降水范圍的估測過于集中，但能準(zhǔn)確估測出湟中-城西區(qū)一帶的6 mm以上降水帶，如圖1所示。對19 mm以上的單點降水中心位置估測有偏差，雖然對大通東南部的降水強(qiáng)度估計偏小，但對石山鄉(xiāng)的24.5 mm/h的雨強(qiáng)基本能估測出來：如果取估測最大值19 mm，則估測比實況僅偏小5～6 mm。這對根據(jù)差值估測下一個時次的下游降水量有一定指示意義。

綜上所述，雷達(dá)組合反射率圖上，回波發(fā)展過程中，強(qiáng)回波中心連成一線，以類似于颮線系統(tǒng)的形式沿東南向移動，影響多地，中心最強(qiáng)回波達(dá)到61 dBz時出現(xiàn)雷暴大風(fēng)。2.4°仰角的徑向速度圖上，逆風(fēng)區(qū)的出現(xiàn)標(biāo)志著短時強(qiáng)降水的開始，風(fēng)暴發(fā)展過程中，氣流輻合上升運動強(qiáng)。當(dāng)速度圖上出現(xiàn)超過20 m/s的大風(fēng)速核時，要重點關(guān)注可能會出現(xiàn)的雷暴大風(fēng)，且所經(jīng)地區(qū)最大陣風(fēng)風(fēng)速極有可能超過25 m/s。雷達(dá)1 h定量降水估測產(chǎn)品對這種強(qiáng)對流過程中單點超過20 mm的降水中心存在一定的空報現(xiàn)象，但基本不會漏報，可通過與1 h區(qū)域站累計降水實況進(jìn)行對比檢驗，對下一連續(xù)或不連續(xù)時次強(qiáng)降水做出估測。本研究通過分析總結(jié)得出此過程中三種不同強(qiáng)對流天氣出現(xiàn)時的雷達(dá)短時臨近指標(biāo)，如表1所示。

4 結(jié)論

此次強(qiáng)對流天氣過程的短臨可預(yù)報性強(qiáng)，其雷暴過境特征與颮線系統(tǒng)過境非常相似，受影響區(qū)域發(fā)生溫度驟降、風(fēng)速劇增、風(fēng)向突變、濕度急增和氣壓猛升等要素的劇烈變化。通過分析7月8日08：00、17：00—20：00中尺度分析圖，筆者發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)對流天氣過境過程中，作為觸發(fā)條件之一的冷平流強(qiáng)度較弱，500 hPa及地面干線、輻合線是這次強(qiáng)對流天氣的重要觸發(fā)機(jī)制。雷達(dá)組合反射率（[CR]）、垂直累計液態(tài)水含量（[VIL]）、徑向速度（[V]）等產(chǎn)品圖上在雷暴過境時都有較典型的特征，包括強(qiáng)反射率因子值、在產(chǎn)生冰雹時[VIL]值的躍增和突降變化、雷暴大風(fēng)發(fā)生時徑向速度圖上明顯的中層徑向輻合、超過20 m/s的大風(fēng)速核等。

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