一次弱垂直風切變環(huán)境下雷雨大風天氣的分析

一次弱垂直風切變環(huán)境下雷雨大風天氣的分析劉娟 宋子忠 張健 項陽 盧海（阜陽市氣象局 ）摘 要 使用MICAPS（氣象信息綜合分析處理系統(tǒng)）、阜陽新一代天氣雷達、安徽省氣象自動觀測網(wǎng)資料，對2007年7月25日潁上縣的雷雨大風天氣做了綜合技術分析，結果表明這是一次發(fā)生在西太平洋副熱帶高壓西北側(cè)、河套低槽逼近我市形勢下的強對流過程，局部地區(qū)可能發(fā)生了下?lián)舯┝?，造成了較重的災害。分析了多種雷達產(chǎn)品在此次過程中的表現(xiàn)，指出連續(xù)跟蹤回波演變是臨近預報的必要手段，反射率因子場上的基本特征仍然是雷雨大風臨近預報的重要指標，雷達綜合切變產(chǎn)品對預報地面災害性大風有指示作用，現(xiàn)場災情調(diào)查對于災害性天氣性質(zhì)的界定是非常必要的。關鍵詞 雷雨大風 技術分析引言雷雨大風天氣是夏季影響淮北地區(qū)的主要災害性天氣之一，往往雷暴、雨暴、風暴同時發(fā)生，有時還可能伴有雹暴，對人民生命安全和財產(chǎn)造成危害，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來損失。因此對雷雨大風天氣的預報預警是夏季我市氣象服務工作的重點之一。2007年7月25日安徽省沿淮部分地區(qū)遭遇雷雨大風等強對流天氣，21個鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現(xiàn)7級以上大風。阜陽市潁上縣八里河風景區(qū)(位于潁上南部)房屋倒塌200多間，損壞600余間，樹木被刮斷兩萬余棵?；茨喜糠粥l(xiāng)鎮(zhèn)也出現(xiàn)了雷雨大風天氣，造成焦崗湖1.3公里圩堤受損，防浪布大部分被毀，一度出現(xiàn)險情，后經(jīng)1000多名武警官兵和群眾奮力搶險得到控制。同一日凌晨3時至4時，湖北省武漢市黃陂區(qū)蔡店鄉(xiāng)突遇怪風襲擊，發(fā)生了千余棵大樹同向倒伏或折斷的事件?？梢娺@是一次系統(tǒng)性的強對流天氣過程。本文主要對影響潁上縣的雷雨大風天氣做出技術分析。1.天氣實況和災情7月25日05時到07時（本文使用北京時，下同）之間，阜陽市潁上縣境內(nèi)出現(xiàn)了雷雨大風天氣，從氣象記錄和雷達回波演變可知，影響系統(tǒng)是自西向東發(fā)展的，影響某一地的時間約半小時左右，最大過程降雨量在潁上縣潤河23.4mm，最大十分鐘降雨量也在潤河17.3mm（雨量圖略），潁上縣最大風速在謝橋16m/，潁上縣為12m/（見圖1），雷電活動強烈且分布密集（見圖2）。圖1：7月25日00時至10時極大風速圖2：7月25日05時至07時雷電分布由于觀測站點是離散的、有限的，僅從氣象記錄來判斷天氣的性質(zhì)有可能是不全面的或有遺漏的，需要用災情補充分析。阜陽市民政局提供的災情為，2007年7月25日潁上縣十個鄉(xiāng)鎮(zhèn)遭受龍卷風襲擊。7月25日早5：306：10，我縣部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)突遭龍卷風襲擊，短時陣風達10級以上，范圍涉及到劉集鄉(xiāng)、八里河鎮(zhèn)、垂崗鄉(xiāng)、黃壩鄉(xiāng)、夏橋鎮(zhèn)、楊湖鎮(zhèn)、賽澗鄉(xiāng)、半崗鎮(zhèn)、潤河鎮(zhèn)、江店孜鎮(zhèn)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)33個行政村，八里河鎮(zhèn)、劉集鄉(xiāng)兩鄉(xiāng)鎮(zhèn)災情尤為嚴重。據(jù)初步統(tǒng)計，此次災情造成農(nóng)作物受災面積4320畝，倒房733間，損壞房屋1180間，損毀大小樹木97819棵，部分地區(qū)供電、通訊線路被毀，直接經(jīng)濟損失達2192萬元。潁上縣氣象局赴現(xiàn)場進行了災情調(diào)查?？