靖宇縣2022年7月9日一次強(qiáng)對(duì)流天氣過程分析

張海濤　郭俊廷　丁涌

摘要 總結(jié)了靖宇縣2022年7月9日1次強(qiáng)對(duì)流天氣過程，通過模式產(chǎn)品分析，更好地識(shí)別分辨出現(xiàn)的強(qiáng)對(duì)流天氣系統(tǒng)。通過分析總結(jié)，進(jìn)一步提高預(yù)報(bào)員對(duì)強(qiáng)對(duì)流天氣的預(yù)報(bào)預(yù)警能力，為地方經(jīng)濟(jì)的發(fā)展提供更加堅(jiān)實(shí)的氣象保障。

關(guān)鍵詞 強(qiáng)對(duì)流天氣；模式分析；靖宇縣

中圖分類號(hào)：P458 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2023）06–0146-03

1 強(qiáng)對(duì)流天氣概述

強(qiáng)對(duì)流天氣是指伴隨雷暴現(xiàn)象的對(duì)流性大風(fēng)（≥17.2 m/s）、冰雹、短時(shí)強(qiáng)降水（≥20 mm/h），是具有重大殺傷性的災(zāi)害性天氣之一。強(qiáng)對(duì)氣流天氣發(fā)生于中小尺度天氣系統(tǒng)，空間尺度小，生命史短暫并帶有明顯突發(fā)性[1]。

2 本次降水基本情況

此次降水過程主要集中在靖宇縣靖宇鎮(zhèn)，24 h降水量達(dá)58.4 mm，其中降水時(shí)段主要集中在9日11：00～12：00，1 h雨強(qiáng)達(dá)到36.7 mm，極大風(fēng)速達(dá)到21.1 m/s。短時(shí)強(qiáng)降水同時(shí)伴隨雷暴大風(fēng)和冰雹天氣，給群眾生活造成了一定的損失。

3 天氣形勢(shì)和要素分析

3.1 500 hPa的位勢(shì)高度場(chǎng)和850 hPa風(fēng)場(chǎng)、濕度場(chǎng)分析的位勢(shì)高度場(chǎng)和850 hPa風(fēng)場(chǎng)、濕度場(chǎng)。從圖中可以看出，11：00左右東北冷渦位于內(nèi)蒙古地區(qū)的東北方向，靖宇縣位于該東北冷渦底前部。受冷渦后部西北氣流的影響，冷空氣南下，為該縣帶來干冷空氣，冷空氣從高空向下滲透，與地面上的暖濕空氣相遇，形成鋒面。鋒面上的空氣由于溫度和濕度的差異而產(chǎn)生強(qiáng)烈的對(duì)流運(yùn)動(dòng)，從而形成強(qiáng)對(duì)流天氣。在850 hPa高空上，偏南低空急流為靖宇縣輸入了大量的暖濕空氣，低層溫度較高，濕度條件較好，該縣形成“上干冷、下暖濕”的層結(jié)條件，且通過850 hPa風(fēng)場(chǎng)上可以看出有一冷式切變線從遼寧省延伸至靖宇縣，有利于對(duì)流天氣的產(chǎn)生。

3.2 強(qiáng)對(duì)流天氣的短時(shí)臨近預(yù)報(bào)著眼點(diǎn)

3.2.1 層結(jié)條件 大氣層結(jié)不穩(wěn)定是強(qiáng)對(duì)流天氣產(chǎn)生的必要條件，在短時(shí)臨近預(yù)報(bào)中主要有以下幾個(gè)著眼點(diǎn)：溫度垂直遞減率、對(duì)流有效位能、K指數(shù)、沙氏指數(shù)等[2]。850 hPa和500 hPa之間的溫差較大時(shí)，意味著大氣中存在較大的垂直溫度梯度。這種溫度梯度會(huì)導(dǎo)致大氣中的不穩(wěn)定性增強(qiáng)，促進(jìn)對(duì)流天氣的發(fā)展。當(dāng)大氣中存在較大的溫度梯度時(shí)，空氣的密度和壓強(qiáng)也會(huì)隨之變化。在此情況下，空氣會(huì)受到向上的推力，從而形成上升氣流。這種上升氣流會(huì)使得空氣中的水汽凝結(jié)成云，同時(shí)釋放出大量的潛熱，進(jìn)一步加強(qiáng)上升氣流。此外，溫度梯度會(huì)導(dǎo)致空氣密度存在差異，從而形成氣壓梯度力。這種氣壓梯度力會(huì)驅(qū)動(dòng)空氣的運(yùn)動(dòng)，從而形成較強(qiáng)的風(fēng)，使得大氣中的風(fēng)速加快。這種強(qiáng)風(fēng)可以將水汽和熱量快速輸送至較遠(yuǎn)的地方，進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)展，從而形成更大規(guī)模的對(duì)流系統(tǒng)。

