靖安縣雷暴大風(fēng)天氣與回波特征分析

陳麗麗，馬中元，彭 景，田 甜，譚立坤

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

0 引言

雷暴大風(fēng)是靖安縣重要的強(qiáng)對流天氣之一，破壞力大。幾年來，雷暴大風(fēng)呈多發(fā)態(tài)勢，造成了嚴(yán)重的人員傷亡與財產(chǎn)損失。因此，研究雷暴大風(fēng)天氣特征和開展雷暴大風(fēng)的短臨監(jiān)測預(yù)警，成為當(dāng)前重要課題之一。

對于雷暴大風(fēng)，國內(nèi)外多有專家研究：高建平[1]等在研究上高雷暴大風(fēng)過程中，指出副高邊緣雷達(dá)回波特征主要有兩種：一是南北向短帶回波，有時會發(fā)展為弓狀回波；二是強(qiáng)回波單體，超級單體和復(fù)合單體回波。帶狀回波上，雷暴大風(fēng)分布在回波帶前沿，尤其是弓狀回波帶的頭部，雷電分布則在回波帶移動方向的后側(cè)；強(qiáng)單體、超級單體和復(fù)合單體回波上，雷暴大風(fēng)和雷電集中在強(qiáng)回波中心附近區(qū)域。王福俠[2]等在總結(jié)河北雷暴大風(fēng)預(yù)報關(guān)鍵點時指出，雷暴大風(fēng)的主要雷達(dá)回波特征有弓形回波、陣風(fēng)鋒和徑向速度大值區(qū)，出現(xiàn)其中1個或多個特征均可發(fā)布雷暴大風(fēng)預(yù)警。郭英蓮[3]等在研究湖北3類有組織大風(fēng)天氣時指出：線性MCS主要自西向東移動、非線性MCS以自西南向東北移動為主、孤立對流風(fēng)暴的移動方向則更具多樣性，也更易出現(xiàn)后向傳播現(xiàn)象。還有其他學(xué)者對雷暴大風(fēng)進(jìn)行了諸多深入研究，這些研究成果為靖安雷暴大風(fēng)的研究提供了理論基礎(chǔ)與參考依據(jù)[4-6]。

文章針對2013-2019年靖安縣5次雷暴大風(fēng)天氣過程，從地面自動氣象站數(shù)據(jù)、天氣形勢背景和雷達(dá)回波特征3個方面，采用統(tǒng)計分析、天氣圖中尺度分析和圖像特征提取等方法進(jìn)行分析，試圖為靖安縣雷暴大風(fēng)天氣的識別和預(yù)測提供參考依據(jù)。

1 資料來源與實況

5次雷暴大風(fēng)過程的資料主要有地面觀測資料、MICAPS資料和雷達(dá)拼圖等資料。地面觀測資料來自于靖安國家站地面觀測資料，天氣分析資料來源于MICAPS操作平臺，雷達(dá)拼圖資料來源于江西省氣象局WebGIS雷達(dá)拼圖平臺。

5次雷暴大風(fēng)和冰雹出現(xiàn)的時間基本上發(fā)生在午后14：00-19：00，風(fēng)速在17.3～19.2 m/s，有兩次過程伴隨冰雹，最大雹徑為30 mm(表1)。

表1 2013-2019年靖安縣5次雷暴大風(fēng)出現(xiàn)時間及伴隨冰雹的直徑

2 雷達(dá)拼圖產(chǎn)品特征

不同的降水天氣系統(tǒng)有不同的回波特征，相同的降水天氣系統(tǒng)也有不同的回波特征。在靖安5次雷暴大風(fēng)過程中，雷達(dá)拼圖上的回波特征有所不同，主要有5種：復(fù)合單體回波與雷暴回波短帶、雷暴回波帶與雷暴回波群、西南急流中颮線回波帶、冷鋒颮線回波帶Ⅰ型和冷鋒颮線回波帶Ⅱ型。

2.1 復(fù)合單體回波與雷暴回波短帶

2013-03-22(圖1)，由強(qiáng)單體不斷產(chǎn)生、合并形成的復(fù)合單體回波結(jié)構(gòu)，在地面輻合線附近，逐漸演變?yōu)槎鄦误w組成的雷暴回波短帶。

