宜昌市遠(yuǎn)安縣一次下?lián)舯┝髦谐叨确治?/h1>
2024-07-06 16:13:30祁宏武林黃靜湯淼枚雪彬
人民長(zhǎng)江 2024年13期
祁宏 武林 黃靜 湯淼 枚雪彬
摘要：為進(jìn)一步探究宜昌市復(fù)雜地形下下?lián)舯┝鞯男纬蓹C(jī)制，利用常規(guī)氣象觀測(cè)資料、區(qū)域站觀測(cè)資料、FY-4B衛(wèi)星資料和多普勒天氣雷達(dá)資料，對(duì)2023年8月22日湖北省宜昌市遠(yuǎn)安縣一次下?lián)舯┝鬟^(guò)程進(jìn)行分析。結(jié)果表明：① 此次下?lián)舯┝靼殡S著氣壓陡升、氣溫驟降、風(fēng)向突變、風(fēng)速驟增的現(xiàn)象，發(fā)生在高空冷槽后部偏北氣流控制下，垂直方向呈現(xiàn)“上冷下暖”的不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，中尺度地面輻合線、午后的加熱、冷空氣的侵入共同觸發(fā)了當(dāng)日的對(duì)流；② 中尺度對(duì)流云團(tuán)的發(fā)展、合并造成了遠(yuǎn)安縣此次強(qiáng)對(duì)流天氣，下?lián)舯┝鞯漠a(chǎn)生同時(shí)伴隨云體結(jié)構(gòu)快速坍塌及云頂溫度驟降的特征；③ 此次下?lián)舯┝黠@示以傳播方式觸發(fā)新生對(duì)流的多單體強(qiáng)風(fēng)暴特征，且出現(xiàn)深厚的中層徑向輻合、回波懸垂及有界弱回波特質(zhì)。差分反射率因子柱（Zdr柱）、差分相位常數(shù)（Kdp）缺值區(qū)等雙偏振參數(shù)特征對(duì)當(dāng)日對(duì)流天氣具有一定指示意義。
關(guān)鍵詞：下?lián)舯┝鳎?雙偏振參數(shù)； 中尺度分析； 氣象觀測(cè)； 宜昌市
中圖法分類號(hào)： P458.3
文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A
DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.S1.007
0引 言
下?lián)舯┝魇菍?duì)流發(fā)展成熟時(shí)產(chǎn)生的強(qiáng)下沉氣流，到達(dá)地面時(shí)便形成風(fēng)速達(dá)17.9 m/s（8級(jí)）以上的災(zāi)害性大風(fēng)，是一種突發(fā)性強(qiáng)、破壞性大的強(qiáng)對(duì)流天氣之一［1-2］。Fujita等［3］將下?lián)舯┝鞣譃槲⑾聯(lián)舯┝鳎ㄋ捷椛⒊叨刃∮? km，強(qiáng)陣風(fēng)持續(xù)時(shí)間為2～10 min）、宏下?lián)舯┝鳎ㄋ捷椛⒊叨却笥诘扔? km，強(qiáng)陣風(fēng)持續(xù)時(shí)間為5～20 min）。由于下?lián)舯┝鞔嬖谕话l(fā)性、局地性強(qiáng)、形成機(jī)理復(fù)雜等特征，加之實(shí)際業(yè)務(wù)中觀測(cè)資料精度不夠很難捕捉到其天氣過(guò)程中的中小尺度信息，因此下?lián)舯┝魈鞖忸A(yù)報(bào)預(yù)警是當(dāng)前短時(shí)臨近預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)的難點(diǎn)［4-5］。
下?lián)舯┝魍ǔ０殡S強(qiáng)烈降水，包括大風(fēng)和冰雹，近年來(lái)，不少氣象學(xué)者利用新一代天氣雷達(dá)數(shù)據(jù)對(duì)此類強(qiáng)對(duì)流天氣進(jìn)行了個(gè)例分析［2，5-6］。如夏羽等［1］對(duì)湖北省一次下?lián)舯┝鞔箫L(fēng)個(gè)例的研究表明，其發(fā)生前雷達(dá)回波呈現(xiàn)典型的脈沖風(fēng)暴特征，大風(fēng)主要發(fā)生在雷暴冷出流最強(qiáng)處。王艷春等［7］研究了2017年天津市一次下?lián)舯┝鞒梢?，認(rèn)為降水粒子的拖曳作用對(duì)兩次下?lián)舯┝鞔箫L(fēng)的發(fā)生均起到重要作用。吳福浪等［8］利用中尺度數(shù)值模式WRFV3.6模擬2017年7月12日寧波市的一次微下?lián)舯┝鬟^(guò)程，發(fā)現(xiàn)低層位渦擾動(dòng)加強(qiáng)了垂直運(yùn)動(dòng)，中低層位渦異常增大區(qū)與雷暴強(qiáng)降水區(qū)域有較好對(duì)應(yīng)關(guān)系。李曉榮［9］、陶嵐［10］等認(rèn)為脈沖風(fēng)暴在成熟坍塌時(shí)以下?lián)舯┝餍蝿?shì)造成強(qiáng)的輻散氣流，在地面形成冷池密度池與環(huán)境溫度產(chǎn)生的氣壓梯度力有利于加強(qiáng)大風(fēng)風(fēng)速。王一童等［11］研究了致災(zāi)大風(fēng)的超級(jí)單體回波特征，認(rèn)為一般單體和脈沖風(fēng)暴多產(chǎn)生單個(gè)下?lián)舯┝?，超?jí)單體風(fēng)暴可間歇性產(chǎn)生多個(gè)下?lián)舯┝?，多單體風(fēng)暴也可產(chǎn)生系列下?lián)舯┝鳌?/p>
2023年8月22日在宜昌市遠(yuǎn)安縣發(fā)生了一次下?lián)舯┝魇录?，造成的?zāi)害性大。本文通過(guò)常規(guī)的觀測(cè)資料、衛(wèi)星、雷達(dá)資料對(duì)此次下?lián)舯┝鞯拇髿猸h(huán)流背景及影響系統(tǒng)進(jìn)行分析，還利用多普勒雷達(dá)的雙偏振參量進(jìn)一步探究其發(fā)生發(fā)展機(jī)制，以期提升宜昌地區(qū)針對(duì)下?lián)舯┝髟斐傻臑?zāi)害性天氣的預(yù)報(bào)預(yù)警能力。
1實(shí)況特征
8月22日傍晚前后，宜昌市遠(yuǎn)安縣出現(xiàn)雷雨大風(fēng)、短時(shí)強(qiáng)降水、冰雹。據(jù)自動(dòng)站監(jiān)測(cè)顯示，最大小時(shí)雨量達(dá)42.7 mm（22日18：00～19：00），伴隨5～6級(jí)、局部11級(jí)陣風(fēng)，均出現(xiàn)在遠(yuǎn)安國(guó)家站，極大風(fēng)速為31.8 m/s（11級(jí)，22日18：54），具有持續(xù)時(shí)間短、極端性強(qiáng)、強(qiáng)降水及大風(fēng)落區(qū)集中、災(zāi)害天氣種類多的特點(diǎn)。
