2014年一次連續(xù)強對流天氣過程分析

福建省氣象臺 高 珊 劉愛鳴 陳秋萍 林 青

2014年一次連續(xù)強對流天氣過程分析

福建省氣象臺 高 珊 劉愛鳴 陳秋萍 林 青

2014年3月26-29日，福建省出現(xiàn)連續(xù)強對流天氣過程，分析表明，大尺度環(huán)流背景給此次強對流天氣連續(xù)發(fā)生發(fā)展提供了有利的條件。物理量診斷分析，同時參考歷史統(tǒng)計的各參數(shù)的閾值，對判斷強對流天氣發(fā)生發(fā)展、分類和落區(qū)有幫助：福建上空大氣層結(jié)不穩(wěn)定，中低空存在中等到強的垂直風切變；前期比濕9～10g/m3左右，后期增大，全省大部在12g/m3左右，前期為干對流型，后期為混合對流。強對流天氣臨近預(yù)報，要注重衛(wèi)星云圖上游地區(qū)云系的發(fā)生發(fā)展狀況以及與已經(jīng)發(fā)生的天氣實況的對應(yīng)關(guān)系，加強多源資料的監(jiān)測應(yīng)用，從而提高強對流天氣臨近預(yù)報的提前量。

強對流 潛勢預(yù)報 臨近預(yù)報 多尺度 多源資料

0 引言

強對流天氣具有生命史短、局地性強、危害大、預(yù)報難度大等特點。目前我國大力開展強對流天氣預(yù)報技術(shù)研究工作，例如強對流天氣多源資料監(jiān)測、臨近預(yù)報技術(shù)、中尺度系統(tǒng)發(fā)生發(fā)展的天氣診斷分析技術(shù)、分類強對流客觀預(yù)報技術(shù)等研究[1]。福建結(jié)合地域特色，在強對流天氣潛勢和臨近預(yù)報業(yè)務(wù)、強對流天氣預(yù)報技術(shù)支撐研究方面獲得了一些有用的研究成果[2]。本文針對2014年3月26～29日福建省出現(xiàn)的連續(xù)強對流天氣過程，立足預(yù)報業(yè)務(wù)中的需求，將研究成果和實踐相結(jié)合，尋找強對流天氣過程潛勢和臨近預(yù)報的著眼點。

1 過程概況

2014年3月26～29日，福建省出現(xiàn)連續(xù)強對流天氣過程，過程從26日午后開始， 29日傍晚前后結(jié)束，歷時4d，整個過程中北部和內(nèi)陸地區(qū)的部分縣市（21個縣市）出現(xiàn)冰雹；52個縣出現(xiàn)雷雨大風，中北部出現(xiàn)大雨到暴雨天氣（見圖1），全省范圍出現(xiàn)雷暴。

26日和27日，強對流天氣以雷暴、雷雨大風天氣為主，落區(qū)主要在福建北部，為干對流型；28日和29日，雷暴、雷雨大風、冰雹、短時強降水均有，為混合型。每日強對流最強時段出現(xiàn)在午后到上半夜，28日夜間到29日強對流天氣最明顯，范圍最廣。

本次過程的特點是持續(xù)時間長，26日、27日為干對流型，28日、29日為混合型。天氣過程的開始和結(jié)束時間比較難把握，是本次預(yù)報的難點和重點。

圖1 26～29日冰雹、雷雨大風、強降水分布圖

2 強對流天氣多尺度分析

2.1 有利的大尺度環(huán)流背景

分析此次的環(huán)流形勢，存在連續(xù)多日強對流天氣發(fā)生發(fā)展的有利背景。副高和南支槽穩(wěn)定，位置適中。副熱帶高壓西脊點和南支槽維持在115°E附近，880hPa北界在18°N，槽前的西南急流位于江南南部到華南一帶，福建處在槽前比較有利出現(xiàn)強對流天氣的位置。分析南支槽強度指數(shù)（圖略），21～26日，南支槽偏強,福建處在回暖期，能量得到積累。26～28日南支槽強度指數(shù)升高，南支槽處在減弱期，中層沒有很強的水汽輸送。29日南支槽東移入海，后期福建轉(zhuǎn)槽后西北氣流控制，此次連續(xù)的強對流天氣過程結(jié)束。

