一次影響靖安的颮線天氣過(guò)程分析

陳麗麗，馬中元，余劍浩，彭 景，田 甜，譚立坤

(1.江西省氣象科學(xué)研究所，330046，南昌;2.靖安縣氣象局，330600，江西，靖安;3.鷹潭市氣象局，335001，江西，鷹潭)

0 引言

雷暴大風(fēng)、冰雹和短時(shí)強(qiáng)降水是江西省出現(xiàn)最頻繁的災(zāi)害性天氣，是最為常見(jiàn)的強(qiáng)對(duì)流天氣現(xiàn)象，危害人民生命財(cái)產(chǎn)安全。靖安縣地處北緯28°47＇～29°06＇，東經(jīng)114°54＇～115°30＇。地勢(shì)東西長(zhǎng)，南北窄，四周環(huán)山，中部山地間雜丘陵，唯東南偶有少量河谷平原，是一個(gè)以山區(qū)為主地區(qū)。靖安縣屬于亞熱帶濕潤(rùn)氣候，西部多山，地形復(fù)雜，風(fēng)速偏小，風(fēng)向多變。因此，研究靖安縣雷暴大風(fēng)等強(qiáng)對(duì)流天氣十分有意義。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者開展了較多災(zāi)害性天氣監(jiān)測(cè)預(yù)警預(yù)報(bào)的技術(shù)研究，例如:主觀臨近預(yù)報(bào)技術(shù)包括基于多普勒天氣雷達(dá)觀測(cè)數(shù)據(jù)并結(jié)合其他資料，對(duì)雷暴生成、發(fā)展和衰減，特別是對(duì)強(qiáng)對(duì)流天氣的臨近預(yù)報(bào)[1]，有利于強(qiáng)冰雹的環(huán)境條件是－10～－30℃之間的對(duì)流有效位能較大、0～6 km之間的垂直風(fēng)切變較大、0℃層距離地面高度適中。強(qiáng)冰雹雷達(dá)回波特征具有:高懸的強(qiáng)回波、低層的弱回波區(qū)、中高層的回波懸垂和有界弱回波區(qū)、中氣旋、風(fēng)波頂輻散和三體散射長(zhǎng)釘[2]。任何對(duì)流風(fēng)暴(雷暴)都是由對(duì)流單體構(gòu)成，對(duì)流單體在雷達(dá)反射率因子圖上表現(xiàn)為一個(gè)個(gè)分立的密實(shí)區(qū)域[3]。颮線移動(dòng)前方不斷產(chǎn)生具有“前伸”、TBSS和假象回波結(jié)構(gòu)和局地雹云超級(jí)單體回波群，這些颮前中小尺度系統(tǒng)是產(chǎn)生強(qiáng)對(duì)流天氣的主要回波系統(tǒng)[4]。強(qiáng)垂直風(fēng)切變的存在、適宜的0～－20℃高度和“上干下濕”的結(jié)構(gòu)配置是形成地面降雹和雷雨大風(fēng)的有利環(huán)境條件[5]。局地冰雹回波產(chǎn)品特征:強(qiáng)度達(dá)到60～65 dBz、回波頂高ET達(dá)到9～12 km、垂直累積液態(tài)水含量VIL達(dá)到40～60 kg/m2、垂直顯示方式RHI上55～60 dBz強(qiáng)回波頂高達(dá)到5～6 km、有虛假回波伴隨或有不特別明顯的懸掛回波結(jié)構(gòu)等特征[6]。副熱帶高壓邊緣強(qiáng)對(duì)流云型、斜壓擾動(dòng)云系尾部強(qiáng)對(duì)流云型、地面倒槽中MCS、東風(fēng)波(熱帶低壓倒槽)、冷鋒前強(qiáng)對(duì)流云帶、冷鋒前部的MCC、高空低槽后強(qiáng)對(duì)流云型、熱帶氣旋及其外圍胞線云帶云型，這8種云型特征是構(gòu)成江西強(qiáng)對(duì)流天氣的典型云型[7]。副高邊緣雷達(dá)回波特征主要有2種:一是南北向短帶回波，有時(shí)會(huì)發(fā)展為弓狀回波;二是強(qiáng)回波單體，超級(jí)單體和復(fù)合單體回波[8]。這些研究成果為本項(xiàng)目研究奠定了理論基礎(chǔ)。

