應(yīng)用環(huán)流形勢圖結(jié)合衛(wèi)星云圖等資料綜合分析二次相同強(qiáng)度對流天氣的成因

程琛

（兵團(tuán)第十師氣象局，新疆北屯836000）

應(yīng)用環(huán)流形勢圖結(jié)合衛(wèi)星云圖等資料綜合分析二次相同強(qiáng)度對流天氣的成因

程琛

（兵團(tuán)第十師氣象局，新疆北屯836000）

通過2015年7月4日、5日的高空環(huán)流形勢圖、衛(wèi)星云圖、地面氣象觀測和高空探測等資料，對比分析發(fā)生在北屯市一八五團(tuán)二次強(qiáng)對流天氣的成因，研究該區(qū)域強(qiáng)對流天氣的氣象預(yù)報(bào)指標(biāo)和特殊地形物理量值，為今后及時(shí)準(zhǔn)確預(yù)警強(qiáng)對流天氣提供重要的氣象數(shù)值。

高空環(huán)流形勢；衛(wèi)星云圖；強(qiáng)對流天氣；成因分析

第十師北屯市一八五團(tuán)地處歐亞大陸中心，屬大陸性溫帶寒冷地區(qū)，轄區(qū)東部、北部為沙丘、沙山地帶，夏季短，干旱少雨。冰雹天氣在該地屬于罕見的氣象災(zāi)害。2015年7月4日和5日一八五團(tuán)連續(xù)2次受大風(fēng)、冰雹等強(qiáng)對流天氣的襲擊，使當(dāng)?shù)剞r(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)損失嚴(yán)重。本文通過對大氣環(huán)流形式的演變、各物理量場的分析計(jì)算、衛(wèi)星云圖變化特性等進(jìn)行分析，從中找出影響本地強(qiáng)對流天氣代表性的指標(biāo)，為今后該區(qū)域出現(xiàn)類似天氣提供一定的預(yù)報(bào)參考依據(jù)。

1 概述

一八五團(tuán)南北長52.6km，東西寬16.2km，海拔420～500m，西北部為阿爾泰山，東部為哈吉布沙漠，西、北以阿拉克別克河為界與哈薩克斯坦共和國接壤；東至別列孜克河與哈巴河縣為鄰；南越過額爾齊斯河與吉木乃縣交界。團(tuán)場地形呈狹長狀，地勢北高南低，坡降為1/500，海拔410～560m之間。轄區(qū)東部、北部為沙丘、沙山地帶，西北沿界河一線為河谷沖積平原。

7月4日22時(shí)35分起至22時(shí)45分，一八五團(tuán)轄區(qū)受強(qiáng)對流天氣影響，出現(xiàn)了平均直徑在15～25mm，最大直徑在50～60mm的冰雹天氣，同時(shí)伴有8～9級(jí)大風(fēng)；5日23時(shí)40分起至23時(shí)45分，再度遭受強(qiáng)對流天氣襲擊，同時(shí)出現(xiàn)了8級(jí)的瞬時(shí)大風(fēng)。給當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，其中，小麥、南瓜、打瓜等農(nóng)作物受災(zāi)面積達(dá)0.16萬hm2，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)3900萬元。

2 天氣環(huán)流形勢和影響系統(tǒng)

這次冰雹天氣是在歐亞環(huán)流進(jìn)行大型調(diào)整，烏拉爾山寬廣低槽分裂短波與南支西風(fēng)氣流匯合過程中發(fā)生的。如圖1a～1b、圖2a～2b、圖3a～3b和圖4a～4b分別為2015年7月4日08時(shí)至7月5日20時(shí)100hPa高度場和500hPa高度場。

100hPa高空環(huán)流形勢為4日08時(shí)南亞高壓呈帶狀發(fā)布，高壓中心位于里咸海南部，中心強(qiáng)度為1692（見圖1a）；4日20時(shí)南亞高壓仍呈帶狀發(fā)布，由1個(gè)中心演變?yōu)?個(gè)中心，中心加強(qiáng)到1692（見圖1b），其中一八五團(tuán)位于高空寬廣低槽前部，表明高空大氣層結(jié)處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