中高緯區(qū)域，西風指數(shù)處在高值區(qū)，在450～350位勢什米之間（氣候平均為250位勢什米），以緯向環(huán)流為主，西風帶多短波槽活動，26日和29日各有1次冷空氣活動。26日西風指數(shù)430位勢什米；29日西風指數(shù)350位勢什米，29日的環(huán)流經(jīng)向活動比26日明顯，所帶來的冷空氣強于26日。29日的冷暖空氣交匯更加劇烈，比26日更有利于強對流天氣的發(fā)生發(fā)展。

分析115-120°E平均850hPa的南風分量、氣溫以及風矢量的時間序列圖（圖2），圖中福建處在22°N～28°N之間，可以看到26日冷空氣的活動略北一點，28日南風明顯加強，強中心正好位于福建范圍。29日的冷空氣明顯強，后期南下到23°N位置，即到達福建南部。22°N～28°N區(qū)間溫度13℃～18℃，有近5℃的鋒區(qū)。

由圖2可見，850hPa南風比較弱，水汽條件不是太好，平均狀態(tài)下只在28日出現(xiàn)大于12m/s的急流核。分析中高層，福建上空也沒有明顯的水汽輸送帶，可以判斷此次過程大部分時間不利暴雨天氣出現(xiàn)。

圖2 24-31日115-120°E平均850hPa南風分量（m/s）、氣溫(℃)和風矢量時間序列圖（陰影：南風分量；等值線：等溫線）

2.2 物理量診斷分析

在有利的大尺度環(huán)流背景下，繼續(xù)分析動力和熱力條件，可進一步判斷強對流天氣發(fā)生的潛勢有多大。診斷分析物理量參數(shù)指標，判斷是否有利于強對流天氣的發(fā)生，特別是通過分析歷史個例統(tǒng)計的指標閾值，對強對流的分類預(yù)報有幫助[4,5]。

2.2.1 不穩(wěn)定條件分析

此次過程熱力條件是比較有利的，以 K指數(shù)（描述大氣暖濕程度和穩(wěn)定度的綜合性指標，公式（1）為例，根據(jù)歷史天氣過程統(tǒng)計，在福建K≥32℃時，大氣具有較高的潛能。進一步考慮地面溫度狀況后，獲得修正的K指數(shù)（即mK）（式2），mK值越大，表示氣團低層越暖濕，不穩(wěn)定度增加，越有利于對流產(chǎn)生，在福建，一般mK≥37℃時較有利于出現(xiàn)強對流天氣。

表1為福建省三個探空站邵武、福州和廈門根據(jù)公式（1）、（2）的計算結(jié)果，08時和20時以實況觀測數(shù)據(jù)計算，通過探空構(gòu)建計算14時，構(gòu)建方法是將14時實測的地面2m氣溫和露點溫度替換08時的數(shù)據(jù)計算獲得。

表1 福建省三個探空站實況觀測和構(gòu)建計算的K和mK值

三個探空站分別代表著福建的中北部地區(qū)、中部沿海地區(qū)和南部沿海地區(qū)。分析結(jié)果，邵武和福州站26～28日明顯比廈門站不穩(wěn)定，而29日所有各站都達到最不穩(wěn)定狀態(tài)，特別是廈門29日14時mK達到46.3℃，為最不穩(wěn)定。mK因為考慮地面午后的升溫，變化更大，顯示出更加不穩(wěn)定的趨勢。

