新余市渝水區(qū)雷暴大風(fēng)雷達拼圖回波特征分析

王愛紅，馬中元，陳鮑發(fā)，李歡歡，袁 春

(1.江西省氣象科學(xué)研究所，南昌 330046；2.新余市氣象局，新余 338000；3.渝水區(qū)氣象局，新余 338000；4.景德鎮(zhèn)市氣象局，景德鎮(zhèn) 333000)

0 引言

雷暴大風(fēng)屬于強對流天氣，常造成較大范圍的風(fēng)災(zāi)，給社會活動、人們生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等帶來影響。因此，如何識別和快速預(yù)警雷暴大風(fēng)的產(chǎn)生已經(jīng)成為預(yù)報業(yè)務(wù)中的重要研究課題。

國內(nèi)學(xué)者對雷暴大風(fēng)天氣進行了大量深入研究，例如：俞小鼎[1，2]等應(yīng)用多普勒天氣雷達的原理，對雷暴大風(fēng)的形成、識別和預(yù)報原理進行了深入研究，指出雷暴大風(fēng)的產(chǎn)生是雷暴云中下?lián)舯┝鞯漠a(chǎn)物。另有研究指出，江西對流風(fēng)暴的觸發(fā)系統(tǒng)有冷鋒、靜止鋒、850 hPa切變線、850 hPa能量鋒、中尺度對流云團、中尺度地形輻合線、雷暴冷堆、冷出流邊界和局地鋒區(qū)[3]；外來颮線在云圖上有中尺度對流云團、狹窄積云線和冷出流邊界[4]；“弓”形回波結(jié)構(gòu)有雷暴出流邊界、速度圖上的風(fēng)速大值區(qū)等對大風(fēng)的預(yù)警有明顯的預(yù)示作用[5]；在“弓”形回波頂點處有強的速度輻合，颮線內(nèi)部后側(cè)為1個傾斜向下的冷空氣入流區(qū)[6]；中氣旋發(fā)展深厚且強盛，最大垂直渦度在1.0×10-2s-1以上[7]；超級單體低層反射率因子呈現(xiàn)明顯“V”形缺口，反射率因子垂直剖面呈現(xiàn)典型的有界弱回波區(qū)，回波懸垂和回波墻，相應(yīng)的中高層徑向速度呈現(xiàn)出1個強中氣旋，旋轉(zhuǎn)速度達29 m/s，中氣旋的發(fā)展和維持使得超級單體發(fā)展和維持[8]；超級單體風(fēng)暴過程出現(xiàn)了中氣旋、有界弱回波區(qū)及懸垂回波等典型特征，垂直累積液態(tài)含水量(VIL)在降雹前出現(xiàn)了躍增，且躍增時間提前10～15 min[9]；強回波中心強度(70 dBZ)可作為預(yù)警大冰雹的預(yù)警指標[10]；颮線后部存在的中尺度雷暴高壓和超強冷池，造成了強冷池密度流，利于產(chǎn)生大風(fēng)[11]；大風(fēng)位于“弓”形颮線回波的凸起部位，負速度中心值逐漸增大至大于27 m/s且逐漸靠近雷達站預(yù)示大風(fēng)天氣的出現(xiàn)[12，13]。這些研究成果，為新余市渝水區(qū)雷暴大風(fēng)天氣的研究提供了理論依據(jù)。

文章使用2017—2021年新余市渝水區(qū)自動氣象站的資料、江西WebGIS雷達拼圖組合反射率CR產(chǎn)品等資料，對70個大風(fēng)個例進行分析，通過分析得出影響新余市渝水區(qū)雷暴大風(fēng)天氣的雷達拼圖回波特征，從而提高監(jiān)測預(yù)警新余市渝水區(qū)雷暴大風(fēng)天氣的能力。

1 資料來源與實況

1.1 資料來源

大風(fēng)資料來源于新余市渝水區(qū)自動氣象站，雷達拼圖資料來源于江西WebGIS雷達拼圖組合反射率CR產(chǎn)品，雷暴大風(fēng)標準是風(fēng)速≥17.0 m/s并伴有強回波系統(tǒng)。文章涉及的地圖邊界均是基于國家測繪地理信息局標準地圖服務(wù)網(wǎng)站下載的審圖號為GS(2017)3320號的標準地圖制作。文章使用北京時間。

1.2 雷暴大風(fēng)實況

2017—2021年，新余市渝水區(qū)共統(tǒng)計出大風(fēng)天氣70次，其中有28次由孤立強單體回波系統(tǒng)造成，主要發(fā)生在7—8月；14次由回波帶上強單體回波或超級單體回波系統(tǒng)造成；7次由孤立超級單體回波系統(tǒng)造成；2次由颮線“弓”狀回波帶造成；共計51次。有18次大風(fēng)出現(xiàn)在弱回波(層狀云降水)或無回波(晴空區(qū))情況下，屬于冷空氣大風(fēng)或西南急流脈動造成的西南大風(fēng)天氣。有1次大風(fēng)天氣缺少雷達回波資料確認。

