安徽省一次強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程分析

楊春雷

摘要 基于合肥新一代天氣雷達(dá)產(chǎn)品和常規(guī)觀測(cè)資料，從天氣形勢(shì)、不穩(wěn)定能量、衛(wèi)星云圖、雷達(dá)回波等方面對(duì)2009年6月5日安徽省一次強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程進(jìn)行了分析，揭示此類(lèi)強(qiáng)對(duì)流天氣的形成機(jī)制。結(jié)果表明，高空呈前傾槽形勢(shì)且高低空具有強(qiáng)的垂直溫度梯度，強(qiáng)大東北冷渦后部，貝湖阻高崩潰帶來(lái)強(qiáng)冷空氣南下；850～100 hPa呈一致的西北偏北干冷氣流，河套東部上空925 hPa存在切變線；地面能量積累明顯且有2條明顯復(fù)合線。高低空完美配合造成此次強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程強(qiáng)度強(qiáng)、范圍廣、移速快、危害大。山東、江蘇境內(nèi)海風(fēng)鋒導(dǎo)致的地面復(fù)合線對(duì)強(qiáng)對(duì)流可能有觸發(fā)和加強(qiáng)作用；前期東北冷渦活躍和華東持續(xù)高溫為強(qiáng)對(duì)流發(fā)生積累了大量不穩(wěn)定能量。分析合肥站雷達(dá)圖發(fā)現(xiàn)，0.5°仰角反射率因子圖上陣風(fēng)鋒出現(xiàn)時(shí)間與經(jīng)過(guò)區(qū)域?qū)?yīng)地面大風(fēng)發(fā)生時(shí)間和發(fā)生地區(qū)有很好的指示，能提前20～30 min發(fā)布大風(fēng)預(yù)警。

關(guān)鍵詞 強(qiáng)對(duì)流天氣；天氣形勢(shì)；不穩(wěn)定能量；衛(wèi)星云圖；雷達(dá)回波

中圖分類(lèi)號(hào) P458 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2018）02-0130-05

Abstract Based on the Hefei new generation of weather radar products and conventional observation data， a strong convective weather process in Anhui Province on June 5， 2009 was analyzed from the aspects of weather conditions， unstable energy， satellite cloud images and radar echoes， revealing that such strong convective weather formation mechanism.The results showed that there was an upward trough at high altitude and a strong vertical temperature gradient at high and low altitudes，strong cold air was brought south under the strong northeast cold vortex；850-100 hPa were consistent with northnorthwest dry airflow， there was a shear line at 925 hPa over the eastern part of Hetao；Ground energy accumulation was obvious and there were two obvious composite lines.The perfect combination of high and low altitude caused by the strong convective weather process intensity， wide range， fast moving speed， great harm.Ground composite lines caused by sea breeze front in Shandong and Jiangsu Province may trigger and strengthen the strong convection.Prenortheast cold vortex and continued high temperature of East China for the occurrence of strong convection had accumulated a lot of unstable energy.Analysis of the Hefei station radar chart found that the 0.5-degree elevation reflectance factor map on the appeared time and passing area of gust front corresponding to the time and place of gale occurrence had good instructions，which can issue gale warnings 20-30 minutes in advance.

Key words Strong convective weather； Weather situation； Unstable energy； Satellite cloud image； Radar echo