分析NECP（1°×1°）再分析資料14時的Cape值和T85(850hPa與500hPa 溫度差)分布圖（圖3），可以看到，T85福建大部分時間都在25℃以上，達到福建出現(xiàn)強對流天氣的指標閾值；CAPE值除26日相對小外，其他時間都比較高，特別是28日午后和29日CAPE值達到了1000J/kg以上，有利于強對流天氣發(fā)生。

圖3 26-29日14時CAPE（J/kg）和T85(℃)分布圖（陰影：CAPE>600J/kg；實線：T85線）

中低空的垂直風切變有利于強對流系統(tǒng)的維持和加強。冰雹和雷暴大風具有更大的對流層中低層垂直風切變，而暴雨較小。分析NECP再分析資料，500hPa到1000hPa的垂直風切在整個過程中都在15m/s以上，個別時間達到了25m/s以上（圖4），對應(yīng)著中等強度到強的垂直風切變，有利于冰雹和雷暴大風。

圖4 26-29日14時0～6公里垂直風切變(m/s)

2.2.2 水汽條件

大尺度背景分析表明，本次過程中水汽條件不利于出現(xiàn)大范圍持續(xù)性的強降水。分析逐日低層850hPa的比濕分布圖（圖略），26日，福建比濕在9g/m3左右；27日到29日前期，全省大部地區(qū)都在10～12g/m3之間，其中，28日夜里到29日白天最濕，全省大部在12g/m3左右，29日夜間明顯減弱，大部都在9g/m3以下。據(jù)福建的統(tǒng)計數(shù)值，3～5月低層比濕達到10g/m3以上時，比較有利于冰雹和雷雨大風出現(xiàn)，達到12g/m3比較有利于短時強降水出現(xiàn)。所以，26～29日強對流天氣連續(xù)發(fā)生期間，在層結(jié)不穩(wěn)定和中低空存在中等到強的垂直風切變都滿足的條件下，前期為干對流型，后期為混合對流型。

3 強對流天氣多源資料監(jiān)測與分析

加強對多源資料的監(jiān)測和分析是強對流天氣短臨預(yù)報的關(guān)鍵。下面利用衛(wèi)星云圖、探空等資料，分析此次過程中26日和29日強對流天氣發(fā)生發(fā)展的觸發(fā)機制和臨近預(yù)報。

3.1 26日強對流天氣

26日08時925hPa（圖5）福建北部有比較弱的切變，其他層次以單一南風控制為主，冷空氣位置比較北，結(jié)合其他條件分析，認為午后不會有明顯強對流天氣，主要在暖區(qū)內(nèi)出現(xiàn)因地形造成的一般的雷電和陣雨天氣。但實際上午后15時前后開始，強對流天氣在閩贛交界處最先發(fā)生發(fā)展，并逐漸東北偏東移進入我省北部地區(qū)。事后分析當日20時天氣圖（圖5），925hPa切變南壓到中北部地區(qū)，切變后有-2～4℃的負變溫區(qū)，切變前有2℃的正變溫，切變活動的區(qū)域，切變北面低層的弱冷空氣南下影響，切變南側(cè)回暖，變溫梯度比較大。表明26日強對流天氣的發(fā)生是在925hPa切變南下的觸發(fā)下，配合有利的熱力和動力條件發(fā)生發(fā)展的。

圖5 925hPa 26日08時、20時風場和20時變溫場

分析可見光云圖（圖6）可以看到，上午8時，對應(yīng)低層切變，福建北部和上游地區(qū)已經(jīng)有帶狀云帶發(fā)展，這條切變云帶逐漸東移南壓，15時前后在切變上開始有對流云團發(fā)展，并沿切變線移動。對應(yīng)雷達回波15時前后對流云團發(fā)展的位置有雷暴單體發(fā)生發(fā)展。

圖6 26日09時可見光云圖和26日08時925hPa風場

探空一天早、晚兩次，而強對流天氣多發(fā)生在午后，難以監(jiān)測其發(fā)生發(fā)展，間隔30min的云圖能從一定程度上彌補探空資料時間分辨率低的不足，對強對流天氣的臨近預(yù)報有一定的提前量。

