渤海強(qiáng)對(duì)流天氣監(jiān)測(cè)及概念模型初建

李延江，陳小雷，景華，李飏，王莎

（1.河北省秦皇島海洋氣象臺(tái)，秦皇島河北 066000；2.河北省氣象臺(tái)，秦皇島河北 050021）

1 引言

強(qiáng)對(duì)流是指伴隨雷暴現(xiàn)象的對(duì)流性短時(shí)強(qiáng)降水、大風(fēng)、冰雹及雷電等災(zāi)害性天氣[1]。這種天氣的水平尺度一般小于200 km，強(qiáng)中心垂直高度可達(dá)12—15 km，是氣象災(zāi)害中歷時(shí)短、天氣劇烈、破壞性強(qiáng)的災(zāi)害性天氣，也是目前陸地監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)、預(yù)警難點(diǎn)[2]之一。較強(qiáng)的強(qiáng)對(duì)流天氣系統(tǒng)對(duì)區(qū)域經(jīng)濟(jì)會(huì)造成較大影響，直接威脅港口設(shè)施及船舶安全。例如：2009年7月18日在渤海西部、南部岸區(qū)分別出現(xiàn)了由850 hPa橫切變線南壓過(guò)程引發(fā)的短時(shí)強(qiáng)降水、大風(fēng)天氣過(guò)程，120個(gè)站出現(xiàn)暴雨，海區(qū)最大陣風(fēng)達(dá)32 m/s，煙臺(tái)24 h最大雨量為224 mm,造成了重大人員和財(cái)產(chǎn)損失，3個(gè)省區(qū)海岸帶地區(qū)直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)1億元以上。2011年9月1日01—07時(shí)，渤海西部沿海地區(qū)出現(xiàn)了由強(qiáng)對(duì)流天氣引發(fā)的暴雨、海區(qū)大風(fēng)及冰雹天氣，其中，滄州海岸帶風(fēng)速最大為30.8 m/s，海區(qū)東北風(fēng)20 m/s持續(xù)時(shí)間為1 h以上，黃驊港5根直徑為30 cm纜樁被拉斷，6艘800噸以上船舶發(fā)生碰撞，并出現(xiàn)局部風(fēng)暴潮災(zāi)害，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)8千萬(wàn)人民幣以上。近年來(lái)，隨著環(huán)渤海地區(qū)中尺度監(jiān)測(cè)網(wǎng)的逐步完善[3]，廣大氣象工作者克服海洋氣象災(zāi)害實(shí)況資料匱乏的不利條件進(jìn)行了一系列科研探索，大量的強(qiáng)對(duì)流天氣研究成果[4]為我們展現(xiàn)了天氣發(fā)生的宏觀特征和基本條件。盧煥珍[5]、王彥[6]等人借助多普勒天氣雷達(dá)自動(dòng)站對(duì)產(chǎn)生海岸帶雷暴大風(fēng)的對(duì)流風(fēng)暴進(jìn)行個(gè)例分析，總結(jié)出雷暴大風(fēng)雷達(dá)回波的主要形態(tài)（弓狀回波、陣風(fēng)鋒、帶狀回波）、大風(fēng)來(lái)臨前反射率因子核心下落、徑向速度場(chǎng)有輻合特征等結(jié)論；賀靚[7]、郭慶利[8]、梁衛(wèi)芳[9]慕建利[10]等應(yīng)用衛(wèi)星資料、多普勒雷達(dá)、閃電資料、自動(dòng)氣象站資料對(duì)近年來(lái)海岸帶及陸地發(fā)生雷電、大風(fēng)個(gè)例進(jìn)行分析，得出雷暴發(fā)生條件、得到了一些中尺度對(duì)流系統(tǒng)中地閃、云頂亮溫與雷達(dá)回波的關(guān)系；許愛(ài)華等[11]針對(duì)半山區(qū)62次強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程，在分析強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生時(shí)高低空配置及分型基礎(chǔ)上，提煉了引發(fā)強(qiáng)對(duì)流天氣的中尺度對(duì)流云帶發(fā)生發(fā)展的云型特征。這些成果大多為陸地強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程的定性描述和分析，對(duì)海區(qū)強(qiáng)對(duì)流系統(tǒng)直接或間接引發(fā)的海洋強(qiáng)對(duì)流災(zāi)害個(gè)例研究甚少，與實(shí)際業(yè)務(wù)需求及海洋-陸地“均一化”的目標(biāo)尚有距離。

本文利用2007—2011年河北氣象局強(qiáng)對(duì)流天氣個(gè)例庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)資料，25個(gè)例輔助標(biāo)準(zhǔn)為：河北海區(qū)同步雷達(dá)回波強(qiáng)度大于35 dBz,回波頂高大于8 km；海區(qū)1—3 h雷電正、負(fù)閃電總次數(shù)大于11次，且為中尺度帶狀或塊狀分布；海區(qū)實(shí)況為海島站、浮標(biāo)站等同步資料。研究入海前后的強(qiáng)對(duì)流中尺度系統(tǒng)空間結(jié)構(gòu)特征；分析三類天氣尺度背景場(chǎng)條件下的高空與低層急流配置及K指數(shù)和SI指數(shù)對(duì)應(yīng)值，綜合分析渤海邊界層輻合線與強(qiáng)對(duì)流天氣落區(qū)對(duì)應(yīng)關(guān)系；初步建立渤海強(qiáng)對(duì)流天氣概念模型；為海區(qū)強(qiáng)對(duì)流天氣監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)技術(shù)的研究提供參考依據(jù)。

