泰州市一次冷渦背景下強對流天氣過程的分析與思考

陸偉 黃可蔚 郝健

摘? 要：利用常規(guī)地面和高空觀測資料以及NCEP再分析資料，對2020年4月12日泰州市發(fā)生的一次強對流天氣過程進行診斷分析。結(jié)果表明，冷渦后部不斷有冷空氣滲透是此次強對流發(fā)生的主要原因。上干冷下暖濕形成了不穩(wěn)定層結(jié)，地面風(fēng)場的輻合抬升是觸發(fā)機制，促使不穩(wěn)定能量釋放。850hPa與500hPa溫差對此類強對流活動具備較好的指示意義，而K指數(shù)的參考意義不大。

關(guān)鍵詞：冷渦? 不穩(wěn)定層結(jié)? 輻合抬升? ?強對流天氣

中圖分類號：P458? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2020）09（c）-0120-05

Abstract： Using conventional ground and high-altitude observation data and NCEP reanalysis data， a severe convection weather process in Taizhou City on April 12， 2020 is diagnosed. The results show that the main reason of the severe convection is the continuous infiltration of cold air behind cold vortex. The structure of dry cold air at high level and warm humid air at low level forms unstable stratification. And the convergence and uplift of the surface wind field is the trigger mechanism， which promotes the release of unstable energy. The temperature difference between 850hPa and 500hPa has a better indication significance for such strong convection activities， while the reference significance of K index is not significant.

Key Words： Cold vortex; Unstable stratification; Convergence and uplift; Severe convective weather

高空冷渦屬于大尺度環(huán)流系統(tǒng)，從低層到高空都有表現(xiàn)，是比較深厚的系統(tǒng)，如東北冷渦、華北冷渦等。東北冷渦不僅會造成東北地區(qū)低溫雨雪、持續(xù)性連陰雨、突發(fā)性強對流等天氣，還會促使華北、華中、華東等地形成中尺度對流系統(tǒng)，進而出現(xiàn)雷暴、冰雹、大風(fēng)、短時強降水等災(zāi)害性天氣[1]。

東北冷渦發(fā)展強盛時，處于冷渦后部的江淮地區(qū)，有冷平流作用，容易誘發(fā)突發(fā)性強對流[2]，經(jīng)常造成江蘇省午后至傍晚發(fā)生雷電大風(fēng)、短時強降水和冰雹等強對流天氣。此次天氣過程屬于冷渦背景下的一次強對流過程，在前期的預(yù)報中，由于一些對流潛勢指標(biāo)比較弱，所以實際短期預(yù)報沒有很好地把握這次過程，造成了漏報。利用常規(guī)地面氣象觀測資料、自動站資料、MICAPS資料以及每日4次的NCEP再分析資料，本文從環(huán)流形勢、不穩(wěn)定條件、水汽條件、動力條件以及雷達回波和衛(wèi)星云圖等方面，對這次強對流過程的成因進行簡要分析，以期為此類對流性天氣的預(yù)報提供思路。

1? 天氣過程概況

2020年4月12日下午，江蘇省泰州市遭遇強對流天氣，自北向南出現(xiàn)雷雨大風(fēng)天氣。全市雨量不大，普降小雨，最大降水量出現(xiàn)在刁鋪街道，為2.6mm。有93個站點出現(xiàn)7-9級的短時雷雨大風(fēng)，其中興化市臨城鎮(zhèn)的極大風(fēng)速達到了24.1m/s。從各站逐小時降水演變情況來看（圖1），降水主要集中在4月12日16-18時，屬于午后發(fā)展起來的強對流，具有突發(fā)性強，持續(xù)時間短等特點。

2? 環(huán)流形勢

從4月12日08時500hPa高空圖（見圖2（a））可以發(fā)現(xiàn)，歐亞中高緯地區(qū)呈兩槽一脊型。巴爾喀什湖和日本海附近為低槽區(qū)，貝加爾湖東側(cè)存在高壓脊。同時，黃海東北部存在冷渦，且有一較強冷中心與之配合，冷中心強度達到-32℃，冷中心落后于低渦中心（溫度場圖略）。江蘇處于冷渦西南側(cè)的西北氣流控制下，有冷平流輸送。

低層850hPa上（見圖2（b）），泰州市處于冷渦后部、高壓脊前的偏北氣流中。河套至內(nèi)蒙古東部的溫度脊逐漸發(fā)展，并有所東移。受850hPa暖脊東移影響，近地面回暖迅速，形成上干冷下暖濕的不穩(wěn)定層結(jié)。由于850～500hPa都處于偏北氣流控制下，天氣晴好，太陽光照加熱，使得低層進一步增溫，垂直方向上高低空溫度差異加大，易形成對流。午后高低層溫差加大，上下層湍流運動加強，有利于促使高空動量下傳，引起午后大風(fēng)。

地面輻合線在對流落區(qū)預(yù)報中具有較好的指示意義[3]。相關(guān)研究表明，較強的地面輻合線是冷渦背景下強對流爆發(fā)的重要原因[4]。從地面風(fēng)場上看（見圖3），4月12日下午江蘇地區(qū)存在兩條風(fēng)場輻合帶。17時10分，揚州北部有一條南北走向的風(fēng)向輻合區(qū)，同時揚州至泰州的沿江地區(qū)出現(xiàn)東西向的風(fēng)場輻合帶。隨著降水回波的東移南壓，到了17時50分，揚州北部的風(fēng)向輻合有所減弱，并且呈現(xiàn)東西走向。而沿江地區(qū)的風(fēng)場輻合帶東移南壓，移至蘇州無錫一帶。地面風(fēng)場輻合，提供抬升觸發(fā)條件，有利于對流性天氣的發(fā)生發(fā)展。

