“8·13”強(qiáng)對(duì)流天氣雷達(dá)回波和GPS水汽的演變特征

[摘要]借助江西多普勒雷達(dá)產(chǎn)品、地面自動(dòng)站同步觀測資料和GPS水汽探測資料，對(duì)2011年8月的一次強(qiáng)對(duì)流天氣的天氣形勢特征、地面觀測資料、GPS水汽及雷達(dá)回波特征進(jìn)行分析。結(jié)果表明：（1）這次強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)生是江西東北部處在副高邊緣，低層受偏南暖濕氣流控制，高溫高濕，不穩(wěn)定能量較強(qiáng)，且低層有低空急流發(fā)展，并處于850hPa急流出口左前方，水汽輻合較強(qiáng)；（2）強(qiáng)降水發(fā)生前，垂直上升氣流表現(xiàn)為整層抬升，降水開始后為一完整的垂直運(yùn)動(dòng)環(huán)流圈；（3）回波強(qiáng)度梯度大、移速快，具有弓形特征，其前部探測到出流邊界，上述特征是判別大風(fēng)的重要指標(biāo)，降水強(qiáng)度的迅速增強(qiáng)與氣旋性輻合、逆風(fēng)區(qū)的形成密切相關(guān)；（4）強(qiáng)回波影響強(qiáng)降水區(qū)域前，不穩(wěn)定區(qū)域地面有中尺度輻合形成，同時(shí)對(duì)應(yīng)較低氣壓值；（5）強(qiáng)降水發(fā)生前，大汽可降水量具有躍升、持續(xù)特征，強(qiáng)降水一般在峰值前出現(xiàn)。

[關(guān)鍵詞]回波演變 地面中尺度輻合 GPS水汽 特征分析

強(qiáng)對(duì)流天氣的臨近預(yù)報(bào)仍是縣級(jí)臺(tái)站業(yè)務(wù)工作中的重點(diǎn)及難點(diǎn)。本文利用江西多普勒雷達(dá)觀測資料，結(jié)合地面自動(dòng)站同步觀測數(shù)據(jù)和GPS水汽資料，綜合分析導(dǎo)致局地強(qiáng)對(duì)流天氣地面自動(dòng)觀測資料和雷達(dá)回波的發(fā)展態(tài)勢特征，力圖為本地縣級(jí)臺(tái)站的臨近預(yù)報(bào)提供有益的參考。

2011年8月13日，江西東北部發(fā)生了一次局地雷雨大風(fēng)、強(qiáng)降水災(zāi)害性天氣過程，多站次出現(xiàn)連續(xù)短時(shí)強(qiáng)降水和雷雨大風(fēng)天氣。其中，花橋鎮(zhèn)漁塘村梅嶺發(fā)生雷擊災(zāi)害，19時(shí)左右一農(nóng)戶家遭受雷擊，2人受傷，房屋及部分電器受損。根據(jù)江西省區(qū)域自動(dòng)站監(jiān)測到的逐小時(shí)降水量統(tǒng)計(jì)分析，降水從8月13日6：00開始，上饒地區(qū)已出現(xiàn)分散性陣性降水，10：00-23：00降水時(shí)空分布不均，風(fēng)暴自西向東移動(dòng)。造成部分縣鄉(xiāng)出現(xiàn)強(qiáng)降水天氣，同時(shí)局地伴有強(qiáng)雷電和大風(fēng)天氣。09：00-10：00婺源的鎮(zhèn)頭出現(xiàn)68.2mm／h、10：00-11：00梅林村30.0mm／h、11：00-12：00太白鎮(zhèn)33.6mm／h、沱川鄉(xiāng)38.7mm／h，張村降水強(qiáng)度達(dá)到當(dāng)日德興市小時(shí)內(nèi)最大（36.1mm／h）、12：00-13：00又有三個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現(xiàn)強(qiáng)降水，16：00-18：00波陽縣局部鄉(xiāng)鎮(zhèn)多次強(qiáng)降水，以17：00的鳳凰鎮(zhèn)51.8mm／h為最大。19：00-22：00橫峰、萬年、德興、鉛山先后又出現(xiàn)強(qiáng)降水，以橫峰的姚家66.6mm／h為最大，23時(shí)后降水強(qiáng)度明顯減弱，多為小陣雨或局地零散雷雨。

一、天氣背景及強(qiáng)對(duì)流潛勢條件

1.天氣形勢和影響系統(tǒng)