分析遠(yuǎn)安國(guó)家站逐5 min溫度、氣壓、雨量、平均風(fēng)速演變圖（圖1）發(fā)現(xiàn)，氣溫下降時(shí)間與風(fēng)速增加、風(fēng)向突變、氣壓增加的時(shí)間基本一致，略提前于降雨，氣溫最大變幅出現(xiàn)時(shí)間（18：35～18：40）明顯提前于氣壓和風(fēng)速增幅最大出現(xiàn)時(shí)間（18：50～18：57），遠(yuǎn)安站平均風(fēng)速在18：25～18：30由0.8 m/s升至6.7 m/s，風(fēng)向由偏南風(fēng)轉(zhuǎn)為東北風(fēng)，氣溫從34.7 ℃降至33.9 ℃。18：45升至13.5 m/s，風(fēng)向由東北風(fēng)轉(zhuǎn)為偏東風(fēng)，氣壓由986.3 hPa升至987.5 hPa，氣溫降至25.1 ℃，達(dá)到本次極端天氣氣溫降幅最大時(shí)段，同時(shí)遠(yuǎn)安站開(kāi)始出現(xiàn)降水并迅速增強(qiáng)，15 min降雨量12 mm，至18：54平均風(fēng)力迅速加強(qiáng)至22.1 m/s，風(fēng)向突變?yōu)楸憋L(fēng)，氣壓增速達(dá)到最大，18：55～18：57增幅1.7 hPa，維持10 min后，19：05逐漸減弱至12.5 m/s，風(fēng)向隨之轉(zhuǎn)為西南風(fēng)。
實(shí)況監(jiān)測(cè)到的遠(yuǎn)安國(guó)家站極大風(fēng)速顯示（圖略）：遠(yuǎn)安站極大風(fēng)速在18：25～18：30由3級(jí)升至5級(jí)，18：45升至8級(jí)風(fēng)（18.1 m/s），18：54時(shí)風(fēng)力迅速加強(qiáng)至31.8 m/s（11級(jí)），19：05逐漸減弱至20.6 m/s（8級(jí)）。在風(fēng)力最強(qiáng)時(shí)段，徐家莊站、徐家棚站、雷電站同步出現(xiàn)5～6級(jí)風(fēng)，且風(fēng)向均為偏北風(fēng)，持續(xù)時(shí)間大致15～20 min，伴隨短時(shí)強(qiáng)降水和冰雹，可判斷為一次下?lián)舯┝魇录?/p>
2成因分析
2.1環(huán)流背景分析
從8月22日08：00 500 hPa高空?qǐng)D（圖2）可以看到，高緯度地區(qū)為兩槽一脊，東部的高空冷槽維持在中國(guó)內(nèi)蒙古東部地區(qū)，中心強(qiáng)度561 gpm，副高主體南退至華南沿海一帶，大陸高壓位于川西高原地區(qū)，且溫度槽脊落后于高度槽脊，最大冷中心強(qiáng)度為-18 ℃。宜昌市處于高空冷槽后部西北氣流中，該氣流帶動(dòng)弱冷空氣南下。中低層均受偏北氣流控制，但700 hPa存在明顯的冷平流輸送，宜昌站12 h變溫為-3.2 ℃；850 hPa和925 hPa北風(fēng)減弱，宜昌地區(qū)處于暖區(qū)控制下，12 h變溫分別為0.4 ℃和1.9 ℃，宜昌站925 hPa的氣溫達(dá)26 ℃，呈現(xiàn)“上冷下暖”的垂直不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。此外，鄂西北存在一明顯的冷中心。
從地面圖（圖略）上分析，22日08：00宜昌受低壓后部均壓場(chǎng)控制，地面主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槠憋L(fēng)，宜昌市東部縣市低溫26～27 ℃（遠(yuǎn)安26 ℃）；午后氣溫迅速超過(guò)35 ℃，為對(duì)流的發(fā)生發(fā)展積累了大量的不穩(wěn)定能量。且宜昌市東部地區(qū)由北風(fēng)轉(zhuǎn)為偏南風(fēng)，時(shí)間持續(xù)至17：00左右，在上游襄陽(yáng)地區(qū)弱偏東北氣流的作用下，在該市北部形成了弱的中尺度輻合線（風(fēng)場(chǎng)輻合）（圖3），存在輻合抬升條件，同時(shí)帶動(dòng)鄂北弱冷空氣沿遠(yuǎn)安沮河河谷南下，觸發(fā)局地對(duì)流的發(fā)生發(fā)展。GPS可降水量（圖4）顯示宜昌市當(dāng)日可降水量在30～40 mm，17：00遠(yuǎn)安縣局部可降水量有所調(diào)強(qiáng)，與當(dāng)日強(qiáng)對(duì)流落區(qū)較為一致，但整體水汽條件較差，說(shuō)明當(dāng)日的對(duì)流類型可能是以雷暴大風(fēng)為主的天氣。
2.2垂直結(jié)構(gòu)分析
22日08：00宜昌站的探空?qǐng)D（圖5）顯示：近地面存在淺薄濕區(qū)，濕層厚度304.9 m，925 hPa以上為干層，低層逆溫明顯，利于能量的累積［12］。抬升凝結(jié)高度較低，但自由對(duì)流較高，層結(jié)曲線呈現(xiàn)向上開(kāi)口的喇叭口形狀，存在“上干冷，下暖濕”的特征，有利于雷雨大風(fēng)的發(fā)生。08：00宜昌站的對(duì)流有效位能（CAPE）為575 J/kg（用宜昌站14：00氣溫35 ℃訂正后，達(dá)到3 039.6 J/kg），說(shuō)明具有很強(qiáng)的對(duì)流潛在能量，K指數(shù)為29.6 ℃，850～500 hPa溫差25.3 ℃，層結(jié)較為不穩(wěn)定，較利于對(duì)流天氣發(fā)生；0～6 km的垂直風(fēng)切變5.2 m/s，垂直風(fēng)切弱，對(duì)流組織性較弱。
雖然此次極端天氣過(guò)程發(fā)生在22日18：00～19：00，但可以通過(guò)20：00的探空?qǐng)D定性分析當(dāng)日大氣層結(jié)的演變趨勢(shì)。此時(shí)環(huán)境中不存在逆溫，K指數(shù)高達(dá)40.9 ℃，SI指數(shù)為-2.77 ℃，不穩(wěn)定性和本地水汽條
件增強(qiáng)；垂直風(fēng)切變10.2 m/s，抬升指數(shù)由-2.6 ℃降低至-5.2 ℃（表1），抬升條件變好，本地比濕條件也略增強(qiáng)，發(fā)生對(duì)流的潛勢(shì)增強(qiáng)。且0 ℃濕球高度持續(xù)位于3～4 km高度，較有利于產(chǎn)生冰雹。
因此，在22日較有利的大尺度天氣背景條件下，午后的輻射增溫使對(duì)流潛在能量和大氣不穩(wěn)定性增強(qiáng)，在輻合條件較好的區(qū)域容易出現(xiàn)局地強(qiáng)對(duì)流天氣。而弱的環(huán)境風(fēng)垂直切變（08：00，0～6 km垂直風(fēng)切變?yōu)?.2 m/s），使得當(dāng)天的對(duì)流風(fēng)暴結(jié)構(gòu)較為松散。
3中尺度特征分析
3.1衛(wèi)星云圖分析
從高時(shí)空分辨率FY-4B氣象衛(wèi)星真彩云圖（圖6）的演變發(fā)現(xiàn)，β中尺度對(duì)流云團(tuán)的發(fā)展、合并造成了宜昌市此次強(qiáng)對(duì)流天氣，下?lián)舯┝鞯漠a(chǎn)生同時(shí)伴隨云體結(jié)構(gòu)快速坍塌及云頂溫度驟降的特征。
