黑龍江省一次強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程分析

周 鑫，李斌斌

（牡丹江市氣象局，黑龍江 牡丹江 157000）

1 引言

中國(guó)地處東亞季風(fēng)區(qū)，冷暖空氣活動(dòng)頻繁，夏半年冰雹、雷雨大風(fēng)和局地短時(shí)強(qiáng)降水等強(qiáng)對(duì)流天氣十分活躍，給基礎(chǔ)設(shè)施和社會(huì)經(jīng)濟(jì)造成了重大損失。強(qiáng)對(duì)流天氣對(duì)國(guó)計(jì)民生的影響日益顯著，社會(huì)對(duì)其預(yù)報(bào)的要求越來(lái)越高。但是強(qiáng)對(duì)流天氣系統(tǒng)一般是在幾個(gè)小時(shí)甚至十幾分鐘之內(nèi)迅速發(fā)生、發(fā)展，具有明顯的中尺度特征，這給預(yù)報(bào)帶來(lái)一定的難度。新一代天氣雷達(dá)除了能得到表征降水云中液態(tài)含水量的回波強(qiáng)度外，還能得到降水質(zhì)點(diǎn)相對(duì)于雷達(dá)的平均徑向速度，它對(duì)于暴雨、冰雹等中小尺度的強(qiáng)對(duì)流天氣有很好的監(jiān)測(cè)和預(yù)警作用。

2011年5月28日15時(shí)開始，黑河南部、齊齊哈爾北部出現(xiàn)短時(shí)雷雨大風(fēng)，局部地區(qū)出現(xiàn)冰雹等強(qiáng)對(duì)流天氣。黑龍江省氣象臺(tái)及時(shí)發(fā)布大風(fēng)藍(lán)色預(yù)警信號(hào)一次，強(qiáng)對(duì)流天氣警報(bào)兩次，服務(wù)效果顯著。本文采用新一代多普勒天氣雷達(dá)資料，對(duì)此次過(guò)程中強(qiáng)對(duì)流帶狀回波形成及演變特征進(jìn)行了描述，希望對(duì)黑龍江省春、夏季強(qiáng)對(duì)流天氣的監(jiān)測(cè)及預(yù)報(bào)預(yù)警有所幫助。

2 天氣背景

2011年5月28日08時(shí)，黑龍江省處在低渦東南部，850 hPa槽線位于加格達(dá)奇以西。鋒區(qū)位于內(nèi)蒙中部，南北走向。高層，黑龍江省西北部存在冷槽，西北氣流與西南氣流交匯在黑龍江省西南部；低層，黑龍江省大部地區(qū)為暖氣團(tuán)控制，暖脊位于西南部。上冷下暖不穩(wěn)定層結(jié)，在黑龍江省西部形成了強(qiáng)烈不穩(wěn)定區(qū)域。高空槽與地面冷鋒共同作用，觸發(fā)不穩(wěn)定能量釋放，在黑龍江省西部產(chǎn)生強(qiáng)對(duì)流天氣。

3 中尺度天氣分析

本次過(guò)程的大尺度環(huán)境場(chǎng)上，低層有暖濕舌存在，中高層次為干冷空氣，低空急流的出口在黑龍江省的西南部。高空急流將干冷空氣輸送到暖濕空氣上空，形成不穩(wěn)定區(qū)域;同時(shí)逆溫層又把干濕空氣分割開來(lái)，在黑龍江中西部地區(qū)形成了高儲(chǔ)能區(qū)；鋒面、925 hPa氣壓槽線及850 hPa急流出口左前方的抬升作用和逆溫層破裂的混合作用觸發(fā)了強(qiáng)烈的對(duì)流天氣；強(qiáng)的環(huán)境風(fēng)垂直切變、高空急流的輻散及與低空急流的耦合作用，則是風(fēng)暴維持與增強(qiáng)的條件。

