淮安地區(qū)雷雨大風特征分析

陳翔+禹繼華+安禮政+耿建武+夏網(wǎng)萍

摘 要：利用淮安地區(qū)6個國家氣象觀測站1986—2015年30年雷雨大風觀測資料，結(jié)合天氣實況和雷達回波圖，對淮安地區(qū)雷雨大風時空分布特征、變化規(guī)律及其成因進行分析。結(jié)果表明：淮安地區(qū)年均雷雨大風3.9d，高發(fā)季節(jié)7～8月，高發(fā)時段16～20時，年均雷雨大風日呈先上升而后下降變化趨勢，而且下降趨勢更明顯。統(tǒng)計表明：雷雨大風主要產(chǎn)生在低槽冷鋒、高空冷渦、副高控制和臺風倒槽4種天氣系統(tǒng)中，低空有西南暖濕急流，中、高空干冷氣流入侵，850hPa溫度露點差處于≤-3℃的濕舌內(nèi)。雷達回波特點是：回波多呈帶狀和弓狀；有明顯的風向、風速垂直切變；雷雨大風出現(xiàn)前，VIL值常常有明顯減小趨勢。

關(guān)鍵詞：雷雨大風 天氣類型 擾動 多普勒雷達 淮安

中圖分類號：P466 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）10（b）-0114-06

Abstract： Use of huaian region 6 national meteorological observatory 30 years strong wind observation data in 1986-2015， combined with the actual weather and radar echo image， strong wind in huaian region space-time distribution characteristics， changing law and its reasons were analyzed. The results showed that the annual average thunderstorm winds 3.9d huaian region， peak season July and August， peak time of 16-20， annual average thunderstorm winds， showed a trend of rising and falling before change， and downward trend is more obvious. Statistics show that the thunderstorm winds mainly produced in low trough cold front， high-altitude cold eddy， subtropical high control and typhoon trough 4 kinds of weather system， has the southwest warm type low-air jet， medium and high altitude air dry and cold invasion， the 850 hpa temperature difference of dew point at -3℃ or less wet tongue. The characteristics of radar echo are： zonal and arched； It has obvious wind direction and vertical shear of wind speed； VIL values tend to decrease significantly before the thunderstorm.

Key Words： Thunderstorrn wind； Type of weather； The disturbance； Doppler radar；Huaian

雷雨大風（又叫對流性大風）是預報服務工作的重點。根據(jù)《全國短時、臨近預報業(yè)務規(guī)定》定義：雷雨大風是指平均風力大于等于6級、陣風大于等于7級且伴有雷雨的天氣。雷雨大風是夏季中是最常出現(xiàn)的一種災害性強對流天氣，由于雷雨大風天氣具有明顯中小尺度特征、突發(fā)性、局地性、破壞性等特點[1]，常常給工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來嚴重的災害損失，并且雷雨大風還是氣象預報工作的難點。近年來，許多氣象工作開展了一系列，有針對性研究，提出了一些新觀點[2-17]。李佰平[2]研究發(fā)現(xiàn)：“對于高閾值、小尺度特征的強對流事件，低判別標準的最小比例法、模糊邏輯法和多事件列聯(lián)表等檢驗方法更有應用價值”。孫一昕[3]提出：強對流過程發(fā)生在中緯度氣旋、反氣旋和高空槽增強發(fā)展的背景下，地面氣旋與反氣旋之間的冷鋒也在南移中逐漸增強，而中緯度系統(tǒng)與西南地區(qū)低壓和副熱帶高壓間構(gòu)成的鞍形場在重慶北側(cè)造成鋒生，一方面使得冷鋒西段增強，另一方面通過次級環(huán)流與中層急流正反饋相互作用，加劇重慶中低層輻合抬升運動，既降低了大氣穩(wěn)定度，又為對流的觸發(fā)形成提供了有利條件。盧冰[4]研究表明：在大尺度濕性不穩(wěn)定層結(jié)的環(huán)境場中，冷空氣的入侵在山區(qū)地形配合下，在背風坡側(cè)造成強烈的水平溫度梯度和地面輻合線，利于強對流的發(fā)生。潘婧茹[5]對臺風研究發(fā)現(xiàn)：臺風倒槽東側(cè)低空急流攜帶的暖濕氣流與高空槽后冷空氣疊加，冷暖空氣交匯觸發(fā)了不穩(wěn)定能量釋放，激發(fā)了大暴雨和雷雨大風出現(xiàn)。梁俊平[6]指出：對流層中低層相對深厚的暖濕層結(jié)及其以上的干層是盛夏西南氣流形勢下河南強對流天氣預報值得關(guān)注的內(nèi)容，CAPE、△θsc（850-500）、ΔT850-500、K指數(shù)、對流層中低層垂直風切變等對西南氣流超級單體、颮線等強風暴的形成具有很好的指示意義。