（1） 云團(tuán)初生。22日13：45在遠(yuǎn)安西縣側(cè)、北側(cè)、北部鄉(xiāng)鎮(zhèn)有3個(gè)孤立對(duì)流云團(tuán)A、B、C（圖6（a）），遠(yuǎn)安縣及周邊多分散性碎積云、濃積云、淡積云。14：30云團(tuán)A東移并于遠(yuǎn)安縣西側(cè)發(fā)展，B于遠(yuǎn)安縣外北側(cè)發(fā)展加強(qiáng)，C在遠(yuǎn)安縣內(nèi)河口鄉(xiāng)一帶發(fā)展（圖6（b））。15：00對(duì)流云A進(jìn)一步向南發(fā)展、B與C在遠(yuǎn)安河縣口鄉(xiāng)、洋坪鎮(zhèn)一帶合并為D（圖6（c）），造成該地區(qū)有27 mm/（10 min）降水。
（2） 云團(tuán)發(fā)展。15：00之后D與A合并為帶狀云團(tuán)D1（圖6（d）），對(duì)流系統(tǒng)緩慢南移，同時(shí)遠(yuǎn)安縣外北側(cè)不斷有新對(duì)流云團(tuán)生成并南下，15：45與D1合并為D2（圖6（e））。此后D2在遠(yuǎn)安縣東北部穩(wěn)定少動(dòng)（圖6（f）、（g））。直至18：00，D2分裂為河口鄉(xiāng)、洋坪鎮(zhèn)一帶D3，以及茅坪場(chǎng)鎮(zhèn)、鳴鳳鎮(zhèn)一帶D4（圖6（h））；18：15時(shí)D3保持穩(wěn)定，D4開(kāi)始有明顯發(fā)展，對(duì)流云頂高度增高（圖6（i）），18：30時(shí)D4出現(xiàn)明顯的“雙峰”結(jié)構(gòu)，左側(cè)對(duì)流云團(tuán)頂高度進(jìn)一步增高呈“窄高”結(jié)構(gòu)，D4右側(cè)對(duì)流云團(tuán)頂高度增高不明顯（圖6（j）），同時(shí)遠(yuǎn)安國(guó)家站監(jiān)測(cè)到9.1 m/s極大風(fēng)。從云相態(tài)監(jiān)測(cè)（圖7）可以看到，18：25時(shí)D4仍以暖水云和過(guò)冷水云為主，18：30開(kāi)始出現(xiàn)混合云和小面積冰云，18：35出現(xiàn)大面積冰云，此時(shí)對(duì)流云發(fā)展旺盛，云的相態(tài)發(fā)生變化，遠(yuǎn)安站降水強(qiáng)度開(kāi)始增加；18：45時(shí)D4“雙峰”同時(shí)坍塌，對(duì)流云團(tuán)頂高度降低（圖6（k）），遠(yuǎn)安國(guó)家站同步監(jiān)測(cè)到18.1 m/s極大風(fēng)，18：55云頂溫度（圖8）從18：30的-10 ℃左右逐步降低至以-30 ℃左右為主，此時(shí)遠(yuǎn)安國(guó)家站風(fēng)速達(dá)到31.8 m/s，19：00云頂溫度出現(xiàn)進(jìn)一步下降，出現(xiàn)條狀-50 ℃左右的云頂溫度帶，風(fēng)速維持不變，此時(shí)降水強(qiáng)度達(dá)7.2 mm/（5 min），為此次過(guò)程降水強(qiáng)度最大時(shí)段，隨著對(duì)流云D4緩慢東移，遠(yuǎn)安站風(fēng)速、降雨隨之減弱（圖6（l））。
3.2雷達(dá)回波特征分析
從8月22日不同時(shí)刻宜昌市雷達(dá)組合反射率因子、徑向速度圖及自西南向東北對(duì)強(qiáng)回波中心作的剖面圖（圖9～12）可以看到，22日午后，宜昌市北部地面風(fēng)場(chǎng)輻合較好的區(qū)域開(kāi)始不斷有分散的多單體風(fēng)暴生成。17：09（圖略），觀測(cè)到遠(yuǎn)安市北部茅坪場(chǎng)鎮(zhèn)（單體A）和當(dāng)陽(yáng)市育溪鎮(zhèn)北部（單體B）有孤立回波生成并發(fā)展。17：26，單體A、B在本地加強(qiáng)發(fā)展，最大反射率因子均超過(guò)50 dBz，單體B中心組合反射率54 dBz，回波中心高度為6 km左右，回波頂高7.9 km。17：31，單體B組合最大反射率因子為56 dBz，中心高度下降至3.3 km左右，隨后單體B回波迅速減弱消散，整個(gè)過(guò)程強(qiáng)回波維持僅3個(gè)體掃，回波中心快速下降產(chǎn)生下沉氣流，有利于地面產(chǎn)生大風(fēng)。從徑向速度上看，33°仰角以下均為較為一致的偏北風(fēng)，0.5°仰角回波雖受地形遮擋明顯，但強(qiáng)回波中心對(duì)應(yīng)位置依舊出現(xiàn)5～10 m/s的東北風(fēng)，單體B沿環(huán)境風(fēng)的雷暴冷出流使得單體A沿東南方向進(jìn)一步發(fā)展增強(qiáng)。17：48，單體A回波質(zhì)心向上發(fā)展至4～6 km，中心組合反射率因子為58 dBz，中心高度位于3.8 km左右，回波頂高7.1 km，結(jié)構(gòu)緊實(shí)。在1.5°徑向速度圖上也可以看到中層徑向輻合，雖強(qiáng)回波中心無(wú)地面監(jiān)測(cè)站點(diǎn)，但可以推測(cè)是以大風(fēng)為主的對(duì)流風(fēng)暴，且兩個(gè)對(duì)流單體（A、B）都造成了較強(qiáng)的冷出流及地。
18：05，雷暴冷出流在環(huán)境風(fēng)引導(dǎo)下于遠(yuǎn)安縣茅坪場(chǎng)鎮(zhèn)南部觸發(fā)新的對(duì)流單體（單體C），沿遠(yuǎn)安縣沮河河谷在鳴鳳鎮(zhèn)加強(qiáng)，隨著單體C的發(fā)展，其回波向上向下同時(shí)增長(zhǎng)。隨著上升氣流的加強(qiáng)，單體快速發(fā)展，垂直累積液態(tài)含水量（VIL）快速升高。18：27，最大回波強(qiáng)度達(dá)63 dBz（圖10（a）），反射率因子大值區(qū)靠近入流一側(cè)，質(zhì)心位于5～7 km，45 dBz強(qiáng)回波伸展至12 km以上（圖11（a）），結(jié)構(gòu)緊實(shí)，在垂直方向上無(wú)明顯傾斜結(jié)構(gòu)。從徑向速度的垂直剖面看到，10 km以上出現(xiàn)強(qiáng)的風(fēng)場(chǎng)輻散特征（圖12（a）），有利于低層輻合，使得中低層垂直運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，此時(shí)垂直累積液態(tài)含水量達(dá)52 kg/m2，強(qiáng)回波沿西南方向傳播（圖略）。18：33，回波整體有所減弱，回波質(zhì)心下沉至5 km左右（圖11（b）），遠(yuǎn)安國(guó)家站和遠(yuǎn)安縣曉秦站出現(xiàn)風(fēng)場(chǎng)輻散的特征，且伴隨遠(yuǎn)安國(guó)家站的風(fēng)力增大。18：38，強(qiáng)回波中心進(jìn)一步減弱，低層的反射率因子在前側(cè)入流方向出現(xiàn)較明顯的梯度和弱回波區(qū)（圖11（c）），從徑向速度剖面可以看到明顯的高層輻散、中低層輻合結(jié)構(gòu)（圖12（c））。