圖1 2013-03-22江西WebGIS雷達(dá)拼圖：(a)16：00；(b)17：00；(c)18：00；(d)19：00

16：00，在湖南北部有一個復(fù)合單體回波發(fā)展，回波強(qiáng)度CR達(dá)到了65～70 dBz，強(qiáng)回波區(qū)邊界清楚，出現(xiàn)多個強(qiáng)回波核，強(qiáng)度梯度較大，其下風(fēng)方有弱回波伸展，復(fù)合單體被整個卷云罩覆蓋(圖1a)。17：00，復(fù)合單體回波沿東南偏東方向移動進(jìn)入江西，強(qiáng)回波核發(fā)展旺盛，排列緊湊，回波核強(qiáng)度均在65 dBz以上，最強(qiáng)達(dá)到75 dBz。復(fù)合單體回波整體形狀近似橢圓形，由多個強(qiáng)回波單體組成。復(fù)合單體回波下風(fēng)方弱回波區(qū)面積進(jìn)一步增大，說明回波系統(tǒng)發(fā)展旺盛(圖1b)。18：00，復(fù)合單體回波移至靖安附近，此時中心區(qū)強(qiáng)度有所減弱，但中心強(qiáng)度仍然在65 dBz以上，中心強(qiáng)回波區(qū)形狀接近圓形，說明強(qiáng)對流復(fù)合體仍然具有高度的組織性，其下風(fēng)方的弱回波區(qū)面積進(jìn)一步增大，這是典型的強(qiáng)對流云砧回波，說明高空風(fēng)增大形成強(qiáng)烈輻散氣流，十分有利于強(qiáng)對流系統(tǒng)的維持；18：37，靖安出現(xiàn)17.3 m/s雷暴大風(fēng)，并伴有3 mm冰雹(圖1c)。19：00，復(fù)合單體回波移出靖安，并開始由近似圓形回波演變?yōu)榻茤|-西向的短帶回波(圖1d)。

由此可見，多個強(qiáng)對流單體緊湊排列組合成的復(fù)合單體回波系統(tǒng)，是此次靖安雷暴大風(fēng)過程中的主要回波特征。復(fù)合單體發(fā)展旺盛時，回波強(qiáng)度CR達(dá)到65 dBz以上，其中強(qiáng)回波核沿途可以產(chǎn)生雷暴大風(fēng)，甚至冰雹天氣。

2.2 雷暴回波帶與雷暴回波群

2014-08-29(圖2)，由地面輻合線觸發(fā)產(chǎn)生的不連續(xù)對流單體組成的雷暴回波帶，在午后地面增溫環(huán)境下，演變發(fā)展成雷暴回波群。

13：00，在江西西部有兩條雷暴回波短帶發(fā)展，A位于靖安—銅鼓一線，B位于宜春—萍鄉(xiāng)一線，中心回波強(qiáng)度CR均在55 dBz以上，最強(qiáng)達(dá)到65 dBz(圖2a)。14：00，A雷暴回波帶強(qiáng)度迅速增加，回波帶增長，其后部開始有新的對流回波發(fā)展；B回波則維持少變；14：51，靖安出現(xiàn)19.2 m/s雷暴大風(fēng)(圖2b)。15：00，A雷暴回波帶及其周圍出現(xiàn)多個較強(qiáng)的對流回波單體，發(fā)展成為較大面積的雷暴回波群；群中的回波單體呈現(xiàn)初生、發(fā)展、強(qiáng)盛和消亡不同發(fā)展階段，個別達(dá)到弱超級單體的標(biāo)準(zhǔn)；雷暴回波群中單體回波之間具有一定間隔，整體穩(wěn)定少動；此時靖安附近有多個強(qiáng)回波單體，中心強(qiáng)度均在60 dBz以上(圖2c)。16：00，回波群中的回波單體不斷增加，但回波強(qiáng)度明顯減弱，產(chǎn)生靖安雷暴大風(fēng)的強(qiáng)回波則迅速減弱(圖2d)。