淮安地區(qū)位于淮河流域下流，地處我國南北氣候過渡帶，河網(wǎng)密布，冷暖空氣交匯頻繁，雷雨大風天氣頻發(fā)。而地處黃淮的淮安地區(qū)又是一馬平川，雷雨大風來得快、勢頭猛，破壞力大。每年因雷雨大風，設施大棚等被刮壞刮倒、湖面沉船死人時有發(fā)生。因些，總結(jié)淮安地區(qū)雷雨大風發(fā)生規(guī)律、研究其雷雨大風產(chǎn)生的天氣形勢和環(huán)流背景，分析其雷達回波特點，根據(jù)雷達回波進行臨近訂正預報，對提高淮安地區(qū)雷雨大風精細化預報水平和氣象防災減災能力具有一定的理論和現(xiàn)實意義。endprint

1 資料及統(tǒng)計說明

本文選取了淮安地區(qū)6個國家觀測站1986—2015年逐日地面觀測資料中有關(guān)雷暴和大風的記錄進行分析，總結(jié)出淮安地區(qū)雷雨大風天氣特征。在資料統(tǒng)計時，90年代以前沒有極大風速記錄，故以10min最大平均風速大于等于10.8 m·s-1作為雷雨大風標準。由于地面氣象觀測資料以20時為界，有時上游國家氣象觀測站則觀測到雷雨大風出現(xiàn)在20時前，到了下游國家氣象觀測站則出現(xiàn)在日界后，這種情況，視為一次雷雨大風天氣過程。一次雷雨大風天氣過程，如果有3個或以上國家氣象觀測站觀測到雷雨大風天氣，就視為淮安地區(qū)一個雷雨大風日，少于3個國家氣象觀測站出現(xiàn)雷雨大風天氣，認為是局部雷雨大風，不參加統(tǒng)計分析。

2 雷雨大風的氣候統(tǒng)計特征

2.1 雷雨大風的年際變化特征

1986—2015年30年共出現(xiàn)雷雨大風日數(shù)118d，年雷雨大風日數(shù)3.9d。最多年份出現(xiàn)在1988、2000、2005、2008年，均為7d。最少年份出現(xiàn)在2014年，全年僅1d，出現(xiàn)在5月23日。由圖1年際變化來看，30年淮安地區(qū)年強雷暴日數(shù)呈M型波動變化，即1989—1996年、2002—2006年和2010—2014年是波動下降的，其余年份是波動上升的。但從二階滑動平均趨勢來看，總體呈先上升后下降，而且下降趨勢更明顯，這可能與城市進程加快，觀測環(huán)境惡化有一定關(guān)聯(lián)。張思超[18]也曾提出了類似觀點：隨著城市化程度不斷加深，年平均風速趨于遞減。