3? 不穩(wěn)定條件分析

對流性天氣在微觀上表現(xiàn)為氣塊的強烈上升運動，只有在不穩(wěn)定層結(jié)中，氣層才能表現(xiàn)出對氣塊的促進上升作用。有研究指出，冷渦背景下強對流天氣的發(fā)生，不一定需要充足的水汽條件，但大多數(shù)情況大氣層結(jié)是不穩(wěn)定的，熱力作用也比較明顯。

3.1 探空資料分析

根據(jù)4月12日08時南京、射陽和徐州三站的探空資料（見圖4），可以發(fā)現(xiàn)三站近地面都存在一定的逆溫層。低層溫度露點差普遍小于中高層，說明低層濕度較大，高層濕度小。從近地面到700hPa，三個站點的風(fēng)場隨高度順轉(zhuǎn)，有暖平流輸送。500hPa以上的中高層，風(fēng)場隨高度增加表現(xiàn)出一定程度的逆轉(zhuǎn)，有冷平流輸送。這種高低空配置形成了上干冷下暖濕結(jié)構(gòu)，屬于位勢不穩(wěn)定層結(jié)，易觸發(fā)對流不穩(wěn)定。近地面逆溫層可以起到儲存不穩(wěn)定能量的作用。

3.2 850hPa與500hPa溫度差

高低層的溫度差，代表氣層溫度垂直遞減率，可以反映大氣的層結(jié)不穩(wěn)定度。通常情況下，我們用850hPa與500hPa溫度差來表征高低層的溫差。從圖5（a）中可以發(fā)現(xiàn)，08時江蘇中部地區(qū)的850hPa與500hPa溫差基本處于28～31℃，高低層溫度差較大。由于上午天氣晴好，光照持續(xù)加熱，使得低層回暖較快。同時，高空冷渦后部不斷有冷空氣輸送，午后高低空溫差加大。14時（見圖5（b））泰州地區(qū)的850hPa與500hPa溫差大于32℃，層結(jié)不穩(wěn)定度加大。

3.3 K指數(shù)

K指數(shù)是反映對流層中下層大氣穩(wěn)定度的一種熱力穩(wěn)定度參數(shù)，其值愈大，大氣層結(jié)愈不穩(wěn)定。K指數(shù)大值區(qū)也常常與強降水有較好的對應(yīng)關(guān)系。08時K指數(shù)分布顯示（圖略），泰州市所在的江淮之間地區(qū)基本處于8～12℃，具備一定的不穩(wěn)定能量，但是量級不大，一定程度上可以解釋此次對流降水偏弱的原因。由K指數(shù)公式：K=（T850-T500）+Td850-（T-Td）700，可知K指數(shù)由三項組成，分別是溫度直減率、低層水汽條件和中層飽和度。冷渦背景下，中層有冷空氣侵入，K指數(shù)會偏小。因此在此類強對流預(yù)報中，K指數(shù)的指示意義不明顯。

4? 水汽條件

水汽是成云致雨的原料，也是對流性天氣產(chǎn)生的基本條件之一。強降水的發(fā)生，往往對應(yīng)本地上空具備豐富的水汽。分析當(dāng)天14時的低層比濕場，由圖6可以看出在850hPa上泰州地區(qū)的比濕維持6～7g/kg，925hPa的水汽相對更充分，達到12～13g/kg?？傮w來看，泰州地區(qū)低層具備一定的水汽，但水汽不夠充沛。缺乏充足的水汽供應(yīng)，導(dǎo)致此次對流強度較弱以及降水量級較小。

5? 動力條件

對流性天氣的產(chǎn)生除了要求一定的不穩(wěn)定層結(jié)和水汽條件，還需要觸發(fā)機制，主要表現(xiàn)為較強的動力抬升條件。為了研究泰州地區(qū)的動力條件，沿32.5°N做緯向垂直剖面，分析整層垂直速度的分布情況。從圖7可以看出，泰州地區(qū)（120°E）700hPa以下的低層都處于負(fù)速度區(qū)，表現(xiàn)為垂直上升運動。負(fù)速度中心位于850hPa，中心數(shù)值為小于-0.05hPa﹒s-1。在對流層中上層（700-200hPa），泰州上空呈現(xiàn)正速度區(qū)，為下沉運動。綜合來看，低層存在一定的動力抬升條件，但是強度偏弱，且垂直上升運動伸展的高度不高，局限于700hPa以下。

6? 結(jié)語

（1）本次強對流過程集中于4月12日下午16-18時，主要表現(xiàn)為雷雨大風(fēng)，且雨量較小。

（2）此次天氣過程屬于冷渦背景下的一次強對流活動。中高層冷渦后部不斷有冷空氣擴散，低層暖脊有所發(fā)展，形成上干冷下暖濕的不穩(wěn)定層結(jié)。地面風(fēng)場輻合是對流的觸發(fā)條件，發(fā)揮動力抬升作用。

（3）水汽條件一般，限制了對流活動的強度，進而導(dǎo)致雨量較小。不穩(wěn)定層結(jié)和抬升條件是對流爆發(fā)的主要原因。

（4）850hPa與500hPa溫差較好地反映了大氣層結(jié)的不穩(wěn)定度，而K指數(shù)的指示意義相對較弱。

冷渦背景下的強對流天氣不一定需要很充沛的水汽條件，其預(yù)報著眼點為大氣層結(jié)不穩(wěn)定度的變化和地面風(fēng)場輻合的演變。

參考文獻

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