圖2 2014-08-29江西WebGIS雷達(dá)拼圖：(a)13：00；(b)14：00；(c)15：00；(d)16：00

由此可見，雷暴回波群是由雷暴回波短帶周圍匯聚回波單體形成的，回波強(qiáng)度CR達(dá)到65 dBz以上，這種雷暴回波群常出現(xiàn)在盛夏副高邊緣的暖區(qū)午后地面強(qiáng)烈增溫環(huán)境中，可以給沿途帶來雷暴大風(fēng)等強(qiáng)對流天氣。

2.3 西南急流中颮線回波帶

2018-03-04(圖3)，這是一次發(fā)生在西南急流中的強(qiáng)颮線過程，也稱為暖區(qū)颮線，江西省內(nèi)多地出現(xiàn)雷暴大風(fēng)和冰雹等強(qiáng)對流天氣。颮線回波帶呈西北-東南走向，朝東北方向移動。颮線回波初期形成于湖南境內(nèi)，是一個排列相對精密的對流回波群，然后朝東北方向移動，在移動過程中逐漸發(fā)展演變成具有“弓狀”形態(tài)的颮線回波帶。

圖3 2018-03-04江西WebGIS雷達(dá)拼圖：(a)13：00；(b)14：00；(c)15：00；(d)16：00

13：00，颮線回波帶開始進(jìn)入江西，帶上強(qiáng)中心區(qū)的強(qiáng)度在55～60 dBz；颮線后部是較大范圍降水回波，強(qiáng)度達(dá)到45 dBz；由于颮線移動速度較快，達(dá)到90 km/h，地面開始出現(xiàn)雷暴大風(fēng)(圖3a)。14：00，颮線在朝東北方向移動過程中略有加強(qiáng)，颮線南段吉安附近回波強(qiáng)度達(dá)到65 dBz，颮線上的對流單體排列更加緊密，颮線后部大范圍降水回波減弱，颮線的形狀也逐漸演變成弧狀，移動速度達(dá)到100 km/h，地面出現(xiàn)多站雷暴大風(fēng)(圖3b)。15：00，颮線繼續(xù)向東北方向移動，靖安處于颮線回波帶前沿，15：13，靖安出現(xiàn)19.1 m/s雷暴大風(fēng)(圖3c)。16：00，颮線回波帶移出靖安，影響下游地區(qū)(圖3d)。

由此可見，具有“弓狀”回波形態(tài)和移動速度超過80 km/h的颮線回波帶，是江西雷暴大風(fēng)、冰雹等強(qiáng)天氣的主要回波特征，雷暴大風(fēng)、冰雹和短時強(qiáng)降水等強(qiáng)天氣，發(fā)生在強(qiáng)颮線回波帶前沿強(qiáng)單體上，回波強(qiáng)度CR≥65 dBz。

2.4 冷鋒颮線回波帶Ⅰ型

2018-03-15(圖4)的颮線過程與2018-03-04的颮線有所不同，前者(2018-03-15)是受冷空氣南下影響所致的颮線過程，呈近似東至西走向的颮線回波帶，略帶弧形；后者(2018-03-04)是暖區(qū)西南急流影響下產(chǎn)生的西北至東南走向的颮線回波帶。

16：00，冷鋒颮線回波帶由多個單體回波排列組成，最強(qiáng)單體回波強(qiáng)度CR達(dá)到65 dBz以上，颮線回波帶近似東至西走向，后側(cè)存在大范圍層狀云降水回波，其颮線回波帶前方有新的對流單體回波產(chǎn)生；回波帶隨冷空氣南下，朝東南方向移動，移速在40～50 km/h(圖4a)。17：00，颮線回波帶在移動過程中，合并前方對流單體并發(fā)展增強(qiáng)，颮線回波帶排列更加緊密，回波帶排列弧線加大，弧線頂端的強(qiáng)對流單體強(qiáng)度進(jìn)一步增強(qiáng)，65 dBz以上的強(qiáng)回波面積增大(圖4b)。18：00，颮線回波帶繼續(xù)南壓影響靖安，靖安附近的強(qiáng)對流單體發(fā)展成超級單體，中心強(qiáng)度進(jìn)一步增強(qiáng)，開始出現(xiàn)75 dBz的強(qiáng)中心區(qū)域，受其影響，18：22，靖安不僅出現(xiàn)了18.1 m/s的雷暴大風(fēng)，還出現(xiàn)了直徑為30 mm的冰雹(圖4c)。19：00，颮線基本移出靖安(圖4d)。

