豐城兩次雷暴大風(fēng)特征分析

程小娟，馬中元，陳鮑發(fā)，張春江，孫 芳

(1.江西省氣象科學(xué)研究所，南昌 330046；2.豐城市氣象局，豐城 331100；3.景德鎮(zhèn)市氣象局，景德鎮(zhèn) 333000)

0 引言

雷暴大風(fēng)屬于強(qiáng)對(duì)流天氣之一，由于其破壞力大，是天氣預(yù)報(bào)主要的預(yù)報(bào)對(duì)象。江西雷暴大風(fēng)多發(fā)生于兩個(gè)時(shí)段：一是春節(jié)西風(fēng)帶系統(tǒng)中，常伴隨颮線、冷鋒回波帶和超級(jí)單體等強(qiáng)回波系統(tǒng)出現(xiàn)；二是夏季副熱帶高壓中或邊緣上，7-8月的副熱帶高壓邊緣，由于局地?zé)崂子陮?dǎo)致。低層輻合線是強(qiáng)對(duì)流天氣的觸發(fā)機(jī)制，1 d中雷暴大風(fēng)發(fā)生的高頻時(shí)段為12：00-23：59，表明雷暴大風(fēng)的產(chǎn)生與地面熱力條件關(guān)系密切?？梢酝ㄟ^(guò)雷達(dá)回波強(qiáng)度、回波頂高、垂直液態(tài)水含量、中層徑向輻合、風(fēng)暴移動(dòng)速度、回波質(zhì)心下降、低仰角風(fēng)速大值區(qū)和輻散區(qū)、形態(tài)特征等方面，對(duì)雷暴大風(fēng)進(jìn)行預(yù)測(cè)和分析[1-3]。雷達(dá)回波觀測(cè)到明顯的弓形回波、在母體風(fēng)暴前沿有一條10～15 dBz的窄帶回波、徑向速度圖上低層的大風(fēng)核、4～6 km的中層徑向輻合MARC等特征，對(duì)地面大風(fēng)有很好的指示意義[4-6]。何文、陳鮑發(fā)[7-9]等對(duì)雷暴系統(tǒng)的雷電活動(dòng)特征和雷暴系統(tǒng)的冰雹回波特征進(jìn)行了分析。高建平[10，11]等對(duì)副熱帶高壓邊緣雷暴大風(fēng)的回波特征進(jìn)行了分析。這些分析結(jié)果，為研究豐城市雷暴大風(fēng)天氣過(guò)程，提供了理論依據(jù)與參考。但在雷暴大風(fēng)雷達(dá)回波特征等分析上，多數(shù)研究為單部雷達(dá)的回波特征，很少應(yīng)用到探測(cè)范圍更廣闊的雷達(dá)拼圖資料。

文章將從天氣形勢(shì)、衛(wèi)星云圖、單部雷達(dá)資料、結(jié)合江西省WebGIS雷達(dá)拼圖與風(fēng)暴跟蹤信息STI等資料，分析了2020年出現(xiàn)在豐城市的2次雷暴大風(fēng)天氣過(guò)程，以期發(fā)現(xiàn)相應(yīng)的預(yù)報(bào)指標(biāo)與規(guī)律，為后期的預(yù)測(cè)提供參考依據(jù)。

1 天氣實(shí)況

2020-07-02T21：00-2020-07-02T22：00，500 hPa副高控制江西東南部及沿海區(qū)域，低槽位于湖北-湖南-貴州一線，江西上空處槽前，盛行西南偏西風(fēng)，豐城市附近出現(xiàn)較大范圍8級(jí)以上雷暴大風(fēng)。21：14豐城市城區(qū)風(fēng)速達(dá)到19.7 m/s，最大風(fēng)速出現(xiàn)在曲江鎮(zhèn)為21.6 m/s(9級(jí))。

2020-07-03T19：00-2020-07-03T20：00，500 hPa江西北部處于副高邊緣，588 dagpm線穿過(guò)江西，盛行西南偏西風(fēng)；與長(zhǎng)江以北的西北風(fēng)構(gòu)成低槽，槽線位于江西西北方，江西與湖北交界處，市區(qū)附近出現(xiàn)6～7級(jí)雷暴大風(fēng)。19：46豐城市城區(qū)風(fēng)速為15.2 m/s(7級(jí))。

由此可見(jiàn)，500 hPa江西北部處于副高邊緣，100 hPa高空為大范圍反氣旋環(huán)流控制，中低層為西南風(fēng)，地面有輻合線是副高邊緣強(qiáng)對(duì)流天氣的主要形勢(shì)配置。