自然災(zāi)害給人類(lèi)社會(huì)的影響不斷擴(kuò)大，每年均會(huì)造成大量的人員傷亡和社會(huì)經(jīng)濟(jì)損失。其中90%的自然災(zāi)害、72.5%的死亡和75%的經(jīng)濟(jì)損失，均是由天氣、氣候以及水文災(zāi)害引起的[1]。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，特別是全球氣候變暖，導(dǎo)致極端天氣氣候事件發(fā)生的頻率和強(qiáng)度也呈增加趨勢(shì)，氣象災(zāi)害越來(lái)越引起人們的重視。劉彤等[2]分析了我國(guó)2004—2008年的主要?dú)庀鬄?zāi)害造成的經(jīng)濟(jì)損失，發(fā)現(xiàn)平均每年約有2 600人死亡，4億人受災(zāi)，農(nóng)作物受災(zāi)面積達(dá)4 100萬(wàn)hm2左右，絕收面積460萬(wàn)hm2左右，直接損失高達(dá)2 360億元。而氣象災(zāi)害中，突發(fā)性的暴雨、風(fēng)雹等強(qiáng)對(duì)流天氣事件，在短臨預(yù)報(bào)預(yù)警服務(wù)方面給氣象工作者帶來(lái)了極大的挑戰(zhàn)，圍繞強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)生機(jī)理研究、觸發(fā)機(jī)制、預(yù)報(bào)方法以及短臨預(yù)警等方面的研究日益活躍起來(lái)[3-6]。如李文娟等[3]對(duì)給浙江省帶來(lái)嚴(yán)重影響的2次雷雨大風(fēng)和短時(shí)冰雹天氣進(jìn)行了研究，主要對(duì)其產(chǎn)生的大氣背景場(chǎng)、高低空系統(tǒng)配置、觸發(fā)機(jī)制等進(jìn)行了對(duì)比分析，重點(diǎn)分析了2次過(guò)程的衛(wèi)星云圖、雷達(dá)特征的變化，試圖揭示出此類(lèi)天氣的主要特點(diǎn)和可預(yù)報(bào)性。俞小鼎等[5]對(duì)2003年7月8日安徽一次強(qiáng)烈龍卷天氣的多普勒天氣雷達(dá)回波演變進(jìn)行了仔細(xì)分析，并對(duì)此次龍卷的生成機(jī)制進(jìn)行了探討。筆者基于合肥新一代天氣雷達(dá)產(chǎn)品和常規(guī)觀測(cè)資料，從天氣形勢(shì)、不穩(wěn)定能量、衛(wèi)星云圖、雷達(dá)回波等方面對(duì)2009年6月5日安徽省一次強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程進(jìn)行了分析，揭示此類(lèi)強(qiáng)對(duì)流天氣的形成機(jī)制，以期為強(qiáng)對(duì)流天氣的短臨預(yù)報(bào)預(yù)警服務(wù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 天氣實(shí)況

6月5日15：00—23：00，安徽省出現(xiàn)了大面積雷雨、大風(fēng)和冰雹等強(qiáng)對(duì)流天氣；全省有228個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現(xiàn)8級(jí)以上的大風(fēng)，最大風(fēng)速出現(xiàn)在淮南潘集，為35.9 m/s（12級(jí)），是安徽省有氣象記錄以來(lái)所觀測(cè)到的最大瞬時(shí)風(fēng)速；其中淮南、懷遠(yuǎn)還分別降了直徑為8、10 mm的冰雹。影響池州市時(shí)間是21：00—23：00，自東向西南過(guò)鏡，然后向黃山市方向傳播并逐漸消亡。21：20青陽(yáng)縣風(fēng)力逐漸增大，21：23瞬時(shí)極大風(fēng)速達(dá)25.4 m/s；21：30貴池區(qū)風(fēng)力逐漸增強(qiáng)，21：46瞬時(shí)極大風(fēng)速達(dá)19.6 m/s；之后繼續(xù)影響石臺(tái)縣及其以南的黃山地區(qū)，但強(qiáng)度明顯減弱，至23：00影響基本結(jié)束。

此次由東北冷渦引導(dǎo)冷空氣南下導(dǎo)致的強(qiáng)對(duì)流過(guò)程歷時(shí)8 h，橫掃江蘇、安徽、上海全境，死亡達(dá)20多人，直接經(jīng)濟(jì)損失以百千萬(wàn)計(jì)，間接經(jīng)濟(jì)損失數(shù)字更是巨大。其強(qiáng)度強(qiáng)、范圍廣、移速快、危害大為歷史之罕見(jiàn)。

