盛夏兩次冷渦強(qiáng)對(duì)流天氣過程分析

王奎云 丑士連 田雨潤(rùn)

（1.白山市氣象局，吉林白山 134300；2.汪清縣氣象局，吉林汪清 133200）

1 引言

對(duì)流性天氣，特別是強(qiáng)對(duì)流天氣，具有影響范圍小，發(fā)展速度快的特點(diǎn)，一般較難做出準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)[1]。白山市地處長(zhǎng)白山北麓，境內(nèi)多山脈丘陵，春、夏、秋均有強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生。白山市強(qiáng)對(duì)流天氣主要有短時(shí)強(qiáng)降水、冰雹、雷電、雷暴大風(fēng)等。強(qiáng)降水具有雨強(qiáng)大，降水時(shí)間短，局地性強(qiáng)的特點(diǎn)，易引發(fā)山體滑坡、城市內(nèi)澇等災(zāi)害。春末和秋初，冷暖空氣活動(dòng)頻繁，常有大范圍冰雹出現(xiàn)，甚至造成區(qū)域性雹災(zāi)，對(duì)農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)危害很大。做好對(duì)流性天氣預(yù)報(bào)，對(duì)防災(zāi)抗災(zāi)具有十分重要意義[2]。對(duì)流天氣具有空間尺度小、生命史短的特點(diǎn)，在預(yù)報(bào)中除了應(yīng)用天氣圖外，還要配合中尺度天氣分析及雷達(dá)探測(cè)等方法，特別是雷達(dá)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)在強(qiáng)對(duì)流天氣預(yù)報(bào)中發(fā)揮著重要作用[3-8]。本文針對(duì)2019年7月2日及2019年8月28日兩次強(qiáng)對(duì)流天氣過程的特點(diǎn)和成因進(jìn)行了分析，兩次過程為典型的東北冷渦型強(qiáng)對(duì)流天氣。7月2日過程（以下簡(jiǎn)稱過程1）為渦底部西南方發(fā)生的強(qiáng)對(duì)流天氣，8月28日過程（以下簡(jiǎn)稱過程2）為渦前部東南方發(fā)生的天氣過程，通過分析比較為提高該類強(qiáng)對(duì)流天氣的主觀預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率提供一些參考。

2 天氣概況

過程1：2019年7月2日午后到傍晚，白山市區(qū)出現(xiàn)強(qiáng)降水、雷電及冰雹，同時(shí)周邊的江源縣、臨江市出現(xiàn)了大于20mm降水、雷電及冰雹，冰雹直徑在20mm以上。17時(shí)50分—18時(shí)20分，白山市區(qū)出現(xiàn)強(qiáng)降水，降水量為47.6mm，降水過程伴隨著冰雹。長(zhǎng)白縣沒有降水，天氣晴好?？梢姶舜谓邓哂泻軓?qiáng)的局地性。從逐小時(shí)地面觀測(cè)資料看出，期間氣壓、溫度及風(fēng)向、風(fēng)速等氣象要素變化明顯。此次強(qiáng)降水造成市區(qū)積水交通受阻，冰雹使農(nóng)作物受災(zāi)。

過程2：2019年8月28日午后，白山市、靖宇縣和江源縣出現(xiàn)了雷電和冰雹，雷電強(qiáng)度強(qiáng)，降水強(qiáng)度相對(duì)較小，冰雹持續(xù)時(shí)間較短，沒有造成明顯的雹災(zāi)。

3 天氣形勢(shì)分析

過程1和過程2兩次強(qiáng)對(duì)流天氣，都是由東北冷渦入侵，在白山市產(chǎn)生多單體線性對(duì)流；高空冷平流起著主導(dǎo)作用；西北急流起到觸發(fā)和組織作用，誘發(fā)中尺度天氣系統(tǒng)；邊界層輻合線起到動(dòng)力抬升作用。在雷達(dá)圖上可以看到，兩次過程均有明顯的弓形回波。期間多地出現(xiàn)冰雹、雷電及短時(shí)強(qiáng)降水。

