2018 年5 月16 日宿遷市一次雷暴大風(fēng)天氣過程分析

周 航，徐 恩，唐 舟，邵禹晨，程 昕

宿遷市氣象局，江蘇宿遷 223800

強(qiáng)對(duì)流天氣是影響我國最嚴(yán)重的災(zāi)害性天氣之一，也是宿遷較常見的災(zāi)害性天氣之一。強(qiáng)對(duì)流天氣持續(xù)時(shí)間短、空間尺度小、突發(fā)性強(qiáng)、危害性大，是天氣預(yù)報(bào)工作的難點(diǎn)。伴隨強(qiáng)對(duì)流出現(xiàn)的雷電、雷暴大風(fēng)、短時(shí)強(qiáng)降水、冰雹等災(zāi)害性天氣往往會(huì)給工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通航運(yùn)、建筑設(shè)施和人們生命財(cái)產(chǎn)等造成不利影響。短時(shí)強(qiáng)降水易形成內(nèi)澇，農(nóng)作物長時(shí)間浸泡會(huì)爛根、死苗，或引發(fā)病蟲害的流行；雷暴大風(fēng)易造成農(nóng)作物倒伏和果樹落果，輸電、高空設(shè)施受損，房屋被毀壞，甚至威脅人們的生命。為了提高預(yù)報(bào)預(yù)警和防災(zāi)減災(zāi)能力，對(duì)2018年5月16日發(fā)生在宿遷地區(qū)的一次雷暴大風(fēng)天氣過程進(jìn)行分析。

1 資料收集和處理

采用MICAPS常規(guī)資料、FNL再分析資料、地面加密觀測資料、多普勒雷達(dá)觀測等資料。

2 天氣實(shí)況

2018年5月16日午后，宿遷市出現(xiàn)一次雷暴大風(fēng)天氣，并伴有短時(shí)強(qiáng)降水、雷電等強(qiáng)對(duì)流天氣。全市共有43個(gè)自動(dòng)氣象站出現(xiàn)8級(jí)以上大風(fēng)，其中，宿城耿車、雙莊、河濱和泗洪重崗出現(xiàn)10級(jí)大風(fēng)，最大風(fēng)速為35.5 m/s(12級(jí))，出現(xiàn)在11:14駱馬湖。宿遷市西部地區(qū)出現(xiàn)大到暴雨，其他地區(qū)中雨，最大小時(shí)雨強(qiáng)為36.8 mm。

此次雷暴大風(fēng)天氣過程可分為兩個(gè)階段，第一階段為11:00～13:00，這一時(shí)段強(qiáng)雷暴影響范圍較廣，全市均出現(xiàn)大風(fēng)，共18個(gè)自動(dòng)站風(fēng)力達(dá)8級(jí)以上，駱馬湖12級(jí)大風(fēng)即出現(xiàn)在這個(gè)時(shí)段。第二階段為18:00～20:00，這一時(shí)段強(qiáng)雷暴主要影響宿遷西部和南部地區(qū)，共有33個(gè)自動(dòng)站出現(xiàn)8級(jí)以上大風(fēng)，最大風(fēng)速出現(xiàn)在泗洪重崗24.9 m/s(10級(jí))[1]。

3 天氣形勢和環(huán)境條件

3.1 天氣形勢

從2018年5月16日08:00 500 hPa高空?qǐng)D(圖1a)可以看出，副熱帶高壓位于南海地區(qū)上空，河南北部有一冷渦中心，低渦槽前西南急流發(fā)展旺盛，急流中心強(qiáng)度達(dá)30 m/s，宿遷市位于低渦的東南方向、急流中心北部。850 hPa圖(圖1b)上，冷渦位于東北地區(qū)上空，低渦暖切壓在山東半島西部上空，呈東北—西南走向，西南風(fēng)急流中心最大風(fēng)速為20 m/s。宿遷處于切邊線南部、西南急流輻合區(qū)，為本次強(qiáng)對(duì)流天氣提供了低層輻合抬升條件。海平面氣壓場(圖1c)上顯示，冷鋒由東北地區(qū)向西南方向延伸至河套地區(qū)，山東半島附近受暖低壓控制，低壓中心強(qiáng)度為997.5 hPa，低壓南側(cè)為一致的偏南風(fēng)場，宿遷位于暖平流區(qū)，低層暖濕平流輸送了大量的不穩(wěn)定能量，有利于對(duì)流發(fā)展[2]。

