2018 年5 月16 日宿遷市一次雷暴大風天氣過程分析

周 航，徐 恩，唐 舟，邵禹晨，程 昕

宿遷市氣象局，江蘇宿遷 223800

強對流天氣是影響我國最嚴重的災害性天氣之一，也是宿遷較常見的災害性天氣之一。強對流天氣持續(xù)時間短、空間尺度小、突發(fā)性強、危害性大，是天氣預報工作的難點。伴隨強對流出現(xiàn)的雷電、雷暴大風、短時強降水、冰雹等災害性天氣往往會給工農業(yè)生產、交通航運、建筑設施和人們生命財產等造成不利影響。短時強降水易形成內澇，農作物長時間浸泡會爛根、死苗，或引發(fā)病蟲害的流行；雷暴大風易造成農作物倒伏和果樹落果，輸電、高空設施受損，房屋被毀壞，甚至威脅人們的生命。為了提高預報預警和防災減災能力，對2018年5月16日發(fā)生在宿遷地區(qū)的一次雷暴大風天氣過程進行分析。

1 資料收集和處理

采用MICAPS常規(guī)資料、FNL再分析資料、地面加密觀測資料、多普勒雷達觀測等資料。

2 天氣實況

2018年5月16日午后，宿遷市出現(xiàn)一次雷暴大風天氣，并伴有短時強降水、雷電等強對流天氣。全市共有43個自動氣象站出現(xiàn)8級以上大風，其中，宿城耿車、雙莊、河濱和泗洪重崗出現(xiàn)10級大風，最大風速為35.5 m/s(12級)，出現(xiàn)在11:14駱馬湖。宿遷市西部地區(qū)出現(xiàn)大到暴雨，其他地區(qū)中雨，最大小時雨強為36.8 mm。

此次雷暴大風天氣過程可分為兩個階段，第一階段為11:00～13:00，這一時段強雷暴影響范圍較廣，全市均出現(xiàn)大風，共18個自動站風力達8級以上，駱馬湖12級大風即出現(xiàn)在這個時段。第二階段為18:00～20:00，這一時段強雷暴主要影響宿遷西部和南部地區(qū)，共有33個自動站出現(xiàn)8級以上大風，最大風速出現(xiàn)在泗洪重崗24.9 m/s(10級)[1]。

3 天氣形勢和環(huán)境條件

3.1 天氣形勢

從2018年5月16日08:00 500 hPa高空圖(圖1a)可以看出，副熱帶高壓位于南海地區(qū)上空，河南北部有一冷渦中心，低渦槽前西南急流發(fā)展旺盛，急流中心強度達30 m/s，宿遷市位于低渦的東南方向、急流中心北部。850 hPa圖(圖1b)上，冷渦位于東北地區(qū)上空，低渦暖切壓在山東半島西部上空，呈東北—西南走向，西南風急流中心最大風速為20 m/s。宿遷處于切邊線南部、西南急流輻合區(qū)，為本次強對流天氣提供了低層輻合抬升條件。海平面氣壓場(圖1c)上顯示，冷鋒由東北地區(qū)向西南方向延伸至河套地區(qū)，山東半島附近受暖低壓控制，低壓中心強度為997.5 hPa，低壓南側為一致的偏南風場，宿遷位于暖平流區(qū)，低層暖濕平流輸送了大量的不穩(wěn)定能量，有利于對流發(fā)展[2]。

3.2 探空分析

從2018 年5 月16 日08:00 徐州站探空圖(圖2)可以看出，CAPE值達到1 790.5 J/kg，大氣中蘊含豐富的對流潛能；850～500 hPa溫差達到26 ℃，表明大氣層結不穩(wěn)定，同時，800 hPa以下有一定的對流抑制有效位能，有利于對流潛能的積蓄。600～900 hPa接近飽和，600 hPa以上為相對干層，層結曲線與露點曲線構成上干下濕的“喇叭口”結構，增強了對流不穩(wěn)定性。風暴發(fā)生時會造成風暴的中層干空氣侵入，延長風暴生命史，非常有利于雷暴大風的發(fā)生，同時由于濕層較為深厚，為短時強降水出現(xiàn)提供了充足的水汽條件。

圖2 2018年5月16日08:00徐州站探空

水平風在地面附近僅為3 m/s，925 hPa迅速增至15 m/s，低層垂直風切變(0～1 km)為12 m/s，深層垂直風切變(0～6 km)達到24 m/s。較強的垂直風切變使降水的下沉氣流很快脫離上升氣流，不會減弱風暴中的上升氣流，同時能夠加強中層干冷空氣侵入，加強風暴中的下沉氣流和低層冷空氣的外流，進而通過強迫抬升使得對流進一步發(fā)展。