2 雷暴大風(fēng)天氣過(guò)程分析

2.1 雷暴回波演變

2.1.1 2020-07-02T20：00-2020-07-02T21：30回波演變

在雷達(dá)回波上，20：00(圖1a)，在豐城市西南方向有強(qiáng)回波短帶，其回波前沿線呈東-西向，沿西北向東南方向略有傾斜?；夭ǘ處е行膹?qiáng)度在50 dBz以上，不規(guī)則，東-西向長(zhǎng)度不到100 km，南-北向較寬，長(zhǎng)寬比接近3∶1。短帶沿500 hPa西南氣流由西南向東北方向移動(dòng)。20：30(圖1b)，回波短帶移近豐城市西南角，回波帶上出現(xiàn)超短時(shí)強(qiáng)降水。21：00(圖1c)，回波短帶移入豐城市，其回波前沿線經(jīng)過(guò)豐城市中心附近，短帶變窄，且略向北彎曲，呈“弓形”分布。21：30(圖1d)，回波短帶整體進(jìn)入豐城地區(qū)，其回波前沿線已移至豐城北部邊界。在此期間，21：14，豐城市出現(xiàn)19.7 m/s雷暴大風(fēng)。

圖1 江西省WebGIS雷達(dá)拼圖CR回波特征

2.1.2 2020-07-03T18：00-2020-07-03T20：30回波演變

在雷達(dá)回波上，18：00(圖2a)，在豐城市西南方向與北部有兩塊回波帶(A、B)。AB回波帶上多有超短時(shí)強(qiáng)降水發(fā)生。18：30(圖2b)，AB回波帶緩慢向東北方向移動(dòng)。19：00(圖2c)，AB回波帶逐漸開(kāi)始合并，B回波帶東段產(chǎn)生C回波。19：30(圖2d)，AB回波帶合并在一起，C回波發(fā)展成短帶回波，移入豐城市范圍內(nèi)。20：00(圖2e)，C回波繼續(xù)向東北方向移動(dòng)，整體移入豐城市，市區(qū)出現(xiàn)15 m/s及以上雷暴大風(fēng)，并伴有超短時(shí)強(qiáng)降水。20：30(圖2f)，C回波短帶即將移出豐城市范圍，強(qiáng)對(duì)流減弱。

圖2 2020-07-03江西省WEBGIS雷達(dá)拼圖CR回波特征

由此可見(jiàn)，雷暴大風(fēng)由發(fā)展旺盛的回波短帶造成，尺度在100 km之內(nèi)，回波強(qiáng)度達(dá)50 dBz或50 dBz以上，多呈南-北向，有時(shí)中部向前凸起，形成“弓形”結(jié)構(gòu)。

2.2 風(fēng)暴跟蹤信息STI移動(dòng)路徑

風(fēng)暴跟蹤信息STI移動(dòng)路徑，不僅能夠反映出回波系統(tǒng)的強(qiáng)度，還能反映出回波單體的移動(dòng)速度與移動(dòng)方向。2020-07-03T19：00雷達(dá)拼圖上(圖3a，b)，有3個(gè)回波系統(tǒng)，即A回波帶、B回波帶、C回波短帶。疊加STI信息，顯示多部雷達(dá)的STI路徑等信息，表明回波由西南方向向東北方向移動(dòng)，平均STI移動(dòng)方向?yàn)?0°，平均STI移動(dòng)速度為22 km/h。19：30(圖3c，d)，C回波短帶呈南-北向分布，平均STI移動(dòng)方向?yàn)?5°，平均STI移動(dòng)速度為22 km/h。

圖3 2020-07-03雷達(dá)拼圖CR與風(fēng)暴跟蹤信息STI移動(dòng)路徑分析

風(fēng)暴跟蹤信息STI是單部多普勒雷達(dá)上描述強(qiáng)回波移動(dòng)重要算法與指標(biāo)，通過(guò)軟件開(kāi)發(fā)將多部雷達(dá)的STI產(chǎn)品集成在一起，形成了雷達(dá)拼圖風(fēng)暴跟蹤信息STI移動(dòng)路徑，同時(shí)把多部雷達(dá)的STI信息進(jìn)行平均，形成風(fēng)暴平均移動(dòng)路徑與速度，以圓圈的形式顯示在雷達(dá)拼圖的左下角(圖4b，d)，圓圈中的時(shí)鐘線指向表明回波平均移向，圓圈下的標(biāo)尺內(nèi)紅色小格長(zhǎng)度表明回波平均移動(dòng)速度，1個(gè)小格為10 km，若紅色小格有3個(gè)，則回波移速為30 km/h，以此類推。

豐城市2次STI信息表明，強(qiáng)回波主要向偏東方向移動(dòng)，移動(dòng)速度約為20 km/h。主要原因是500 hPa為西南偏西風(fēng)，而風(fēng)速在江西上空僅為6～10 m/s，導(dǎo)致強(qiáng)回波移動(dòng)速度偏慢。STI信息有助于預(yù)報(bào)員識(shí)別和判斷對(duì)流系統(tǒng)的移動(dòng)，從而做出更為精準(zhǔn)的預(yù)報(bào)。

