嘉興市春季一次強對流天氣成因分析

秦亞蘭 丁曉敏 李彥

摘 要：應(yīng)用常規(guī)氣象觀測、區(qū)域自動站加密觀測、多普勒雷達探測等資料，結(jié)合gfs、grapes 08時和20時兩個時次的再分析格點實況數(shù)據(jù)，對2018年5月25日傍晚到夜里出現(xiàn)在嘉興地區(qū)的一次強對流過程進行分析。結(jié)果表明：北方冷空氣逐漸南下滲透，配合低層低渦切變東移南壓，為此次強對流天氣提供了環(huán)流背景;低層西南偏西急流帶來豐富的暖濕氣流，使得上干冷下暖濕的不穩(wěn)定層結(jié)逐漸形成，也和低渦切變共同構(gòu)成低層輻合系統(tǒng)，觸發(fā)不穩(wěn)定能量釋放;在多普勒雷達特征圖中，回波強度達到70dBZ以及垂直液態(tài)水含量的躍增，可以作為嘉興出現(xiàn)冰雹的重要參考。

關(guān)鍵詞：強對流;不穩(wěn)定層結(jié);低層輻合系統(tǒng);垂直液態(tài)水含量

1 引言

強對流天氣是影響我國的災害性天氣之一，常伴有雷暴、雷雨大風、冰雹和龍卷等天氣現(xiàn)象。由于具有空間尺度小、突發(fā)性強、破壞力大等特點，常常給農(nóng)業(yè)和人民生命財產(chǎn)造成巨大危害。隨著氣象觀測資料種類和數(shù)量的增加和發(fā)展，眾多學者從環(huán)境背景、水汽條件、觸發(fā)條件、多普勒雷達特征（陳淑琴等，2017;沈杭峰等，2016;徐芬等，2014）等方面進行了研究。

受強對流云團影響，5月25日19-20時嘉興出現(xiàn)以冰雹和局地8-9級大風為主的強對流天氣。冰雹出現(xiàn)的地區(qū)為南湖區(qū)余新東部、鳳橋、新豐至平湖曹橋、乍浦一線，冰雹直徑在2cm左右，個別較大，持續(xù)時間約半個小時，給農(nóng)業(yè)帶來了不小的經(jīng)濟損失?；诔Ｒ?guī)氣象觀測、區(qū)域自動站加密觀測、多普勒雷達等探測資料和多個再分析初始場格點數(shù)據(jù)（同上），從環(huán)流形勢、水汽條件、熱力和能量條件、動力條件和觸發(fā)機制以及雷達特征五個方面，來總結(jié)此次過程的成因和短臨預報技巧。

2 成因分析

2.1環(huán)流形勢分析

08時，500hPa上中高緯度地區(qū)，貝加爾湖的西部和東部分別存在一槽一脊，中低緯度110°E以西多短波槽活動，以東我國地區(qū)主要受弱脊控制。貝加爾湖附近的槽和脊均呈東北—西南走向，槽脊前氣流疏散，之后二者加深并有所東移;對流層低層700hPa-925hPa上，山東到蘇北一帶均存在低渦切變線，嘉興位于其南側(cè)的西南偏西急流中，尤其是850hPa上急流可達16m/s，嘉興地區(qū)水汽來源充足。到了20時，對流層中高緯度環(huán)流經(jīng)向度已明顯加大，貝加爾湖東部脊前西北氣流與偏西氣流在浙江東北部交匯。受到高空引導氣流影響，低渦主體也東移南壓至江蘇和海上，嘉興位于低渦南緣。中高緯度環(huán)流經(jīng)向度的加大使得北方冷空氣逐漸南下滲透，配合低層低渦切變東移南壓，為此次強對流天氣提供了環(huán)流背景。

2.2水汽條件

近地面東南風，對流層低層均為西南偏西急流，水汽充足。尤其是850hPa西南偏西急流充當水汽通道，輸送的水汽可達120～180 g·s-1·hPa-1·cm-1。

2.3熱力和能量條件

分析距離嘉興地區(qū)較近的杭州探空數(shù)據(jù)，08時500hPa以下中低層整層濕度較大，高層濕度相對較小，總體上具有上干下濕的結(jié)構(gòu)特征。另外，由不穩(wěn)定指標，計算08時850hPa與500hPa兩個等壓面間的假相當位溫差，結(jié)果為-10℃左右，結(jié)合SI指數(shù)-3.25℃，表明大氣層處于不穩(wěn)定層結(jié)，有發(fā)生雷暴的可能。進一步由500hPa、700hPa、850hPa溫度平流分布可以發(fā)現(xiàn)，500hPa表現(xiàn)為較弱的冷平流，低層為較強的暖平流，這種熱力不穩(wěn)定分布加強了不穩(wěn)定層結(jié)。

進一步基于grapes再分析初始場資料分析能量分布。從08時對流有效位能CAPE可以發(fā)現(xiàn)，此時嘉興地區(qū)CAPE值在100J/kg以下，但是在20時，嘉興地區(qū)CAPE在200～1500 J/kg，較08時有了大幅度升高。并且20時離冰雹和大風實況出現(xiàn)已有半個小時，對流云團已減弱，能量也有了一定的釋放。另外嘉興地區(qū)午后普遍升至25℃以上，并且邊界層存在一淺薄逆溫層（大致位于925hPa，厚度約為730m），午后的升溫和薄逆溫層均利于不穩(wěn)定能量的積累。