本文使用地面自動(dòng)站觀測(cè)資料、常規(guī)氣象資料、FY－2G逐小時(shí)紅外衛(wèi)星云圖、多普勒雷達(dá)拼圖資料等，采用天氣學(xué)診斷分析、中尺度分析、形態(tài)分析等方法，對(duì)2018年3月15日影響靖安的一次颮線天氣過(guò)程進(jìn)行分析，試圖總結(jié)出影響靖安縣颮線及強(qiáng)對(duì)流天氣的天氣系統(tǒng)、單站要素、衛(wèi)星云圖、雷達(dá)回波等特征，為縣級(jí)開展颮線類強(qiáng)對(duì)流天氣的短臨預(yù)警預(yù)報(bào)服務(wù)工作提供分析依據(jù)。

1 資料來(lái)源

雨量等資料來(lái)源于地面自動(dòng)站觀測(cè)資料，靖安國(guó)家站數(shù)據(jù);常規(guī)天氣資料來(lái)源于MICAPS平臺(tái);雷電數(shù)據(jù)來(lái)源于CIMISS數(shù)據(jù)庫(kù)繪制的雷電監(jiān)測(cè)平臺(tái);FY2G逐小時(shí)紅外衛(wèi)星云圖來(lái)源于MICAPS平臺(tái);雷達(dá)回波資料來(lái)源于江西Web GIS雷達(dá)拼圖應(yīng)用平臺(tái)。

2 天氣實(shí)況

2.1 降水、雷電實(shí)況

2018年3月15－16日，靖安縣受颮線上的強(qiáng)單體回波影響出現(xiàn)了一次強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程(圖1)，24 h靖安降水達(dá)到43.5 mm(圖1(a))。靖安縣國(guó)家站18:14出現(xiàn)了極大風(fēng)速18.1 m/s的雷暴大風(fēng)(風(fēng)向:WNW);18:24－18:50出現(xiàn)了冰雹，冰雹最大直徑30 mm;18:00－19:00出現(xiàn)了1 h 42.4 mm的短時(shí)強(qiáng)降水(圖1(b))，靖安24 h 43.5 mm降水幾乎是在這一個(gè)小時(shí)產(chǎn)生;颮線天氣還帶來(lái)了強(qiáng)雷電天氣(圖1(c)、(d))。圖1(c)是江西省及省際范圍的雷電分布，圖1(d)是靖安縣區(qū)域雷電預(yù)警平臺(tái)的產(chǎn)品。

2.2 靖安單站氣象要素變化

2018年3月15日17:00－19:00，靖安縣受颮線上的強(qiáng)單體回波影響，單站氣象要素(雨量、風(fēng)向風(fēng)速、氣溫、氣壓和相對(duì)濕度)都有所變化(圖2)。

圖1 2018年3月15日24 h雨量、短時(shí)強(qiáng)降水和1 h雷電分布圖

圖2 2018年3月15日17:00－19:00靖安站2 h氣象要素逐分鐘變化圖

雨量主要分布在18:00－19:00，過(guò)程雨量43.5 mm，但18:00－19:00出現(xiàn)42.4 mm短時(shí)強(qiáng)降水(圖2(a))。1 h強(qiáng)降水是由2個(gè)≥10 mm/10min超短時(shí)強(qiáng)降水組成[9](表1)。在18:11－18:20時(shí)段里和18:21－18:30時(shí)段里，分別出現(xiàn)12.7 mm和25.5 mm的超短時(shí)強(qiáng)降水。1 h短時(shí)強(qiáng)降水一般都伴有1～2個(gè)以上超短時(shí)強(qiáng)降水出現(xiàn)。

表1 2018年3月15日18:00－19:00逐10 min降水量/mm

18:04前，靖安風(fēng)向基本上維持在20°～90°(東北風(fēng))范圍，風(fēng)速在2 m/s以下;18:04瞬間風(fēng)向轉(zhuǎn)為355°(北風(fēng))風(fēng)速逐漸增大，18:14達(dá)到最大，出現(xiàn)極大風(fēng)速18.1 m/s的雷暴大風(fēng)。

18:01，本站氣壓開始緩慢爬升3 hPa，相對(duì)濕度也隨降水產(chǎn)生而上升。18:10左右，氣溫從23℃以上快速下降到15℃附近，氣溫變化落后于氣壓、相對(duì)濕度和降水5 min左右時(shí)間。