18：44～18：49，垂直累積液態(tài)含水量由58 kg/m2迅速降至43 kg/m2（圖略），18：50～18：55，前側(cè)入流方向風(fēng)暴強(qiáng)度持續(xù)發(fā)展，最大反射率因子維持在60 dBz以上（圖10（e）（f）），反射率因子剖面出現(xiàn)明顯的回波懸垂和有界弱回波區(qū)特征（圖11（e）），5 km以下后側(cè)出流方向出現(xiàn)較大范圍的大風(fēng)中心（圖12（d）（e）），在2～7 km維持深厚的中層徑向輻合特征，5 km左右上為最大正負(fù)速度中心，輻合強(qiáng)度達(dá)20 m/s（圖12（e）），有利于地面大風(fēng)進(jìn)一步發(fā)展，期間遠(yuǎn)安國(guó)家站監(jiān)測(cè)到冰雹，短時(shí)強(qiáng)降水和31.8 m/s（11級(jí)）極端大風(fēng)。19：01，強(qiáng)回波迅速減弱，反射率因子核心下降至2.7 km，此時(shí)極大風(fēng)速降低至20.6 m/s（8級(jí)），過(guò)程趨于減弱，直至消散。整個(gè)過(guò)程受地形阻擋作用，0.5°仰角的徑向速度場(chǎng)在低層未見(jiàn)強(qiáng)下沉氣流的輻散區(qū)，但其它的雷達(dá)特征均可證明遠(yuǎn)安國(guó)家站出現(xiàn)11級(jí)的極端大風(fēng)，屬于弱的垂直風(fēng)切變下，結(jié)構(gòu)較為松散的多單體強(qiáng)風(fēng)暴引起的下?lián)舯┝鳌?/p>
綜上所述，此次大風(fēng)的形成主要是因?yàn)檫h(yuǎn)安縣北部的中尺度地面輻合線、午后的加熱、冷空氣的侵入共同觸發(fā)對(duì)流單體A、B的生成和發(fā)展。而對(duì)流單體A、B崩塌及地，較強(qiáng)的輻散氣流在地面形成相對(duì)較冷中心，其冷出流在環(huán)境風(fēng)的引導(dǎo)下在鳴鳳鎮(zhèn)觸發(fā)新的對(duì)流，此時(shí)該地氣溫34 ℃，熱力條件明顯增強(qiáng)，回波在進(jìn)入沮河河谷地帶時(shí)受到地面中尺度輻合線的動(dòng)力作用和下墊面的熱力作用共同影響明顯加強(qiáng)，造成遠(yuǎn)安國(guó)家站出現(xiàn)11級(jí)大風(fēng)、短時(shí)強(qiáng)降水和冰雹天氣。
3.3雙偏振參量特征分析
進(jìn)一步利用多普勒天氣雷達(dá)的雙偏振參量如差分反射率因子（Zdr）、差分相位常數(shù)（Kdp）對(duì)此次降水粒子進(jìn)行分析。其中Zdr是雷達(dá)取樣體積內(nèi)所有粒子以反射率因子為權(quán)重的形狀的度量，與產(chǎn)生后向散射的水凝物粒子的形狀、密度和成分構(gòu)成（影響介電常數(shù)）有關(guān)，而與水凝物數(shù)密度無(wú)關(guān)；差分相位常數(shù)Kdp的大小主要由液態(tài)含水量決定，固態(tài)降水粒子的Kdp很小，在混合態(tài)降水粒子中，Kdp主要由液態(tài)降水粒子貢獻(xiàn)［13-14］；Zdr柱和Kdp柱是強(qiáng)對(duì)流云體內(nèi)普遍存在的動(dòng)力特征［15］。強(qiáng)風(fēng)暴在零度層高度以上通常會(huì)出現(xiàn)Zdr柱和Kdp柱，Zdr柱對(duì)應(yīng)強(qiáng)上升氣流區(qū)，且Zdr柱高度與上升氣流呈正相關(guān)關(guān)系［16-17］。
8月22日18：30～19：00遠(yuǎn)安國(guó)家站監(jiān)測(cè)到大風(fēng)、短時(shí)強(qiáng)降水和冰雹，從圖13可以看出，18：33，在A處4 km即當(dāng)日濕球零度層高度以上存在Zdr柱，與反射率因子梯度大值區(qū)對(duì)應(yīng)，說(shuō)明A處為風(fēng)暴的強(qiáng)上升氣流區(qū)，有利于生成濕球零度層之上的干冰雹［6，11］。沿著強(qiáng)回波中心自西南向東北方向作Kdp和Zdr的剖面得到圖14、15，發(fā)現(xiàn)在4 km以下的Zdr值為2～4 dB，對(duì)應(yīng)Kdp值大于2的區(qū)域。雨滴尺寸越大，Zdr值越大，說(shuō)明此刻對(duì)流單體聚集了大直徑雨滴，有利于短時(shí)強(qiáng)降水的發(fā)生，而融化的濕雹也可引起這兩個(gè)參數(shù)的異常增大。遠(yuǎn)離雷達(dá)方向的B處在5～10 km高度上也出現(xiàn)了接近5 dB的大值區(qū)（圖14），高度最高接近10 km，對(duì)應(yīng)KDP柱的缺值區(qū)（圖15），這往往表征此處存在三體散射的可能性較大。在實(shí)際預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中及時(shí)關(guān)注雙偏振參量的特征，可以提前約10 min監(jiān)測(cè)到要素變化，可為強(qiáng)對(duì)流監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)預(yù)警提供一定的參考。
另選取4.3°仰角，對(duì)應(yīng)高度為3～4 km Kdp隨時(shí)間演變特征分析，發(fā)現(xiàn)在強(qiáng)回波發(fā)展過(guò)程中，Kdp大值區(qū)域在融化層以下迅速下降并且增加（圖16），表明冰相粒子在融化層下迅速融化，而雨滴蒸發(fā)、冰雹融化及冰雹融化后的蒸發(fā)等復(fù)雜水凝物粒子相變導(dǎo)致的負(fù)浮力產(chǎn)生對(duì)濕下?lián)舯┝骷暗丶岸虝r(shí)強(qiáng)降水有比較好的指示意義［2，18-19］。
4結(jié)論與思考
本文對(duì)2023年8月22日宜昌遠(yuǎn)安縣一次下?lián)舯┝鞯谋尘俺梢蚣爸谐叨忍卣鬟M(jìn)行分析，得出以下結(jié)論：
（1） 本次極端天氣過(guò)程是一次高空冷槽背景下，處于弱的垂直風(fēng)切變中，由結(jié)構(gòu)較為分散的多單體強(qiáng)風(fēng)暴產(chǎn)生的下?lián)舯┝鬟^(guò)程，午后的輻射增溫使對(duì)流潛在能量和大氣不穩(wěn)定性增強(qiáng)，地面弱冷空氣的侵入促使宜昌市北部輻合條件較好的地方不穩(wěn)定能量發(fā)生釋放，造成遠(yuǎn)安局部的雷暴天氣。
（2） 中尺度對(duì)流云團(tuán)的發(fā)展、合并造成了遠(yuǎn)安縣此次強(qiáng)對(duì)流天氣，下?lián)舯┝鞯漠a(chǎn)生同時(shí)伴隨云體結(jié)構(gòu)快速坍塌及云頂溫度驟降的特征。
（3） 下?lián)舯┝黠@示以傳播方式觸發(fā)新生對(duì)流的多單體強(qiáng)風(fēng)暴特征，且出現(xiàn)深厚的中層徑向輻合、回波懸垂及有界弱回波區(qū)特質(zhì)。