進(jìn)入8月中后期，北方弱冷空氣勢力逐漸南壓，華北冷槽開始活躍。當(dāng)副高受低槽東移影響時(shí)，江西中北部處在其邊緣。2011年8月13日08～20時(shí)，200hpa高度場上有明顯的偏北輻散下沉氣流影響長江中下游地區(qū)，500hpa受偏北低槽控制，而200hpa槽與500hpa低槽形成前頃結(jié)構(gòu)，850hpa中北部為溫度脊控制。從08～20時(shí)南昌、衢州探空站可以看到，中高層風(fēng)隨高度逆轉(zhuǎn)，冷平流較明顯，而地面至500hpa風(fēng)隨高度順轉(zhuǎn)，低層西南急流向北輸送大量暖濕空氣，具有較強(qiáng)暖平流，這種高層持續(xù)趨冷、低層持續(xù)增暖的特征，導(dǎo)致層結(jié)不穩(wěn)定度加劇，大氣對(duì)流不穩(wěn)定增強(qiáng)，同時(shí)邊界層和中高層的風(fēng)垂直切變也較為明顯（垂直風(fēng)速差達(dá)10m／s），對(duì)強(qiáng)對(duì)流的發(fā)展及維持有利。另，前期江西中北部地面一直維持／>35～（2高溫天氣，地面加熱明顯，且該日08～20時(shí)K指數(shù)均在40℃以上，CAPE≥1000J／kg、LI≥-5、SI≥-2以下，動(dòng)力及熱力不穩(wěn)定能量較強(qiáng)，同時(shí)具有較大的下沉有效位能和大風(fēng)指數(shù)。由于地表受熱不均的差異及地形作用，該日江西中北部地面有中尺度輻合線產(chǎn)生，具有發(fā)生強(qiáng)對(duì)流天氣的潛勢條件。

2.垂直運(yùn)動(dòng)

垂直上升運(yùn)動(dòng)是強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生發(fā)展的一個(gè)重要條件。分析這次強(qiáng)對(duì)流過程距對(duì)流發(fā)生最近時(shí)刻的垂直上升運(yùn)動(dòng)，可以看到8月13日08：00上升氣流伸展到200hpa附近，后部為下沉區(qū)，最強(qiáng)上升速度-0.4pa／s位于400hpa，其它層次也達(dá)到-0.2pa／s。11：00～14：00江西東北部上空垂直上升運(yùn)動(dòng)為一加強(qiáng)過程，850～400hpa處強(qiáng)上升區(qū)中心附近，垂直速度均小于等于-0.8pa／s，最強(qiáng)-1.4p／s上升速度位于500hpa。以上分析表明，強(qiáng)對(duì)流發(fā)生前的臨近時(shí)刻，為整層抬升，而發(fā)生時(shí)表現(xiàn)為一完整的垂直動(dòng)力環(huán)流圈。

二、雷達(dá)產(chǎn)品特征分析

1.雷達(dá)回波演變特征

由SWAN提供的組合反射率可以看出，16：48強(qiáng)回波位于德興市上游，由多個(gè)東北一西南向單體組成，最大回波強(qiáng)度≥55dBZ，強(qiáng)回波單體略呈弓形特征，回波梯度較大，探測到出流邊界追蹤可以看到，回波移動(dòng)速度為50km／h左右，范圍迅速擴(kuò)大，強(qiáng)中心范圍略減小，而移近本站的A單體強(qiáng)度增大到60dBz，隨后的回波東移南壓中，所經(jīng)之地，多站次出現(xiàn)強(qiáng)雷電、大風(fēng)和短時(shí)強(qiáng)降水。從回波剖面圖可以看到，回波頂度在12km，而／>30dBz回波頂高伸展到500hpa高度，在不穩(wěn)定區(qū)域，強(qiáng)風(fēng)暴在環(huán)境風(fēng)和地面輻合線（圖略）的共同作用下，不斷有單體產(chǎn)生并沿著大體相同的路徑移動(dòng)，具有明顯的“列車效應(yīng)”，給影響地區(qū)帶來連續(xù)強(qiáng)降水天氣。

2.風(fēng)暴徑速度特征

從不同時(shí)刻的多部雷達(dá)探測到的風(fēng)暴徑向速度場上可看出，10：00九江站低層受偏北氣流控制，回波東移，景德鎮(zhèn)上空中低層為出流邊界。德興上空高層則為輻合場，低層對(duì)應(yīng)輻散場，此時(shí)降水不明顯。17：25南昌站探測到景德鎮(zhèn)上空中層有逆風(fēng)區(qū)存在。18：02九江雷達(dá)探測到德興上空高層為輻散場，中層則對(duì)應(yīng)強(qiáng)輻合（逆風(fēng)區(qū)）。18：31上饒雷達(dá)探測到弋陽、橫峰、鷹潭上空低層有氣旋性輻合存在，德興境內(nèi)邊界層出現(xiàn)-27m／s的負(fù)速度入流區(qū)，結(jié)合回波移速，表明地面有大風(fēng)發(fā)生。上述系統(tǒng)的發(fā)展、維持與地面出現(xiàn)的天氣實(shí)況相一致。