傊?，從氣象記錄、現(xiàn)場調(diào)查和民政部門提供的災情損失綜合分析可見，潁上縣十多個鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現(xiàn)了八級以上的地面災害性大風，出災時間和阜陽市民政局提供的災情所述相吻合，但不是龍卷風。這次災害性大風對于正在遭受嚴重洪澇災害的潁上人民更是雪上加霜，損失慘重。2.天氣形勢分析這次過程發(fā)生在西太平洋副熱帶高壓緩慢加強西伸，中高緯地區(qū)有低槽東移逼近我區(qū)的天氣形勢下。 2007-7-24 20時500hpa本站處于副熱帶高壓西北側(cè)、低槽前部的西南氣流中，本站高度585，578的低渦中心位于河套地區(qū)40N附近，從我國東北伸向河套有一冷槽，-10 的冷中心和低渦中心相配合，低槽經(jīng)向度大，槽線伸到較低的緯度（見圖3）。700和850hpa在本站西部附近都存在槽線或者切變線（圖略）。上述形勢場中，本站處于低槽前部天氣尺度的上升運動區(qū)，同時處于副熱帶高壓西北側(cè)的層結不穩(wěn)定區(qū)，有利于降水和強對流天氣的發(fā)生。圖3：2007-7-24 20時500hpa高空觀測場、低槽、冷槽、副高但是TLNP圖分析表明，2007-7-24 20時層結為穩(wěn)定；K=30、Si=2.2、se（500-850）=0.21，CAPE=5J/Kg，都只是一般雷雨指標；整層西南氣流,風隨高度幾乎沒有風向的切變；由于24日白天有降雨，故整層濕度都很大。令人費解的是，2007-7-25 08時天氣正在發(fā)生時，層結仍為穩(wěn)定（TLNP圖略）；但指標變得更有利于對流上升運動，K=34、Si=0.6、se= -15.06， 只是CAPE=0 J/Kg 。圖4：2007-07-24 20時 TLNP3.雷達反射率因子等產(chǎn)品演變特征影響系統(tǒng)是一條南北走向的強對流回波帶，自西向東掃過潁上縣。最大雷達反射率因子達到6570dbz，回波頂高達到1417km?；夭◣б苿铀俣燃s為40km/hr,雷雨大風對一地的影響時間為20 30 分鐘。3.1 強回波核快速下降從圖5可見影響潁上縣八里河的回波是回波帶上的一處強中心。風暴單體（剖面圖左邊的單體）的強反射率因子核明顯下降，在05:50體掃中60 dbz以上強核在69km，下一個體掃中就降到了36 km，這是地面大風開始的重要標志之一。從風暴結構（62#）產(chǎn)品顯示，影響潁上縣的風暴單體F7在05：50這個體掃最大反射率因子為69dbz，最大反射率因子所在高度7.3km；在05：56這個體掃最大反射率因子為65dbz，最大反射率因子所在高度3.1km，也是明顯下降的。從風暴結構（62#）產(chǎn)品還顯示，影響潁上縣的風暴單體F7，在05：50這個體掃VIL（基于單體的垂直累積液態(tài)水）值為80，這時最大，在05：56這個體掃VIL值為71，在06：02這個體掃VIL值為38，VIL值也是明顯下降的。圖5：影響潁上的反射率因子及其剖面圖像上左圖為2007-07-25 05:50(北京時) 組合反射率因子(貫穿強中心的直線為剖面位置)上右圖為2007-07-25 05:50(北京時) 反射率因子剖面（剖面位置見左圖）下左圖為2007-07-25 05:56(北京時) 組合反射率因子下右圖為2007-07-25 05:56(北京時) 反射率因子剖面從以上分析推斷，影響潁上縣八里河的有可能是下?lián)舯┝鳎M管沒有17.9m/s以上大風記錄。這和觀測網(wǎng)不夠稠密有關。在退模糊和不退模糊兩種情況下，在潁上縣八里河雷達都沒有識別出中氣旋和龍卷渦旋特征。徑向速度場也沒有、速度對，由此可以判斷影響潁上縣八里河的不是龍卷。從災情來看，大樹倒伏的方向比較一致，也不是龍卷。3.2 綜合切變窄帶回波本過程雷達綜合切變值較強為70 80 E-4/S,最大達到100150 E-4/S，說明天氣發(fā)生時雖然不是龍卷風，但是存在很強的風切變。綜合切變大值區(qū)和地面大風有較好的對應關系，并且綜合切變窄帶回波比反射率因子45dbz區(qū)域稍有超前。