3.1 濕度環(huán)境分析

為了使得強(qiáng)對(duì)流系統(tǒng)得到發(fā)展和維持，必須有豐富的水汽供應(yīng)，這不僅是因?yàn)樗浅稍频谋匾獥l件，也是因?yàn)樗秋L(fēng)暴的主要能量來(lái)源。黑龍江省西北部地區(qū)，濕度場(chǎng)表現(xiàn)出明顯的下濕上干的結(jié)構(gòu)。

分析850 hPa高空?qǐng)D（圖略），有明顯的西北低空急流存在。低空急流將北部高濕區(qū)的水汽不斷的向東南方向輸送，濕空氣的輸送產(chǎn)生了位勢(shì)不穩(wěn)定層結(jié)；急流的存在，使急流軸左側(cè)有明顯的水汽和質(zhì)量的輻合與強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)。分析700、500 hPa高空?qǐng)D（圖略），有明顯的西南中空急流存在，該急流與高層的干空氣相疊加，不斷的把干空氣向東北方向推進(jìn)，而急流軸右側(cè)的下沉氣流，剛好把干空氣輸送到風(fēng)暴發(fā)生區(qū)域。

分析2011年5月28日08時(shí)嫩江、齊齊哈爾、哈爾濱和伊春站探空曲線，四站分別在925～850 hPa附近有明顯的逆溫存在。逆溫的存在相當(dāng)于一個(gè)抑制層，暫時(shí)把低空的濕層和高空的干層分開，阻礙對(duì)流的發(fā)展，同時(shí)不穩(wěn)定能量聚集。在低層，尤其是濕的西北急流，不斷的向東南輸送濕空氣；在中高層，干空氣不斷的向東北輸送，在逆溫層以上形成了干空氣蓋。逆溫的阻隔，加大了急流輸送的質(zhì)量，使得低層濕空氣和高層干空氣得到了高效的堆積，為風(fēng)暴的發(fā)展儲(chǔ)存了高靜力能量，不穩(wěn)定層結(jié)不斷加強(qiáng)。

3.2 溫度環(huán)境分析

溫度場(chǎng)有暖舌存在，在黑龍江省西部形成了上冷下暖的垂直結(jié)構(gòu)。在逆溫層以下，隨西南氣流不斷的有暖空氣向東北擴(kuò)展，強(qiáng)位勢(shì)不穩(wěn)定區(qū)域出現(xiàn)明顯的低空暖平流，在外來(lái)動(dòng)力抬升作用下可以產(chǎn)生顯著的強(qiáng)天氣過(guò)程；在逆溫層以上，隨西北氣流不斷的有冷空氣向東南方向擴(kuò)展。

3.3 低空輻合和上升運(yùn)動(dòng)

2011年5月28日哈爾濱、齊齊哈爾、嫩江三個(gè)站的抬升凝結(jié)高度在1 km左右，表明整個(gè)黑龍江中西部地區(qū)抬升凝結(jié)高度都很低，對(duì)流可能被觸發(fā)的高度也很低，來(lái)源于近地面天氣系統(tǒng)。在925 hPa圖上內(nèi)蒙東部有槽線存在，地面在內(nèi)蒙與黑龍江交界處有冷鋒存在。鋒面是產(chǎn)生有組織風(fēng)暴的一個(gè)重要機(jī)制，隨著冷鋒的東移，抵達(dá)不穩(wěn)定區(qū)后，造成不穩(wěn)定能量區(qū)的能量釋放，造成強(qiáng)烈的對(duì)流。925 hPa槽區(qū)內(nèi)有明顯的氣流輻合，可以造成較強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)。

除了冷鋒和925 hPa槽線外，此次過(guò)程另一個(gè)可能觸發(fā)的條件是垂直速度。在28日08點(diǎn)的垂直速度場(chǎng)上，700 hPa，內(nèi)蒙古東部有較大的垂直速度中心，當(dāng)其隨系統(tǒng)向東移動(dòng)，到達(dá)不穩(wěn)定區(qū)域時(shí)，上升運(yùn)動(dòng)將暖濕空氣輸送到中高空，與中高空的干冷空氣相混合，產(chǎn)生了強(qiáng)烈的對(duì)流天氣。