3.1 高低空及地面形勢(shì)配置

從7月2日的環(huán)流形勢(shì)可以看出，08時(shí)500hPa冷渦中心一直穩(wěn)定在黑龍江省境內(nèi)，是冷空氣的源地。白山市處于冷渦的西南底部槽區(qū)內(nèi)，較強(qiáng)的西北風(fēng)急流，不斷將冷空氣向白山市輸送，在白山西部形成溫度槽，冷渦南部溫度鋒區(qū)對(duì)應(yīng)西北風(fēng)急流。同時(shí)925hPa也有一個(gè)閉合的中心，伴隨著西南暖濕氣流，底層溫度高，有一個(gè)溫度脊與之對(duì)應(yīng)，也就是500hPa冷槽疊加在925hPa暖脊上。地面是顯著降壓區(qū)，風(fēng)場(chǎng)上有偏南風(fēng)與偏北風(fēng)的輻合，在925hPa有切變存在，同時(shí)有偏北風(fēng)與偏南風(fēng)的輻合。這種高低空配置，及邊界層的輻合，08時(shí)位于白山市西部。隨著系統(tǒng)東移，午后—傍晚在白山市產(chǎn)生強(qiáng)對(duì)流天氣。此次過程邊界層與地面輻合線是主要抬升機(jī)制。

從8月28日環(huán)流形勢(shì)可以看到，28日08時(shí)，500hPa冷渦中心位于內(nèi)蒙古境內(nèi)，白山市為其東南側(cè)西南暖平流控制，冷中心與渦旋中心重合。08時(shí)925hPa在白山為溫度脊區(qū)，同時(shí)在朝鮮半島為溫度槽，切變線位于內(nèi)蒙古，白山市處于東南風(fēng)與西南風(fēng)的輻合區(qū)。500hPa冷中心疊加在925hPa暖脊上，925hPa在白山有西南風(fēng)與東南風(fēng)的輻合。隨著渦的不斷旋轉(zhuǎn)東移，渦后部的冷空氣不斷補(bǔ)充，午后在白山市產(chǎn)生強(qiáng)對(duì)流天氣。但地面圖上在白山存在明顯的偏西與偏東風(fēng)對(duì)頭風(fēng)的輻合，輻合非常強(qiáng)烈，同時(shí)有顯著降壓區(qū)。此次過程地面輻合線是主要的抬升機(jī)制。

3.2 地面和高空溫度差動(dòng)平流

強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生前，由于受副熱帶高壓影響和低層西南暖濕平流的作用，地面氣溫持續(xù)升高。7月2日強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生時(shí)，當(dāng)日最高氣溫為30.2℃；8月28日強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生時(shí)，當(dāng)日最高氣溫為28.4℃。

溫度差動(dòng)平流：從溫度平流不難看出：7月2日08—20時(shí)500hPa一直維持明顯的冷平流，925hPa一直維持明顯的暖平流，500hPa西北氣流與地面偏南氣流形成強(qiáng)的垂直切變（圖1）。8月28日（圖2）類同，只是28日低層暖平流不及7月2日強(qiáng)，溫度差動(dòng)效應(yīng)不及7月2日明顯。這種低層升溫，高層降溫的溫度場(chǎng)結(jié)構(gòu)和高低空的垂直切變所造成的溫度差動(dòng)效應(yīng)有利于強(qiáng)對(duì)流天氣的出現(xiàn)，這是造成白山市大氣不穩(wěn)定的主要因素。高低層溫度平流的垂直變化大小在一定程度上決定著強(qiáng)對(duì)流天氣的強(qiáng)度，當(dāng)然上下層之間濕度差動(dòng)平流也對(duì)不穩(wěn)定層結(jié)起了一定作用，這里不做詳細(xì)分析。

圖1 2019年7月2日08時(shí)（a）、14時(shí)（b）、20時(shí)（c）500hPa及2019年7月2日08時(shí)（d）、14時(shí)（e）、20時(shí)（f）925hPa溫度平流（填充區(qū)域，單位：10-5℃·s-1）