圖6是同時刻、同仰角的反射率因子和綜合切變，當反射率因子的弱回波剛剛到達潁上、強回波還沒有到達時，綜合切變窄帶回波已經(jīng)在潁上了。從綜合切變圖像可見，影響潁上縣八里河的綜合切變值為70 80 E-4/S，而在潁上縣北部的謝橋附近綜合切變值達到100150 E-4/S。圖6： 2007-07-25 05：38、1.5仰角的反射率因子和綜合切變3.3風暴單體F7很可能是脈沖風暴從風暴追蹤產(chǎn)品（58#）分析可知影響潁上八里河的風暴單體是F7。對風暴結構產(chǎn)品（62#）分析可知，從F7單體的VIL（基于單體的垂直累積液態(tài)含水量）演變來看，F(xiàn)7單體可能是一個脈沖風暴。5：26到5：32之間VIL值躍增，從40以下增到60；5：56到6：02之間VIL值突降，從71降到40以下，形成脈沖陡峭的前沿和后沿，脈沖寬度為5個體掃，即風暴強盛階段持續(xù)30分鐘左右。F7單體的最大DBZ持續(xù)11個體掃大于55DBZ（圖略），可見回波強度很大；并且F7單體強盛時的最大DBZ所在高度達到6到7KM（圖略），可見強回波核很高。這些特征都表明F7是強風暴。弱垂直風切變環(huán)境中的強風暴只有一種可能，就是脈沖風暴。 本次過程中整層西南氣流,風隨高度幾乎沒有風向的切變，應為弱垂直風切變環(huán)境。因此可以推斷影響潁上八里河的回波很可能是脈沖風暴。4.總結和討論4.1連續(xù)跟蹤回波演變是臨近預報的必要手段7月24日上午在全省天氣預報會商中，我臺主班預報員在會商發(fā)言中強調(diào)指出：根據(jù)天氣形勢和氣候背景分析，短期內(nèi)我市將可能有雷雨大風等對流性天氣，有可能是即將出梅的那一場強對流天氣。在常規(guī)預報中也多次提及雷雨時陣風7到8級，雷電活動強烈等。25日凌晨天氣出現(xiàn)后，我臺值班員多次了解上游地區(qū)的臨泉縣、阜南縣天氣實況，都是雷雨沒有出現(xiàn)大風，因此沒有提前發(fā)布雷雨大風預警信號。由于回波系統(tǒng)在移動中局部快速加強，在下游地區(qū)出現(xiàn)了雷雨大風或者下?lián)舯┝鳎灾掠趤聿患鞍l(fā)布雷雨大風預警信號。以后還是要強調(diào)連續(xù)地密切關注回波演變，特別要警惕回波帶南端新生對流單體的發(fā)展，即使上游地區(qū)沒有出現(xiàn)強天氣時，也要高度警惕下游地區(qū)可能出現(xiàn)的強天氣。4.2反射率因子場上的基本特征仍然是雷雨大風臨近預報的重要指標 本次過程中，在退模糊和不退模糊兩種情況下，雷達上都沒有出現(xiàn)中氣旋和龍卷渦旋特征。實況卻出現(xiàn)了地面災害性大風。由此可見，我們在預報中不能過分依賴于某種雷達導出產(chǎn)品，而應該對多種雷達基本產(chǎn)品進行綜合考察，經(jīng)過預報員頭腦的思考和分析，從而得出正確結論。本次過程中組合反射率因子場上回波強中心達到60到65dbz，回波頂高分布場表明強中心處對應的頂高達到14到17km,如此強大的云體其下沉氣流足以造成地面災害性大風。這些最基本的特征對于雷雨大風臨近預報并沒有過時，仍然具有指示作用。4.3雷達綜合切變產(chǎn)品對預報地面災害性大風有指示作用本次過程中，雷達綜合切變產(chǎn)品較強為70 80 E-4/S,最大達到150 E-4/S。說明地面災害性大風發(fā)生時，存在著很強的風切變。雷達綜合切變產(chǎn)品考察的是沿著雷達徑向和切向兩個方向上的徑向風速切變，默認1.5仰角，因此能表征低層大氣的風切變。盡管雷達綜合切變產(chǎn)品算法不像中氣旋和龍卷渦旋特征那樣強調(diào)三維相關、強調(diào)旋轉(zhuǎn)特征，它相對簡單得多，但是我們在對幾次地面災害性大風的分析中認為這個產(chǎn)品實用性比較強，對預報大風的落區(qū)、大風的強度都具有較好的指示作用，便于實際業(yè)務操作。4.4 現(xiàn)場災情調(diào)查對于災害性天氣性質(zhì)的界定是非常必要的阜陽市局于25日08：30左右首先從電力部門得知災情后，主動聯(lián)系民政部門，并且及