2 天氣形勢(shì)分析

苗春生等[7]將標(biāo)準(zhǔn)化東北冷渦用強(qiáng)度指數(shù)（NECVI）來(lái)反映其強(qiáng)弱，并定義：NECVI≥0.50為高指數(shù)年，NECVI<-0.50為低指數(shù)年。經(jīng)分析，2009年5月20日—6月20日的NECVI指數(shù)平均為0.74，異常偏高，說(shuō)明這段時(shí)間東北冷渦活動(dòng)活躍，并且強(qiáng)度持續(xù)偏強(qiáng)；逐日NECVI值顯示，5月29日—6月2日、4日NECVI值維持均在0.50以上，說(shuō)明此次強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生前東北冷渦持續(xù)偏強(qiáng)，冷空氣不斷堆積，活動(dòng)增強(qiáng)并開(kāi)始下擺，為其發(fā)生提供了冷源和觸發(fā)機(jī)制。

高空疊加圖上前傾槽表現(xiàn)突出（圖1），6月5日08：00，850～100 hPa表現(xiàn)為一致的西北偏西氣流，925 hPa有明顯的切變線存在，此次強(qiáng)對(duì)流發(fā)生區(qū)域與之經(jīng)過(guò)區(qū)域有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。而許多學(xué)者研究結(jié)果也顯示925 hPa輻合線位置對(duì)冷槽型強(qiáng)對(duì)流發(fā)生區(qū)域預(yù)報(bào)有重要參考價(jià)值[3，8]。

6月2日08：00—4日08：00高空實(shí)況圖上，中高緯度呈兩槽一脊型，貝湖存在明顯阻塞高壓，200 hPa的溫壓場(chǎng)配置與對(duì)流層中低層相反，低壓中心為暖中心，高壓脊為冷中心，在青藏高原北部維持有暖中心。2日20：00位于貝湖以東低槽逐漸向東移動(dòng)，且不斷有冷空氣分裂南下；4日20：00—5日08：00暖中心控制華中和華東，華東大部地區(qū)為偏西氣流，冷槽南下至河套東部，遇強(qiáng)大的暖中心阻擋，5日08：00貝湖冷高壓崩潰，冷空氣大舉南下。

6月5日08：00—17：00地面復(fù)合分析顯示（圖2），河套東部山東和河南中北部存在中尺度地面氣旋式復(fù)合線，并逐漸南移至安徽中北部；山東和江蘇境內(nèi)因海風(fēng)鋒導(dǎo)致一條與海岸線接近平行的地面復(fù)合帶。

6月5日05：00在山東和江蘇的東部地區(qū)海陸溫度差異并不大，溫差在2～3 ℃，這時(shí)沿海盛行東南風(fēng)；天空晴朗，地面增溫，13：00溫差達(dá)7～9 ℃，形成了強(qiáng)水平溫度梯度帶，即溫度梯度達(dá)0.22 ℃/km，對(duì)應(yīng)有露點(diǎn)鋒區(qū)生成，形成與海岸線接近平行的地面復(fù)合帶。

分析5日08：00—17：00衛(wèi)星云圖可以看到，對(duì)流云團(tuán)的發(fā)生和發(fā)展位置與皖蘇地面復(fù)合區(qū)域非常吻合，并且19：00左右紅外圖上云頂最高時(shí)TBB≤-50 ℃區(qū)域正對(duì)應(yīng)地面2條復(fù)合帶交接區(qū)——懷遠(yuǎn)、固鎮(zhèn)、淮南等地（安徽中北部地區(qū)）。

此次強(qiáng)對(duì)流發(fā)生和發(fā)展區(qū)域與地面圖上維持的復(fù)合線及925 hPa切變線經(jīng)過(guò)之地有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，是這次強(qiáng)對(duì)流天氣的主要影響系統(tǒng)。

3 不穩(wěn)定能量分析

地面圖上，6月4日08：00—5日08：00的24 h變溫蘇皖兩省均是5～10 ℃的正變溫；5月31日—6月5日逐日最高氣溫安徽、江蘇大部分站點(diǎn)均為30 ℃以上，因此低層能量積累十分明顯。