圖2 2019年8月28日08時(shí)（a）、14時(shí)（b）、20時(shí)（c）500hPa及2019年8月28日08時(shí)（d）、14時(shí)（e）、20時(shí)（f）925hPa溫度平流（填充區(qū)域，單位：10-5℃·s-1）

3.3 溫度對(duì)數(shù)壓力圖

從溫度對(duì)數(shù)壓力圖可以看出，7月2日08時(shí)臨江探空CAPE值為0；850—925hPa存在西南與西北風(fēng)切變；輸入14時(shí)氣溫，對(duì)壓力圖進(jìn)行訂正，整層存在一定不穩(wěn)定能量，訂正后其值增至475J/kg；SI指數(shù)為1.7；K指數(shù)為26℃。8月28日有明顯的不穩(wěn)定能量存在，其值為666.3J/kg；SI指數(shù)為-4.16；K指數(shù)為35℃；850—925hPa存在東南風(fēng)與西南風(fēng)切變，喇叭口明顯，上干下濕鮮明。兩次過程在垂直方向都存在一定的垂直風(fēng)切變；0℃層和-20℃層高度明顯偏低，在3.5km和6.3km左右。兩次過程大氣層結(jié)不穩(wěn)定的環(huán)境有利于冰雹天氣的發(fā)生。

4 雷達(dá)產(chǎn)品分析

7月2日1 3時(shí)35分，在柳河縣開始有對(duì)流單體出現(xiàn)，并東移。14時(shí)25分在單體后側(cè)和前側(cè)有多個(gè)單體生成，此時(shí)柳河已出現(xiàn)冰雹天氣，多單體不斷減弱、新生。15時(shí)25分在輝南至靖宇之間出現(xiàn)強(qiáng)對(duì)流單體，具有明顯的三體散射的長(zhǎng)釘結(jié)構(gòu)。15時(shí)48分白山、江源與輝南交界處出現(xiàn)明顯中氣旋，局地生成的多單體風(fēng)暴，沒有大片層狀云、積狀云回波，是能夠分辨?zhèn)€數(shù)的多個(gè)對(duì)流單體。16時(shí)04分形成柳河—白山緯向型多單體線性排列帶。多個(gè)對(duì)流單體風(fēng)暴呈東西向線性排列，向東南方向移動(dòng)（圖3）。17時(shí)11分發(fā)展最旺盛時(shí)期，回波強(qiáng)度達(dá)62dBz，回波頂高12.5km，垂直液態(tài)水含量36kg/m2。17時(shí)33分（圖4）白山市、江源縣、靖宇縣出現(xiàn)明顯的弓形回波，在白山市區(qū)出現(xiàn)明顯的速度模糊，白山市區(qū)開時(shí)降冰雹，持續(xù)近20min，18時(shí)20分強(qiáng)對(duì)流天氣結(jié)束。此次降雹范圍廣，強(qiáng)度大，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，并伴有短時(shí)強(qiáng)降水，除長(zhǎng)白縣外，白山市大部分縣（市）都出現(xiàn)了強(qiáng)對(duì)流天氣。