2.3 單部雷達(dá)產(chǎn)品特征

2.3.1 2020-07-02T21：14產(chǎn)品特征

從單部雷達(dá)CR產(chǎn)品(圖4a)看，豐城市大風(fēng)是由線狀對(duì)流回波造成的，回波中心強(qiáng)度達(dá)55～60 dBz；回波頂高達(dá)14～15 km，并有較明顯的傾斜結(jié)構(gòu)(圖4b)，回波頂高最高位于強(qiáng)回波的后沿；VIL達(dá)25～30 kg/m2，即VIL強(qiáng)度未達(dá)到出現(xiàn)冰雹的閾值(圖4c)。對(duì)21：14的豐城市強(qiáng)回波從南-北向做剖面，從強(qiáng)度剖面上看到0 dBz頂高17 km，45 dBz的強(qiáng)回波伸展高度在7 km或7 km以下，中心最強(qiáng)回波少數(shù)達(dá)55 dBz以上，但未超過(guò)60 dBz(圖4d)。速度剖面上，呈“下負(fù)上正”的結(jié)構(gòu)，負(fù)速度區(qū)中在2 km附近有大值區(qū)，值為-13～-19 m/s(圖4e)。表明高層有偏東風(fēng)氣流，與低層西南風(fēng)形成明顯的風(fēng)向切變。

圖4 2020-07-02T21：14南昌SA雷達(dá)CR、ET、VIL、RHIz、RHIv雷達(dá)產(chǎn)品

2.3.2 2020-07-03T19：48產(chǎn)品特征

從單部雷達(dá)的CR產(chǎn)品看，豐城市7月3日19：48大風(fēng)是由一近南-北向的線狀對(duì)流回波造成的(圖5a)，回波中心強(qiáng)度達(dá)55～60 dBz；回波頂高達(dá)14～15 km，并向后傾斜(圖5b)；VIL達(dá)25～30 kg/m2，即VIL強(qiáng)度未達(dá)到出現(xiàn)冰雹的閾值(圖5c)。對(duì)19：48的豐城市強(qiáng)回波從南-北向做剖面，強(qiáng)度剖面上可以看到0 dBz頂高17 km，45 dBz的強(qiáng)回波伸展高度在8 km以下(圖5d)，中心最強(qiáng)回波未超過(guò)60 dBz。強(qiáng)度達(dá)55 dBz以上的回波頂高在4 km以下。速度剖面上，8 km以下均為負(fù)速度區(qū)，負(fù)速度區(qū)以上有正速度切變。負(fù)速度區(qū)中有大值區(qū)，在2 km附近，值為-13～-19 m/s(圖5e)。

圖5 2020-07-03T19：42南昌SA雷達(dá)CR、ET、VIL、RHIz、RHIv雷達(dá)產(chǎn)品

3 結(jié)束語(yǔ)

文章使用常規(guī)天氣圖、衛(wèi)星云圖、江西WebGIS雷達(dá)拼圖等資料，分析了2020-07-02-2020-07-03豐城市雷暴大風(fēng)天氣過(guò)程，主要結(jié)論如下：

1)2020-07-02-2020-07-03雷暴大風(fēng)天氣過(guò)程發(fā)生在副熱帶高壓邊緣，100 hPa在江西上空有東北風(fēng)急流，500 hPa為西南偏西風(fēng)，850 hPa為西南風(fēng)，并伴有明顯的切變線。地面輻合線是對(duì)流發(fā)生的觸發(fā)機(jī)制。

2)雷暴大風(fēng)在云圖上表現(xiàn)為中小尺度強(qiáng)對(duì)流云團(tuán)的東移與合并，當(dāng)發(fā)展旺盛的中小尺度對(duì)流云團(tuán)(多表現(xiàn)為有灰色的對(duì)流上沖云頂)移入豐城市，導(dǎo)致雷暴大風(fēng)、強(qiáng)降水等強(qiáng)對(duì)流天氣的出現(xiàn)。

3)雷暴大風(fēng)在雷達(dá)拼圖上多表現(xiàn)為短帶回波，回波尺度多在100 km之內(nèi)，有時(shí)表現(xiàn)為南-北向、有時(shí)表現(xiàn)為東-西向，回波強(qiáng)度達(dá)50 dBz或50 dBz以上。短帶回波沿500 hPa的主導(dǎo)風(fēng)向由西南向東北方向移動(dòng)。

4)風(fēng)暴跟蹤信息STI移動(dòng)路徑較好地反映了強(qiáng)對(duì)流單體回波的移動(dòng)方向、速度與路徑，由于江西省上空500 hPa高空風(fēng)速小，僅為6～10 m/s，導(dǎo)致這2次雷暴大風(fēng)過(guò)程回波的平均移動(dòng)速度僅為22 km/h。

5)單部雷達(dá)的剖面顯示，45 dBz強(qiáng)回波的發(fā)展高度在8 km之下，更強(qiáng)的回波的發(fā)展高度在2～5 km，即為典型低質(zhì)心強(qiáng)降水回波，但也會(huì)伴有雷暴大風(fēng)。速度場(chǎng)剖面呈“下負(fù)上正”的結(jié)構(gòu)，在負(fù)速度區(qū)中有大值區(qū)，為-13～-19 m/s。