2.2 雷雨大風的月際變化特征

通過對淮安地區(qū)30年逐月月平均雷雨大風日數(shù)分析，月平均雷雨大風日數(shù)呈單峰型，雷雨大風集中出現(xiàn)在7～8月，占全年雷雨大風日數(shù)的48%，最大值出現(xiàn)在7月，有0.97d，其次是8月，為0.9d，5～6月為次少雷雨大風，占全年雷雨大風日數(shù)的32%。1～2月和12月無雷雨大風日。雷雨大風最早初日是3月4日，出現(xiàn)在2007年；最晚初日是7月18日，出現(xiàn)在1990年。雷雨大風初日出現(xiàn)在4、5月最多，皆為7年，其次是6月；出現(xiàn)在7月最少，僅2年。雷雨大風最早終日是5月23日，出現(xiàn)在2014年；最晚終日是11月4日，出現(xiàn)在2012年。雷雨大風終日出現(xiàn)在8月最多，為16年。

2.3 雷雨大風的日際變化特征及路徑

根據(jù)對118個雷雨大風統(tǒng)計分析，在16～20時時段出現(xiàn)最多，為52個，占雷雨大風日數(shù)44%。在4～8時出現(xiàn)共15個，占雷雨大風日數(shù)13%。這與淮安境內(nèi)擁有洪澤湖和白馬湖有關(guān)。這是因為夜間由于湖泊四周陸地輻射大于湖面，形成水平溫度差，在湖區(qū)四周形成湖陸風環(huán)流，加強低層擾動，觸發(fā)不穩(wěn)定能量發(fā)生，當高空冷空氣經(jīng)過湖面弱低壓上空就觸發(fā)了雷雨大風發(fā)生[9]。

對雷雨大風移動路徑分析，從西北方向移過來的，為49個，占42%；西南和東北方向移過的都是33個；從東南方向過來的最少，僅3個。

3 雷雨大風的天氣類型和回波特征分析

根據(jù)30年歷史天氣實況圖對淮安地區(qū)雷雨大風天氣形勢分析，主要分為4種天氣類型：低槽冷鋒型、高空冷渦型、副高控制型和臺風倒槽型（見表1）。

3.1 低槽冷鋒型

低槽冷鋒型是指地面天氣圖上，蒙古國到我國河套地區(qū)有較為強大的冷高壓，從朝鮮經(jīng)山東到河南有一東西向冷鋒。同時500hPa高空圖上，有明顯的低壓槽（見圖2a），槽線位于110°～120°E，35°～50°N，中低空（700hPa、850hPa）也有低壓槽。在冷渦后的西北氣流中有一支風速≥24m·s-1的急流，中低空（700hPa、850hPa）也分別有16m·s-1、12m·s-1以上的急流和冷渦。淮安地區(qū)處于西南暖濕氣流控制下，從地面到中高層濕度都比較大；700hPa槽前有一暖舌，雷雨大風前850hPa圖上淮安地區(qū)均位于T-Td≤3℃濕舌內(nèi)，6個國家氣象觀測站前一日地面相對濕度平均值不低于65%，且前一天日平均氣溫高于常年同期2℃以上。地面冷鋒在高空槽配合東移南下過程中，由于冷鋒處于槽前正渦度區(qū)，槽后有干冷平流，隨著強冷平流的南下，促使鋒區(qū)加強東移南下。在鋒區(qū)東移南下過程中，地面鋒前附近低層有不斷暖濕氣流輸送，由于鋒前附近抬升作用，使大氣層結(jié)不穩(wěn)定加強，觸發(fā)了雷雨大風天氣的發(fā)生。槽線推動冷鋒移動過程中，高、中、低槽線接近垂直，高空槽線移至魯南時，甚至變成前傾槽。此時，相應冷鋒移動速度明顯加快，3h移動2個多緯距，從徐州到淮安僅需1～3h，而且回波移向與500hPa風向一致。這種回波除帶來雷雨大風外，還伴有強烈降溫，甚至出現(xiàn)倒春寒天氣。當回波前方低壓直徑達到100km以上中尺度時，雷達回波有很強的正負速度輻合區(qū)，往往預示著有颮線過境。