位勢(shì)不穩(wěn)定是產(chǎn)生強(qiáng)風(fēng)暴的重要因素。在這次風(fēng)暴天氣產(chǎn)生之前，在華東地區(qū)上空有大范圍的逆溫層結(jié)存在，并有強(qiáng)烈溫度垂直梯度（圖3）。6月5日08：00探空?qǐng)D上（圖3），皖蘇上空850 hPa以上為一致的干冷氣流，T850-T500的溫差達(dá)30～35 ℃；且925～850 hPa存在有暖平流并沿偏西氣流東移北上逐漸影響安徽、江蘇；白天高空冷空氣下沉逐漸加強(qiáng)使850 hPa溫度逐步降低；另外由于太陽(yáng)輻射使地面增溫顯著。因此，上、下層溫差進(jìn)一步增大，形成強(qiáng)烈的垂直溫度梯度。

6月5日08：00皖蘇K指數(shù)在20～39 ℃，其中安慶站上空K指數(shù)達(dá)39 ℃；安慶和南京站θse850-θse500值分別為12.8和6.9 ℃，其值高于阜陽(yáng)和徐州；沙氏指數(shù)分別為-3.7和-0.7 ℃，而阜陽(yáng)和徐州站沙氏指數(shù)都大于0。表明皖蘇中南部地區(qū)大氣層結(jié)不穩(wěn)定度高，極不穩(wěn)定。0 ℃層高度在600 hPa，-20 ℃在450 hPa附近，具備了產(chǎn)生冰雹天氣的不穩(wěn)定能量和高度。而這次位勢(shì)不穩(wěn)定的建立沒(méi)有低空急流和大的低層濕度，皖蘇大部地面T-Td值都在4～8 ℃。

徐愛(ài)華等[9]研究結(jié)果表明，3—6月，江西省南昌市存在強(qiáng)垂直溫度梯度下（△T≥27 ℃），當(dāng)有低槽和切變線時(shí)，北方有冷空氣南下，利于強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生。經(jīng)分析，這次過(guò)程與該研究結(jié)果有很好的吻合。

4 衛(wèi)星云圖特征分析

從圖4可以看到有明顯3條云系：脊后高空輻散云帶、冷鋒云系和急流云系。水汽圖暗區(qū)（對(duì)流層上部暗區(qū)，水汽少且干冷）是下沉氣流運(yùn)動(dòng)區(qū)，暗區(qū)指示該地區(qū)有能量堆積，是預(yù)報(bào)強(qiáng)對(duì)流要注意的重要地區(qū)。脊前強(qiáng)冷空氣經(jīng)過(guò)內(nèi)蒙中東部、河套東部迅速南下影響山東、河南、安徽和江蘇等華東大部分地區(qū)。中尺度對(duì)流云團(tuán)不斷產(chǎn)生于冷鋒尾部，即925 hPa切變線經(jīng)過(guò)具有高能量積累的華東地區(qū)，得到發(fā)展并南移發(fā)展加強(qiáng)。5日白天水汽云圖暗區(qū)變化顯示冷空氣下沉明顯加強(qiáng)，預(yù)示冷空氣加強(qiáng)向下侵入逐漸增強(qiáng)。紅外云圖表現(xiàn)：從阜陽(yáng)生成的中尺度云團(tuán)南移與山東境內(nèi)生成南移的云團(tuán)在5月18：00左右于蘇皖中北部上空合并并發(fā)展加強(qiáng)，19：00左右達(dá)到最強(qiáng)，云頂亮溫（TBB）達(dá)到最低，且其西北側(cè)溫度梯度非常大，對(duì)應(yīng)皖蘇中北部發(fā)生龍卷、冰雹和強(qiáng)風(fēng)等強(qiáng)對(duì)流天氣，23：00云團(tuán)已明顯減弱。