2 渤海強(qiáng)對(duì)流天氣背景分析

渤海強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)生[12-13]是大尺度背景特定環(huán)流條件下的產(chǎn)物,高層大氣的經(jīng)向環(huán)流加大，引導(dǎo)冷、暖空氣南北向相對(duì)運(yùn)動(dòng)，必然導(dǎo)致中低層風(fēng)場(chǎng)、溫度場(chǎng)、濕度場(chǎng)垂直方向短期變化和中、小尺度天氣系統(tǒng)的水平方向的合并[14]。而突發(fā)性中尺度天氣的強(qiáng)度、出現(xiàn)的地點(diǎn)又與大氣穩(wěn)定度、動(dòng)力因子、水汽條件及海陸溫差[15]有十分密切的關(guān)系。大多數(shù)不同尺度的強(qiáng)對(duì)流天氣系統(tǒng)是由陸地移向海區(qū)的，并在不同的海岸帶區(qū)域獲取新的能量，重新加強(qiáng)發(fā)展，影響新的海岸帶直至內(nèi)陸區(qū)域，它的生、消僅是環(huán)渤海區(qū)域大尺度背景下的一個(gè)中間過(guò)程。

近20年渤海海岸帶強(qiáng)對(duì)流天氣氣候統(tǒng)計(jì)特征顯示：一般強(qiáng)對(duì)流天氣最早出現(xiàn)在2月下旬，最晚出現(xiàn)在11月末，強(qiáng)對(duì)流天氣主要集中在5—9月，其中5、6、9月多短時(shí)大風(fēng)、雷電、冰雹災(zāi)害天氣，7—8月多強(qiáng)降水、雷電災(zāi)害天氣。天氣尺度背景下的強(qiáng)對(duì)流天氣系統(tǒng)一般為三條路徑由陸地移向海區(qū)，分別為蒙古低渦（低槽）底部400 hPa偏西急流引導(dǎo)中尺度系統(tǒng)由西向東覆蓋渤海；東北低渦（低槽）后部400 hPa西北急流引導(dǎo)中尺度系統(tǒng)由北向南覆蓋渤海并進(jìn)入黃海北部；副高邊緣400 hPa西南急流引導(dǎo)中尺度系統(tǒng)由南向北覆蓋渤海；獨(dú)立的中小尺度海風(fēng)鋒一般不產(chǎn)生強(qiáng)對(duì)流天氣，僅在海岸帶附近與中尺度輻合線合并時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)對(duì)流天氣，天津渤海灣海區(qū)受地形因素影響有時(shí)會(huì)產(chǎn)生原地打轉(zhuǎn)“強(qiáng)雷電型”單體風(fēng)暴。渤海強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)生發(fā)展與季節(jié)、影響系統(tǒng)的時(shí)空尺度分布相關(guān)（見(jiàn)表1），與陸地強(qiáng)對(duì)流天氣生成所需要三個(gè)條件基本相同（垂直不穩(wěn)定、水汽、抬升機(jī)制）。其天氣學(xué)特征及中尺度動(dòng)力學(xué)條件為：

（1）主要天氣尺度影響系統(tǒng)來(lái)自蒙古-東北低渦與低槽、副高邊緣等。強(qiáng)對(duì)流系統(tǒng)移向移速與高空500—400 hPa引導(dǎo)氣流相關(guān)；災(zāi)害天氣落區(qū)一般在低空急流左側(cè)或中尺度風(fēng)場(chǎng)輻合區(qū)；

（2）低層中尺度抬升因子為850—925 hPa切變線、地面鋒及邊界層輻合線等。925 hPa低空急流一般對(duì)應(yīng)海岸帶低層垂直風(fēng)切變大值區(qū)。400 hPa高空急流一般對(duì)應(yīng)探空資料垂直風(fēng)切變大值區(qū)；

（3）中尺度動(dòng)力學(xué)條件為：用來(lái)衡量熱力不穩(wěn)定大小的最佳參量是對(duì)流有效位能CAPE。“低渦、低槽等明顯系統(tǒng)”對(duì)流有效位能CAPE為1200—1400 J/kg；K指數(shù)為28—34℃，最大達(dá)38℃以上；SI指數(shù)為-1.2°—-3.7℃，最大達(dá)-6.0℃以下；“海岸帶輻合線等不明顯系統(tǒng)”各類對(duì)流不穩(wěn)定參數(shù)偏小2—3個(gè)數(shù)值。

3 渤海強(qiáng)對(duì)流天氣衛(wèi)星云圖監(jiān)測(cè)及個(gè)例分析

3.1 FY-2E紅外/水汽云圖分型及實(shí)況特征值

渤海大致范圍為117°—123°E，37°—41°N，處于中緯度區(qū)域，西風(fēng)帶短波系統(tǒng)影響較多，直接影響系統(tǒng)為天氣尺度及次天氣尺度的渦旋狀、帶狀及中尺度對(duì)流云團(tuán)，移至渤海時(shí)空強(qiáng)度演變由衛(wèi)星云圖監(jiān)測(cè)逐步判別。在對(duì)上述典型個(gè)例強(qiáng)對(duì)流天氣影響系統(tǒng)分析基礎(chǔ)上，采用同步資料疊加分析得出（見(jiàn)表2）。初步分為3種類型：