（4） 差分反射率因子（Zdr）、差分相位常數(shù)（Kdp）在垂直方向分別出現(xiàn)了Zdr柱、Kdp缺值區(qū)，三體散射等，因此當(dāng)日遠(yuǎn)安在大風(fēng)出現(xiàn)的同時(shí)伴隨短時(shí)強(qiáng)降水和冰雹，且存在強(qiáng)的上升氣流。而雙偏振參數(shù)（Zdr、Kdp等）的應(yīng)用對(duì)強(qiáng)對(duì)流天氣的預(yù)報(bào)具有一定指示意義。
通過(guò)對(duì)此次雷暴過(guò)程的分析，在對(duì)處于弱垂直風(fēng)切變中的多單體雷暴進(jìn)行分析時(shí)，在關(guān)注大的天氣形勢(shì)、對(duì)流不穩(wěn)定條件和水汽條件的同時(shí)還應(yīng)關(guān)注低層的中尺度輻合區(qū)及它們與雷暴強(qiáng)出流的相互作用，加強(qiáng)多普勒天氣雷達(dá)產(chǎn)品的應(yīng)用，提高臨近預(yù)報(bào)預(yù)警的準(zhǔn)確性和預(yù)報(bào)時(shí)效。
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（編輯：劉 媛）
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祁宏 武林 黃靜 湯淼 枚雪彬
摘要：為進(jìn)一步探究宜昌市復(fù)雜地形下下?lián)舯┝鞯男纬蓹C(jī)制，利用常規(guī)氣象觀測(cè)資料、區(qū)域站觀測(cè)資料、FY-4B衛(wèi)星資料和多普勒天氣雷達(dá)資料，對(duì)2023年8月22日湖北省宜昌市遠(yuǎn)安縣一次下?lián)舯┝鬟^(guò)程進(jìn)行分析。結(jié)果表明：① 此次下?lián)舯┝靼殡S著氣壓陡升、氣溫驟降、風(fēng)向突變、風(fēng)速驟增的現(xiàn)象，發(fā)生在高空冷槽后部偏北氣流控制下，垂直方向呈現(xiàn)“上冷下暖”的不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，中尺度地面輻合線、午后的加熱、冷空氣的侵入共同觸發(fā)了當(dāng)日的對(duì)流；② 中尺度對(duì)流云團(tuán)的發(fā)展、合并造成了遠(yuǎn)安縣此次強(qiáng)對(duì)流天氣，下?lián)舯┝鞯漠a(chǎn)生同時(shí)伴隨云體結(jié)構(gòu)快速坍塌及云頂溫度驟降的特征；③ 此次下?lián)舯┝黠@示以傳播方式觸發(fā)新生對(duì)流的多單體強(qiáng)風(fēng)暴特征，且出現(xiàn)深厚的中層徑向輻合、回波懸垂及有界弱回波特質(zhì)。差分反射率因子柱（Zdr柱）、差分相位常數(shù)（Kdp）缺值區(qū)等雙偏振參數(shù)特征對(duì)當(dāng)日對(duì)流天氣具有一定指示意義。
關(guān)鍵詞：下?lián)舯┝鳎?雙偏振參數(shù)； 中尺度分析； 氣象觀測(cè)； 宜昌市
中圖法分類號(hào)： P458.3
文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A
DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.S1.007
0引 言
下?lián)舯┝魇菍?duì)流發(fā)展成熟時(shí)產(chǎn)生的強(qiáng)下沉氣流，到達(dá)地面時(shí)便形成風(fēng)速達(dá)17.9 m/s（8級(jí)）以上的災(zāi)害性大風(fēng)，是一種突發(fā)性強(qiáng)、破壞性大的強(qiáng)對(duì)流天氣之一［1-2］。Fujita等［3］將下?lián)舯┝鞣譃槲⑾聯(lián)舯┝鳎ㄋ捷椛⒊叨刃∮? km，強(qiáng)陣風(fēng)持續(xù)時(shí)間為2～10 min）、宏下?lián)舯┝鳎ㄋ捷椛⒊叨却笥诘扔? km，強(qiáng)陣風(fēng)持續(xù)時(shí)間為5～20 min）。由于下?lián)舯┝鞔嬖谕话l(fā)性、局地性強(qiáng)、形成機(jī)理復(fù)雜等特征，加之實(shí)際業(yè)務(wù)中觀測(cè)資料精度不夠很難捕捉到其天氣過(guò)程中的中小尺度信息，因此下?lián)舯┝魈鞖忸A(yù)報(bào)預(yù)警是當(dāng)前短時(shí)臨近預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)的難點(diǎn)［4-5］。
下?lián)舯┝魍ǔ０殡S強(qiáng)烈降水，包括大風(fēng)和冰雹，近年來(lái)，不少氣象學(xué)者利用新一代天氣雷達(dá)數(shù)據(jù)對(duì)此類強(qiáng)對(duì)流天氣進(jìn)行了個(gè)例分析［2，5-6］。如夏羽等［1］對(duì)湖北省一次下?lián)舯┝鞔箫L(fēng)個(gè)例的研究表明，其發(fā)生前雷達(dá)回波呈現(xiàn)典型的脈沖風(fēng)暴特征，大風(fēng)主要發(fā)生在雷暴冷出流最強(qiáng)處。王艷春等［7］研究了2017年天津市一次下?lián)舯┝鞒梢?，認(rèn)為降水粒子的拖曳作用對(duì)兩次下?lián)舯┝鞔箫L(fēng)的發(fā)生均起到重要作用。吳福浪等［8］利用中尺度數(shù)值模式WRFV3.6模擬2017年7月12日寧波市的一次微下?lián)舯┝鬟^(guò)程，發(fā)現(xiàn)低層位渦擾動(dòng)加強(qiáng)了垂直運(yùn)動(dòng)，中低層位渦異常增大區(qū)與雷暴強(qiáng)降水區(qū)域有較好對(duì)應(yīng)關(guān)系。李曉榮［9］、陶嵐［10］等認(rèn)為脈沖風(fēng)暴在成熟坍塌時(shí)以下?lián)舯┝餍蝿?shì)造成強(qiáng)的輻散氣流，在地面形成冷池密度池與環(huán)境溫度產(chǎn)生的氣壓梯度力有利于加強(qiáng)大風(fēng)風(fēng)速。王一童等［11］研究了致災(zāi)大風(fēng)的超級(jí)單體回波特征，認(rèn)為一般單體和脈沖風(fēng)暴多產(chǎn)生單個(gè)下?lián)舯┝?，超?jí)單體風(fēng)暴可間歇性產(chǎn)生多個(gè)下?lián)舯┝?，多單體風(fēng)暴也可產(chǎn)生系列下?lián)舯┝鳌?/p>
2023年8月22日在宜昌市遠(yuǎn)安縣發(fā)生了一次下?lián)舯┝魇录?，造成的?zāi)害性大。本文通過(guò)常規(guī)的觀測(cè)資料、衛(wèi)星、雷達(dá)資料對(duì)此次下?lián)舯┝鞯拇髿猸h(huán)流背景及影響系統(tǒng)進(jìn)行分析，還利用多普勒雷達(dá)的雙偏振參量進(jìn)一步探究其發(fā)生發(fā)展機(jī)制，以期提升宜昌地區(qū)針對(duì)下?lián)舯┝髟斐傻臑?zāi)害性天氣的預(yù)報(bào)預(yù)警能力。