經(jīng)統(tǒng)計，新余市渝水區(qū)雷暴大風(fēng)主要分布在每年的5月和7—8月，形成兩個小高峰(表1)。在24 h內(nèi)，雷暴大風(fēng)主要受到午后太陽輻射地面增溫影響，分布在14：00—19：00(表2)，該時段聚集了88.2%雷暴大風(fēng)天氣。

表1 2017—2021年新余市榆水區(qū)雷暴大風(fēng)月變化統(tǒng)計

表2 2017—2021年新余市榆水區(qū)雷暴大風(fēng)日變化統(tǒng)計

2 雷達拼圖回波特征

2.1 孤立強單體回波特征

圖1為新余市渝水區(qū)雷暴大風(fēng)孤立強單體回波，黑色曲線圈出的地區(qū)為新余市邊界?？梢钥吹?，孤立強單體回波多出現(xiàn)在新余市西部和北部，表現(xiàn)為1個或多個局地對流單體回波，零散分布在新余市周圍。強單體之間界線分明，并有一定距離，中心強度達50～60 dBZ。有的孤立強單體回波中心出現(xiàn)60 dBZ強回波點(圖1a、圖1c、圖1d、圖1e)，但強面積很小，呈點狀。其他強單體回波CR強度在50～55 dBZ(圖1b、圖1f)。多數(shù)孤立強單體回波都有云砧形成的“前伸”弱回波結(jié)構(gòu)(35 dBZ以下的弱回波)。孤立強單體回波均出現(xiàn)≥17.2 m/s的雷暴大風(fēng)天氣。

2.2 超級單體回波特征

超級單體回波強度更強，強回波面積更大。2017-05-11T14：40(圖2a)，江西西北部有多個對流單體，有的發(fā)展成超級單體，如在新余西部的超級單體，60 dBZ以上的強回波面積大，其中大多數(shù)為65 dBZ以上的紫色回波，最強中心強度達70～75 dBZ。超級單體呈橢圓形，由西南向東北伸展，東北方向有前伸回波形成。超級單體南側(cè)有明顯強回波梯度，其中60 dBZ強回波已移至新余市區(qū)上空，受其影響，新余市區(qū)、湖澤鎮(zhèn)、觀巢鎮(zhèn)、河下鎮(zhèn)出現(xiàn)冰雹和雷暴大風(fēng)(24.9 m/s)等天氣。

2018-04-03T14：40(圖2b)，江西西部多為晴空區(qū)，在新余南部有一個孤立超級單體，中心回波強度達60～65 dBZ，回波南側(cè)、東南側(cè)有明顯的強回波梯度，超級單體近似圓形，由西向東伸展，并在東部形成15～35 dBZ前伸回波。與圖2(a)相比，沒有強度超過65 dBZ以上的強回波核，60～65 dBZ面積偏小，出現(xiàn)雷暴大風(fēng)(20.9 m/s)天氣，但未記錄到冰雹。

2021-05-10T16：10(圖2c)，江西西部、北部有多個強對流回波發(fā)展，其中在新余東南部有1個超級單體，60～65 dBZ的強回波面積大，幾乎覆蓋了新余市東南部，并在其中有較大面積的65～70 dBZ的強回波核。60～65 dBZ的強回波呈橢圓形，并在其北部、西北部有明顯的強回波梯度，受其影響，羅坊、姚圩、鵠山出現(xiàn)冰雹，并伴有雷暴大風(fēng)(23.4 m/s)等天氣。

2021-05-14T15：20(圖2d)，江西西北部有多個對流回波單體呈西北—東南走向分布，其中新余中部超級單體，中心強度達60～65 dBZ，且60～65 dBZ的強回波面積較大，在超級單體的西北部有明顯的強回波梯度，受其影響，操場、高崗、水北、良山、珠珊出現(xiàn)冰雹，并伴有雷暴大風(fēng)(24.2 m/s)等天氣。

由此可見，與孤立強單體相比，超級單體回波強度更強，強回波中心強度達60～65 dBZ或以上；強回波面積也更大，60～65 dBZ的強回波覆蓋新余市一定的面積，有的伴有70 dBZ的強回波核。超級單體一般伴有冰雹和雷暴大風(fēng)。從雷暴大風(fēng)的強度看，與孤立強單體相比，超級單體的雷暴大風(fēng)強度總體上更強。