（1）云區(qū)由西向東運(yùn)動(dòng)-蒙古低槽轉(zhuǎn)低渦型。前期由低槽次天氣尺度云系覆蓋渤海大部引發(fā)混合云強(qiáng)降水，伴有雷電、大風(fēng)天氣。12—24 h后在東移過(guò)程中轉(zhuǎn)低渦型，其后部零散對(duì)流云團(tuán)單體在陸地發(fā)展，在偏西向高空急流及地面輻合線共同作用下移至海岸帶區(qū)域合并為中尺度帶狀云系，入海后云頂TBB值-52℃→-76℃→-30℃ ，移向E，移速為50 km/h，造成新一輪海區(qū)強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生；

表1 典型個(gè)例天氣動(dòng)力、穩(wěn)定度特征值與海區(qū)強(qiáng)對(duì)流天氣一般對(duì)應(yīng)關(guān)系 08—20時(shí)（北京）

（2）云區(qū)由北向南運(yùn)動(dòng)-東北低渦型。高空低渦在東北移速減慢，在高空西北向急流激發(fā)（風(fēng)速垂直切變加大）及海岸帶輻合線（925 hPaNE向低空急流）抬升作用下，在渤海北部海岸帶-海區(qū)弱對(duì)流云帶加強(qiáng)，入海后云頂TBB值-32℃→-81℃→-38℃，移向S，移速60 km/h，次天氣尺度云系覆蓋渤海大部引發(fā)混合云強(qiáng)降水，并伴有雷電、大風(fēng)天氣；

（3）云區(qū)由南向北運(yùn)動(dòng)-副高邊緣型。500 hPa副熱帶高壓588線位于日本海至我國(guó)黃海-東海西部一線，渤海位于副高邊緣左側(cè)中尺度對(duì)流云系前部，在黃河中下游及徐州附近有中尺度對(duì)流云團(tuán)發(fā)展，中尺度象元面積100×200 km，3 hTBB變化-72℃→-86℃→-78℃ ；移向N，移速為60 km/h；西南向400 hPa高空急流在合肥-大連一線，海區(qū)持續(xù)偏東風(fēng)6—8 m/s，次天氣尺度云系覆蓋渤海大部引發(fā)海岸帶-海區(qū)大暴雨、強(qiáng)雷電及短時(shí)大風(fēng)天氣。

3.2 副高邊緣型個(gè)例分析

3.2.12010年7月19—20日強(qiáng)對(duì)流降水過(guò)程FY-2E紅外云圖的演變過(guò)程

在7月19日12時(shí)（世界時(shí)），低渦狀云區(qū)在渤海西部一線移速減慢（見(jiàn)圖1），中尺度云團(tuán)強(qiáng)TBB中心覆蓋渤海大部，呈西南-東北向大尺度云區(qū)移動(dòng)，疊加6 h降水值后明顯看出雨強(qiáng)中心與TBB中尺度象元分布一致性，海區(qū)-海岸帶出現(xiàn)大范圍的暴雨區(qū)；02時(shí)降水系統(tǒng)云系移出河北海區(qū)，降水明顯減弱，大暴雨云團(tuán)中尺度象元MEB為-91℃→-71℃→-32℃；同步水汽圖比紅外云圖渦旋狀特征更清晰一些，雷電資料為7月19日20時(shí)-20日02時(shí)天津雷電正閃6，負(fù)閃4，秦皇島正閃0，負(fù)閃2，即秦皇島海岸帶對(duì)流降水偏弱，初步判斷降水以混合云為主，對(duì)流降水為次之，可能是高層冷空氣切入較快，對(duì)流降水發(fā)展條件受到抑制。

表2 渤海強(qiáng)對(duì)流天氣FY-2E紅外/水汽云圖分型及實(shí)況特征值（117°—126°E，36°—42°N）

3.2.2 同步CloudSat衛(wèi)星云剖面分析

為了進(jìn)一步探討海區(qū)-海岸帶強(qiáng)降水天氣中尺度云團(tuán)空間結(jié)構(gòu)，應(yīng)用CloudSat衛(wèi)星云剖面圖對(duì)比同步FY-2E紅外云圖，資料參數(shù)為：北京時(shí)20日2時(shí)，第28段1001個(gè)象元運(yùn)行3 min，剖線長(zhǎng)度約1200 km,高度30 km,軌道號(hào)22475掃描范圍34.6—50.0°N,120.0—123.6°E。剖面空間軌跡是隨時(shí)間變化的見(jiàn)（見(jiàn)圖2），同步剖面cloudsat衛(wèi)星運(yùn)行軌跡經(jīng)過(guò)所選區(qū)域?yàn)楦备哌吘壧鞖獬叨仍茙Вㄓ陰В陀^展示了中尺度降水系統(tǒng)空間傳播某一時(shí)刻的形態(tài)分布，主體剖面頂高接近12 km,上升與下沉氣流基本對(duì)稱，周邊有拖帶中、小尺度云團(tuán)，夜間02時(shí)造成強(qiáng)降水的中尺度低渦云系主體已經(jīng)移出河北海區(qū)其后部轉(zhuǎn)為陣雨，渤海西部中β尺度雨團(tuán)是一個(gè)動(dòng)態(tài)變化過(guò)程，上游暴雨減弱雨團(tuán)移動(dòng)到渤海海區(qū)-西海岸帶，在有利的垂直速度、相對(duì)濕度輻合區(qū)域產(chǎn)生新的暴雨云團(tuán)，結(jié)束后對(duì)下游中尺度雨團(tuán)發(fā)展是一個(gè)快速波動(dòng)傳輸過(guò)程，與多單體風(fēng)暴的傳播機(jī)制相似；同步雷電資料地閃頻數(shù)偏少，強(qiáng)降水時(shí)段峰值以混合云為主，與同步FY-2E云圖分析結(jié)論比較一致。其預(yù)報(bào)意義為：秦皇島海區(qū)02時(shí)（北京時(shí)）應(yīng)取消暴雨預(yù)警信號(hào)，相對(duì)遼寧西部海區(qū)、北部海區(qū)則應(yīng)升級(jí)雷電、暴雨預(yù)警信號(hào)。