這類雷雨大風回波呈帶狀，雷暴回波源地在山東和河南。觸發(fā)機制是鋒前的暖濕區(qū)攏動。最大回波強度可達到65dBz，回波強度在移動過程中基本是穩(wěn)定少變，最大回波高度一般不超過12km。由于此時是春秋季，空氣水汽少，在垂直積分液態(tài)水含水量圖上，VIL值常常小于30kg/m2。例如2013年4月29日6時22分基本反射率圖上回波強度淮安地區(qū)從未超過55dBz（見圖3a1），VIL值一直維持在20kg/m2以下（見圖3a2）。通過分析發(fā)現(xiàn)，回波移向與500hPa風向一致，這與作者[9]在研究洪澤湖強雷暴天氣得出的結(jié)論相同?；夭ㄒ频浇K徐州時，快速向南或東南方向移動，到達淮安一帶時僅需1～3h。除帶來雷雨大風外，還伴有強烈降溫，甚至還有颮線出現(xiàn)。

由于這種天氣類型出現(xiàn)在春、秋兩季，強度大，但影響時間短。由于春、秋季中、低層水汽量相對不是非常充足，這類天氣從未伴有過短時強降水出現(xiàn)，主要是伴有雷電、大風災害天氣。1986—2015年出現(xiàn)45個此天氣系統(tǒng)中產(chǎn)生的雷雨大風天氣，都只出現(xiàn)雷電和大風災害天氣，無暴雨或短時強降水出現(xiàn)。

3.2 高空冷渦型

500hPa高空圖上，在105°～115°E，40°～50°N范圍內(nèi)有冷渦（見圖2b），冷渦和槽線南伸到河南境內(nèi)。中、低空也有冷渦和冷槽配合，高、中、低槽后分別有24m·s-1、16m·s-1、12m·s-1以上的急流。副高位于長江以南，588dagpm線在29°～31°N之間，副高北側(cè)低層有12m·s-1以上西南急流帶，源源不斷地把水汽輸送淮安地區(qū)。850hPa有個暖脊，整個淮安地區(qū)在暖脊控制下，而中、高空冷槽疊置在850hPa暖脊，造成“上冷下暖”的不穩(wěn)定大氣層結(jié)，地面有冷鋒相配合。兩支冷暖急流在淮安地區(qū)交匯，中低層垂直風切變加大和氣流輻合加強。當冷渦旋轉(zhuǎn)南下到山東時，這時常常出現(xiàn)冷鋒從低壓中心穿過，變成穿心鋒。當冷渦南伸槽南擺影響到徐州一帶時，淮安地區(qū)會出現(xiàn)雷雨大風天氣。endprint

這種類型天氣形成都發(fā)生在春末和夏季，由于西南氣流源源不斷補充，除出現(xiàn)強雷電和雷雨大風外，還有短時強降水、冰雹和龍卷，甚至會出現(xiàn)1h雨量在100以上大暴雨、特大暴雨災害天氣。

同樣，雷達回波源地在河南或山東，回波多呈弓狀、鉤狀，且回波強度比低槽冷鋒型更強，有時可達到70dBz以上?；夭ǜ叨雀?，能達到18km及以上，回波垂直積分液態(tài)水含水量在60kg/m2以上?；夭ㄟM入魯蘇交界后，移動速度明顯加快，移速大于40km/h。作者[9]在分析2006年6月29日雷雨大風時發(fā)現(xiàn)：1.2km高度有12m·s-1西南急流帶（見圖3b1），近地層風速在8m·s-1及以下，20～21時（世界時）存在著由近地層西南風到2.4km轉(zhuǎn)向西北風的垂直風切變。圖3b2上，1.2km高度有也12m·s-1西南急流帶，風向同樣存在著從低層西南風到中層西北風的垂直切變。這種上干下冷暖濕的結(jié)構(gòu)有利于能量充分存儲以及強波穩(wěn)定形成。

