2016年4月11日海南島北部強(qiáng)對流天氣過程分析

張小弘 馬明明

摘要 本文利用常規(guī)探空和地面資料、中尺度自動站資料和多普勒雷達(dá)資料等，對2016年4月11日海南島強(qiáng)對流天氣背景和演變進(jìn)行了分析和總結(jié)。結(jié)果表明，此次強(qiáng)對流過程出現(xiàn)了短時強(qiáng)降水、雷雨大風(fēng)和冰雹等天氣，具有風(fēng)力強(qiáng)、中尺度強(qiáng)、風(fēng)暴系統(tǒng)明顯、局地性強(qiáng)和災(zāi)情嚴(yán)重等特點(diǎn)。颮線是此次強(qiáng)對流天氣發(fā)生的主要觸發(fā)機(jī)制，海南島北部地區(qū)的平坦地形、華南中層的干急流以及較大的垂直風(fēng)切變可能是強(qiáng)風(fēng)暴系統(tǒng)發(fā)展和維持的主要因素。

關(guān)鍵詞 短時強(qiáng)降水；雷雨；大風(fēng)；強(qiáng)對流天氣；海南島；2016年4月11日

中圖分類號 P458.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-5739（2018）12-0199-04

強(qiáng)對流天氣主要包括短時強(qiáng)降水、冰雹、颮、龍卷風(fēng)和雷暴等，具有尺度小、突發(fā)性強(qiáng)、生命周期短、破壞力強(qiáng)等特點(diǎn)，常發(fā)生于春夏之交，給人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全帶來嚴(yán)重的威脅，成為天氣預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)工作中重點(diǎn)和難點(diǎn)之一。強(qiáng)對流天氣的生成、發(fā)展和移動與地面狀況、熱力作用、大尺度天氣系統(tǒng)、大氣不穩(wěn)定性和垂直風(fēng)切變強(qiáng)度密切相關(guān)[1-2]。Johns等[3]認(rèn)為，所有的強(qiáng)局地風(fēng)暴都與深對流有關(guān)。Lilly[4-5]研究了螺旋度在形成超級雷暴單體中的作用，指出強(qiáng)對流風(fēng)暴具有高螺旋度特征，較大的螺旋度抑制了湍流擴(kuò)散，阻礙了擾動能量串級，對超級單體風(fēng)暴的穩(wěn)定維持有重要作用。王堅(jiān)紅等[6]研究天津地區(qū)一次強(qiáng)對流天氣過程，發(fā)現(xiàn)較大的螺旋度與強(qiáng)對流天氣及其中尺度系統(tǒng)發(fā)生、發(fā)展存在著較好的對應(yīng)關(guān)系。丁一匯等[7]研究1998年中國大洪水時期的水汽收支，指出水汽通量最大輻合區(qū)與強(qiáng)降水區(qū)相對應(yīng)，暴雨區(qū)的水汽輻合是由大尺度（甚至半球尺度）水汽輸送造成的，來自南海和孟加拉灣的水汽輸送是中國夏季強(qiáng)降水的重要條件之一。此外，李軍霞等[8]、周宏偉等[9]、耿建軍等[10]研究發(fā)現(xiàn)，中尺度渦旋、逆向風(fēng)、低空急流等特征在臨近預(yù)報(bào)中發(fā)揮較大作用。

2016年4月10日夜間，海南島西部和東部海面、瓊州海峽以及海南島北部陸地出現(xiàn)強(qiáng)雷暴天氣。此次過程具有發(fā)展迅速、強(qiáng)度強(qiáng)、移動快、歷時短的特點(diǎn)，導(dǎo)致儋州、?？?、定安、文昌等地短時間內(nèi)出現(xiàn)不同程度的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。此次強(qiáng)對流天氣的主要天氣系統(tǒng)為一個颮線系統(tǒng)，此颮線系統(tǒng)從廣西移向北部灣海面，之后在海南島北部不斷發(fā)展并最終形成超級單體風(fēng)暴。

