2022-07-29婺源冰雹雷暴大風(fēng)回波特征分析

張曉芳,馬中元,陳鮑發(fā),邱雯婷,陳 強,彭維明

(1.婺源縣氣象局,婺源 333200;2.江西省氣象科學(xué)研究所,南昌 330046;3.景德鎮(zhèn)市氣象局,景德鎮(zhèn) 333000)

0 引言

冰雹、雷暴大風(fēng)天氣是婺源縣常見的強對流天氣,發(fā)展旺盛時會造成一定的災(zāi)害。尤其是局地性突發(fā)的冰雹和雷暴大風(fēng),對其預(yù)報和防范較為困難。總結(jié)這些災(zāi)害性天氣在雷達(dá)回波上的特征,對開展婺源冰雹、雷暴大風(fēng)天氣的預(yù)警預(yù)報有重要的意義。

國內(nèi)外從事雷暴大風(fēng)研究的專家已取得了一些成果。如不穩(wěn)定能量的積聚為對流的形成發(fā)展提供了良好的觸發(fā)維持條件;出現(xiàn)弱回波區(qū)、回波垂懸、50 dBZ以上強回波伸展到-20 ℃以上等不一定會有大冰雹;強雷電天氣在雷達(dá)回波上表現(xiàn)為南北走向的回波結(jié)構(gòu),當(dāng)回波強度大于50 dBZ時回波出現(xiàn)不斷合并現(xiàn)象、強回波水平尺度較大,具有指狀或弓狀回波結(jié)構(gòu),以及出現(xiàn)陡直零直線和VIL超過50 km/m2時,最易發(fā)生強雷電天氣;影響江西的外來颮線在云圖上常見有中尺度對流團、狹窄積云線和冷出流邊界所致的對流云帶3種特征;“弓”形回波結(jié)構(gòu)、雷暴有出流邊界、速度圖上的風(fēng)速大值區(qū)、后側(cè)入流、中低層徑向輻合以及垂直風(fēng)廓線圖中低層風(fēng)的轉(zhuǎn)變信息等對大風(fēng)預(yù)警有明顯的指示作用[1-7]。局地冰雹回波產(chǎn)品表現(xiàn)出強度達(dá)到60～65 dBZ、回波頂高達(dá)到9～12 km、液態(tài)水含量達(dá)到40～60 kg/m2、垂直顯示方式上55～60 dBZ強回波頂高達(dá)到5 km～6 km等結(jié)構(gòu)特征[8-11]。研究成果為婺源冰雹、雷暴大風(fēng)天氣的短臨預(yù)報預(yù)警,以及開展氣象服務(wù)工作提供了分析依據(jù)[12-14]。

文章使用MICAPS天氣圖資料、婺源國家站數(shù)據(jù)、江西WebGIS雷達(dá)拼圖平臺等資料,對2022-07-29婺源的冰雹、雷暴大風(fēng)天氣進行分析,試圖進一步提升對婺源強對流天氣的認(rèn)知,旨在為婺源短臨預(yù)報預(yù)警服務(wù)提供參考。

1 資料來源與冰雹、雷暴大風(fēng)概況

1.1 資料來源

天氣資料來源于MICAPS業(yè)務(wù)平臺,地面氣象要素來源于婺源國家站數(shù)據(jù)和江西省氣象數(shù)據(jù)平臺,雷達(dá)拼圖回波資料來源于江西WebGIS雷達(dá)拼圖平臺,閃電數(shù)據(jù)來源于江西省三維閃電監(jiān)測平臺。全文使用北京時間。