2.4動力條件和觸發(fā)機制

強對流的發(fā)展不僅要有不穩(wěn)定層結(jié)和不穩(wěn)定能量的積累，還需要一定的觸發(fā)條件。計算此次強對流開始前和結(jié)束時，08時和20時這兩個時次的嘉興地區(qū)大氣垂直速度隨高度的分布發(fā)現(xiàn)，從低層到高層均表現(xiàn)為一致的負速度。由前文分析可知，700hPa-925hPa山東到江蘇一帶均存在一低渦切變，嘉興位于低渦切變南緣的西南急流中，抬升條件較好;尤其是700hPa上，08至20時低渦切變快速東移南壓至江蘇上空，嘉興所在的低渦南緣急流由14m/s顯著增強至20m/s，表明抬升力條件進一步加強。因此，對流層低層低渦切變線、急流構(gòu)成的強低層輻合系統(tǒng)，是此次強對流活動的主要觸發(fā)機制。嘉興地區(qū)地面到高空，風速明顯增加，地面到500hPa的垂直風切變?yōu)?6m/s，有利于對流風暴的形成和維持。

3 多普勒雷達圖分析

沿著雷達徑向通過最強反射率因子的核心作剖面，可以發(fā)現(xiàn)，19時30分，位于海鹽西塘橋街道和平湖市曹橋街道一帶的強回波有明顯的懸垂回波特征，高懸的強回波區(qū)下方有弱回波區(qū)，反射率因子超過 50dBZ 的強回波區(qū)發(fā)展至12km左右，遠高于-20℃等溫線所在的高度8.3km，且0℃在4.8km左右。研究表明，如果50dBZ 的回波擴展到-20℃等溫線以上高度，并且0℃層距地面高度不超過5km，可以考慮有強冰雹（俞小鼎等，2010），左下方的強回波區(qū)域?qū)?yīng)冰雹的下降通道，說明此時冰雹很可能已經(jīng)在平湖曹橋街道西北部的嘉興新豐鎮(zhèn)產(chǎn)生。

雷達觀測數(shù)據(jù)的更新具有滯后性，而在短臨預警中，提前幾分鐘的時間都具有重要的意義。根據(jù)19時30時之前的三個體掃顯示，雖然回波強度也比較強，但是懸垂回波和弱回波區(qū)的特征均不明顯，因此要想提前預測冰雹的出現(xiàn)還要綜合其他條件，垂直液態(tài)水含量（VIL）的躍增一直以來是冰雹產(chǎn)生的重要依據(jù)（李昌玉，2016）。約在19時14分，強對流回波中的VIL經(jīng)歷了快速增大的過程（從55 kg/m2躍增至70 kg/m2），結(jié)合反射率因子資料，此時回波強度達到最高值，約75dBZ;之后VIL在19時31分前后出現(xiàn)了極大值，約74 kg/m2，而19時30分左右也正是對流單體發(fā)展得最旺盛的時候，出現(xiàn)超級單體結(jié)構(gòu)，此時南湖區(qū)新豐鎮(zhèn)、海鹽西塘橋街道和平湖市曹橋街道、乍浦鎮(zhèn)一帶出現(xiàn)冰雹天氣。由以上分析可以發(fā)現(xiàn)，19時14分至31分是對流發(fā)展得最強的時間段，結(jié)合回波強度和VIL的變化，在19時14分左右發(fā)出冰雹預警，至少可以提前15分鐘。

4 結(jié)論

（1）中高緯度環(huán)流經(jīng)向度的加大使得北方冷空氣逐漸南下滲透，配合低層低渦切變東移南壓，為此次強對流天氣提供了環(huán)流背景;

（2）強盛的對流層低層西南偏西急流以及午后的升溫使得嘉興處于高溫高濕的高能狀態(tài)，邊界層的淺薄逆溫層，有助于穩(wěn)定能量的積累;對流層中層表現(xiàn)為弱冷平流，低層為較強的暖平流，這種上下溫度差動平流分布加強了不穩(wěn)定層結(jié);

（3）基于有利的層結(jié)條件以及不穩(wěn)定能量的積累，對流層低層低渦切變線、急流構(gòu)成的強輻合系統(tǒng)，是發(fā)生在嘉興地區(qū)強對流活動的主要觸發(fā)條件;受到高空偏北引導氣流影響，低層低渦切變線東移南壓，700hPa上的低渦南緣西南偏西急流顯著加強，為嘉興地區(qū)帶來強對流天氣;

（4）回波強度達到70dBZ以及垂直液態(tài)水含量的躍增，可以作為嘉興出現(xiàn)冰雹等災害性天氣的重要參考。

參考文獻

[1] 陳淑琴，章麗娜，俞小鼎，等.浙北沿海連續(xù)3次颮線演變過程的環(huán)境條件.應(yīng)用氣象學報，2017，28（3）：357-368.

[2] 沈杭鋒，張紅蕾，高天赤，等.浙江盛夏一次強對流天氣的特征及其成因分析.氣象，2016，42（9）：1105 -1113.

[3] 徐芬，王博妮，夏文梅，等.長江中下游地區(qū)一次春季暴雨過程的多普勒雷達速度特征分析與研究[J].高原氣象，2014，33（ 2）：548-556.

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[6] 李昌玉.2016年6月西寧市大通地區(qū)兩次冰雹天氣過程分析[J].青海氣象，2018，169（01）：36-40.