5 雷達(dá)回波資料分析

此次強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程主要路徑基本與高空冷空氣移動(dòng)路徑一致，主體向東南移動(dòng)，在安徽表現(xiàn)向南傳播。合肥站雷達(dá)圖上表現(xiàn)為：5日18：00左右，阜陽(yáng)上空生成南移的云團(tuán)與山東上空生成南移的云團(tuán)在皖蘇中北部即地面2條復(fù)合帶交接處合并發(fā)展加強(qiáng)，然后呈扇形擴(kuò)展傳播影響安徽，這與地面各站極大瞬時(shí)風(fēng)速出現(xiàn)時(shí)間段順序非常一致（表1和圖5）。此次強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程持續(xù)時(shí)間8 h，5日23：00左右在皖南部逐漸消亡。

從表1可看出，沿淮各站自東向西、江淮之間自北向南逐漸出現(xiàn)極值瞬時(shí)大風(fēng)，且鳳臺(tái)、霍邱、肥西以及無(wú)為站出現(xiàn)在同一時(shí)間段呈扇形排列；沿江江南與江淮之間表現(xiàn)一樣。這與0.5°仰角反射率因子雷達(dá)圖（圖5a）陣風(fēng)鋒回波出現(xiàn)與發(fā)展傳播路徑表現(xiàn)非常一致。

在0.5°仰角雷達(dá)圖上（圖5），5日18：00左右合并加強(qiáng)的云團(tuán)呈扇形發(fā)展加強(qiáng)，在滁州至定遠(yuǎn)一帶有10～20 dBz強(qiáng)度的弱回波窄帶，并且高度在1.0～2.1 km，即陣風(fēng)鋒。19：51，陣風(fēng)鋒回波帶增長(zhǎng)，從潁上至肥西含山一線呈弧形，且其外圍巢湖南部有新單體生成發(fā)展；20：15，巢湖單體受陣風(fēng)鋒抬升加強(qiáng)并且西邊與陣風(fēng)鋒結(jié)合，東側(cè)連接主體強(qiáng)回波區(qū)呈 “V”型；20：45，“V”型回波前沿到達(dá)銅陵，陣風(fēng)鋒回波更加明顯；21：14，陣風(fēng)鋒回波西達(dá)河南商丘，中段接近霍山、桐城，南側(cè)接近池州市上空，但青陽(yáng)上空無(wú)陣風(fēng)鋒回波；21：20，青陽(yáng)出現(xiàn)大風(fēng)，風(fēng)力逐漸增大，并在21：23達(dá)極值25.4 m/s；池州21：30左右風(fēng)力逐漸增大，在21：46達(dá)極值19.6 m/s，而回波主體在21：50才到達(dá)池州市區(qū)東北邊上空，21：56覆蓋池州，地面大風(fēng)較回波主體提前，而陣風(fēng)鋒回波較地面大風(fēng)極值出現(xiàn)時(shí)間早30 min以上。分析0.5°仰角徑向速度的雷達(dá)圖也能明顯看到陣風(fēng)鋒窄回波帶特征，邊界清晰；5日18：51距離雷達(dá)站6.0 km處0.2 km的高度上明顯出現(xiàn)大的負(fù)速度中心（-27～-20 m/s），出流面積大于入流面積，表明低層氣流輻散，19：51負(fù)速度中心出現(xiàn)模糊現(xiàn)象（<-27 m/s），0速度線呈反 “S”型，說(shuō)明實(shí)際風(fēng)速>27 m/s，一直到21：00模糊現(xiàn)象消失，風(fēng)力減弱，且在1.5°仰角0.4 km高度上空也能明顯看到這種特點(diǎn)。因此，強(qiáng)風(fēng)出現(xiàn)與回波主體到達(dá)時(shí)間上基本一致，但可通過(guò)0.5°仰角的雷達(dá)陣風(fēng)鋒回波帶出現(xiàn)時(shí)間，以及0.5°仰角和1.5°仰角徑向速度雷達(dá)圖表現(xiàn)低層氣流輻散，低層實(shí)際風(fēng)速>27 m/s，可以提前發(fā)布大風(fēng)預(yù)警信號(hào)；且距離雷達(dá)站150 km范圍內(nèi)陣風(fēng)鋒回波表現(xiàn)明顯，指示作用較好，池州上空陣風(fēng)鋒回波表現(xiàn)較弱，可能與主體云團(tuán)對(duì)流強(qiáng)度減弱，陣風(fēng)鋒回波帶減弱消散有關(guān)，或雷達(dá)回波與距離雷達(dá)站較遠(yuǎn)回波表現(xiàn)不明顯。而陣風(fēng)鋒回波在1.5°仰角反射率因子雷達(dá)圖上表現(xiàn)不清晰。此次過(guò)程黃山雷達(dá)資料陣風(fēng)鋒回波表現(xiàn)不明顯，與其本身站點(diǎn)海拔較高有關(guān)。

