漳州南部一次強雷暴天氣過程分析

許乾杰 何秀戀 童懷忠

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漳州南部一次強雷暴天氣過程分析

許乾杰 何秀戀 童懷忠

福建省詔安縣氣象局

2013年8月20日，漳州南部遭受一次強雷暴天氣的襲擊，給人民生命財產(chǎn)帶來一定的損失。該文通過對雷暴發(fā)生前后的環(huán)流背景、物理量場、雷達回波演變進行分析，結果表明，高空200hPa冷渦東移及強東南風輻散、低層925hPa東北風輻合的耦合配置，強烈的大氣垂直運動及大氣中的不穩(wěn)定層結為此次雷暴天氣提供了必要的條件，1312號臺風“潭美”外圍強烈的輻合運動觸動了不穩(wěn)定能量，是此次雷暴的誘發(fā)因素。

強雷暴冷渦不穩(wěn)定層結

強雷暴天氣多發(fā)生在夏季大陸上空的積雨云中，是一種強烈的對流天氣性天氣過程，伴有閃電、雷鳴、強風、暴雨、冰雹等災害性天氣現(xiàn)象，是一種具有短時巨大破壞力的天氣，常給國民經(jīng)濟和人民生命財產(chǎn)造成嚴重的損失，由于其具有時空尺度小、發(fā)展速度快、持續(xù)時間短的特點而難以準確預測。

2013年8月20日下午16時40分至18時20分，漳州詔安縣遭受一次強雷暴天氣襲擊。雷暴發(fā)生時，持續(xù)近半小時的白夜籠罩在整個縣城。此次強雷暴天氣過程雖短，但產(chǎn)生的降水量很大，縣氣象站30分鐘的降水量達31.5毫米，區(qū)域站一小時降水量達42.9毫米。由于此次強雷暴發(fā)生時間快、持續(xù)時間長、強度強，造成了一位在野外干活的農(nóng)婦無法及時躲避被擊死的慘劇。本文將通過分析雷暴發(fā)生前后的環(huán)流背景，結合物理量場、探空資料、多普勒天氣雷達回波特征來分析此次強雷暴天氣過程，希望找出一些強雷暴發(fā)生前和發(fā)生時的多普勒天氣雷達回波特征，為今后強對流天氣臨近預報和雷電預警提供參考。

1 天氣形勢特征

2013年8月20日下午14～20時，在遠離臺風“潭美”中心西偏北側約1200公里附近的福建省南部沿海突發(fā)強對流天氣。20日08時，200hPa高空冷渦移到強天氣區(qū)上空，閩南粵東一帶呈現(xiàn)強盛東南風輻散。在500hPa高空圖上，副熱帶高壓呈帶狀穩(wěn)定控制30°N以北，1312號臺風“潭美”位于距離閩南東偏南約11個緯距的平行位置（18日11時生成后一直在原地打轉）， 500～925hPa臺風西側已轉為一致東北氣流。19日20時，925hPa上汕頭與廈門之間開始有弱的中尺度氣旋性環(huán)流形成，20時08時，925hPa閩南沿海（強天氣區(qū)）呈現(xiàn)強東北風輻合，與此同時，臺風“潭美”停止原地打轉開始向西北方向移動，與這個氣旋性環(huán)流發(fā)展相伴隨的是中尺度對流云團的迅速發(fā)展，造成了此次閩南地區(qū)突發(fā)性強對流天氣。

圖1 2013年8月20日00時200hPa散度、08時200hPa高空觀測

圖2　2013年8月20日00時925hPa散度、08時925hPa高空觀測

在8月19日08時的地面天氣圖（圖略）上可以看到，漳州地區(qū)處于兩低壓之間，到20日08時，隨著受1312號臺風“潭美”的外圍環(huán)流影響，漳州南部、汕頭、潮州一線氣壓急劇下降，出現(xiàn)了一個24小時氣壓負變壓中心，到20日14時，隨著整個區(qū)域氣壓繼續(xù)下降，地面流場圖上這一區(qū)域為明顯的輻合中心。