3.3 副高控制型

進入盛夏，副熱帶高壓增強北抬，淮安地區(qū)受副高控制（見圖2c），位于副高西北588dagpm線內(nèi)側(cè)，35°N以北有偏西氣流波動，不斷帶來小股冷空氣補充南下。在中低層（700 hPa、850hPa）32°～35°N之間有切變線或槽線。切變（槽）線南側(cè)有明顯暖舌和濕舌，850hPa上溫度露點差都很小，多數(shù)在2℃以內(nèi)。在副高控制下，淮安地區(qū)天氣悶熱潮濕，地面風力小，呈弱切變或氣旋旋轉(zhuǎn)。由于淮安境內(nèi)多湖泊，上冷下暖，垂直上升運動強烈，源源不斷地把水汽往上空輸送，當能量積累到一定程度便出現(xiàn)雷雨大風天氣。切變線附近輻合上升運動非常強，因此雷雨大風出現(xiàn)在切變線右側(cè)。這種天氣類型產(chǎn)生的雷雨大風多出現(xiàn)在午后到上半夜，持續(xù)時間短暫，多在1～3h之間，但強度大，范圍小。一次過程中，淮安地區(qū)不超過4個國家觀測站出現(xiàn)雷雨大風天氣。如果切變線出現(xiàn)在暖舌內(nèi)，垂直運動得不到發(fā)展，就不會產(chǎn)生雷雨大風天氣。

雷雨大風源地多數(shù)在西部上游皖中或皖北，雷達回波向東北到東南方向移動，但移速較慢，每小時移動速度在20～30km，在移動過程，形體迅速壯大，發(fā)展尤為旺盛，由單體回波變成超強回波或多個單體回波漸漸連到一線。常出現(xiàn)“人”字型或“V”型缺口，最大回波強度都在65dBz以上，最大回波高度常超過15km?；夭ù怪狈e分液態(tài)水含水量值長時間維持在50kg·m-2以上，在大風天氣出現(xiàn)10到20min前，在垂直積分液態(tài)水含水量圖上，VIL值常常有明顯減小趨勢，減小幅度10～20kg·m-2，這也是雷雨大風出現(xiàn)的臨界點。如2007年7月29日14時許雷達回波在安徽滁州境內(nèi)生成后，緩慢向東北方向移動，移動過程中不斷增強，到達淮安地區(qū)時漸漸和前方單體回波合并成強回波（見圖3c1），發(fā)展旺盛，在回波南側(cè)存在“V”型缺口。回波高度達到18.4km。18時12分VIL圖上最大值為75kg/m2，18時29分降到59kg/m2（圖3c2），不到20min下降了16kg/m2，18時38分起淮安地區(qū)3個國家觀測站相繼出現(xiàn)7級偏南大風；與王彥[11]研究天津雷暴大風產(chǎn)品結(jié)論吻合。

這種天氣類型出現(xiàn)的雷雨大風中的雷暴，因熱力抬升起了較大作用，故又稱“熱雷暴”。

3.4 臺風倒槽型

受登陸臺風影響，副熱帶高壓后撤到125°E以東西太平洋上，500hPa高空圖上，在100°～120°E，35°～50°N有淺槽（見圖2d）。臺風在浙江沿海登陸減弱后向西北移動，進入安徽南部，形成深厚臺風倒槽。從低層到500hPa高空都有閉合的臺風倒槽低壓環(huán)流，并且一直伸展到蘇北地區(qū)，淮安地區(qū)在倒槽控制區(qū)。當高空淺槽后面冷空氣疊加到臺風倒槽上空時，有利于上升運動，觸發(fā)不穩(wěn)定能量及潛熱能釋放?；窗驳貐^(qū)只有處于臺風外圍的氣旋區(qū)域里或臺風倒槽中，才會出現(xiàn)強烈的亂流擾動，產(chǎn)生雷電活動，否則只有暴雨和大風天氣。