1.2 冰雹、雷暴大風(fēng)概況

2022-07-29傍晚,婺源縣出現(xiàn)雷暴大風(fēng)、冰雹強對流天氣,此次過程風(fēng)力較大,局地有直徑10 mm的冰雹,并伴有強雷電,但降水量小。婺源國家氣象觀測站監(jiān)測到的最大風(fēng)力為15.5 m/s,出現(xiàn)在17:25,并未達(dá)到17.2 m/s的雷暴大風(fēng)標(biāo)準(zhǔn),但17:20左右,婺源縣景觀橋被大風(fēng)吹倒,這可能與水面較陸面屏障少,對空氣流動的阻力小,或弱超級單體風(fēng)暴產(chǎn)生局地(微尺度)下?lián)舯┝饔嘘P(guān)。17:19有居民發(fā)現(xiàn)家門口有直徑約10 mm的冰雹。16:00—18:00閃電密集區(qū)在婺源縣城附近,最大頻次為133次/10 min,閃電維持時間較短。17:00—18:30累計降水量15.4 mm。

由此可見,婺源此次局地強對流天氣,雷電強度大,降水量較小,但出現(xiàn)了短時大風(fēng)和冰雹天氣,預(yù)報難度大。在夏季應(yīng)十分警惕具有弱超級單體風(fēng)暴結(jié)構(gòu)的回波,這些回波往往帶來局地強對流天氣。

2 天氣背景和IR云圖

2.1 天氣背景

2022-07-29T08:00,分析天氣系統(tǒng)中尺度資料和南昌探空數(shù)據(jù)得出本次冰雹過程出現(xiàn)在副熱帶高壓西北部邊緣,此時500 hPa高空有低槽東移,槽線已東移至贛西北邊緣,槽前有明顯的中低層切變線,贛北受低槽與切變線影響,水汽分布從低層至高層均為飽和區(qū),濕層深厚。200 hPa江西處在“剪刀”形分流區(qū)中,即高空輻散明顯。隨著低槽東移,在切變線附近有降水回波發(fā)展。此時850 hPa與500 hPa的溫差較大,達(dá)26 ℃,溫度遞減率較大,探空物理量顯示,層結(jié)極不穩(wěn)定,并伴有較強的不穩(wěn)定能量,抬升指數(shù)為-2.93 ℃,最大抬升指數(shù)為-5.8 ℃,K指數(shù)為45 ℃,沙氏指數(shù)為-5.08 ℃,特別有利于強對流天氣的發(fā)生和發(fā)展。而且0 ℃層高度4638 m,-20 ℃高度8672 m,有利于切變線附近的婺源產(chǎn)生冰雹和雷暴大風(fēng)天氣。

2.2 IR云圖

根據(jù)17:00和17:30 FY4紅外云圖信息可知,17:00婺源大部分地區(qū)被一塊MCS云團覆蓋,云團邊界清晰,南側(cè)有巨大成片的對流云團,其余3側(cè)為晴空區(qū)。17:00—17:30,MCS云團緩慢向西北方向移動,MCS云頂延伸高度高,最低云頂溫度在-60 ℃以下,MCS冷出流邊界與低層暖空氣形成局地巨大的溫度梯度,上冷下暖的溫度配置,造成了強烈的對流天氣。冰雹回波在17:10—17:20左右產(chǎn)生。

由此可見,500 hPa高空有低槽東移,槽前中低層切變線,低層至高層濕層深厚;200 hPa江西處在分流區(qū)中,高空輻散明顯。邊緣清晰的MCS云團入流邊界處容易造成強對流天氣,云頂溫度越低,對流越強烈。

3 手機版雷達(dá)拼圖回波特征

手機版雷達(dá)拼圖是縣級預(yù)報工作的重要工具,通過該拼圖工作人員可隨時隨地了解天氣狀態(tài),并開展預(yù)警預(yù)報服務(wù)。分析17:10雷達(dá)組合反射率、回波頂高和垂直積分液態(tài)水含量后可知,婺源境內(nèi)形成兩條南北走向的短帶回波,雷達(dá)組合反射率強回波中心60 dBZ,達(dá)到冰雹回波的強度標(biāo)準(zhǔn),回波頂高最大的有15 km,垂直積分液態(tài)水含量達(dá)到40 kg/m2。這3個指標(biāo)同時滿足冰雹回波基本要求,表現(xiàn)出明顯的統(tǒng)一性。值得注意的是,在雷達(dá)拼圖上,垂直積分液態(tài)水含量是多部雷達(dá)的平均值,比單部雷達(dá)PUP產(chǎn)品垂直積分液態(tài)水含量值小10～20 kg/m2。