3.2 探空分析

從2018 年5 月16 日08:00 徐州站探空?qǐng)D(圖2)可以看出，CAPE值達(dá)到1 790.5 J/kg，大氣中蘊(yùn)含豐富的對(duì)流潛能；850～500 hPa溫差達(dá)到26 ℃，表明大氣層結(jié)不穩(wěn)定，同時(shí)，800 hPa以下有一定的對(duì)流抑制有效位能，有利于對(duì)流潛能的積蓄。600～900 hPa接近飽和，600 hPa以上為相對(duì)干層，層結(jié)曲線與露點(diǎn)曲線構(gòu)成上干下濕的“喇叭口”結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了對(duì)流不穩(wěn)定性。風(fēng)暴發(fā)生時(shí)會(huì)造成風(fēng)暴的中層干空氣侵入，延長風(fēng)暴生命史，非常有利于雷暴大風(fēng)的發(fā)生，同時(shí)由于濕層較為深厚，為短時(shí)強(qiáng)降水出現(xiàn)提供了充足的水汽條件。

圖2 2018年5月16日08:00徐州站探空

水平風(fēng)在地面附近僅為3 m/s，925 hPa迅速增至15 m/s，低層垂直風(fēng)切變(0～1 km)為12 m/s，深層垂直風(fēng)切變(0～6 km)達(dá)到24 m/s。較強(qiáng)的垂直風(fēng)切變使降水的下沉氣流很快脫離上升氣流，不會(huì)減弱風(fēng)暴中的上升氣流，同時(shí)能夠加強(qiáng)中層干冷空氣侵入，加強(qiáng)風(fēng)暴中的下沉氣流和低層冷空氣的外流，進(jìn)而通過強(qiáng)迫抬升使得對(duì)流進(jìn)一步發(fā)展。

3.3 動(dòng)力條件

邊界層輻合線是風(fēng)暴發(fā)生發(fā)展的動(dòng)力條件之一，一般在強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生前或發(fā)生期間，地面或附近的邊界層大多存在一條明顯的中尺度輻合線。16日10:00安徽省蚌埠市東北側(cè)有一條明顯的地面輻合線，并激發(fā)強(qiáng)對(duì)流颮線，11:00從地面風(fēng)場監(jiān)測到沭陽地區(qū)有風(fēng)場輻合，隨后強(qiáng)回波北抬，11:30影響沭陽。10:00～11:00宿遷市駱馬湖附近存在明顯的輻合線并維持，從地面加密站風(fēng)場(圖略)上可以看到，駱馬湖地區(qū)存在西南風(fēng)與西北風(fēng)的切變線，且西南風(fēng)速逐漸增大，由于駱馬湖下墊面較陸地更為平整，因此出現(xiàn)風(fēng)速達(dá)35.5 m/s的極大風(fēng)。說明地面輻合線對(duì)強(qiáng)對(duì)流發(fā)展具有較好的警示意義[3]。

3.4 水汽條件

從5月16日宿遷地區(qū)水汽通量和水汽通量散度剖面圖(圖3)可以看出，11:00～14:00 900 hPa以下存在水汽輻合中心，水汽通量散度為-4×10-7g·cm-2·hPa-1·s-1，20:00左右近地面層水汽輻散，與近地面層的輻散中心對(duì)應(yīng)，950～800 hPa存在水汽輻合中心,水汽通量散度為-6×10-7g·cm-2·hPa-1·s-1。水汽通量中心位于800 hPa附近，中心值為21 g·cm-1·hPa-1·s-1，說明主要水汽來源集中在600 hPa以下，呈上干下濕狀態(tài)，加強(qiáng)了大氣層結(jié)的不穩(wěn)定，有利于對(duì)流發(fā)展。

圖3 2018年5月16日水汽通量(a)和水汽通量散度(b)時(shí)間—高度剖面圖

4 多普勒雷達(dá)產(chǎn)品特征

16日08:00，在宿遷雷達(dá)測站150 km外出現(xiàn)一條東北—西南向的回波帶，向東北方向移動(dòng)，回波在移動(dòng)過程中前側(cè)不斷生成新的對(duì)流單體，強(qiáng)度不斷加強(qiáng)，回波中心強(qiáng)度在50 dBz以上，最強(qiáng)回波達(dá)63 dBz，回波頂高14 km，VIL值達(dá)60 kg·m-2。11:00反射率因子圖(圖4a)上出現(xiàn)后側(cè)“V”形缺口，表明有強(qiáng)的下沉氣流，引起破壞性大風(fēng)。