3.3 動力條件

邊界層輻合線是風暴發(fā)生發(fā)展的動力條件之一，一般在強對流天氣發(fā)生前或發(fā)生期間，地面或附近的邊界層大多存在一條明顯的中尺度輻合線。16日10:00安徽省蚌埠市東北側有一條明顯的地面輻合線，并激發(fā)強對流颮線，11:00從地面風場監(jiān)測到沭陽地區(qū)有風場輻合，隨后強回波北抬，11:30影響沭陽。10:00～11:00宿遷市駱馬湖附近存在明顯的輻合線并維持，從地面加密站風場(圖略)上可以看到，駱馬湖地區(qū)存在西南風與西北風的切變線，且西南風速逐漸增大，由于駱馬湖下墊面較陸地更為平整，因此出現(xiàn)風速達35.5 m/s的極大風。說明地面輻合線對強對流發(fā)展具有較好的警示意義[3]。

3.4 水汽條件

從5月16日宿遷地區(qū)水汽通量和水汽通量散度剖面圖(圖3)可以看出，11:00～14:00 900 hPa以下存在水汽輻合中心，水汽通量散度為-4×10-7g·cm-2·hPa-1·s-1，20:00左右近地面層水汽輻散，與近地面層的輻散中心對應，950～800 hPa存在水汽輻合中心,水汽通量散度為-6×10-7g·cm-2·hPa-1·s-1。水汽通量中心位于800 hPa附近，中心值為21 g·cm-1·hPa-1·s-1，說明主要水汽來源集中在600 hPa以下，呈上干下濕狀態(tài)，加強了大氣層結的不穩(wěn)定，有利于對流發(fā)展。

圖3 2018年5月16日水汽通量(a)和水汽通量散度(b)時間—高度剖面圖

4 多普勒雷達產品特征

16日08:00，在宿遷雷達測站150 km外出現(xiàn)一條東北—西南向的回波帶，向東北方向移動，回波在移動過程中前側不斷生成新的對流單體，強度不斷加強，回波中心強度在50 dBz以上，最強回波達63 dBz，回波頂高14 km，VIL值達60 kg·m-2。11:00反射率因子圖(圖4a)上出現(xiàn)后側“V”形缺口，表明有強的下沉氣流，引起破壞性大風。

圖4 11:10 1.5°(a)、0.5°(b)仰角的反射率因子(單位：dBz)和徑向速度(c)圖(單位：m/s)

從0.5°仰角的反射率因子PPI 圖像(圖4b)上，可以清晰地看到陣風鋒。10:05，上游徐州安徽境內的對流風暴逐漸向東北方向移動，開始影響宿遷市，對流風暴前方的睢寧—泗縣—懷遠一帶隱約可見一條弱窄帶回波，之后對流風暴向東略偏北方向移動過程中不斷加強，陣風鋒東移過程中水平跨度不斷擴大，其中，北側部分逐漸消散，南側一段得到發(fā)展，對應宿遷市11:10左右多個鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現(xiàn)9級以上大風天氣。

分析徑向速度圖(圖4c)可以看出，10:40開始，宿遷市西南方50 km范圍處顯示為朝向雷達的低層大風速中心(＞15 m/s)不斷向雷達站附近移動并繼續(xù)增大，11:10到達雷達站附近，并出現(xiàn)速度模糊，最大徑向速度達-44 m/s，相對應的11:14駱馬湖出現(xiàn)35.5 m/s的雷暴大風[4]。

傍晚宿遷地區(qū)上游阜陽生成的回波在移動過程中發(fā)展壯大，其前側呈現(xiàn)明顯的弓形回波結構，并于18:00左右開始影響宿遷市(圖5 a)。從徑向速度圖(圖5b)上看出，回波前沿有明顯的氣旋性輻合，17:48天崗湖上游監(jiān)測到中氣旋，回波向前突起部分產生的大風更強[5]。

圖5 17:48 1.5°仰角反射率因子(a)(單位：dBz)和徑向速度(b)圖(單位：m/s)

5 結論

應用MICAPS常規(guī)資料、FNL再分析資料(0.25°×0.25°)、地面加密觀測資料、多普勒雷達觀測資料等，詳細分析了2018年5月16日發(fā)生在宿遷地區(qū)的一次雷暴大風天氣過程的環(huán)流特征、環(huán)境條件和雷達回波特征，得出以下結論。

(1)此次雷暴大風過程的影響系統(tǒng)的低渦切變線，西南風急流中心風速達20 m/s，宿遷位于850 hPa切變線南側、西南急流輻合區(qū)，為本次強對流天氣提供了抬升條件，地面輻合線是此次強對流過程的觸發(fā)機制。

(2)探空曲線呈上干下濕的“喇叭口”結構，層結不穩(wěn)定，有利于雷暴大風的發(fā)生；有較強的低層(0～1 km)和深層(0～6 km)垂直風切變，低層輻合高層輻散有利于上升運動的維持，使對流得以發(fā)展。

(3)多普勒雷達產品特征顯示，反射率因子圖呈現(xiàn)出明顯的弓形回波和陣風鋒的特征；低仰角徑向速度圖上有大風速中心，出現(xiàn)速度模糊，并探測到中氣旋；VIL值在有明顯的躍增后快速減小，表明強的下沉氣流快速下沖，導致雷暴大風的發(fā)生。