1 過程概況及災(zāi)情

2016年4月11日0：00—8：00，受弱冷空氣、低層切變和南支槽共同影響，海南出現(xiàn)了雷雨大風(fēng)和短時強(qiáng)降水、冰雹等強(qiáng)對流天氣。海南島西部和東部海面、瓊洲海峽以及北部陸地先后出現(xiàn)了雷雨大風(fēng)和短時強(qiáng)降水的強(qiáng)對流天氣，海口和文昌普遍出現(xiàn)大風(fēng)降雨天氣。最大降水量出現(xiàn)在文昌錦山鎮(zhèn)，為76.7 mm，文昌北部和?？谄毡槌霈F(xiàn)8級以上的雷雨大風(fēng)，其中?？诰值仃囷L(fēng)達(dá)11級，文昌鋪前和翁田鎮(zhèn)陣風(fēng)達(dá)10級（圖1～2），2：00前后儋州市峨蔓地區(qū)出現(xiàn)冰雹，冰雹直徑>10 mm。

此次強(qiáng)對流天氣具有如下3個特點(diǎn)：一是發(fā)展迅速，在北部灣北部海面，從初始零散的對流回波發(fā)展成具有規(guī)模的強(qiáng)回波帶只經(jīng)歷了70 min左右；二是強(qiáng)度強(qiáng)，從雷達(dá)等資料分析，在此次強(qiáng)對流影響過程中，強(qiáng)回波最大值始終在60 dBZ以上，最強(qiáng)時達(dá)到77 dBZ，過程中出現(xiàn)了冰雹、雷雨大風(fēng)和短時強(qiáng)降水等天氣，其中測得最大陣風(fēng)達(dá)11級，最大小時雨量達(dá)56 mm；三是移動快、歷時短，從11日2：00左右影響海南島西北部近海到4：30左右移到海南島東北部海面，1.5 h移動距離大約240 km。

此次過程造成了極為嚴(yán)重的損失，?？?、儋州、定安等地在短時間內(nèi)出現(xiàn)了不同程度的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。儋州市北部海面出現(xiàn)大風(fēng)天氣，最大陣風(fēng)達(dá)9級，大風(fēng)造成7艘漁船被吹翻，3人死亡，5人失蹤；海口市有4個路段積水、7條輸電線路停電、954株樹木倒伏；定安地區(qū)損壞房屋7間，受災(zāi)36人，牲畜死亡1頭，家禽死亡109只。另外，儋州市峨蔓地區(qū)出現(xiàn)冰雹，并伴有6級陣風(fēng)，冰雹直徑>10 mm；受冰雹天氣影響，木棠鎮(zhèn)黑皮冬瓜受災(zāi)約100 hm2，西瓜受災(zāi)約53.33 hm2。

2 大尺度環(huán)境條件

2.1 環(huán)流背景

從4月10日8：00高空形勢（圖3）可以看出，500 hPa副高控制了南海的中部和南部地區(qū)，南支槽維持在110°E附近，位于廣西東部至廣東西南部。700 hPa西風(fēng)槽也位于110°E附近，從槽后的西北西風(fēng)引導(dǎo)地面的冷空氣擴(kuò)散南下，與副熱帶高壓外圍的西南暖濕氣流在江南到華南一帶形成切變，850 hPa和925 hPa切變線位于江南南部到華南中部一帶；此時，海南島北部和雷州半島附近位于低空西南急流的左前側(cè)，500 hPa干舌位于廣東東南部到海南島的東南部，但低層比濕較大的濕區(qū)位于“兩廣”以北到長江以南一帶地區(qū)，海南島的濕度條件和水汽條件并不是特別好。從地面場來看，海南受西風(fēng)槽后的西北氣流影響，可以看到冷空氣不斷由北向南擴(kuò)散，海南位于北高南低的背景下，因此海南島北半部地區(qū)一直維持北到東北風(fēng)和偏南風(fēng)中尺度切變線。