圖14 日08時(shí)至20時(shí)100hPa高空環(huán)流形勢

5日08時(shí)至20時(shí)南亞高壓東西有弱的震蕩，大氣層結(jié)一直處于不穩(wěn)定狀態(tài)控制之下（見圖2a～2b）。

圖25 日08時(shí)至20時(shí)100hPa高空環(huán)流形勢

4日500hPa歐亞環(huán)流形勢為歐亞范圍內(nèi)環(huán)流形勢，為兩脊一槽型，北歐和東西伯利亞為脊區(qū)，烏拉爾山地區(qū)為寬廣的低槽區(qū)，北歐高壓脊脊頂北伸到斯堪的納維亞半島以北，脊前有冷空氣沿偏北氣流向?yàn)趵瓲柹揭阅系貐^(qū)輸送，使得烏拉爾山寬廣的低槽不斷分裂短波，4日08時(shí)，烏拉爾山低渦中心為536，該低值系統(tǒng)分裂的短波位于巴爾喀什湖北部（見圖3a）；4日20時(shí)，由于脊前冷空氣不斷沿偏北氣流東南下，促使烏拉爾山低渦繼續(xù)向西西伯利亞南壓（見圖3b），并不斷分裂短波東移，與脊前的西南氣流匯合，進(jìn)入北疆偏北地區(qū)。

圖34 日08時(shí)至20時(shí)500hPa高空環(huán)流形勢

圖45 日08時(shí)至20時(shí)500hPa高空環(huán)流形勢

5日08時(shí)，位于烏拉爾山的低渦分裂為2個(gè)中心，1個(gè)中心位于烏拉爾山地區(qū)，另1個(gè)中心南壓到中亞地區(qū)，該中心繼續(xù)東南落并減弱，中心強(qiáng)度減為540，此時(shí)低槽已南壓到巴爾喀什湖中部（見圖4a），5日20時(shí)，中亞低渦繼續(xù)東移南壓，中心強(qiáng)度進(jìn)一步減弱（見圖4b），進(jìn)入北疆偏北地區(qū)，此時(shí)伊朗副高越上高原發(fā)展北挺，西太平洋副高比較穩(wěn)定，南支鋒區(qū)位于中緯度北緯45°N附近，烏山低槽分裂短波與南支鋒區(qū)氣流匯合，加上降雹區(qū)特殊的下墊面（沙漠和高山）的共同作用，為一八五團(tuán)冰雹強(qiáng)對流提供不穩(wěn)定能量。

影響系統(tǒng)為烏拉爾山低渦南壓并分裂短波與南支系統(tǒng)偏西氣流共同作用，其特點(diǎn)是波長短，移速快，為強(qiáng)對流的發(fā)展提供較為充足的水汽。7月4日、5日的降雹天氣過程符合低渦（槽）系統(tǒng)位置[1－2]與北疆冰雹天氣關(guān)系在60°～80°E，50°～60°N，造成北疆塔城、阿勒泰等地的強(qiáng)對流天氣。

3特殊地形物理量場

一八五團(tuán)特殊地形高、低層，具有一定上冷下暖的溫度場條件配置，使該區(qū)域大氣不穩(wěn)定能量變化差值較大，也是產(chǎn)生強(qiáng)對流天氣的必備條件。7月4日、5日2次強(qiáng)對流天氣來前500hPa與850hPa的溫差為34℃，對比正常天氣溫差在22～30℃，得出該區(qū)500hPa和850hPa的溫差＞31℃時(shí)易產(chǎn)生強(qiáng)對流天氣。