2 氣象物理量診斷分析

2.1 水汽條件

從20日08時的比濕場上分析，925HPAt在閩南到臺灣海峽南部，存在明顯的比濕高值，閩南地區(qū)比濕值介于16～18g/kg之間，但是700HPA比濕值反而只有4～8g/kg之間；出現(xiàn)了上干下濕。造成這種上干下濕的主要原因是在臺風西側下沉氣流產(chǎn)生梵風效應，而925hPa由于近地層維持很強的上升氣流控制，且明顯水汽輻合，使得低層保持高溫高濕。

2.2 能量參數(shù)分析

近年來，對流有效位能、粗理查森數(shù)、對流抑制能量等能量參數(shù)越來越多地被用于對流天氣分析和預報業(yè)務中。

對流有效位能（簡稱CAPE）是風暴潛在強度的一個重要指標，目前在對流天氣分析中應用較為廣泛。對流抑制能量（簡稱CIN）是反映對流天氣發(fā)生之前與能量儲存相關的參數(shù)。大量研究表明：強對流的發(fā)生，CIN有一較為合適的值：太大，抑制對流程度大，對流不容易發(fā)生；太小，不穩(wěn)定能量不易再積聚，不太強的對流很容易發(fā)生，從而使對流不能發(fā)展到較強的程度。通過分析距離詔安最近的汕頭站探究資料數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)在雷暴發(fā)生當日，CAPE有一個明顯的降低，2013年19日20時CAPE為2186.5J.kg-1，20日08時減少為1424.2J.kg-1, 而至20日20時又下降403.2J.kg-1，表明在20日08時至20時有較大不穩(wěn)定能量的釋放，從而產(chǎn)生長時間對流天氣和強對流天氣。但與CAPE迅速減少不同，對流抑制能量（CIN）從19日20時至20日08時期間則緩慢增加，從85.5 J/kg增加至 102.4J/kg，但在能量釋放后又迅速劇降，僅為8.9 J/kg。

大量的研究表明，強對流天氣可以發(fā)生在弱的垂直風切變和強靜力不穩(wěn)定環(huán)境或相反的環(huán)境，即垂直風切變和靜力穩(wěn)定度之間存在某種平衡關系。粗理查森數(shù)能很好地反映這種平衡關系。8月20日08時汕頭粗理查森數(shù)達到140.7，這些指標反映當天汕頭一帶大氣狀況的極度不穩(wěn)定，詔安距離汕頭僅有70公里。20日15時開始回波最強、最活躍的區(qū)域正是位于漳州的平和、云霄、詔安至汕頭、潮州一帶。

2.3 穩(wěn)定度參數(shù)分析

垂直速度變化：圖3是2013年8月20日08時500hPa～300hPa垂直速度圖，正值表示大氣的下沉作用，負值表示大氣的上升作用。大氣的垂直運動對形成強對流天氣起著重大的作用，垂直運動所造成的水汽、熱量等物理量的垂直輸送也是對流性天氣產(chǎn)生的必要條件。此次過程各層垂直速度均為負值，20日08時700hPa閩南上空垂直速度值為-16hPa∕s，對應300hPa垂直速度場閩南沿海上空仍為負值中心，表明閩南地區(qū)上空均為上升運動區(qū)。

圖3　2013年8月20日08時500hPa～300hPa垂直速度圖

散度變化：20日00時漳州南部沿海500hPa以上散度均為正值，最大值高度為200hPa的4×10-5/s（圖1），925hPa為負散度，中心為－2×10-5/s，表明在強對流天氣開始時，漳州沿海呈現(xiàn)高層強輻散、低層弱輻合。隨后漳州南部沿海500hPa正散度和850hPa負散度逐漸增加，20日08時500hPa全部為 2×10-5/s的正散度區(qū)，850hPa為－2×10-5/s的負散度區(qū)，形成了高層輻散與低層輻合的耦合配置，這對當日強雷暴的產(chǎn)生起到了推進作用。

Ki指數(shù)：大氣穩(wěn)定度Ki指數(shù)是一個能同時反映穩(wěn)定度和溫度條件的綜合指標，Ki指數(shù)愈大，表明潛能愈大，大氣愈不穩(wěn)定。8月20日08時閩南上空Ki為28℃～32℃之間，此階段Ki指數(shù)不是很大，但由于當時閩南地區(qū)上干下濕，上空有大量不穩(wěn)定能量聚集，大氣層結極不穩(wěn)定，所以Ki指數(shù)雖然不是很大，但同樣有利于強雷暴的發(fā)生發(fā)展。

