高空冷渦形勢下一次雷暴大風(fēng)過程的診斷分析

李 帆 羅靜靜

（舟山市定海區(qū)氣象局，浙江舟山 316000）

強對流天氣具有影響范圍小、發(fā)展速度快、持續(xù)時間短的特點，它的發(fā)生常伴有雷暴、短時暴雨、冰雹、強風(fēng)（龍卷風(fēng)）等災(zāi)害性天氣。雷暴大風(fēng)由于其突發(fā)性和劇烈程度往往給人們的生命財產(chǎn)造成嚴(yán)重危害，尤其對漁船出海作業(yè)造成重大影響。因此，雷暴大風(fēng)產(chǎn)生機(jī)理和預(yù)警預(yù)報一直是災(zāi)害性強對流天氣研究的重要內(nèi)容。秦 麗等[1]、趙 瑜等[2]、楊慶紅等[3]研究發(fā)現(xiàn)，雷暴大風(fēng)的生成與層結(jié)不穩(wěn)定、抬升條件觸發(fā)、垂直風(fēng)切變等密切相關(guān)，中高層干冷、低層暖濕、850 hPa與500 hPa溫差大、低層冷空氣的滲透等都可以使大氣層結(jié)不穩(wěn)定度加大，促使垂直上升運動加強，為強對流天氣的發(fā)展提供有利條件。馬素艷等[4]、曲曉黎等[5]研究發(fā)現(xiàn)，雷暴大風(fēng)等強對流天氣一般都是由中小尺度系統(tǒng)引發(fā)的，因而運用衛(wèi)星和雷達(dá)產(chǎn)品更能發(fā)現(xiàn)天氣系統(tǒng)的臨近或短時特征，如TBB梯度最大處容易形成強對流天氣。

2020年4月12日舟山出現(xiàn)了一次罕見的雷暴大風(fēng)天氣，本文利用常規(guī)觀測資料和雷達(dá)產(chǎn)品對此次極端雷暴大風(fēng)天氣的觸發(fā)機(jī)制、環(huán)境條件和風(fēng)暴特征進(jìn)行分析，以期為本地雷暴大風(fēng)等強對流天氣的預(yù)測預(yù)報及監(jiān)測預(yù)警提供參考。

1 天氣實況

4月12日19：00—22：00定海區(qū)出現(xiàn)了一次突發(fā)強對流過程。本次過程定海區(qū)普降3～5 mm的降水，最大為5.2 mm（千荷站）。雖然降水量不大，但全區(qū)普遍出現(xiàn)了10～11級雷雨大風(fēng)，局部海域達(dá)到12級。過程最大風(fēng)力出現(xiàn)在12日20：08，馬目測點極大風(fēng)速達(dá) 33.4 m/s，風(fēng)向為 N。 20：00—21：00 為主要影響時段，定海區(qū)有1個站點出現(xiàn)12級風(fēng)、4個站點出現(xiàn)11級風(fēng)、4個站點出現(xiàn)10級風(fēng)。21：00—22：00定海區(qū)僅1個站點出現(xiàn)9級風(fēng)，之后風(fēng)力進(jìn)一步減弱。

2 天氣形勢

從圖 1（a）可以看出，12 日 8：00，高空冷渦位于鄂霍次海且位置偏南，渦后有明顯橫槽轉(zhuǎn)豎伸向江蘇—安徽中部，定海區(qū)受冷渦底部西北偏西氣流控制。冷渦中心對應(yīng)-32℃冷中心，表明該冷渦強度大，渦后冷平流明顯。溫度槽落后于高度槽表明冷渦仍在發(fā)展加深，斜壓性明顯。從圖1（b）可以看出，至12日20：00，高空冷渦進(jìn)一步東移南壓，發(fā)展至朝鮮海峽一帶。渦后西北急流加強，高空風(fēng)速加劇，定海區(qū)處在渦后的西北氣流控制中。結(jié)合溫度槽可知，高空冷舌呈南北走向，定海區(qū)位于冷舌控制內(nèi)，等溫線密集，溫度梯度大。同時，溫度槽仍落后于高度槽，冷平流顯著。

12日8：00 850 hPa圖上低渦位于海上，定海區(qū)受西北急流控制，冷中心覆蓋浙江中南部、福建北部、江西東部。定海區(qū)暖平流輸送明顯，高層的干冷空氣配合低層的暖濕空氣、不穩(wěn)定層結(jié)出現(xiàn)，有利于雷暴大風(fēng)發(fā)生。由圖 1（c）可知，12 日 20：00 850 hPa，低渦東移遠(yuǎn)離，伴隨著冷中心東移，西北急流仍然維持，強度略有增加，暖平流維持，上干下濕結(jié)構(gòu)仍然存在。同時，有小范圍濕舌在舟山地區(qū)出現(xiàn)。