由此可見,雷達(dá)組合反射率、回波頂高和垂直積分液態(tài)水含量是判斷強對流天氣的雷達(dá)回波特征。雷達(dá)組合反射率強回波中心60 dBZ,回波頂高15 km,垂直積分液態(tài)水含量達(dá)到40 kg/m2,研究區(qū)域滿足這3個指標(biāo)則易出現(xiàn)冰雹、雷暴大風(fēng)等強對流天氣。

4 雷達(dá)拼圖回波特征與垂直結(jié)構(gòu)

17:10,婺源縣城上空形成一個弱超級單體,回波中心強度60 dBZ,呈橢圓形態(tài),符合超級單體回波形態(tài)特征,但回波中心沒有65 dBZ以上的回波核,比經(jīng)典超級單體偏弱,比一般強回波偏強,被認(rèn)為是弱超級單體。分析風(fēng)暴跟蹤信息可知,回波移動雜亂,移動方向不僅有東北方向,還有西北、偏西、偏北等方向。這種雜亂風(fēng)向造成婺源弱超級單體回波移動十分緩慢,婺源冰雹和景觀橋倒塌都發(fā)生在17:10—17:20。17:40,婺源冰雹弱超級單體回波有所減弱,強度為55 dBZ,但回波與北側(cè)強單體回波合并,形成南北走向的短帶回波。此次合并有可能產(chǎn)生大風(fēng),但缺乏大風(fēng)時間數(shù)據(jù)。婺源景觀橋的倒塌與兩個時間點有關(guān):一是17:10—17:20,弱超級單體產(chǎn)生冰雹,冰雹云中產(chǎn)生下?lián)舯┝?二是17:40,強回波單體再次合并成南北走向短帶回波,而短帶回波是江西雷暴大風(fēng)的主要回波形態(tài)。

17:12,婺源弱超級單體45 dBZ回波頂伸展至14 km,55 dBZ強回波中心在6 km～10 km。17:18,婺源弱超級單體45 dBZ回波頂伸展至11 km,55 dBZ強回波中心在4 km～8 km。對比兩個時次發(fā)現(xiàn)弱超級單體有個減弱的過程,可能與冰雹和大風(fēng)的釋放有關(guān)。

由此可見,婺源弱超級單體的回波中心強度為60 dBZ,呈橢圓形態(tài);回波移動方向雜亂且十分緩慢;弱超級單體回波與北面強單體回波發(fā)生合并,形成南北走向短帶回波;婺源弱超級單體45 dBZ回波頂伸展至14 km,55 dBZ強回波中心在6 km～10 km;出現(xiàn)冰雹和大風(fēng)后,弱超級單體有個減弱的過程。

5 結(jié)束語

文章使用MICAPS天氣圖資料、婺源國家站數(shù)據(jù)、江西WebGIS雷達(dá)拼圖平臺等資料,對2022-07-29婺源冰雹、雷暴大風(fēng)天氣進行分析,得到以下幾點結(jié)論:

1)婺源局地冰雹和大風(fēng)強對流天氣的預(yù)報難度大,在夏季要十分警惕局地?zé)崂子臧l(fā)展形成的弱超級單體風(fēng)暴帶來局地強對流天氣。

2)500 hPa高空有低槽東移,槽前有中低層切變線,濕層深厚;200 hPa分流區(qū)高空輻散明顯。邊緣清晰的MCS云團入流邊界處容易造成強對流天氣。

3)雷達(dá)組合反射率強回波中心60 dBZ,回波頂高15 km,垂直積分液態(tài)水含量達(dá)到40 kg/m2,滿足這3個指標(biāo)則容易出現(xiàn)冰雹、雷暴大風(fēng)等強對流天氣。

4)婺源弱超級單體呈橢圓形態(tài),回波移動十分緩慢;婺源弱超級單體45 dBZ回波頂伸展至14 km,55 dBZ強回波中心在6～10 km;出現(xiàn)冰雹和大風(fēng)后,弱超級單體有個減弱的過程。