7月4日、5日一八五團(tuán)強(qiáng)對流天氣出現(xiàn)前有效位能在12.5～2931.0J/kg之間，且有利于強(qiáng)對流天氣的發(fā)生發(fā)展，對比4日08時(shí)至6日08時(shí)一八五團(tuán)臨近站點(diǎn)的對流有效位能CAPE值，發(fā)現(xiàn)2次強(qiáng)對流天氣來前的CAPE分別為382.1J/kg和365.0J/kg，二次強(qiáng)對流天氣過后的CAPE分別為142.7J/kg和123.6J/kg。因此，當(dāng)臨近站點(diǎn)的有效位能大于150J/kg時(shí)，作為判別該地有無強(qiáng)對流天氣出現(xiàn)的依據(jù)之一。

運(yùn)用探空K指數(shù)進(jìn)行4日、5日、6日的K值比較分析，其中，4日08時(shí)為34℃，4日20時(shí)為31℃，5日08時(shí)為31℃，5日20時(shí)為30℃，對比該地6日內(nèi)一般天氣的K值，得出該區(qū)域4日、5日08時(shí)K值≥30℃，因此，4日、5日一八五團(tuán)區(qū)域內(nèi)對流云層凝結(jié)高度沿濕絕熱線上升到500hPa時(shí)，所具有的溫度與500hPa等壓面上的環(huán)境溫度差值LI＜0，表明當(dāng)?shù)卮髿鈱咏Y(jié)負(fù)值大且不穩(wěn)定。

圖57 月4日21時(shí)30分時(shí)至23時(shí)30分的風(fēng)云2E紅外衛(wèi)星云圖

圖67 月5日22時(shí)30分至6日0時(shí)30分的風(fēng)云2E紅外衛(wèi)星云圖

4 衛(wèi)星云圖

依據(jù)2015年7月4日21時(shí)30分時(shí)至23時(shí)30分的風(fēng)云2E紅外衛(wèi)星云圖可清晰顯示出，強(qiáng)對流云來前21時(shí)30分，云系在上游生成（見圖5a），到22時(shí)30分強(qiáng)對流云系不斷加強(qiáng)，強(qiáng)對流云的面積在擴(kuò)大并東移強(qiáng)度達(dá)最強(qiáng)，移過一八五團(tuán)所處位置并降冰雹（見圖5b），強(qiáng)對流云過后即23時(shí)30分的云圖顯示云層在該團(tuán)消散并向東移出（見圖5c）。

7月5日22時(shí)30分至6日0時(shí)30分云圖（見圖6a～6c）可看出與4日情況基本相同，只是強(qiáng)度較前一天弱，云團(tuán)均自西向東快速移動(dòng)，移動(dòng)過程中在冰雹天氣發(fā)生地有短暫堆積。

5 小結(jié)

（1）一八五團(tuán)夏季當(dāng)500hPa高空圖上伊朗副高越上高原發(fā)展北挺，西太平洋副高比較穩(wěn)定，南支鋒區(qū)位于中緯度北緯45°N附近，烏山低槽分裂短波與南支鋒區(qū)氣流匯合，可為一八五團(tuán)冰雹強(qiáng)對流提供不穩(wěn)定能量。（2）應(yīng)用地形物理量場分析計(jì)算能預(yù)示出強(qiáng)對流天氣的出現(xiàn)頻率，當(dāng)K指數(shù)值≥30℃；抬升指數(shù)LI﹤-2以下；有效位能CAPE≥150J/kg以上時(shí)，是判斷是否出現(xiàn)強(qiáng)對流天氣的有效指標(biāo)。（3）應(yīng)用衛(wèi)星云圖分析時(shí)，應(yīng)注意高空槽云系前部對流云團(tuán)面積的發(fā)展。

[1]章國材，矯海燕，李延香，等.現(xiàn)代天氣預(yù)報(bào)技術(shù)和方法[M].北京：氣象出版社，2007.

[2]張家寶.新疆短期天氣預(yù)報(bào)指導(dǎo)手冊[M].烏魯木齊：新疆人民出版社，1986.

2016—04—28