圖1 FY-2E紅外云圖2010.7.19.12z-00z(世界時(shí))

圖2 FY-2E紅外云圖2010.7.20.02s(BJ)同步CloudSat衛(wèi)星云剖面圖

3.3 兩次東北低渦過(guò)程衛(wèi)星云圖監(jiān)測(cè)

兩次海區(qū)強(qiáng)對(duì)流降水過(guò)程FY2C紅外云圖的演變過(guò)程非常相似，云圖動(dòng)態(tài)分析看到的是“帶狀”大尺度云區(qū)向南移動(dòng)。主體云區(qū)南壓過(guò)程中在渤海一線速度減慢，西南方向的河南一線相對(duì)弱帶狀云系迅速向NE移動(dòng)發(fā)展與主體云系對(duì)接，低層850—950 hPa風(fēng)場(chǎng)NE向與SW向急流輻合區(qū)在渤海中部海區(qū)，雷達(dá)監(jiān)測(cè)到的帶狀回波由北向南向移動(dòng)與云圖中尺度象元MEB相對(duì)應(yīng)。

2007年7月18日08時(shí)大暴雨云團(tuán)呈準(zhǔn)帶狀分布（見(jiàn)圖3），位于西海岸帶的天津—唐山—遼寧一線，09—10時(shí)海岸帶-海區(qū)出現(xiàn)大范圍的大暴雨區(qū)，11—12時(shí)渤海一線云團(tuán)略增強(qiáng)少動(dòng)；河南一帶狀有發(fā)展北上趨勢(shì)，此后云團(tuán)呈波動(dòng)式傳播，16時(shí)與主體云系對(duì)接，呈長(zhǎng)條狀緯向分布位于山西南部-河北南部-山東省，中尺度象元的TBB最低為-115℃，邢臺(tái)、滄州出現(xiàn)暴雨天氣，隨后就是濟(jì)南大暴雨災(zāi)害天氣的發(fā)生。天津雷達(dá)顯示正好相反帶狀由NE向SW延伸，即與低空NE向急流有關(guān)，強(qiáng)降水持續(xù)降水時(shí)間為3—6 h。

2009年7月18日00—02時(shí)渤海一線云團(tuán)略增強(qiáng)少動(dòng)（見(jiàn)圖4）；河南東部一帶中尺度對(duì)流云系有發(fā)展北上趨勢(shì)，此后云團(tuán)呈波動(dòng)式傳播，03時(shí)與主體云系對(duì)接，呈長(zhǎng)條狀緯向分布位于河北中南部-山東半島，中尺度象元的TBB低值區(qū)為-115℃，隨著橫向云帶在渤海南壓，滄州海岸帶出現(xiàn)暴雨區(qū)，隨后就是煙臺(tái)大暴雨天氣的發(fā)生。天津雷達(dá)顯示正好相反，帶狀由NE向SW方向延伸，即與低空NE向急流有關(guān)，降水時(shí)間出現(xiàn)在21—05時(shí)（夜間降水），夜間輻射增溫減弱對(duì)流發(fā)展條件受限。

4 進(jìn)入渤海海區(qū)強(qiáng)對(duì)流天氣雷達(dá)回波特征及典型個(gè)例分析

4.1 進(jìn)入渤海海區(qū)強(qiáng)對(duì)流天氣雷達(dá)回波特征分析

參考同步天氣背景及云圖特征分析結(jié)果，應(yīng)用PUP回放系統(tǒng)對(duì)25個(gè)典型個(gè)例，做進(jìn)一步綜合分析，分析渤海強(qiáng)對(duì)流回波源地，移動(dòng)路徑及發(fā)生、發(fā)展、消失規(guī)律，分析海區(qū)中β尺度單體及多單體風(fēng)暴雷達(dá)反射率因子、回波頂高特征及分級(jí)值，回波頂高與雷電分布對(duì)應(yīng)關(guān)系；提煉出6種海區(qū)強(qiáng)對(duì)流回波分型，對(duì)比臨近時(shí)次海岸帶實(shí)況、海島站、浮標(biāo)及雷電資料給出強(qiáng)對(duì)流災(zāi)害天氣的估測(cè)類型，為建立渤海強(qiáng)對(duì)流天氣概念模型及預(yù)報(bào)、預(yù)警指標(biāo)提供技術(shù)支撐。

4.2 典型個(gè)例分析

4.2.1 海區(qū)2009.7.28海風(fēng)鋒雷達(dá)回波個(gè)例分析

圖3 FY2C紅外云圖2007.7.18.08—18 s(BJ)

圖4 FY-2C紅外云圖2009.7.18.02—05 s(BJ)