1實(shí)況特征
8月22日傍晚前后，宜昌市遠(yuǎn)安縣出現(xiàn)雷雨大風(fēng)、短時(shí)強(qiáng)降水、冰雹。據(jù)自動(dòng)站監(jiān)測(cè)顯示，最大小時(shí)雨量達(dá)42.7 mm（22日18：00～19：00），伴隨5～6級(jí)、局部11級(jí)陣風(fēng)，均出現(xiàn)在遠(yuǎn)安國(guó)家站，極大風(fēng)速為31.8 m/s（11級(jí)，22日18：54），具有持續(xù)時(shí)間短、極端性強(qiáng)、強(qiáng)降水及大風(fēng)落區(qū)集中、災(zāi)害天氣種類多的特點(diǎn)。
分析遠(yuǎn)安國(guó)家站逐5 min溫度、氣壓、雨量、平均風(fēng)速演變圖（圖1）發(fā)現(xiàn)，氣溫下降時(shí)間與風(fēng)速增加、風(fēng)向突變、氣壓增加的時(shí)間基本一致，略提前于降雨，氣溫最大變幅出現(xiàn)時(shí)間（18：35～18：40）明顯提前于氣壓和風(fēng)速增幅最大出現(xiàn)時(shí)間（18：50～18：57），遠(yuǎn)安站平均風(fēng)速在18：25～18：30由0.8 m/s升至6.7 m/s，風(fēng)向由偏南風(fēng)轉(zhuǎn)為東北風(fēng)，氣溫從34.7 ℃降至33.9 ℃。18：45升至13.5 m/s，風(fēng)向由東北風(fēng)轉(zhuǎn)為偏東風(fēng)，氣壓由986.3 hPa升至987.5 hPa，氣溫降至25.1 ℃，達(dá)到本次極端天氣氣溫降幅最大時(shí)段，同時(shí)遠(yuǎn)安站開(kāi)始出現(xiàn)降水并迅速增強(qiáng)，15 min降雨量12 mm，至18：54平均風(fēng)力迅速加強(qiáng)至22.1 m/s，風(fēng)向突變?yōu)楸憋L(fēng)，氣壓增速達(dá)到最大，18：55～18：57增幅1.7 hPa，維持10 min后，19：05逐漸減弱至12.5 m/s，風(fēng)向隨之轉(zhuǎn)為西南風(fēng)。
實(shí)況監(jiān)測(cè)到的遠(yuǎn)安國(guó)家站極大風(fēng)速顯示（圖略）：遠(yuǎn)安站極大風(fēng)速在18：25～18：30由3級(jí)升至5級(jí)，18：45升至8級(jí)風(fēng)（18.1 m/s），18：54時(shí)風(fēng)力迅速加強(qiáng)至31.8 m/s（11級(jí)），19：05逐漸減弱至20.6 m/s（8級(jí)）。在風(fēng)力最強(qiáng)時(shí)段，徐家莊站、徐家棚站、雷電站同步出現(xiàn)5～6級(jí)風(fēng)，且風(fēng)向均為偏北風(fēng)，持續(xù)時(shí)間大致15～20 min，伴隨短時(shí)強(qiáng)降水和冰雹，可判斷為一次下?lián)舯┝魇录?/p>
2成因分析
2.1環(huán)流背景分析
從8月22日08：00 500 hPa高空?qǐng)D（圖2）可以看到，高緯度地區(qū)為兩槽一脊，東部的高空冷槽維持在中國(guó)內(nèi)蒙古東部地區(qū)，中心強(qiáng)度561 gpm，副高主體南退至華南沿海一帶，大陸高壓位于川西高原地區(qū)，且溫度槽脊落后于高度槽脊，最大冷中心強(qiáng)度為-18 ℃。宜昌市處于高空冷槽后部西北氣流中，該氣流帶動(dòng)弱冷空氣南下。中低層均受偏北氣流控制，但700 hPa存在明顯的冷平流輸送，宜昌站12 h變溫為-3.2 ℃；850 hPa和925 hPa北風(fēng)減弱，宜昌地區(qū)處于暖區(qū)控制下，12 h變溫分別為0.4 ℃和1.9 ℃，宜昌站925 hPa的氣溫達(dá)26 ℃，呈現(xiàn)“上冷下暖”的垂直不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。此外，鄂西北存在一明顯的冷中心。
從地面圖（圖略）上分析，22日08：00宜昌受低壓后部均壓場(chǎng)控制，地面主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槠憋L(fēng)，宜昌市東部縣市低溫26～27 ℃（遠(yuǎn)安26 ℃）；午后氣溫迅速超過(guò)35 ℃，為對(duì)流的發(fā)生發(fā)展積累了大量的不穩(wěn)定能量。且宜昌市東部地區(qū)由北風(fēng)轉(zhuǎn)為偏南風(fēng)，時(shí)間持續(xù)至17：00左右，在上游襄陽(yáng)地區(qū)弱偏東北氣流的作用下，在該市北部形成了弱的中尺度輻合線（風(fēng)場(chǎng)輻合）（圖3），存在輻合抬升條件，同時(shí)帶動(dòng)鄂北弱冷空氣沿遠(yuǎn)安沮河河谷南下，觸發(fā)局地對(duì)流的發(fā)生發(fā)展。GPS可降水量（圖4）顯示宜昌市當(dāng)日可降水量在30～40 mm，17：00遠(yuǎn)安縣局部可降水量有所調(diào)強(qiáng)，與當(dāng)日強(qiáng)對(duì)流落區(qū)較為一致，但整體水汽條件較差，說(shuō)明當(dāng)日的對(duì)流類型可能是以雷暴大風(fēng)為主的天氣。
2.2垂直結(jié)構(gòu)分析
22日08：00宜昌站的探空?qǐng)D（圖5）顯示：近地面存在淺薄濕區(qū)，濕層厚度304.9 m，925 hPa以上為干層，低層逆溫明顯，利于能量的累積［12］。抬升凝結(jié)高度較低，但自由對(duì)流較高，層結(jié)曲線呈現(xiàn)向上開(kāi)口的喇叭口形狀，存在“上干冷，下暖濕”的特征，有利于雷雨大風(fēng)的發(fā)生。08：00宜昌站的對(duì)流有效位能（CAPE）為575 J/kg（用宜昌站14：00氣溫35 ℃訂正后，達(dá)到3 039.6 J/kg），說(shuō)明具有很強(qiáng)的對(duì)流潛在能量，K指數(shù)為29.6 ℃，850～500 hPa溫差25.3 ℃，層結(jié)較為不穩(wěn)定，較利于對(duì)流天氣發(fā)生；0～6 km的垂直風(fēng)切變5.2 m/s，垂直風(fēng)切弱，對(duì)流組織性較弱。
雖然此次極端天氣過(guò)程發(fā)生在22日18：00～19：00，但可以通過(guò)20：00的探空?qǐng)D定性分析當(dāng)日大氣層結(jié)的演變趨勢(shì)。此時(shí)環(huán)境中不存在逆溫，K指數(shù)高達(dá)40.9 ℃，SI指數(shù)為-2.77 ℃，不穩(wěn)定性和本地水汽條
件增強(qiáng)；垂直風(fēng)切變10.2 m/s，抬升指數(shù)由-2.6 ℃降低至-5.2 ℃（表1），抬升條件變好，本地比濕條件也略增強(qiáng)，發(fā)生對(duì)流的潛勢(shì)增強(qiáng)。且0 ℃濕球高度持續(xù)位于3～4 km高度，較有利于產(chǎn)生冰雹。