2.2 地面中β尺度輻合線

研究表明，陣風(fēng)鋒和海風(fēng)鋒相互碰撞，在交叉處有強(qiáng)對流天氣的形成[11]。從海南島區(qū)域加密自動站10 min平均風(fēng)向、風(fēng)速（圖4）可以清楚看到中β尺度的輻合線存在。10日白天，海南主要受西南熱低壓控制，海南處在熱低壓東南部，近地層以偏南風(fēng)為主。午后，由于海陸風(fēng)效應(yīng)的影響，海南島西南部出現(xiàn)了東北風(fēng)，因而海南島北部出現(xiàn)了1條東北風(fēng)和偏南風(fēng)的中β尺度輻合切變線。從圖4（b）（c）（d）可以看出，夜間該中β尺度輻合切變線仍持續(xù)維持，并于11日5：00隨著冷平流向南擴(kuò)散移動。該中β尺度輻合切變線與弓形回波前沿陣風(fēng)鋒的相遇不僅加劇了強(qiáng)對流天氣的強(qiáng)度，更加有助于其維持。

2.3 探空資料分析

分析?？?0日20：00的探空資料（圖5），等飽和曲線和層結(jié)曲線顯示為“S”形，850 hPa以下為倒“V”形，850 hPa以下較潮濕，溫度露點(diǎn)差小，LI為-1.79 ℃，SI為-3.6 ℃，850 hPa與500 hPa的假相當(dāng)位溫差達(dá)25 ℃，有利于短時歷時強(qiáng)降水的條件。從能量指數(shù)來看，低層有明顯的對流不穩(wěn)定層結(jié)。20：00海口站垂直切變非常大，925 hPa與700 hPa之間的垂直風(fēng)切變達(dá)到5.42×10-3/s，有利于強(qiáng)對流天氣的發(fā)生。20：00北海站和陽江站上空均存在強(qiáng)烈的不穩(wěn)定，925 hPa與700 hPa之間的垂直切變也較大，北海垂直風(fēng)切變達(dá)到6.3×10-3/s。因此，10日夜間整個華南沿海一直到海南島北部地區(qū)均處于不穩(wěn)定層結(jié)中。從衛(wèi)星云圖演變來看，500 hPa西風(fēng)槽南側(cè)的北部灣北部海面存在雷暴云團(tuán)，自西向東移動過程中，由于其前方為層結(jié)不穩(wěn)定區(qū)域，因而該雷暴云團(tuán)在東移過程中得到了強(qiáng)烈的發(fā)展。從衛(wèi)星云圖動畫來看，11日8：00前后500 hPa高空槽云系越過了110°E后，海南島北部的強(qiáng)對流天氣基本趨于結(jié)束。

3 中尺度颮線風(fēng)暴系統(tǒng)及演變

3.1 多單體帶狀回波特征

從?？诘亩嗥绽绽走_(dá)監(jiān)測可以看出，此次強(qiáng)對流天氣是受到颮線系統(tǒng)的影響。11日1：00颮線從北部灣海面向東南方向移動，靠近海南西部近海，之后向偏東方向移動，自西向東影響海南島北部地區(qū)。颮線系統(tǒng)發(fā)展十分強(qiáng)烈，11日4：00颮線系統(tǒng)東南側(cè)出現(xiàn)了非常清楚的陣風(fēng)鋒（圖6），同時伴隨強(qiáng)烈的大風(fēng)過程。從10 min平均風(fēng)風(fēng)場來看，10日夜間到11日凌晨，由于北方弱冷空氣的滲透，海南島北部地區(qū)始終維持東北—西南向的中尺度輻合。颮線系統(tǒng)自西向東影響海南北部地區(qū)時，移動過程中與中尺度輻合線的相遇使其得到維持和發(fā)展，造成海南北部地區(qū)強(qiáng)烈對流天氣的發(fā)生。