而在此次強(qiáng)對(duì)流過程中，通過對(duì)850 hPa和500 hPa溫度場(chǎng)分析可知，在850 hPa上，靖宇縣位于溫度脊上，低層溫度較高；500 hPa上，該縣受冷渦控制，溫度垂直遞減率較大，形成上冷下暖的垂直結(jié)構(gòu)，有利于對(duì)流天氣的產(chǎn)生（圖2）。通過分析對(duì)流有效位能可知，此次過程由于低空急流顯著發(fā)展，向靖宇縣輸送大量暖濕氣流，且午后地面升溫明顯，地面升溫會(huì)導(dǎo)致空氣溫度升高，從而使空氣密度減小，形成熱空氣團(tuán)。熱空氣團(tuán)向上升，與周圍的冷空氣發(fā)生對(duì)流，形成云層和降水。這種對(duì)流過程需要一定的能量，而對(duì)流有效位能是描述這種能量的指標(biāo)。

隨著地面溫度的升高，對(duì)流有效位能也會(huì)隨之增加。空氣中的能量越來越多，對(duì)流發(fā)生的可能性也越來越大，造成對(duì)流有效位能顯著提升。由圖3可知，此次過程對(duì)流有效位能較大，超過1 300 J/kg，有利于強(qiáng)對(duì)流天氣的產(chǎn)生；而K指數(shù)由于此次過程受東北冷渦影響，700 hPa以下有干冷空氣入侵，且邊界層水汽條件較好，因此，考慮使用修正K指數(shù)代替K指數(shù)。由圖4可知，靖宇縣的修正K指數(shù)達(dá)到42～44，屬于大值區(qū)，有利于對(duì)流天氣的產(chǎn)生。

3.2.2 水汽條件 強(qiáng)對(duì)流天氣的產(chǎn)生離不開充沛的水汽條件，在短時(shí)臨近預(yù)報(bào)中，一般通過比濕與溫度露點(diǎn)差的數(shù)值判斷水汽條件的好壞。同時(shí)，從850 hPa風(fēng)場(chǎng)來看，受低層偏南的暖濕氣流影響，加上存在風(fēng)速輻合，在靖宇縣造成大量的水汽堆積，為該縣輸送大量水汽。從圖5可以看出，在此次過程中，比濕達(dá)到12 g/kg，有利于暴雨的發(fā)生發(fā)展（＞10 g/kg），同時(shí)受低空偏南急流產(chǎn)生的暖濕平流影響，地面顯著增溫、增濕，露點(diǎn)溫度顯著提升。以上條件都為強(qiáng)對(duì)流天氣的產(chǎn)生提供了較強(qiáng)的水汽基礎(chǔ)。

3.2.3 抬升（觸發(fā)）機(jī)制 此次強(qiáng)對(duì)流過程由于冷渦的存在導(dǎo)致大氣環(huán)流的擾動(dòng)和變化。在冷渦底前部，由于冷空氣的下沉和暖濕氣流的上升，形成了低空急流。低空急流的存在會(huì)導(dǎo)致大氣的水平輻合，使得空氣在此區(qū)域內(nèi)聚集和上升。這種上升運(yùn)動(dòng)會(huì)導(dǎo)致空氣的冷卻和凝結(jié)，形成云和降水。同時(shí)，由于急流的存在，空氣的垂直運(yùn)動(dòng)也會(huì)加強(qiáng)，從而促進(jìn)對(duì)流系統(tǒng)的發(fā)展。此外，冷渦底前部的低空急流與地形相互作用，形成輻合線。輻合線是此次對(duì)流系統(tǒng)發(fā)展的重要觸發(fā)機(jī)制之一。輻合線與其他氣象因素相互作用，導(dǎo)致空氣上升和下沉，形成強(qiáng)烈的對(duì)流系統(tǒng)，導(dǎo)致此次雷暴大風(fēng)與冰雹。冷渦底前部的低空急流和超低空急流的建立和發(fā)展，是對(duì)流系統(tǒng)發(fā)展的重要因素之一。它們的存在和作用會(huì)促進(jìn)大氣的輻合和上升運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致此次強(qiáng)對(duì)流系統(tǒng)的發(fā)展和加強(qiáng)。