因此，在22日較有利的大尺度天氣背景條件下，午后的輻射增溫使對(duì)流潛在能量和大氣不穩(wěn)定性增強(qiáng)，在輻合條件較好的區(qū)域容易出現(xiàn)局地強(qiáng)對(duì)流天氣。而弱的環(huán)境風(fēng)垂直切變（08：00，0～6 km垂直風(fēng)切變?yōu)?.2 m/s），使得當(dāng)天的對(duì)流風(fēng)暴結(jié)構(gòu)較為松散。
3中尺度特征分析
3.1衛(wèi)星云圖分析
從高時(shí)空分辨率FY-4B氣象衛(wèi)星真彩云圖（圖6）的演變發(fā)現(xiàn)，β中尺度對(duì)流云團(tuán)的發(fā)展、合并造成了宜昌市此次強(qiáng)對(duì)流天氣，下?lián)舯┝鞯漠a(chǎn)生同時(shí)伴隨云體結(jié)構(gòu)快速坍塌及云頂溫度驟降的特征。
（1） 云團(tuán)初生。22日13：45在遠(yuǎn)安西縣側(cè)、北側(cè)、北部鄉(xiāng)鎮(zhèn)有3個(gè)孤立對(duì)流云團(tuán)A、B、C（圖6（a）），遠(yuǎn)安縣及周邊多分散性碎積云、濃積云、淡積云。14：30云團(tuán)A東移并于遠(yuǎn)安縣西側(cè)發(fā)展，B于遠(yuǎn)安縣外北側(cè)發(fā)展加強(qiáng)，C在遠(yuǎn)安縣內(nèi)河口鄉(xiāng)一帶發(fā)展（圖6（b））。15：00對(duì)流云A進(jìn)一步向南發(fā)展、B與C在遠(yuǎn)安河縣口鄉(xiāng)、洋坪鎮(zhèn)一帶合并為D（圖6（c）），造成該地區(qū)有27 mm/（10 min）降水。
（2） 云團(tuán)發(fā)展。15：00之后D與A合并為帶狀云團(tuán)D1（圖6（d）），對(duì)流系統(tǒng)緩慢南移，同時(shí)遠(yuǎn)安縣外北側(cè)不斷有新對(duì)流云團(tuán)生成并南下，15：45與D1合并為D2（圖6（e））。此后D2在遠(yuǎn)安縣東北部穩(wěn)定少動(dòng)（圖6（f）、（g））。直至18：00，D2分裂為河口鄉(xiāng)、洋坪鎮(zhèn)一帶D3，以及茅坪場(chǎng)鎮(zhèn)、鳴鳳鎮(zhèn)一帶D4（圖6（h））；18：15時(shí)D3保持穩(wěn)定，D4開(kāi)始有明顯發(fā)展，對(duì)流云頂高度增高（圖6（i）），18：30時(shí)D4出現(xiàn)明顯的“雙峰”結(jié)構(gòu)，左側(cè)對(duì)流云團(tuán)頂高度進(jìn)一步增高呈“窄高”結(jié)構(gòu)，D4右側(cè)對(duì)流云團(tuán)頂高度增高不明顯（圖6（j）），同時(shí)遠(yuǎn)安國(guó)家站監(jiān)測(cè)到9.1 m/s極大風(fēng)。從云相態(tài)監(jiān)測(cè)（圖7）可以看到，18：25時(shí)D4仍以暖水云和過(guò)冷水云為主，18：30開(kāi)始出現(xiàn)混合云和小面積冰云，18：35出現(xiàn)大面積冰云，此時(shí)對(duì)流云發(fā)展旺盛，云的相態(tài)發(fā)生變化，遠(yuǎn)安站降水強(qiáng)度開(kāi)始增加；18：45時(shí)D4“雙峰”同時(shí)坍塌，對(duì)流云團(tuán)頂高度降低（圖6（k）），遠(yuǎn)安國(guó)家站同步監(jiān)測(cè)到18.1 m/s極大風(fēng)，18：55云頂溫度（圖8）從18：30的-10 ℃左右逐步降低至以-30 ℃左右為主，此時(shí)遠(yuǎn)安國(guó)家站風(fēng)速達(dá)到31.8 m/s，19：00云頂溫度出現(xiàn)進(jìn)一步下降，出現(xiàn)條狀-50 ℃左右的云頂溫度帶，風(fēng)速維持不變，此時(shí)降水強(qiáng)度達(dá)7.2 mm/（5 min），為此次過(guò)程降水強(qiáng)度最大時(shí)段，隨著對(duì)流云D4緩慢東移，遠(yuǎn)安站風(fēng)速、降雨隨之減弱（圖6（l））。
3.2雷達(dá)回波特征分析
從8月22日不同時(shí)刻宜昌市雷達(dá)組合反射率因子、徑向速度圖及自西南向東北對(duì)強(qiáng)回波中心作的剖面圖（圖9～12）可以看到，22日午后，宜昌市北部地面風(fēng)場(chǎng)輻合較好的區(qū)域開(kāi)始不斷有分散的多單體風(fēng)暴生成。17：09（圖略），觀測(cè)到遠(yuǎn)安市北部茅坪場(chǎng)鎮(zhèn)（單體A）和當(dāng)陽(yáng)市育溪鎮(zhèn)北部（單體B）有孤立回波生成并發(fā)展。17：26，單體A、B在本地加強(qiáng)發(fā)展，最大反射率因子均超過(guò)50 dBz，單體B中心組合反射率54 dBz，回波中心高度為6 km左右，回波頂高7.9 km。17：31，單體B組合最大反射率因子為56 dBz，中心高度下降至3.3 km左右，隨后單體B回波迅速減弱消散，整個(gè)過(guò)程強(qiáng)回波維持僅3個(gè)體掃，回波中心快速下降產(chǎn)生下沉氣流，有利于地面產(chǎn)生大風(fēng)。從徑向速度上看，33°仰角以下均為較為一致的偏北風(fēng)，0.5°仰角回波雖受地形遮擋明顯，但強(qiáng)回波中心對(duì)應(yīng)位置依舊出現(xiàn)5～10 m/s的東北風(fēng)，單體B沿環(huán)境風(fēng)的雷暴冷出流使得單體A沿東南方向進(jìn)一步發(fā)展增強(qiáng)。17：48，單體A回波質(zhì)心向上發(fā)展至4～6 km，中心組合反射率因子為58 dBz，中心高度位于3.8 km左右，回波頂高7.1 km，結(jié)構(gòu)緊實(shí)。在1.5°徑向速度圖上也可以看到中層徑向輻合，雖強(qiáng)回波中心無(wú)地面監(jiān)測(cè)站點(diǎn)，但可以推測(cè)是以大風(fēng)為主的對(duì)流風(fēng)暴，且兩個(gè)對(duì)流單體（A、B）都造成了較強(qiáng)的冷出流及地。