分析颮線的演變過程（圖7）可知，11日1：55，颮線系統(tǒng)由A、B、C 3個雷暴云團(tuán)組成，在東移過程中，B雷暴系統(tǒng)速度加快；2：44，B雷暴系統(tǒng)已經(jīng)追上C雷暴云團(tuán)，此時颮線系統(tǒng)顯示為一個準(zhǔn)東北—西南向，逐漸演變成“S”形回波，繼續(xù)東移到雷達(dá)站的時候，入流非常強(qiáng)烈；3：22，“S”形回波逐漸演變成弓形回波；5：13東移到文昌等地區(qū)。整個過程中，A雷暴云團(tuán)始終相對獨(dú)立，從發(fā)展直至消亡一直位于颮線系統(tǒng)的南端。1：24—1：55，超級單體A的最大反射率因子維持在65 dBZ以上，中高層回波懸垂和低層弱回波區(qū)的強(qiáng)雹暴回波特征十分明顯。對比同時次徑向速度（圖8）發(fā)現(xiàn)，整個颮線系統(tǒng)的后側(cè)入流非常清楚，2：19，后側(cè)入流出現(xiàn)速度模糊，并且此時近地層風(fēng)速明顯增大。4：18，颮線系統(tǒng)從文昌東移出海，最大陣風(fēng)風(fēng)速達(dá)到36.5 m/s。颮線過程的徑向速度非常大，造成明顯的大風(fēng)天氣。

分析A、B、C 3個云團(tuán)的結(jié)構(gòu)特征，從剖面圖可以看到A、B、C 3個云團(tuán)在靠近海南島西部陸地時都是以一個超級單體形狀存在，伸展高度較高，在40 dBZ以上的回波都伸展到9 km以上，并且3個云團(tuán)在底層存在弱回波區(qū)，中高層回波懸垂。從速度垂直剖面圖來看，A、B、C 3個云團(tuán)排列都有一個中尺度氣旋；從結(jié)構(gòu)場來看，3個云團(tuán)靠近海南島西部地區(qū)時，演變?yōu)槌墕误w，尤其A云團(tuán)強(qiáng)度非常強(qiáng)，在靠近陸地時強(qiáng)度達(dá)到70 dBZ，在儋州附近造成了大風(fēng)冰雹天氣過程。

3.2 弓形回波特征及陣風(fēng)鋒

由前可知，在11日2：44，B云團(tuán)追上C云團(tuán)并合并，具有雷暴大風(fēng)的弓形回波特征。B云團(tuán)和C云團(tuán)發(fā)展期間，均有較強(qiáng)的后側(cè)入流氣流，其合并成為一支入流急流。3：15之后，弓形回波特征更加明顯，并在其東移過程中造成文昌北部地區(qū)10級大風(fēng)。在1：24—4：11，強(qiáng)對流天氣過程中一直可見明顯的陣風(fēng)鋒，位于弓形回波前沿，二者移速相近，距離維持。

4 結(jié)論

（1）2016年4月11日0：00—8：00海南島北部強(qiáng)對流天氣過程是由有利的天氣尺度背景和中小尺度背景相互配合形成的，西風(fēng)槽、切變線、低空急流和中β尺度輻合線相互配合均為強(qiáng)對流天氣的形成及維持提供有利條件。

（2）超級單體風(fēng)暴的強(qiáng)中尺度對流系統(tǒng)是導(dǎo)致雷暴大風(fēng)的風(fēng)力強(qiáng)、局地性強(qiáng)和災(zāi)害嚴(yán)重的主要原因。

（3）中尺度對流天氣系統(tǒng)在海南島西北部觸發(fā)，并在東移過程中發(fā)展為超級單體風(fēng)暴，主要是由于海南島北部地區(qū)存在更有利強(qiáng)中尺度對流系統(tǒng)產(chǎn)生的環(huán)境條件。

（4）多單體帶狀回波和弓形回波的長時間維持導(dǎo)致了海南島北部雷暴大風(fēng)天氣。

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