風(fēng)場(chǎng)可以看出，有1條切變線貫穿遼寧省中南部。受切變線影響，空氣流動(dòng)的速度和方向發(fā)生變化，形成了不同的氣流層。在切變線上方通常會(huì)形成一個(gè)上升氣流區(qū)域，這是由于切變線上方的暖濕空氣受到切變線下方的冷空氣的擠壓，導(dǎo)致空氣上升形成[3]。這種上升氣流會(huì)使得空氣中的水汽不斷升高，遇到較低溫度的高空層時(shí)，水汽會(huì)凝結(jié)成云，形成強(qiáng)對(duì)流云。同時(shí)，上升氣流還會(huì)使云體不斷增大，形成雷暴云，從而引發(fā)雷暴、冰雹等強(qiáng)對(duì)流天氣。切變線的存在為強(qiáng)對(duì)流天氣的產(chǎn)生提供了強(qiáng)大的抬升機(jī)制，是強(qiáng)對(duì)流天氣形成的重要因素之一。靖宇縣受該切變線影響，為強(qiáng)對(duì)流天氣的產(chǎn)生提供了強(qiáng)抬升機(jī)制，有利于強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)生發(fā)展。

3.2.4 冰雹和雷暴大風(fēng)條件分析 強(qiáng)低空垂直風(fēng)切變是指在低空內(nèi)、垂直方向上風(fēng)速的變化量較大[4]。這種風(fēng)切變會(huì)使得上升氣流發(fā)生傾斜，即氣流在上升過程中會(huì)受到側(cè)向的推動(dòng)，導(dǎo)致氣流的方向不再垂直向上，而是向一側(cè)傾斜。當(dāng)強(qiáng)低空垂直風(fēng)切變與對(duì)流層中層干冷空氣相遇時(shí)，干冷空氣會(huì)被卷入上升氣流，從而加強(qiáng)雷暴下沉氣流。這是因?yàn)楦衫淇諝獗戎車目諝饷芏却螅虼藭?huì)向下沉降，而當(dāng)它被卷入上升氣流時(shí)，會(huì)使得上升氣流的密度增大，從而使得氣流更加強(qiáng)勁。此外，干冷空氣還具有較快的下沉速度和較低的濕度，這些特性也會(huì)加強(qiáng)雷暴下沉氣流。因此，強(qiáng)低空垂直風(fēng)切變對(duì)雷暴天氣的形成與發(fā)展具有重要的影響。

此次過程中，靖宇縣受強(qiáng)垂直風(fēng)切變影響，產(chǎn)生雷暴大風(fēng)天氣。而通過探空資料和大尺度環(huán)流分析可知，中層有明顯的干冷空氣卷入，表現(xiàn)為“上干下濕”的“喇叭口”特征，這種“上干下濕”的特征會(huì)形成強(qiáng)烈的對(duì)流不穩(wěn)定層結(jié)，由于干燥的空氣比潮濕的空氣更加穩(wěn)定，而潮濕的空氣則更易上升形成對(duì)流。當(dāng)2種不同的空氣層結(jié)相遇時(shí)，這個(gè)區(qū)域內(nèi)的空氣會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈的對(duì)流，形成氣旋、渦旋等不穩(wěn)定現(xiàn)象，而此次過程0 ℃層、-20 ℃層的高度對(duì)冰雹的產(chǎn)生也十分有利，因此在靖宇縣出現(xiàn)冰雹。

4 結(jié)束語

針對(duì)此次短時(shí)強(qiáng)降水過程，預(yù)報(bào)及時(shí)，預(yù)報(bào)員對(duì)強(qiáng)降水發(fā)生的時(shí)間、地點(diǎn)、強(qiáng)度及類型的預(yù)報(bào)較為精準(zhǔn)，在強(qiáng)降水發(fā)生前3 h向公眾發(fā)布了預(yù)警信號(hào)，預(yù)警短信覆蓋人數(shù)達(dá)到2 451人次，有效避免了群眾損失，對(duì)后續(xù)的預(yù)報(bào)工作具有一定的指導(dǎo)和參考意義。

參考文獻(xiàn)

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責(zé)任編輯：黃艷飛

Analysis of A Severe Convective Weather Process in Jingyu County on July 9， 2022

Zhang Hai-tao et al（Jingyu Meteorological Bureau of Jilin Province， Jingyu， Jilin 135200）

Abstract Summarized a severe convective weather process in Jingyu County on July 9， 2022， and better identified and distinguished the severe convective weather system through model product analysis. Through analysis and summary， further improve the forecasters ability to predict and warn severe convective weather， and provide more solid meteorological support for local economic and social development.

Key words Strong convective weather; Pattern analysis; Jingyu County

作者簡介 張海濤（1989—），男，吉林臨江人，工程師，主要從事天氣預(yù)報(bào)和綜合氣象觀測(cè)工作。

收稿日期 2023-03-10