2.3 回波帶上強單體和超級單體回波特征

回波帶上強單體2018-08-11T13：40(圖3a)，在新余市附近有強對流回波活動，強對流單體合并，在新余市北部形成東西走向短帶，短帶回波強度多達50～55 dBZ，且結(jié)構(gòu)密實，有的達55～60 dBZ，但范圍很小。受其影響，回波帶上出現(xiàn)雷暴大風(fēng)(24.9 m/s)，并沒有出現(xiàn)冰雹。

回波帶上強單體2020-07-04T13：40(圖3b)，對流回波仍出現(xiàn)在新余市附近，其中在新余市南部、東南部多個對流單體排列成東西走向短帶回波，短帶在新余市區(qū)西南方向的回波強度達60～65 dBZ，但沒有出現(xiàn)65 dBZ以上的更強回波。受其影響，回波帶上出現(xiàn)雷暴大風(fēng)(20.9 m/s)，并沒有出現(xiàn)冰雹。

回波帶上超級單體2019-03-21T06：30(圖3c)，在江西北部有1個東北—西南向強回波帶，強回波帶后部有大范圍35～40 dBZ及以下強度的層狀云回波。強回波帶由45 dBZ以上強回波構(gòu)成，有2個強回波中心，略向東南方向凸起，中心強度達60 dBZ或以上，其中西南方向的強回波中心位于上高市南部至新余市西北部，強回波中心強度達65～70 dBZ，且60～70 dBZ強回波面積大，并在新余與上高交界處形成明顯的強回波梯度。受其影響，歐里、觀巢、雙林鎮(zhèn)出現(xiàn)冰雹，并伴有雷暴大風(fēng)(23.4 m/s)。

回波帶上超級單體2020-03-22T11：10(圖3d)，從樟樹南部經(jīng)新余中北部至宜春市有1個東西向帶狀強回波，強回波帶北部為大范圍35～40 dBZ及以下層狀云降水回波。強回波帶在新余境內(nèi)的回波中心強度達65 dBZ以上，且60～65 dBZ強回波面積大，覆蓋了新余中部的大部分地區(qū)，并在回波帶偏南方向有明顯的強回波梯度。受其影響，洋江、雙林、歐里、下村、馬洪等地出現(xiàn)冰雹，并伴有雷暴大風(fēng)(20.3 m/s)。

由此可見，帶上強單體、帶上超級單體、強回波短帶也會導(dǎo)致雷暴大風(fēng)天氣，其回波強度多達55～60 dBZ或以上，結(jié)構(gòu)密實，并在移動的一側(cè)有明顯的強回波梯度；回波帶上超級單體當(dāng)60～65 dBZ強回波面積足夠大時，還可能伴有明顯的冰雹。

2.4 颮線弓狀回波帶特征

颮線弓狀回波帶是造成雷暴大風(fēng)的重要回波形態(tài)，2018-03-04T14：40(圖4a)，西北—東南走向的弓狀回波帶以60～70 km/h向東北方向快速移動，新余西南部位于弓形強回波帶上，回波強度達50～55 dBZ，造成新余市31.4 m/s雷暴大風(fēng)。

2020-05-05T03：20(圖4b)，有1個東北—西南走向的弓狀颮線，向東南方向以60～70 km/h迅速移動，新余市正位于弓狀回波的“頭”部，回波強度50～55 dBZ，造成新余市24.9 m/s雷暴大風(fēng)。

圖4 新余市渝水區(qū)雷暴大風(fēng)颮線弓狀回波特征(a)2018-03-04T14：00；(b)2020-05-05T03：20

由此可見，快速移動的颮線弓狀回波帶易造成雷暴大風(fēng)，特別是弓狀回波的“頭”部，此時回波中心強度達50～55 dBZ或以上，最強的雷暴大風(fēng)多發(fā)生在此類颮線中。

3 結(jié)束語

文章使用2017—2021年新余市自動氣象站的雷暴大風(fēng)資料，從雷達回波形態(tài)進行了分類討論，從討論結(jié)果可以看到，雷暴大風(fēng)多由孤立的強單體造成，此時往往地面受熱不均，當(dāng)強回波單體強度發(fā)展至50 dBZ以上時，就可能出現(xiàn)雷暴大風(fēng)。但有的回波單體、帶狀回波強度達50 dBZ以上時僅出現(xiàn)強降水，并沒有大風(fēng)出現(xiàn)，給大風(fēng)預(yù)警帶來困難。從經(jīng)驗來看，如實況已出現(xiàn)雷暴大風(fēng)的強回波移近，或地面增溫明顯時，50 dBZ以上強回波發(fā)展時要警惕大風(fēng)產(chǎn)生。同時，大風(fēng)與溫度直減率大、對流層中高層(700～400 hPa)有明顯干層、700 hPa和400 hPa平均風(fēng)較大等環(huán)境場特征有關(guān)，實際業(yè)務(wù)中要綜合考慮。