發(fā)展階段：（見(jiàn)圖5）兩個(gè)體掃后09∶12′緯向型帶狀海風(fēng)鋒CR37—38及ET回波特征，09時(shí)秦皇島-唐山海區(qū)有一帶狀回波生成，兩個(gè)體掃后09∶12′，回波水平尺度為230×30 km,多單體風(fēng)暴，強(qiáng)度45—50dBZ，ET8—9km，移向NNE，移速30—40km/h。天津海區(qū)同步生成塊狀水平尺度30×40 km，單體風(fēng)暴，強(qiáng)度55—60 dbz，ET11 km，海區(qū)原地旋轉(zhuǎn)，持續(xù)時(shí)間1—2 h，原地后迅速減弱，對(duì)應(yīng)天氣短時(shí)雷雨，同步雷電密度較大，可能與地形有關(guān)。

成熟階段：三個(gè)體掃后09∶18′，強(qiáng)度增至55—60 dBz，岸區(qū)ET10—13 km，移向NNE，移速25—35 km/h。對(duì)應(yīng)天氣短時(shí)雷雨大風(fēng)，持續(xù)時(shí)間1—2 h；徑向速度圖V27.0.5°—3.4°回波特征為：0.5°仰角海區(qū)邊界層2000 m高度風(fēng)向SE-ESE，風(fēng)速約4—5 m/s回波面積明顯小于CR37，1.5°仰角海區(qū)邊界層1000 m高度持續(xù)風(fēng)向ESE，風(fēng)速約5—7 m/s回波面2.4°—3.4°仰角海區(qū)邊界層1500—2000 m高度風(fēng)向出現(xiàn)明顯輻合區(qū)，有利于對(duì)流強(qiáng)發(fā)展。

表3 進(jìn)入海區(qū)強(qiáng)對(duì)流回波與強(qiáng)對(duì)流天氣一般對(duì)應(yīng)關(guān)系

消亡階段：09∶42′，回波趨于減弱，岸區(qū)單體風(fēng)暴，強(qiáng)度下降至30—40 dBZ，ET8 km，天津海區(qū)回波原地旋轉(zhuǎn)迅速減弱，同步雷電密度值減小。

4.2.2 海區(qū)2009.6.9帶狀回波動(dòng)態(tài)分析

圖5 渤海海區(qū)09.7.28緯向型帶狀海風(fēng)鋒CR37—38及ET回波特征

從海區(qū)16 s經(jīng)向型帶狀CR37產(chǎn)品6次體掃回波圖中（見(jiàn)圖6）明顯看到：中β尺度帶狀回波16:18′（北京時(shí)），水平尺度為240×60 km,多單體風(fēng)暴，帶狀回波強(qiáng)度50—55 dBZ，對(duì)應(yīng)天氣短時(shí)雷雨大風(fēng)，持續(xù)時(shí)間半小時(shí)；位于唐山海岸帶中β尺度帶狀回波主體向海區(qū)移動(dòng)，低層風(fēng)場(chǎng)各自獨(dú)立，高層引導(dǎo)氣流相對(duì)一致；16∶48′（北京時(shí)）中β尺度帶狀回波進(jìn)入海區(qū)后逐漸減弱。前期是岸區(qū)輻合線與海風(fēng)鋒合并，產(chǎn)生對(duì)流天氣能量釋放后，逐漸減弱，入海后沿高空引導(dǎo)氣流平均風(fēng)向移動(dòng)，在營(yíng)口-大連岸區(qū)重新發(fā)展。

圖6 海區(qū)09.6.16經(jīng)向型帶狀海風(fēng)鋒CR37產(chǎn)品6次體掃回波圖

圖7 河北海區(qū)-海岸帶2010.10.1CR37、ET41、龍卷參數(shù)綜合圖

4.2.3 海岸帶2010.10.1帶狀回波龍卷、冰雹天氣個(gè)例2010年10月1日14—15時(shí)（北京時(shí)）在渤海西海岸帶出現(xiàn)短時(shí)雷雨、大風(fēng)（沒(méi)有龍卷災(zāi)情報(bào)告）、冰雹天氣。見(jiàn)圖714:42′位于海岸帶中β尺度帶狀回波，水平尺度為300×30 km,單體風(fēng)暴，回波強(qiáng)度55—60 dBZ，質(zhì)心ET13 km，并出現(xiàn)龍卷和中氣旋，移向沿海岸帶NE—SW向移動(dòng)，移速50—60 km/h，持續(xù)時(shí)間1 h，進(jìn)入海區(qū)后逐漸減弱。同步四個(gè)體掃V27.1.5°徑向速度圖也明顯看出典型的多風(fēng)暴單體特征，低層輻合風(fēng)場(chǎng)切變線恰好在沿岸區(qū)發(fā)展，中β尺度帶狀回波水平風(fēng)場(chǎng)有逆風(fēng)區(qū)和速度對(duì)，高層風(fēng)場(chǎng)輻散，有利強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)展維持。