200 hPa等壓面上，偏西急流強勁，20：00前定海區(qū)始終位于急流軸出口區(qū)的右側(cè)，高空急流加強了抽氣作用，輻散下沉帶動高層動量下傳，加強低層擾動，反作用于上升運動的加強，引導(dǎo)干冷空氣入侵，導(dǎo)致不穩(wěn)定層結(jié)形成。

從地面形勢圖上看，11日20：00地面冷鋒已經(jīng)南壓至浙南和福建一帶。12日8：00冷鋒東移南壓入海減弱，定海區(qū)位于地面冷高與海上低壓倒槽之間。12日20：00，地面有弱冷空氣補充南下，地面輻合線位于舟山一帶。深入研究12日19：00地面風(fēng)場圖可知，此時有一條地面輻合線處在嵊泗西部海域—上海南部—嘉興一帶，與實況出現(xiàn)大風(fēng)位置相符。由圖1（d）可知，至20：00，該輻合線南壓至普陀—寧波一帶，對應(yīng)此刻定海區(qū)的大風(fēng)過程。此后輻合線進(jìn)一步南壓，風(fēng)力逐漸減弱。

綜上所述，本次突發(fā)強對流過程發(fā)生在200 hPa存在急流、500 hPa橫槽轉(zhuǎn)豎后引導(dǎo)弱冷空氣補充南下并與低層暖濕氣流交匯的環(huán)流形勢下，地面輻合線的發(fā)展和移動觸發(fā)了此次強天氣的發(fā)生。

3 探空分析

分析12日8：00杭州站探空圖可知，700 hPa以上開口較大、濕度較小、整層較干，700 hPa以下存在弱濕區(qū)，濕度差相對大，存在明顯的上干下濕結(jié)構(gòu)。低層風(fēng)向隨高度順轉(zhuǎn)有暖平流，高層風(fēng)向隨高度逆轉(zhuǎn)存在冷干流，這表明大氣潛在不穩(wěn)定度加大，有利于強對流天氣的發(fā)生。從8：00對流參數(shù)看，DCAPE值為274.7 J/kg，對流抑制有效能值為0 J/kg，0～3 km垂直風(fēng)切變達(dá)到18 m/s。以上條件均有利于雷暴大風(fēng)的出現(xiàn)。用14：00杭州站實況溫度、露點溫度訂正探空圖（圖2）后可知，CAPE值為510.8 J/kg，有一定能量條件。這與夜間定海區(qū)降水量不大、過程主體為干雷暴相對應(yīng)。觀察12日20：00杭州站探空圖可知，中層濕度加大，而700 hPa以下濕度隨高度降低迅速減弱，600 hPa以上濕度隨高度增加迅速減弱，這種上下層干、中層濕的典型喇叭口結(jié)構(gòu)對雷暴大風(fēng)的產(chǎn)生十分有利。觀察水平風(fēng)的垂直分布，0～6 km垂直風(fēng)切變達(dá)到27 m/s，屬于強風(fēng)切變環(huán)境。風(fēng)切變主要集中在0～3 km，垂直風(fēng)切變高達(dá)25 m/s，十分有利于風(fēng)暴運動的發(fā)展和發(fā)生。同時，低層暖平流、高層冷平流的形勢仍然存在，不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)也為強天氣的發(fā)生提供了有利條件。此外，抬升凝結(jié)高度較高、CAPE值較小、溫度露點差較大均對強降水的發(fā)生不利，但DCAPE值增加到400.7 J/kg，對雷暴大風(fēng)有一定的指示作用。風(fēng)場垂直分布時間剖面圖見圖3，可以看到，高空動量向低層傳遞是本次大風(fēng)發(fā)生的重要原因。

4 物理量分析

4.1 動力條件

觀察4月12日垂直速度分布情況可知，20：00 700 hPa以上定海區(qū)受上升氣流控制，低層則存在著較強烈的下沉氣流。對比14：00的垂直速度可知，20：00的下沉氣流速度更快、強度更大。強烈的下沉運動對高空動量的下傳有顯著的增強作用，這與此刻的大風(fēng)有較好的對應(yīng)。另外，從渦度平流圖上可以看出，浙北一帶20：00負(fù)渦度平流隨高度減弱，也表征了下沉運動的發(fā)生。