由此可見(jiàn)，颮線上的強(qiáng)單體回波造成靖安縣國(guó)家站18:14出現(xiàn)了極大風(fēng)速18.1 m/s的雷暴大風(fēng)，18:24－18:50出現(xiàn)了冰雹，冰雹最大直徑30 mm，18:00－19:00出現(xiàn)了1 h 42.4 mm的短時(shí)強(qiáng)降水并伴有強(qiáng)雷電。颮線過(guò)境時(shí)，伴有由2個(gè)≥10 mm/10min超短時(shí)強(qiáng)降水組成，風(fēng)向突變，風(fēng)速加大并出現(xiàn)雷暴大風(fēng)，氣壓上升，相對(duì)濕度上升，氣溫遲后幾分鐘快速下降。

3 天氣背景分析

3.1 天氣系統(tǒng)中尺度分析

2018年3月15日08:00中尺度過(guò)程綜合分析圖顯示(圖3(a))，500 hPa階梯槽向東發(fā)展移動(dòng)，中低層大尺度動(dòng)力抬升系統(tǒng)位于湖南北部和湖北中部，略呈前頃結(jié)構(gòu)，利于熱力和動(dòng)力不穩(wěn)定增長(zhǎng)，江西中低層有較強(qiáng)的西南暖濕氣流，低層濕舌向東北伸展。200 hPa江西省中北部處槽前西南急流軸中，急流強(qiáng)度達(dá)58～74 m/s，高層輻散條件好，低層存在中尺度水平風(fēng)速切變，其中南昌以西溫度垂直遞減率大，熱力不穩(wěn)定強(qiáng)，顯著流線向北輸送水汽，但低層水汽飽和度低，有利于江西省中北部雷暴大風(fēng)的發(fā)生，局地可能有冰雹。

隨著上下近似垂直的高空槽東移，且925 hPa切變線東移南壓速度快于高空槽東移速度，近地層弱冷空氣侵入暖區(qū)倒槽中，贛西北垂直風(fēng)切變迅速增大，再加上地面輻合線的動(dòng)力作用，使得中午在湖北東南部生成發(fā)展的中尺度對(duì)流系統(tǒng)進(jìn)入江西后發(fā)展為近東西向的線性中尺度對(duì)流系統(tǒng)——颮線影響江西中北部，受其影響宜春市的靖安縣出現(xiàn)了雷暴大風(fēng)、冰雹和短時(shí)強(qiáng)降水。

圖3 2018年3月15日08:00中分析、16:00地面輻合線、08:00南昌T－lnP圖

3.2 地面輻合線分析

從2018年3月15日的江西省地面自動(dòng)站風(fēng)場(chǎng)來(lái)看(圖3(b))，颮線影響靖安前的16:00的江西省地面自動(dòng)站風(fēng)場(chǎng)在靖安縣附近有明顯的NE－SW向的地面輻合線維持，有利于颮線影響靖安時(shí)強(qiáng)度的維持和發(fā)展。

3.3 T－lnP圖分析

分析2018年3月15日08:00南昌(58606)T－lnP圖(圖3(c))，在925 hPa附近有逆溫層存在，有利于能量積累，零度層高度約為3 409 m，－20℃層高度約為6 615 m，非常有利于冰雹的生成，上干下濕的水汽分布也有利于對(duì)流天氣的產(chǎn)生，沙氏指數(shù)為－0.23，有弱的不穩(wěn)定，隨著上下近于垂直的高空槽東移和低層切變南壓，以及地面弱冷空的侵入，配合有強(qiáng)的動(dòng)力抬升條件，造成宜春地區(qū)的靖安出現(xiàn)了明顯的強(qiáng)對(duì)流天氣。

由此可見(jiàn)，500 hPa階梯槽向東發(fā)展移動(dòng)，呈前傾結(jié)構(gòu)，利于熱力和動(dòng)力不穩(wěn)定增長(zhǎng);較強(qiáng)的西南暖濕氣流，低層濕舌向東北伸展，低層暖濕有利于雷暴大風(fēng)和局地冰雹等強(qiáng)對(duì)流天氣的生成。靖安附近的地面輻合線有利于颮線生成、維持和發(fā)展。逆溫層積累了大量能量，零度層高度約為3 409 m，－20℃層高度約為6 615 m，非常有利于冰雹的生成。