5 渤海強(qiáng)對(duì)流天氣概念模型初建

業(yè)務(wù)實(shí)踐表明：海區(qū)強(qiáng)對(duì)流天氣是監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)中難點(diǎn)問(wèn)題之一，沒(méi)有什么成功經(jīng)驗(yàn)，目前尚屬于探索階段，定量描述海區(qū)強(qiáng)對(duì)流天氣3維時(shí)空尺度變化比較困難，實(shí)況資料一般以“近似資料”代替為主，有效應(yīng)的用雷達(dá)、云圖同步資料綜合疊加并加入中尺度數(shù)值產(chǎn)品是其關(guān)鍵應(yīng)用技術(shù)手段，若干雷達(dá)反演個(gè)例顯示：空間風(fēng)場(chǎng)與回波剖面疊加，沒(méi)有回波處不一定是下沉區(qū)域，有回波區(qū)域也存在下沉氣流，對(duì)于中β尺度對(duì)流云團(tuán)多數(shù)為不對(duì)稱渦旋狀；任何強(qiáng)因子都是相對(duì)的，是動(dòng)態(tài)變化，客觀存在互補(bǔ)問(wèn)題，是一個(gè)天氣意義組合問(wèn)題，不同尺度云團(tuán)的空間剖面為強(qiáng)對(duì)流天氣概念模型改進(jìn)提供新的依據(jù)。針對(duì)渤海25次強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程，在分析強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生時(shí)天氣尺度影響系統(tǒng)及中尺度動(dòng)力學(xué)因子的基礎(chǔ)上，綜合同步個(gè)例的衛(wèi)星云圖、雷達(dá)回波基本特征分析，從實(shí)用性角度歸納出3個(gè)海區(qū)強(qiáng)對(duì)流天氣概念模型：

5.1 蒙古低渦（低槽）型及應(yīng)用指標(biāo)

（1）形勢(shì)場(chǎng)（見(jiàn)圖8）：低渦（低槽）位于蒙古東部一線，槽線底部在黃河以南，400 hPa急流在河套至北京地區(qū)，朝鮮半島-東北南部為暖高壓脊。

（2）低層風(fēng)場(chǎng)：對(duì)應(yīng)高空形勢(shì)，850—925 hPa海區(qū)為“徑向型”次天氣尺度或中尺度切變線。

（3）衛(wèi)星云圖：渤海位于大尺度渦旋云系中部，中尺度象元面積300×400 km，3 hTBB變化-52℃→-76℃→-30℃ ；移向E，移速為50 km/h；一般情況“低槽型“進(jìn)入渤海中尺度象元TBB值減弱，移至東部海岸帶后有增強(qiáng)趨勢(shì)。

（4）雷達(dá)回波：帶狀回波生成于承德-北京一線，進(jìn)入渤海后回波強(qiáng)度維持在40—50 dBz，回波頂高11—13 km，且海區(qū)地閃1—3 h分布與回波頂高大于8 km區(qū)域接近一致，負(fù)閃密度增加時(shí)降水強(qiáng)度增大，正閃密度大值區(qū)對(duì)應(yīng)冰雹。

（5）海岸帶探空北京、樂(lè)亭、錦州站：CAPE為900—1300 J/kg；K指數(shù)為28—32℃ ；SI為0—-2℃；Wsr0—6 km為20—22 m/s。一般多發(fā)于5—6月，海區(qū)氣象災(zāi)害強(qiáng)度次序：強(qiáng)雷電、大風(fēng)、冰雹、強(qiáng)降水。

（6）蒙古低槽型一般指蒙古“東部”低槽型，位于蒙古低渦與東北低渦之間，移速比低渦型相對(duì)快一些，在東北中南部加深為低渦，對(duì)應(yīng)帶狀云系進(jìn)入渤海后減弱，系統(tǒng)云區(qū)多數(shù)斷裂成兩塊中尺度云帶，雷達(dá)回波強(qiáng)度減弱，強(qiáng)對(duì)流天氣持續(xù)時(shí)間相對(duì)短。具體應(yīng)用時(shí)參照上述預(yù)報(bào)指標(biāo)，相關(guān)物理量場(chǎng)對(duì)流參數(shù)量級(jí)低1—2個(gè)數(shù)值。

5.2 東北低渦（低槽）型及應(yīng)用指標(biāo)

（1）形勢(shì)場(chǎng)（見(jiàn)圖9）：低渦（低槽）位于東北中部或南部一線，槽線底部在山東半島以南，400 hPa急流在錫林浩特至秦皇島地區(qū)，貝加爾湖-烏蘭巴托為暖高壓脊。

（2）低層風(fēng)場(chǎng)：對(duì)應(yīng)高空形勢(shì)，850—925 hPa海岸帶-海區(qū)為“緯向型”次天氣尺度或中尺度切變線。

（3）衛(wèi)星云圖：渤海位于大尺度渦旋云系后部，帶狀中尺度象元面積300×400 km，3 hTBB變化-52℃→-76℃→-78℃；移向SSE移速為60 km/h；一般情況“低槽型“進(jìn)入渤海中尺度象元TBB值少變，移至南部海岸帶后有增強(qiáng)趨勢(shì)。

（4）雷達(dá)回波：帶狀回波生成于遼寧阜新-承德一線，進(jìn)入渤海后回波強(qiáng)度維持在45—55 dBz，回波頂高12—13 km，且海區(qū)地閃1—3 h分布與回波頂高大于8 km區(qū)域接近一致。

（5）海岸帶探空錦州、樂(lè)亭、大連：CAPE為800—1350 J/kg；K指數(shù)為30—33℃ ；SI為0—-3℃；Wsr0—6 km 為21—24 m/s。