圖3 2019年7月2日白山雷達(dá)0.5°仰角反射率因子

圖4 2019年7月2日17時(shí)33分白山市、江源縣、靖宇縣弓形回波及速度模糊（0.5°仰角）

8月28日12時(shí)18分，遼寧新賓至吉林通化在大片層狀云回波中，有多單體生成，呈西南—東北走向的線性排列的多單體風(fēng)暴，向東北方向移動(dòng)。同時(shí)在靖宇縣與江源縣有強(qiáng)回波生成，向東北方向移動(dòng)，影響江源縣和靖宇縣。13時(shí)09分強(qiáng)回波處在靖宇縣，且向東北方向移動(dòng)。此時(shí)遼寧—通化的回波，分兩支分別向東北與偏東方向移動(dòng)。向東移動(dòng)的回波，14時(shí)09分在白山境內(nèi)形成明顯的弓形回波，持續(xù)到14時(shí)31分。在速度圖上能看到明顯的速度模糊，后側(cè)有類似于颮線的帶狀回波，結(jié)構(gòu)沒有颮線結(jié)構(gòu)緊密，強(qiáng)回波后側(cè)是大片積云、層狀云回波。15時(shí)10分又形成通化—白山的經(jīng)向弓形回波。此時(shí)強(qiáng)度達(dá)到最強(qiáng)，反射率因子強(qiáng)度達(dá)66dBz，回波頂高11.6km，垂直液態(tài)水含量50kg/m2。15時(shí)27分，臨江境內(nèi)出現(xiàn)明顯的鉤狀回波，回波南部有明顯的V形缺口。15時(shí)32分形成通化—江源—靖宇類似颮線的強(qiáng)回波帶，但結(jié)構(gòu)沒有颮線緊密，不是很嚴(yán)格的颮線。

從雷達(dá)圖不難看出，過程1降水局地性強(qiáng)，白山市西部出現(xiàn)雷電、大風(fēng)、冰雹及短時(shí)強(qiáng)降水，東部長(zhǎng)白縣晴空；從反射率因子不難看出，此次過程是明顯的對(duì)流性質(zhì)的降水，是中尺度對(duì)流復(fù)合體。過程2出現(xiàn)在白山西部，靖宇縣及江源縣出現(xiàn)了雷電、冰雹及強(qiáng)降水；降水強(qiáng)度沒有過程1強(qiáng)，白山?jīng)]有出現(xiàn)明顯的強(qiáng)降水，只出現(xiàn)了冰雹和雷電。

4 結(jié)語

（1）兩次強(qiáng)對(duì)流天氣過程都是受東北冷渦影響，屬于典型的高空冷平流強(qiáng)迫型。溫度差動(dòng)平流形成強(qiáng)熱力不穩(wěn)定，風(fēng)垂直切變形成動(dòng)力不穩(wěn)定，冷平流產(chǎn)生靜力不穩(wěn)定層結(jié)，利于對(duì)流發(fā)展，同時(shí)冷平流使0℃層和-20℃層較低，易出現(xiàn)冰雹。兩次天氣過程中邊界層輻合線及地面輻合線是主要的抬升觸發(fā)機(jī)制。

（2）過程1處于冷渦后部，過程2處于冷渦前部，兩次過程有相似點(diǎn)也有所不同。兩次過程的相同點(diǎn)在于：兩次過程850hPa和500hPa風(fēng)場(chǎng)都有閉合低渦中心；500hPa冷槽或冷中心疊加在850hPa或925hPa暖脊上；從雷達(dá)產(chǎn)品看，都是中尺度對(duì)流復(fù)合體，呈線性結(jié)構(gòu)排列，都有明顯的弓形回波，出現(xiàn)明顯的速度模糊。

（3）兩次過程的不同點(diǎn)在于：過程1完全是對(duì)流性降水，除了冰雹、雷電，還出現(xiàn)了明顯的強(qiáng)降水，降水持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)；過程2是混合型降水，強(qiáng)回波后側(cè)存在大片的層狀云、積狀云降水，有強(qiáng)降水出現(xiàn)，但強(qiáng)度明顯低于過程1，持續(xù)時(shí)間短。過程1從500hPa開始就為冷平流，底層為暖平流，925hPa暖平流很強(qiáng)，溫度差動(dòng)平流強(qiáng)，上冷下暖的特性更明顯，斜壓性強(qiáng)，更利于產(chǎn)生對(duì)流；過程2從500hPa開始沒有明顯強(qiáng)冷平流，隨著低渦東移，冷空氣才侵入白山市，且925hPa暖平流沒有過程1強(qiáng)，溫度差動(dòng)平流相對(duì)過程一弱，熱力不穩(wěn)定相對(duì)也就弱一些，對(duì)流的發(fā)展相對(duì)過程1沒那么強(qiáng)烈。