3.2 29日強對流天氣

29日08時綜合分析（圖略），500hPa的槽和低層切變位置接近，在25oN～32 oN之間。850、700和500hPa，大于12、16和20m/s的西南急流穿過福建中北部，急流軸相交或緊靠，系統(tǒng)接近垂直且斜壓性強，低槽切變東移南壓過程非常有利于強對流天氣發(fā)生發(fā)展。實況29日白天，隨著切變東移，颮線發(fā)展，攜帶雷暴單體,橫掃福建大部地區(qū)，強對流天氣大范圍出現(xiàn)。29日過程是低層切變過境觸發(fā)對流發(fā)展。

分析水汽云圖，可以看到28日夜間到29日從湖南開始有逗狀云系發(fā)展東移，其尾部C云帶發(fā)展。到29日（圖7）整個C尾部云帶進入到福建北部，隨著逗狀云系東移，尾部云帶自北向南影響到我省南部地區(qū)。圖7暗區(qū)B，對應(yīng)中高層干空氣，B區(qū)干空氣的入侵，有利逗狀云系的發(fā)展，C區(qū)上方為水汽回流造成的不連續(xù)區(qū)[3]，尾部云帶C上不斷有對流云系成狹窄線狀分布，對應(yīng)雷達回波颮線出現(xiàn)，在C區(qū)發(fā)展旺盛期間，福建的強對流天氣也達到最強。到了17時后，北面冷空氣（B區(qū)）整個侵入破壞逗狀云系，尾部云帶也趨于減弱。

云圖監(jiān)測表明，云系在湖南、江西上游就已經(jīng)出現(xiàn)，兩省出現(xiàn)明顯的強對流天氣，因此從上文分析可以看到，結(jié)合形勢場分析云圖的發(fā)展，可以對強對流天氣的預(yù)報有一定的提前量，在臨近預(yù)報中有著重要的作用。

4 結(jié)論

（1）福建省在2014年3月26～29日的強對流天氣是在有利的大尺度背景下發(fā)生發(fā)展的，副高的穩(wěn)定少動與南支槽的不斷東移有利于二者之間西南氣流加強并形成急流，增強水汽輸送。同時，中緯度地區(qū)短波槽活躍，槽后弱冷空氣南下，冷暖氣流在福建不斷交匯，增加了大氣的不穩(wěn)定性。結(jié)合物理量診斷分析，26～29日強對流天氣連續(xù)發(fā)生期間，福建上空大氣的層結(jié)處于不穩(wěn)定狀態(tài)；同時中低空存在中等強度到強的垂直風切變；比濕前期在9～10g/m3左右，后期明顯增大，全省大部在12g/m3左右，前期為干對流型，后期為混合對流。

（2）物理量診斷分析，以及參考歷史統(tǒng)計各參數(shù)的閾值對判斷強對流天氣發(fā)生發(fā)展、分類和落區(qū)有幫助。

（3）強對流天氣臨近預(yù)報，要注重衛(wèi)星云圖上游地區(qū)云系的發(fā)生發(fā)展狀況以及與已經(jīng)發(fā)生的天氣實況的對應(yīng)關(guān)系。

[1] 毛冬燕.我國強對流天氣監(jiān)測和預(yù)報業(yè)務(wù)[J].氣象科技進展,2012,2(5): 22-28.

[2] 林新彬，劉愛鳴，林毅，等. 福建省天氣預(yù)報技術(shù)手冊[M]. 北京：氣象出版社, 2013.

[3] 陳渭民.衛(wèi)星氣象學[M]. 2版. 北京：氣象出版社, 2005.

[4] 樊李苗，俞小鼎．中國短時強對流天氣的若干環(huán)境參數(shù)特征分析[J]. 高原氣象, 2013, 32(1):156-165．

[5] 雷蕾，孫繼松，魏東．利用探空資料甄別夏季強對流的天氣類別[J]. 氣象，2011,37(2):136-141.