4 衛(wèi)星云圖與雷達(dá)回波特征

4.1 衛(wèi)星云圖特征

3月15日12時(shí)，在湖北東南部有對(duì)流云系生成發(fā)展(圖略)。16:00(圖4(a))，湖北東南部的對(duì)流云系發(fā)展成中尺度對(duì)流系統(tǒng)MCS，其東南緣臨近江西西北部。MCS并非很強(qiáng)，主要強(qiáng)云系分布在MCS卷云罩東南側(cè)。17:00(圖4(b))，中尺度對(duì)流系統(tǒng)MCS開始移入江西西北部，影響九江地區(qū)。18:00(圖4(c))，中尺度對(duì)流系統(tǒng)臨近靖安測(cè)站，靖安測(cè)站位于中尺度對(duì)流系統(tǒng)MCS的南側(cè)，并且發(fā)展旺盛，有向東北伸展的云砧，表明颮線已經(jīng)形成，高空存在較強(qiáng)抽風(fēng)作用，垂直切變較強(qiáng)。MCS對(duì)應(yīng)的水汽云圖色調(diào)呈白色，說(shuō)明對(duì)流層中高層水汽含量豐富。隨著中尺度對(duì)流系統(tǒng)MCS的東移南壓，MCS南側(cè)颮線云系造成靖安測(cè)站出現(xiàn)雷暴大風(fēng)、冰雹和短時(shí)強(qiáng)降水。19:00(圖4(d))，MCS主體移動(dòng)偏向東北方，19:00過(guò)后，靖安測(cè)站中尺度對(duì)流系統(tǒng)MCS影響減弱。

4.2 雷達(dá)拼圖回波系統(tǒng)演變

圖4 2018年3月15日紅外云圖產(chǎn)品演變特征圖

從基于(a)江 西WebGIS雷達(dá)拼圖上15組 合反射率CR產(chǎn)品)回波系統(tǒng)演變來(lái)看(圖5)，2018年3月15日12:00在湖北東南部靠近江西西北部的地方開始有分散的小塊對(duì)流回波生成(圖略)。

圖5 2018年3月15日颮線回波帶雷達(dá)拼圖(CR)產(chǎn)品演變圖

14:00(圖5(a))，形成由多個(gè)塊狀回波組成的中尺度對(duì)流系統(tǒng)，其東南緣臨近江西西北部，回波強(qiáng)度55～60 dBz。15:00(圖5(b))，中尺度對(duì)流系統(tǒng)開始侵入江西西北部，回波排列形成近東～西走向的回波短帶，短帶單體排列不均勻，回波強(qiáng)度55～60 dBz。16:00(圖5(c))，短帶回波進(jìn)一步發(fā)展，單體排列趨向緊密，大致排列成向南彎曲的東西向帶狀，并且其中的塊狀回波有向東北方向伸展的前伸回波，回波強(qiáng)度55～60 dBz，個(gè)別單體回波強(qiáng)度達(dá)到60～65 dBz。17:00(圖5(d))，回波帶中強(qiáng)回波排列更為緊密，中部向南彎曲，彎曲段回波單體強(qiáng)度進(jìn)一步發(fā)展為60～65 dBz，強(qiáng)回波朝向靖安移動(dòng)。18:00(圖5(e))，回波帶中的強(qiáng)回波單體呈東西向排列，回波帶長(zhǎng)寬比＞5∶1，是典型的線性中尺度對(duì)流系統(tǒng)的颮線回波形態(tài)，其中靖安測(cè)站位于颮線回波帶中的一個(gè)中心強(qiáng)度達(dá)70 dBz的強(qiáng)回波單體的下方，可以發(fā)布冰雹預(yù)警。隨著颮線過(guò)境，受其影響18:14靖安測(cè)站出現(xiàn)了18.1 m/s的雷暴大風(fēng)，風(fēng)向WNW;18:24－18:50出現(xiàn)了冰雹，最大冰雹直徑30 mm;18:00－19:00出現(xiàn)了42.4 mm/1h的短時(shí)強(qiáng)降水和≥12.7 mm/10min、≥25.5 mm/10min的超短時(shí)強(qiáng)降水。19:00(圖5(f))，颮線回波帶主體南壓至靖安測(cè)站以南，颮線對(duì)靖安的影響減弱。20:00－22:00(圖5(g)、(h)、(i))，颮線回波帶呈弧狀移出靖安，南壓至鷹潭－撫州－上高一線，影響贛北南部和贛中北部。

4.3 典型回波特征

2018年3月15日18:00，從江西WebGIS雷達(dá)拼圖(CR)產(chǎn)品上看(圖6)，影響靖安測(cè)站(圖6箭頭所指處)雷暴大風(fēng)、冰雹、短時(shí)強(qiáng)降水和強(qiáng)雷電天氣的雷達(dá)拼圖回波特征，是一條近似東～西走向的颮線回波帶，帶上的強(qiáng)回波單體(圖6箭頭所指處)所致。