一般多發(fā)于7—8月，海區(qū)氣象災(zāi)害強(qiáng)度次序：強(qiáng)降水、大風(fēng)、雷電、冰雹。

5.3 副高邊緣型

（1）形勢(shì)場(chǎng)（見(jiàn)圖10）：500 hPa副熱帶高壓588線位于日本海至我國(guó)黃海-東海西部一線并有西伸北抬趨勢(shì)，高壓中心位于日本九州島附近；400 hPa急流在合肥-臨沂至大連；賽音山達(dá)-呼和浩特移向?yàn)槿醯椭迪到y(tǒng)。

（2）低層風(fēng)場(chǎng)：對(duì)應(yīng)高空形勢(shì)，850—925 hPa海岸帶-海區(qū)為“經(jīng)向型’中尺度切變線或渦旋并有低空急流；海區(qū)持續(xù)偏東風(fēng)6—8 m/s。

（3）衛(wèi)星云圖：渤海位于副高邊緣左側(cè)中尺度對(duì)流云系前部，在邯鄲、徐州塊狀中尺度對(duì)流有發(fā)展北移趨勢(shì)，中尺度象元面積100×200 km，3 hTBB變化-72℃→-86℃→-78℃；移向NE,移速為60km/h；一般情況中尺度云團(tuán)進(jìn)入渤海西海岸帶-海區(qū)TBB值增強(qiáng)，移至北部海岸帶2—3 h后有繼續(xù)增強(qiáng)趨勢(shì)。同步水汽圖比紅外云圖渦旋狀及塊狀特征更清晰一些。

圖8 蒙古低渦（低槽）相對(duì)渤海強(qiáng)對(duì)流東移型天氣概念模型圖

圖9 東北低渦（低槽）相對(duì)渤海強(qiáng)對(duì)流南壓型天氣概念模型圖

圖10 副熱帶高壓邊緣相對(duì)渤海強(qiáng)對(duì)流北上型天氣概念模型圖

（4）雷達(dá)回波：塊狀回波生成于滄州-天津南部一線，并呈波動(dòng)式傳播，進(jìn)入渤海后回波強(qiáng)度維持在50—55 dBz，回波頂高9—12 km，且海區(qū)地閃1—3 h分布與回波頂高大于8 km區(qū)域接近一致；正閃密度分布小于負(fù)閃。

（5）海岸帶探空大連、樂(lè)亭、錦州站：CAPE為1000—1410 J/kg；K 指數(shù)為 32°—35℃ ；SI為-1—-3℃；Wsr0—6 km 為22—26 m/s。

一般多發(fā)于7—8月，海區(qū)氣象災(zāi)害強(qiáng)度次序：強(qiáng)降水（6 h海岸帶大暴雨）、雷電、大風(fēng)。

6 結(jié)論與探討

（1）渤海強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)生是大尺度背景特定環(huán)流條件下的產(chǎn)物,它的生、消及演變規(guī)律僅是中緯度環(huán)渤海區(qū)域大尺度背景下的一個(gè)中間過(guò)程。強(qiáng)對(duì)流天氣主要集中在5—9月，天氣尺度背景下的強(qiáng)對(duì)流天氣系統(tǒng)一般為三條路徑由陸地移向海區(qū)，分別為蒙古低渦（低槽）底部400 hPa偏西急流引導(dǎo)中尺度系統(tǒng)由西向東覆蓋渤海；東北低渦（低槽）后部400 hPa西北急流引導(dǎo)中尺度系統(tǒng)由北向南覆蓋渤海并進(jìn)入黃海北部；副高邊緣400 hPa西南急流引導(dǎo)中尺度系統(tǒng)由南向北覆蓋渤海；獨(dú)立的渤海海風(fēng)鋒一般不產(chǎn)生強(qiáng)對(duì)流天氣，僅在海岸帶附近與中尺度輻合線合并時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)對(duì)流天氣，天津渤海灣海區(qū)受地形因素影響有時(shí)會(huì)產(chǎn)生原地打轉(zhuǎn)“強(qiáng)雷電型”單體風(fēng)暴。災(zāi)害天氣落區(qū)一般在低空急流左側(cè)或中尺度風(fēng)場(chǎng)輻合區(qū)。低層中尺度抬升因子為850—925 hPa切變線、地面鋒及邊界層輻合線等。

（2）同步衛(wèi)星云圖監(jiān)測(cè)：①云區(qū)由西向東運(yùn)動(dòng)-蒙古低槽轉(zhuǎn)低渦型。前期由低槽次天氣尺度云系覆蓋渤海大部，引發(fā)混合云強(qiáng)降水，伴有雷電、大風(fēng)天氣。12—24 h后在東移過(guò)程中轉(zhuǎn)低渦型，其后部零散對(duì)流云團(tuán)單體在陸地發(fā)展，在偏西向高空急流及地面輻合線共同作用下移至海岸帶區(qū)域，合并為中尺度帶狀云系，入海后云頂TBB值-52℃→-76℃→-30℃，移向E,移速為50 km/h，造成新一輪海區(qū)強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生；②云區(qū)由北向南運(yùn)動(dòng)-東北低渦型。高空低渦在東北移速減慢，在高空西北向急流激發(fā)（風(fēng)速垂直切變加大）及海岸帶輻合線（925 hPaNE向低空急流）抬升作用下，在渤海北部海岸帶-海區(qū)弱對(duì)流云帶加強(qiáng)，入海后云頂TBB值 -32℃→-81℃→-38℃，移向S,移速 60 km/h，次天氣尺度云系覆蓋渤海大部引發(fā)混合云強(qiáng)降水，并伴有雷電、大風(fēng)天氣。③云區(qū)由南向北運(yùn)動(dòng)-副高邊緣型。500 hPa副熱帶高壓588線位于日本海至我國(guó)黃海-東海西部一線，渤海位于副高邊緣左側(cè)中尺度對(duì)流云系前部，在黃河中下游及徐州附近有中尺度對(duì)流云團(tuán)發(fā)展，中尺度象元面積100×200 km，3 hTBB變化-72℃→-86℃→-78℃ ；移向N，移速為60 km/h；西南向400 hPa高空急流在合肥-大連一線，海區(qū)持續(xù)偏東風(fēng)6-8 m/s。