3.4 垂直風(fēng)切變

決定風(fēng)暴的組織結(jié)構(gòu)和強(qiáng)弱的關(guān)鍵因子是垂直風(fēng)切變，在風(fēng)暴的形成、發(fā)展、傳播和分裂過(guò)程中起到了很大的作用，垂直風(fēng)切變的大小往往與風(fēng)暴的強(qiáng)弱密切相關(guān)。計(jì)算5月28日08點(diǎn)黑龍江省4個(gè)探空站點(diǎn)的垂直風(fēng)切變，黑龍江西部和中部地區(qū)的風(fēng)切變較大，超過(guò)了10.0。這次過(guò)程的超強(qiáng)環(huán)境風(fēng)切變的存在，首先使上升氣流斜升氣流中形成的降水質(zhì)點(diǎn)能夠脫離上升氣流，不會(huì)因拖曳作用減弱上升氣流的浮力；其次，超強(qiáng)的環(huán)境風(fēng)切變?cè)鰪?qiáng)了中層干冷空氣的吸入，加強(qiáng)風(fēng)暴中的下沉氣流和低層冷空氣的外流，下沉氣流的加強(qiáng)為地面大風(fēng)和龍卷的生成提供了有利的條件；另外，由貝努力方程可知，強(qiáng)環(huán)境風(fēng)切變的存在，為風(fēng)暴提供了持續(xù)的動(dòng)壓力，使風(fēng)暴上下的氣壓差加大，使上升氣流加強(qiáng)，風(fēng)暴生命時(shí)間也得到大幅的增加。

4 雷達(dá)回波特征分析

在這次過(guò)程中，風(fēng)暴的演變經(jīng)歷了從無(wú)序多單體-單體合并-超級(jí)單體-減弱分裂的演變過(guò)程，在減弱階段，同時(shí)還伴有后側(cè)對(duì)流風(fēng)暴加強(qiáng)，并成為新的超級(jí)單體的過(guò)程。

2010年5月28日15時(shí)30分，在九三雷達(dá)測(cè)站東部，有多單體風(fēng)暴逐步發(fā)展，此后不斷向東偏北方向移動(dòng)，并逐漸發(fā)展。16時(shí)10分，上面多單體風(fēng)暴逐步發(fā)展成帶狀，其中偏下方多單體風(fēng)暴逐步合并為一個(gè)單體。16時(shí)22分，偏下方回波合并為一個(gè)單體，單體呈圓形，反射率因子較大。16時(shí)42分，發(fā)展成超級(jí)單體風(fēng)暴。16時(shí)53分，速度場(chǎng)中可以觀察到中氣旋。17時(shí)03分，超級(jí)單體風(fēng)暴開始減弱，在強(qiáng)中心下方激發(fā)生成新生單體。17時(shí)34分，超級(jí)單體分裂成三個(gè)強(qiáng)度中等多單體，并東移出觀測(cè)范圍。 上方帶狀回波逐漸發(fā)展相連，并緊密排列。在減弱東移過(guò)程中，帶狀回波后方有多塊新生回波單體發(fā)展，逐步形成颮線。 18時(shí)31分颮線減弱為多單體風(fēng)暴，強(qiáng)對(duì)流天氣開始減弱。

5 結(jié)論

（1）本次過(guò)程產(chǎn)生于下層暖濕、上層干冷的環(huán)境中，急流的干濕輸送作用和逆溫層的阻隔作用為本次過(guò)程的對(duì)流發(fā)展提供了能量?jī)?chǔ)存。

（2）冷鋒和925 hPa氣壓槽的輻合作用是本次過(guò)程的觸發(fā)機(jī)制，低抬升凝結(jié)高度、強(qiáng)垂直風(fēng)切變有利于強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)生、發(fā)展。