圖6 2018年3月15日18:00颮線回波帶上強(qiáng)單體(CR)雷達(dá)拼圖回波特征

颮線回波帶的特征主要有兩點(diǎn):一是由多個(gè)單體回波緊密排列成帶狀的回波帶或短帶形式;二是回波帶上強(qiáng)回波單體或超級(jí)單體結(jié)構(gòu)。強(qiáng)天氣都是發(fā)生在強(qiáng)回波單體上，因此，了解帶上強(qiáng)回波特征是識(shí)別強(qiáng)天氣的主要手段。

帶上強(qiáng)回波單體的主要特征:1)回波強(qiáng)度60～65 dBz(粉紅色)，回波范圍大于10×10 km，回波形狀呈橢圓形;2)40 dBz(橘黃)回波界線與65 dBz(粉紅色)回波界線距離短、梯度大;3)在60～65 dBZ(粉紅色)強(qiáng)回波中心，還有65～70 dBz(紫色)回波“核”;4)有些強(qiáng)回波單體具有超級(jí)單體或復(fù)合單體結(jié)構(gòu)。這些特征對(duì)識(shí)別雷暴大風(fēng)、冰雹和短時(shí)強(qiáng)降水等強(qiáng)對(duì)流天氣十分有用。

由此可見(jiàn)，湖北東南部的對(duì)流云系發(fā)展成中尺度對(duì)流系統(tǒng)MCS，移入江西西北部，臨近靖安測(cè)站MCS發(fā)展旺盛，造成靖安出現(xiàn)雷暴大風(fēng)、冰雹和短時(shí)強(qiáng)降水。颮線形成初期由多個(gè)塊狀回波組成的回波短帶，短帶單體排列不均勻，回波強(qiáng)度55～60 dBz。短帶回波進(jìn)一步發(fā)展，單體排列趨向緊密，強(qiáng)度達(dá)到60～65 dBz，中部向南彎曲，形成典型颮線結(jié)構(gòu)，彎曲段回波單體強(qiáng)度達(dá)70 dBz，有冰雹生成。颮線回波帶的特征主要有兩點(diǎn):一是由多個(gè)單體回波緊密排列成帶狀的回波帶或短帶形式;二是回波帶上強(qiáng)回波單體或超級(jí)單體結(jié)構(gòu)。

5 結(jié)論

使用地面自動(dòng)站觀測(cè)資料、常規(guī)氣象資料、FY－2G逐小時(shí)紅外衛(wèi)星云圖、多普勒雷達(dá)拼圖資料等，采用天氣學(xué)方法、診斷分析方法、中尺度分析方法等，對(duì)2018年3月15日影響靖安的一次颮線天氣過(guò)程進(jìn)行分析，得到以下結(jié)果。

1)颮線上的強(qiáng)單體回波造成靖安縣國(guó)家站18:14出現(xiàn)了極大風(fēng)速18.1 m/s的雷暴大風(fēng)，18:24－18:50出現(xiàn)了冰雹，冰雹最大直徑30 mm，18:00－19:00出現(xiàn)了1 h 42.4 mm的短時(shí)強(qiáng)降水并伴有強(qiáng)雷電。颮線過(guò)境時(shí)，伴有由2個(gè)≥10 mm/10min超短時(shí)強(qiáng)降水組成，風(fēng)向突變，風(fēng)速加大并出現(xiàn)雷暴大風(fēng)，氣壓上升，相對(duì)濕度上升，氣溫遲后幾分鐘快速下降。

2)500 hPa階梯槽向東發(fā)展移動(dòng)，呈前傾結(jié)構(gòu)，利于熱力和動(dòng)力不穩(wěn)定增長(zhǎng);較強(qiáng)的西南暖濕氣流，低層濕舌向東北伸展，NE－SW走向的地面輻合線有利于颮線生成、維持和發(fā)展。低層逆溫層積累了大量不穩(wěn)定積累，零度層高度3 409 m，－20℃層高度6 615 m，非常有利于冰雹的生成。

3)湖北東南部的對(duì)流云系發(fā)展成中尺度對(duì)流系統(tǒng)MCS，移入江西西北部，形成颮線，單體排列趨向緊密，回波強(qiáng)度達(dá)到60～65 dBz，中部向南彎曲，彎曲段回波單體強(qiáng)度達(dá)70 dBz。造成靖安出現(xiàn)雷暴大風(fēng)、冰雹和短時(shí)強(qiáng)降水。颮線回波帶的特征主要有兩點(diǎn):一是由多個(gè)單體回波緊密排列成帶狀的回波帶或短帶形式;二是回波帶上強(qiáng)回波單體或超級(jí)單體結(jié)構(gòu)。