三、GPS水汽與強(qiáng)降水的關(guān)系

GPS技術(shù)為探測大氣水汽提供了一種全新的手段，它具有實(shí)時(shí)、連續(xù)、不受天氣狀況影響、精度高等優(yōu)點(diǎn)，是傳統(tǒng)大氣水汽觀測手段的有力補(bǔ)充。從江西省重要天氣監(jiān)測結(jié)果顯示，從8月13日8：00～9：00開始，景德鎮(zhèn)2站2點(diǎn)的出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水，有2站2點(diǎn)出現(xiàn)雷雨大風(fēng)；9：00～10：00婺源縣局地出現(xiàn)一小時(shí)出現(xiàn)68.2mm的強(qiáng)降水；10：00～11：00務(wù)源、浮梁出現(xiàn)強(qiáng)降水，同時(shí)務(wù)源縣局地還出現(xiàn)了2次大風(fēng)；11：00～12：00，12：00～13：00務(wù)源再次出現(xiàn)l站5點(diǎn)強(qiáng)降水；16：00～17：00波陽、景德鎮(zhèn)分別出現(xiàn)2站7點(diǎn)強(qiáng)降水；17：00～20：00降水強(qiáng)度迅速增強(qiáng)、范圍持續(xù)擴(kuò)大，三小時(shí)內(nèi)先后有18站32點(diǎn)出現(xiàn)一小時(shí)短時(shí)強(qiáng)降水，有6站6點(diǎn)伴有短時(shí)雷雨大風(fēng)。對(duì)照上述強(qiáng)降水出現(xiàn)時(shí)段，發(fā)現(xiàn)8：00～9：00景德鎮(zhèn)單站大汽可降水量出現(xiàn)躍升，其中8：00～10：30可降水持續(xù)保持在67ram以上，峰值出現(xiàn)在9：30達(dá)68mm，表明強(qiáng)降水出現(xiàn)在水汽開始躍升階段，對(duì)應(yīng)波陽、德興單站大汽可降水量演變特征表明，在降水量級(jí)不大的環(huán)境下，大汽可降水量總是偏低，當(dāng)發(fā)生強(qiáng)降水時(shí)大汽可降水量一般大于65mm，如果大汽可降水量小于55mm，表明水汽條件還未成熟，那么發(fā)生多站點(diǎn)多站次強(qiáng)降水的機(jī)會(huì)相對(duì)較低。另外，大汽可降水量的持續(xù)偏高，表明大汽有源源不斷的水汽供應(yīng)。當(dāng)大汽可降水量穩(wěn)步下降時(shí)，雷達(dá)回波也逐漸消散，雨勢也隨之減弱。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)大汽可降水量發(fā)生波動(dòng)時(shí)，但如沒有明顯增加，同時(shí)一直徘徊在55mm以下時(shí)，表明大汽中的水汽不足以使暴雨發(fā)展，即水汽沒有得到積累。需要注意的是，大氣中充足的水汽含量是發(fā)生暴雨的必要條件，水汽含量偏低時(shí)，發(fā)生暴雨的機(jī)會(huì)較小。水汽充足也并不一定會(huì)發(fā)生強(qiáng)降水，還需要?jiǎng)恿蜔崃Ψ矫娴恼T發(fā)機(jī)制配合。

四、結(jié)論

1.這次強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)生是江西中北部處在副高邊緣，低層受偏南暖濕氣流控制，高溫高濕，不穩(wěn)定能量較強(qiáng)，08時(shí)、20時(shí)對(duì)流有效位能CAPE≥1000J／kg，K指數(shù)≥40℃，LI≥-4.0），且低層有低空急流發(fā)展，并處于850hPa急流出口左前方，水汽輻合較強(qiáng)；

2.垂直上升運(yùn)動(dòng)是強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生發(fā)展的一個(gè)重要條件，垂直上升速度伸展高度較高，最強(qiáng)上升中心位于500hpa高度，強(qiáng)降水發(fā)生前，垂直上升氣流表現(xiàn)為整層抬升，降水開始后為一完整的垂直動(dòng)力環(huán)流圈；

3.這次強(qiáng)對(duì)流回波強(qiáng)度梯度大、移速快，具有弓形特征，其前部探測到出流邊界，可作為大風(fēng)判別指標(biāo)。降水強(qiáng)度的迅速增強(qiáng)與氣旋性輻合、逆風(fēng)區(qū)的形成密切相關(guān)；

4.強(qiáng)回波影響強(qiáng)降水區(qū)域前，不穩(wěn)定區(qū)域地面有中尺度輻合形成，同時(shí)對(duì)應(yīng)較低氣壓值；

5.GPS技術(shù)為探測大氣水汽提供了一種全新的手段，它具有實(shí)時(shí)、連續(xù)、不受天氣狀況影響、精度高等優(yōu)點(diǎn)，是傳統(tǒng)大氣水汽觀測手段的有力補(bǔ)充。強(qiáng)降水發(fā)生前，大汽可降水量具有躍升、持續(xù)特征，強(qiáng)降水一般在峰值前出現(xiàn)。