6 強(qiáng)對(duì)流天氣聯(lián)防的重要性

由東北冷渦帶來(lái)冷空氣南下造成大范圍的強(qiáng)對(duì)流天氣并不多見(jiàn)，而強(qiáng)對(duì)流天氣強(qiáng)度和落區(qū)本身就是短期預(yù)報(bào)的難點(diǎn)。這次強(qiáng)雷暴天氣發(fā)展迅速、移動(dòng)快、過(guò)程強(qiáng)，前期天氣晴朗，雷達(dá)回波表現(xiàn)不明顯，易被忽視，當(dāng)上游有大風(fēng)天氣出現(xiàn)時(shí)才引起預(yù)報(bào)員的注意，故加強(qiáng)特殊天氣時(shí)期上、下游聯(lián)防和責(zé)任區(qū)雷達(dá)聯(lián)防顯得尤為重要。

7 結(jié)論

（1）此次強(qiáng)對(duì)流過(guò)程特征突出：中高緯呈兩槽一脊型，高空呈前傾槽形勢(shì)且高低空具有強(qiáng)的垂直溫度梯度，強(qiáng)大的東北冷渦后部，貝湖阻高崩潰帶來(lái)強(qiáng)冷空氣南下；850～100 hPa呈一致的西北偏北干冷氣流，河套東部上空 925 hPa存在切變線；地面能量積累明顯且有2條明顯復(fù)合線。高低空完美配合造成這次對(duì)流過(guò)程強(qiáng)度強(qiáng)、范圍廣、移速快、危害大。

（2）山東、江蘇境內(nèi)海風(fēng)鋒導(dǎo)致的地面復(fù)合線對(duì)強(qiáng)對(duì)流可能有觸發(fā)和加強(qiáng)作用；前期東北冷渦活躍和華東持續(xù)高溫為強(qiáng)對(duì)流發(fā)生積累了大量不穩(wěn)定能量。關(guān)于東北冷渦變化規(guī)律及其誘發(fā)中東部地區(qū)強(qiáng)對(duì)流機(jī)制有待進(jìn)一步認(rèn)識(shí)和研究。

（3）在這次強(qiáng)對(duì)流過(guò)程中，綜合分析0.5°仰角雷達(dá)徑向速度圖和反射率因子回波圖，說(shuō)明陣風(fēng)鋒能很好地提前指示地面大風(fēng)。池州站、青陽(yáng)站出現(xiàn)大風(fēng)較雷達(dá)回波主體提前10～20 min；安徽中部大多數(shù)站點(diǎn)，陣風(fēng)鋒出現(xiàn)時(shí)間均提前于地面瞬時(shí)極值大風(fēng)出現(xiàn)時(shí)間。可見(jiàn)仔細(xì)分析雷達(dá)圖，標(biāo)出陣風(fēng)鋒位置，以盡可能提前發(fā)布大風(fēng)預(yù)警信號(hào)。而池州站和青陽(yáng)等站距離合肥雷達(dá)站較遠(yuǎn)，陣風(fēng)鋒雷達(dá)回波表現(xiàn)不明顯或不顯示，造成指示盲區(qū)，出現(xiàn)這種情況與上游臺(tái)站保持及時(shí)聯(lián)防，了解上游實(shí)況資料利于該站進(jìn)行有效服務(wù)，也是防御災(zāi)害性天氣的一種重要手段。

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