（3）雷達(dá)回波監(jiān)測(cè)：進(jìn)入渤海西部的中β尺度多單體風(fēng)暴帶狀回波，一般低層有明顯輻合線，垂直高度2 km以下（VWP），水平尺度100×30 km,回波強(qiáng)度 45—55 dBz,ET11—12 km,移向 NE,移速70—80 km/h,對(duì)應(yīng)天氣為短時(shí)強(qiáng)降水、大風(fēng)、雷電；持續(xù)時(shí)間1—2 h,入北部海區(qū)后迅速減弱；渤海西部海區(qū)生成帶狀回波，水平尺度50×200 km,多單體風(fēng)暴，回波強(qiáng)度55—60 dBz,ET9—11 km,移向E-SE,移速50—60 km/h，對(duì)應(yīng)天氣短時(shí)雷雨大風(fēng)，持續(xù)時(shí)間2—3 h,移至中部海區(qū)減弱，進(jìn)入東部岸區(qū)后迅速增強(qiáng)；天津海區(qū)同步生成塊狀水平尺度30×40 km,單體風(fēng)暴，強(qiáng)度55—60 dBz,ET11 km,海區(qū)原地旋轉(zhuǎn)，持續(xù)時(shí)間1—2 h,原地迅速減弱，對(duì)應(yīng)天氣短時(shí)雷雨，同步雷電地閃密度較大，可能與環(huán)形地形有關(guān)。海岸帶-海區(qū)中γ尺度（15×25 km）塊狀合并雷達(dá)回波生成，強(qiáng)回波區(qū)45—55 dBz“雙質(zhì)心”，在垂直結(jié)構(gòu)上，ET大于12 km，VWP風(fēng)向風(fēng)速順時(shí)針隨高度增大，850 hPa以下為大于12 m/s超低空東北向急流，移向E,移速20—30 km/h，對(duì)應(yīng)天氣短時(shí)大暴雨、雷電，持續(xù)時(shí)間1—2 h,其準(zhǔn)靜止?fàn)顟B(tài)是強(qiáng)降水重要條件之一。

（4）海區(qū)強(qiáng)對(duì)流天氣蒙古低渦（低槽）天氣概念模型

形勢(shì)場(chǎng)：低渦（低槽）位于蒙古東部一線，槽線底部在黃河以南，400 hPa急流在河套至北京地區(qū)，朝鮮半島-東北南部為暖高壓脊。

低層風(fēng)場(chǎng)：對(duì)應(yīng)形勢(shì)場(chǎng)，850—925 hPa海岸帶-海區(qū)為“徑向型’次天氣尺度或中尺度切變線。

衛(wèi)星云圖：渤海位于大尺度渦旋云系中部，中尺度象元面積300×400 km，3 hTBB變化-52℃→-76℃→-30℃ ；移向E，移速為50 km/h；一般情況“低槽型”進(jìn)入渤海中尺度象元TBB值減弱，移至東部海岸帶后有增強(qiáng)趨勢(shì)。

雷達(dá)回波：帶狀回波生成于承德-北京一線，進(jìn)入渤海后回波強(qiáng)度維持在40—50 dBz，回波頂高11—13 km，且海區(qū)地閃1—3 h分布與回波頂高大于8 km區(qū)域接近一致，負(fù)閃密度增加時(shí)降水強(qiáng)度增大，正閃密度遞增對(duì)應(yīng)冰雹概率的可能性加大。

海岸帶探空物理量：CAPE為900—1300 J/kg；K指數(shù)為28°—32℃ ；SI為0°—-2℃；Wsr0—6 km為20—22 m/s。一般多發(fā)于5—6月，海區(qū)氣象災(zāi)害強(qiáng)度次序強(qiáng)雷電、大風(fēng)、冰雹、強(qiáng)降水。

海洋強(qiáng)對(duì)流天氣的研究屬海洋與大氣科學(xué)的前沿部分，難度較大，傳統(tǒng)的天氣動(dòng)力學(xué)、海洋學(xué)和新監(jiān)測(cè)資料應(yīng)用是其主要的理論和技術(shù)支撐。由于是內(nèi)海，海島站、浮標(biāo)站、云地閃、雷達(dá)反演、云圖特征綜合分析結(jié)果可近似代替災(zāi)害天氣實(shí)況估測(cè)值，隨著“環(huán)渤海中尺度天氣系統(tǒng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)”的逐步完善及SWAN反演產(chǎn)品的應(yīng)用，短時(shí)監(jiān)測(cè)、預(yù)警能力基本達(dá)到或接近內(nèi)陸預(yù)報(bào)區(qū)的水準(zhǔn)。文中缺少陸地與海洋界面水汽通量、云物理因子等同步數(shù)值模擬分析，有待于進(jìn)一步研究。

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