圖4 2018-03-15江西WebGIS雷達(dá)拼圖：(a)16：00；(b)17：00；(c)18：00；(d)19：00

由此可見，當(dāng)冷空氣擴(kuò)散南下影響江西時，沿地面鋒線附近觸發(fā)產(chǎn)生對流單體回波，逐漸排列發(fā)展演變成颮線回波帶Ⅰ型；在颮線回波帶上的強(qiáng)單體回波和超級單體回波，回波強(qiáng)度CR達(dá)到65 dBz以上，給沿途帶來雷暴大風(fēng)、冰雹等強(qiáng)對流災(zāi)害性天氣。

2.5 冷鋒颮線回波帶Ⅱ型

2019-04-09(圖5)，當(dāng)冷空氣侵入江西時，其冷暖空氣交匯處最易形成中尺度輻合線，而沿輻合線上產(chǎn)生線狀排列的回波，通過發(fā)展、加強(qiáng)等演變過程而形成冷鋒颮線回波帶Ⅱ型，帶來雷暴大風(fēng)等強(qiáng)對流天氣。冷鋒颮線回波帶Ⅱ型與冷鋒颮線回波帶Ⅰ型略有不同，主要表現(xiàn)在回波帶的形態(tài)、結(jié)構(gòu)和演變上，Ⅱ型冷鋒颮線回波帶的強(qiáng)度略弱于Ⅰ型冷鋒颮線回波帶。

13：00，沿中尺度輻合線上回波發(fā)展加強(qiáng)，但回波寬度較窄；回波帶進(jìn)入江西西北部，回波強(qiáng)度CR只有55 dBz(圖5a)。14：00，回波帶整體朝東南方向移動，單體朝東北方向移動，回波帶發(fā)展增長，強(qiáng)度也有所增強(qiáng)，所經(jīng)之處有雷暴大風(fēng)天氣出現(xiàn)，14：39，靖安出現(xiàn)17.9 m/s的雷暴大風(fēng)，形成颮線回波帶(圖5b)。15：00，颮線回波帶東段星子、都昌附近開始出現(xiàn)多個對流單體回波，并發(fā)展加強(qiáng)(圖5c)。16：00，颮線回波帶移出靖安，回波帶中段和西段減弱消散，東段發(fā)展演變成雷暴回波群，影響下游地區(qū)(圖5d)。

圖5 2019年4月9日13：00、14：00、15：00、16：00多普勒雷達(dá)回波

由此可見，冷暖空氣交匯處形成的地面輻合線是產(chǎn)生冷鋒颮線回波帶Ⅱ型的觸發(fā)機(jī)制，這種颮線回波帶在前期發(fā)展過程中，回波帶較窄，回波強(qiáng)度CR(55 dBz)弱于Ⅰ型冷鋒颮線回波帶(≥65 dBz)，移動速度基本相似(40～50 km/h)，在帶上的強(qiáng)單體可以產(chǎn)生雷暴大風(fēng)等強(qiáng)天氣。

3 結(jié)束語

靖安縣的大風(fēng)天氣主要發(fā)生在3-4月(4次)和8月(1次)。3-4月表現(xiàn)為有較強(qiáng)的冷空氣入侵或地面倒槽劇烈發(fā)展。8月靖安縣在副熱帶高壓邊緣和地面輻合線抬升作用下產(chǎn)生熱雷雨。一些熱雷雨發(fā)展旺盛也會形成雷暴回波帶(群)，從而產(chǎn)生雷暴大風(fēng)天氣，影響人民生命財產(chǎn)安全。

文章利用2013-2019年靖安縣5次雷暴大風(fēng)過程選取特定角度，采用相應(yīng)方法對靖安縣雷暴大風(fēng)過程進(jìn)行了分析，并得出相應(yīng)結(jié)論，希望為靖安縣雷暴大風(fēng)的識別和預(yù)警提供參考依據(jù)。