圖4 11:10 1.5°(a)、0.5°(b)仰角的反射率因子(單位：dBz)和徑向速度(c)圖(單位：m/s)

從0.5°仰角的反射率因子PPI 圖像(圖4b)上，可以清晰地看到陣風(fēng)鋒。10:05，上游徐州安徽境內(nèi)的對(duì)流風(fēng)暴逐漸向東北方向移動(dòng)，開始影響宿遷市，對(duì)流風(fēng)暴前方的睢寧—泗縣—懷遠(yuǎn)一帶隱約可見一條弱窄帶回波，之后對(duì)流風(fēng)暴向東略偏北方向移動(dòng)過程中不斷加強(qiáng)，陣風(fēng)鋒東移過程中水平跨度不斷擴(kuò)大，其中，北側(cè)部分逐漸消散，南側(cè)一段得到發(fā)展，對(duì)應(yīng)宿遷市11:10左右多個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現(xiàn)9級(jí)以上大風(fēng)天氣。

分析徑向速度圖(圖4c)可以看出，10:40開始，宿遷市西南方50 km范圍處顯示為朝向雷達(dá)的低層大風(fēng)速中心(＞15 m/s)不斷向雷達(dá)站附近移動(dòng)并繼續(xù)增大，11:10到達(dá)雷達(dá)站附近，并出現(xiàn)速度模糊，最大徑向速度達(dá)-44 m/s，相對(duì)應(yīng)的11:14駱馬湖出現(xiàn)35.5 m/s的雷暴大風(fēng)[4]。

傍晚宿遷地區(qū)上游阜陽生成的回波在移動(dòng)過程中發(fā)展壯大，其前側(cè)呈現(xiàn)明顯的弓形回波結(jié)構(gòu)，并于18:00左右開始影響宿遷市(圖5 a)。從徑向速度圖(圖5b)上看出，回波前沿有明顯的氣旋性輻合，17:48天崗湖上游監(jiān)測到中氣旋，回波向前突起部分產(chǎn)生的大風(fēng)更強(qiáng)[5]。

圖5 17:48 1.5°仰角反射率因子(a)(單位：dBz)和徑向速度(b)圖(單位：m/s)

5 結(jié)論

應(yīng)用MICAPS常規(guī)資料、FNL再分析資料(0.25°×0.25°)、地面加密觀測資料、多普勒雷達(dá)觀測資料等，詳細(xì)分析了2018年5月16日發(fā)生在宿遷地區(qū)的一次雷暴大風(fēng)天氣過程的環(huán)流特征、環(huán)境條件和雷達(dá)回波特征，得出以下結(jié)論。

(1)此次雷暴大風(fēng)過程的影響系統(tǒng)的低渦切變線，西南風(fēng)急流中心風(fēng)速達(dá)20 m/s，宿遷位于850 hPa切變線南側(cè)、西南急流輻合區(qū)，為本次強(qiáng)對(duì)流天氣提供了抬升條件，地面輻合線是此次強(qiáng)對(duì)流過程的觸發(fā)機(jī)制。

(2)探空曲線呈上干下濕的“喇叭口”結(jié)構(gòu)，層結(jié)不穩(wěn)定，有利于雷暴大風(fēng)的發(fā)生；有較強(qiáng)的低層(0～1 km)和深層(0～6 km)垂直風(fēng)切變，低層輻合高層輻散有利于上升運(yùn)動(dòng)的維持，使對(duì)流得以發(fā)展。

(3)多普勒雷達(dá)產(chǎn)品特征顯示，反射率因子圖呈現(xiàn)出明顯的弓形回波和陣風(fēng)鋒的特征；低仰角徑向速度圖上有大風(fēng)速中心，出現(xiàn)速度模糊，并探測到中氣旋；VIL值在有明顯的躍增后快速減小，表明強(qiáng)的下沉氣流快速下沖，導(dǎo)致雷暴大風(fēng)的發(fā)生。