臺風倒槽雷達回波呈明顯螺旋狀，雷達回波強度不超過60dBz，回波垂直積分液態(tài)水含水量值在20kg/m2以下，甚至有時不到10kg/m2，但穩(wěn)定少變。之所以產(chǎn)生強降水，主要是臺風倒槽東側(cè)低空東南水平急流源源不斷地從海上輸送大量水汽，是產(chǎn)生暴雨主要原因。當高空冷空氣輸送到倒槽上空，冷暖空氣上下對流交匯，觸發(fā)了不穩(wěn)定能量釋放，當回波頂高發(fā)展到12km以上時就會出現(xiàn)雷電。如2015年8月10日20時高空天氣圖，淮安地區(qū)處于臺風“蘇羅迪”倒槽內(nèi)，高空從華北南下的冷空氣已疊加倒槽上空。在淮安雷達回波圖上，回波強度一直在60dBz以下（見圖3d1），19時39分在可見淮安境內(nèi)雷達回波頂高已突破12km（圖3d2），此時洪澤國家站已觀測到雷電活動和15.0m·s-1大風，之后不到半小時內(nèi)又有4個國家觀測站觀測到雷電和大風。

4 結(jié)論

（1）淮安地區(qū)年均雷雨大風日數(shù)3.9d，最多年份7d，最少年份1d。從二階滑動平均趨勢來看，呈先上升而后下降變化的趨勢，而且下降趨勢更明顯，這與城市進程加快，觀測環(huán)境惡化有關(guān)。雷雨大風主要出現(xiàn)在7～8月，1～2月和12月無雷雨大風。雷雨大風初日出現(xiàn)在4、5月最多；終日出現(xiàn)在8月最多。雷雨大風主要出現(xiàn)時段是16～20時，為52個，占雷雨大風日數(shù)44%。在4～8時出現(xiàn)共15個，占雷雨大風日數(shù)13%。這與淮安境內(nèi)擁有洪澤湖和白馬湖，易在湖區(qū)四周形成湖陸風環(huán)流有關(guān)。

（2）淮安地區(qū)雷雨大風天氣形勢分為4種：①低槽冷鋒型：高空（500hPa）影響系統(tǒng)為較明顯低壓槽，中低層（700 hPa、850hPa）也為低壓槽，地面槽前有冷鋒；②高空冷渦型：500hPa高空圖上，副熱帶高壓位為長江以南，華北或東北有一閉合低渦，并有冷中心配合，中低層（700hPa、850hPa）也有冷渦；③副高控制型：淮安地區(qū)受副高控制，位于副高西北588dagpm線內(nèi)側(cè)，35°N以北有偏西氣流波動，不斷帶來小股冷空氣補充南下。在中低層（700hPa、850hPa）32°～35°N之間有切變線或槽線；④臺風倒槽型：副熱帶高壓后撤到125°E以東西太平洋上，500hPa高空圖上，在100°～120°E，35°～50°N有淺槽。從低層到500hPa高空都有閉合的臺風倒槽低壓環(huán)流，淮安地區(qū)處在倒槽中或氣旋區(qū)內(nèi)。endprint

（3）雷雨大風天氣出現(xiàn)前，大氣層結(jié)極不穩(wěn)定，沙氏指數(shù)SI<-3℃，750hPa有槽線或切變線，且槽前或切變線南側(cè)有暖舌，使槽線或切變線冷暖平流明顯，淮安地區(qū)處于850hPa溫度露點差（T-Td）≤-3℃的濕舌內(nèi)，低空有西南暖濕急流，中、高空干冷氣流入侵，水汽在淮安地區(qū)輻合上升，觸發(fā)了強對流天氣發(fā)生，出現(xiàn)了雷雨大風。

（4）雷雨大風回波多呈帶狀和弓狀，有明顯的垂直風向、風速切變，雷雨大風出現(xiàn)前10～20min，VIL值常常有明顯減小趨勢。上述特征對雷雨大風臨近預報有一定指示意義；低槽冷鋒型和高空冷渦型回波沿500hPa風的方向移動。在臺風倒槽中，高空冷空氣要疊加在倒槽上空，才能觸發(fā)不穩(wěn)定能量及潛熱能釋放，使上下層對流活躍，當回波頂高突破了12Km時，此時就出現(xiàn)雷電活動。

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