3 多普勒雷達回波特征分析

分析龍巖多普勒雷達上的反射率因子R（1.0°仰角）的特征發(fā)現(xiàn)，這次強雷暴過程的雷暴超級單體是由多個回波單體在發(fā)展過程中不斷加強并擴大形成的。整個過程持續(xù)3個小時，從15時40分位于平和云霄交界的回波逐漸發(fā)展移入云霄境內(nèi)，然后開始向西南方向移動，16時40分回波移到詔安邊界，而后雷暴單體范圍開始不斷擴大并繼續(xù)向西南方向移動（移入詔安縣境內(nèi)），強度不斷加強，強回波經(jīng)詔安的金星、西潭、橋東、南詔、深橋等鄉(xiāng)鎮(zhèn)，18時40分進入廣東境內(nèi)。

隨著回波向西南方向移動，17時15～32分的R圖顯示，整個回波已經(jīng)加強成一塊面積較大的塊狀回波，覆蓋整個云霄縣中北部鄉(xiāng)鎮(zhèn)和詔安縣四個鄉(xiāng)鎮(zhèn)。詔安境內(nèi)的回波中心強度達到68dbz（圖4a1）;回波頂部高達到15～17km(圖4a2）；此時VIL值達到了40kg/㎡。17時50分，強回波抵達詔安縣城并影響周邊四個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，此時回波中心強度達到70dbz（圖4b1）;回波頂部高達到21km(圖4b2）（雷擊事件即發(fā)生在此前后）。

圖4 2013年8月20日17時32分(a1、a2)和17時50分（b1、b2）基本反射率因子和回波頂

4 小結與反思

通過對8月20日08時高空資料、天氣雷達資料分析表明，高層200hPa強東南風輻散、低層925hPa東北風輻合的耦合配置，強烈的大氣垂直運動及大氣層中的不穩(wěn)定層結為此次雷暴天氣提供了必要的條件。而1312號臺風“潭美”外圍強烈的輻合運動觸動了不穩(wěn)定能量，是此次雷暴的誘發(fā)因素。

事后，經(jīng)對此雷擊事件了解，雷雨時該農(nóng)婦正在野外瓜棚干活，在瓜棚躲雨時曾打手機讓其愛人送雨衣。從此事件中可見，在雷電閃擊時，人們應當采取一定的防雷措施來保護自身的安全。當雷電發(fā)生時，人若在戶外，不宜停留在山頂、山脊或建筑物頂部；不宜停留在小型無防雷設施的建筑物內(nèi)或附近；不宜停留在鐵柵欄、架空金屬體以及鐵路軌道附近；不宜停留在游泳池、湖泊或孤立的樹下；不宜在曠野舉雨傘、鐵鍬等，不宜使用通訊設備等。

強對流天氣造成的雷電災害是頻繁的，為了減少雷擊事故和發(fā)生，我們在提高全社會防雷意識的同時，還應充分利用多普勒雷達回波、衛(wèi)星云圖和天氣實況等資料，密切監(jiān)視雷電的活動，積極開展雷電預警，將雷電危害給人類造成的損失減小到最低程度。

[1] 林毅, 劉銘, 蔡義勇.福建中南部臺風遠距離突發(fā)性暴雨成因分析[J].氣象, 2005, 31（10）: 68-71.

[2] 劉若冰, 陳渭民. 南京地區(qū)一次強雷暴天氣過程分析[A]//第六屆第三角氣象科技論壇論文集[C]，2009.

[3] 李厚偉, 周靜, 胡端英, 等. 2007年一次強雷暴的多普勒雷達特征及雷電防御[J]. 廣東氣象，2008, 30（2）: 37-39.

[4] 王科, 張慶紅, 等. 北京地區(qū)夏季雷暴大風天氣的分析與應用[A]//中國氣象學會2006年年會 航空氣象探測、預報、預警技術進展分會場論文集[C]，2006.