4.2 溫度平流

溫度平流不僅可以造成大氣層結(jié)不穩(wěn)定，而且還可以產(chǎn)生垂直運動。8：00溫度平流圖見圖4（a），可以看出，500 hPa安徽、江蘇、浙江中北部冷平流顯著，冷中心強度大；850 hPa對應(yīng)位置存在暖平流，形成上冷下暖的疊加區(qū)，為強天氣創(chuàng)造了不穩(wěn)定條件，與晚上強天氣落區(qū)相對應(yīng)。至20：00 500 hPa冷平流依然強盛，700 hPa冷平流加劇，高空冷平流向下擴(kuò)散。從圖4（b）可以看出，850 hPa江蘇、浙江北部區(qū)域的暖平流被冷平流所取代，地面氣壓快速增大，地面風(fēng)速激增。

4.3 變壓

本次過程冷空氣強度較弱，上游雖然存在一定的3 h負(fù)變壓，但變化強度不大，3 h負(fù)變壓的移動方向與雷暴過程相契合。19：00，3 h負(fù)變壓來到江蘇、上海一帶，上游出現(xiàn)大風(fēng)。20：00，3 h負(fù)變壓南壓至舟山—寧波一帶，定海區(qū)出現(xiàn)大風(fēng)。另結(jié)合地面24 h變壓圖可知，安徽、江蘇地區(qū)有明顯的負(fù)變壓區(qū)，同時定海區(qū)西南側(cè)有明顯的正變壓區(qū)，兩者之間的區(qū)域存在強烈的變壓梯度，這有利于地面大風(fēng)的迅速出現(xiàn)。

5 雷達(dá)分析

從雷達(dá)反射率因子圖上看，12日傍晚有回波南壓至江蘇南部—上海一帶。此后回波繼續(xù)南移，至19：00回波到達(dá)上海—嘉興一帶，強中心位于上海，最大強度達(dá)48 dBZ。19：06嵊泗灘滸站出現(xiàn)11級大風(fēng)。此后回波入海，強度迅速加強，至20：00已出現(xiàn)59 dBZ的回波影響嵊泗海域，定海區(qū)開始出現(xiàn)大風(fēng)。至20：30，回波不斷東移南壓，強度維持在60 dBZ左右，回波前沿影響定海區(qū)。此后回波強度略有減弱，主體掠過定海區(qū)繼續(xù)東移南壓，21：00后過程趨于結(jié)束。本次過程大風(fēng)的發(fā)生與強回波中心并無對應(yīng)、有較明顯提前量及回波入海加強迅猛等都為預(yù)報帶來了難度。

從雷達(dá)徑向速度圖（圖5）可以看出，19：00上海嘉興處在風(fēng)速大值區(qū)，嘉興南部出現(xiàn)速度模糊，上游大風(fēng)實況出現(xiàn)。此后風(fēng)速大值區(qū)不斷擴(kuò)大南壓，至20：00來到定海區(qū)前沿。此時上海西南部存在新的速度模糊，定海區(qū)開始出現(xiàn)大風(fēng)。隨著大值區(qū)不斷南壓，定海區(qū)大風(fēng)過程持續(xù)。20：30后，風(fēng)速大值區(qū)開始減弱、范圍縮小，21：00后對定海區(qū)影響趨于消失。結(jié)合徑向速度圖的風(fēng)速大值區(qū)與上游實況進(jìn)行分析，對本次過程的短臨預(yù)報有重要意義。

6 結(jié)論

分析結(jié)果表明，本次過程發(fā)生在200 hPa存在急流、500 hPa橫槽轉(zhuǎn)豎后引導(dǎo)弱冷空氣補充南下并與低層暖濕氣流交匯的環(huán)流形勢下，地面輻合線的發(fā)展和移動是本次過程的觸發(fā)機(jī)制。上下干、中層濕對雷暴大風(fēng)十分有利，強風(fēng)速切變對強天氣有觸發(fā)作用。在CAPE值不大、抬升條件一般的情況下，依然存在雷暴大風(fēng)可能，DCAPE值有一定指示意義。高空動量下傳是本次大風(fēng)發(fā)生的關(guān)鍵。溫度平流帶來上冷下暖的不穩(wěn)定層結(jié)，冷平流向下滲透帶來能量的傳遞。大風(fēng)的發(fā)生與強回波未必對應(yīng)，可能存在提前量，將徑向速度圖與上游實況結(jié)合分析有助于短臨提前預(yù)警。