18：05，雷暴冷出流在環(huán)境風(fēng)引導(dǎo)下于遠(yuǎn)安縣茅坪場(chǎng)鎮(zhèn)南部觸發(fā)新的對(duì)流單體（單體C），沿遠(yuǎn)安縣沮河河谷在鳴鳳鎮(zhèn)加強(qiáng)，隨著單體C的發(fā)展，其回波向上向下同時(shí)增長(zhǎng)。隨著上升氣流的加強(qiáng)，單體快速發(fā)展，垂直累積液態(tài)含水量（VIL）快速升高。18：27，最大回波強(qiáng)度達(dá)63 dBz（圖10（a）），反射率因子大值區(qū)靠近入流一側(cè)，質(zhì)心位于5～7 km，45 dBz強(qiáng)回波伸展至12 km以上（圖11（a）），結(jié)構(gòu)緊實(shí)，在垂直方向上無(wú)明顯傾斜結(jié)構(gòu)。從徑向速度的垂直剖面看到，10 km以上出現(xiàn)強(qiáng)的風(fēng)場(chǎng)輻散特征（圖12（a）），有利于低層輻合，使得中低層垂直運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，此時(shí)垂直累積液態(tài)含水量達(dá)52 kg/m2，強(qiáng)回波沿西南方向傳播（圖略）。18：33，回波整體有所減弱，回波質(zhì)心下沉至5 km左右（圖11（b）），遠(yuǎn)安國(guó)家站和遠(yuǎn)安縣曉秦站出現(xiàn)風(fēng)場(chǎng)輻散的特征，且伴隨遠(yuǎn)安國(guó)家站的風(fēng)力增大。18：38，強(qiáng)回波中心進(jìn)一步減弱，低層的反射率因子在前側(cè)入流方向出現(xiàn)較明顯的梯度和弱回波區(qū)（圖11（c）），從徑向速度剖面可以看到明顯的高層輻散、中低層輻合結(jié)構(gòu)（圖12（c））。18：44～18：49，垂直累積液態(tài)含水量由58 kg/m2迅速降至43 kg/m2（圖略），18：50～18：55，前側(cè)入流方向風(fēng)暴強(qiáng)度持續(xù)發(fā)展，最大反射率因子維持在60 dBz以上（圖10（e）（f）），反射率因子剖面出現(xiàn)明顯的回波懸垂和有界弱回波區(qū)特征（圖11（e）），5 km以下后側(cè)出流方向出現(xiàn)較大范圍的大風(fēng)中心（圖12（d）（e）），在2～7 km維持深厚的中層徑向輻合特征，5 km左右上為最大正負(fù)速度中心，輻合強(qiáng)度達(dá)20 m/s（圖12（e）），有利于地面大風(fēng)進(jìn)一步發(fā)展，期間遠(yuǎn)安國(guó)家站監(jiān)測(cè)到冰雹，短時(shí)強(qiáng)降水和31.8 m/s（11級(jí)）極端大風(fēng)。19：01，強(qiáng)回波迅速減弱，反射率因子核心下降至2.7 km，此時(shí)極大風(fēng)速降低至20.6 m/s（8級(jí)），過(guò)程趨于減弱，直至消散。整個(gè)過(guò)程受地形阻擋作用，0.5°仰角的徑向速度場(chǎng)在低層未見(jiàn)強(qiáng)下沉氣流的輻散區(qū)，但其它的雷達(dá)特征均可證明遠(yuǎn)安國(guó)家站出現(xiàn)11級(jí)的極端大風(fēng)，屬于弱的垂直風(fēng)切變下，結(jié)構(gòu)較為松散的多單體強(qiáng)風(fēng)暴引起的下?lián)舯┝鳌?/p>
綜上所述，此次大風(fēng)的形成主要是因?yàn)檫h(yuǎn)安縣北部的中尺度地面輻合線、午后的加熱、冷空氣的侵入共同觸發(fā)對(duì)流單體A、B的生成和發(fā)展。而對(duì)流單體A、B崩塌及地，較強(qiáng)的輻散氣流在地面形成相對(duì)較冷中心，其冷出流在環(huán)境風(fēng)的引導(dǎo)下在鳴鳳鎮(zhèn)觸發(fā)新的對(duì)流，此時(shí)該地氣溫34 ℃，熱力條件明顯增強(qiáng)，回波在進(jìn)入沮河河谷地帶時(shí)受到地面中尺度輻合線的動(dòng)力作用和下墊面的熱力作用共同影響明顯加強(qiáng)，造成遠(yuǎn)安國(guó)家站出現(xiàn)11級(jí)大風(fēng)、短時(shí)強(qiáng)降水和冰雹天氣。
3.3雙偏振參量特征分析
進(jìn)一步利用多普勒天氣雷達(dá)的雙偏振參量如差分反射率因子（Zdr）、差分相位常數(shù)（Kdp）對(duì)此次降水粒子進(jìn)行分析。其中Zdr是雷達(dá)取樣體積內(nèi)所有粒子以反射率因子為權(quán)重的形狀的度量，與產(chǎn)生后向散射的水凝物粒子的形狀、密度和成分構(gòu)成（影響介電常數(shù)）有關(guān)，而與水凝物數(shù)密度無(wú)關(guān)；差分相位常數(shù)Kdp的大小主要由液態(tài)含水量決定，固態(tài)降水粒子的Kdp很小，在混合態(tài)降水粒子中，Kdp主要由液態(tài)降水粒子貢獻(xiàn)［13-14］；Zdr柱和Kdp柱是強(qiáng)對(duì)流云體內(nèi)普遍存在的動(dòng)力特征［15］。強(qiáng)風(fēng)暴在零度層高度以上通常會(huì)出現(xiàn)Zdr柱和Kdp柱，Zdr柱對(duì)應(yīng)強(qiáng)上升氣流區(qū)，且Zdr柱高度與上升氣流呈正相關(guān)關(guān)系［16-17］。
8月22日18：30～19：00遠(yuǎn)安國(guó)家站監(jiān)測(cè)到大風(fēng)、短時(shí)強(qiáng)降水和冰雹，從圖13可以看出，18：33，在A處4 km即當(dāng)日濕球零度層高度以上存在Zdr柱，與反射率因子梯度大值區(qū)對(duì)應(yīng)，說(shuō)明A處為風(fēng)暴的強(qiáng)上升氣流區(qū)，有利于生成濕球零度層之上的干冰雹［6，11］。沿著強(qiáng)回波中心自西南向東北方向作Kdp和Zdr的剖面得到圖14、15，發(fā)現(xiàn)在4 km以下的Zdr值為2～4 dB，對(duì)應(yīng)Kdp值大于2的區(qū)域。雨滴尺寸越大，Zdr值越大，說(shuō)明此刻對(duì)流單體聚集了大直徑雨滴，有利于短時(shí)強(qiáng)降水的發(fā)生，而融化的濕雹也可引起這兩個(gè)參數(shù)的異常增大。遠(yuǎn)離雷達(dá)方向的B處在5～10 km高度上也出現(xiàn)了接近5 dB的大值區(qū)（圖14），高度最高接近10 km，對(duì)應(yīng)KDP柱的缺值區(qū)（圖15），這往往表征此處存在三體散射的可能性較大。在實(shí)際預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中及時(shí)關(guān)注雙偏振參量的特征，可以提前約10 min監(jiān)測(cè)到要素變化，可為強(qiáng)對(duì)流監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)預(yù)警提供一定的參考。
另選取4.3°仰角，對(duì)應(yīng)高度為3～4 km Kdp隨時(shí)間演變特征分析，發(fā)現(xiàn)在強(qiáng)回波發(fā)展過(guò)程中，Kdp大值區(qū)域在融化層以下迅速下降并且增加（圖16），表明冰相粒子在融化層下迅速融化，而雨滴蒸發(fā)、冰雹融化及冰雹融化后的蒸發(fā)等復(fù)雜水凝物粒子相變導(dǎo)致的負(fù)浮力產(chǎn)生對(duì)濕下?lián)舯┝骷暗丶岸虝r(shí)強(qiáng)降水有比較好的指示意義［2，18-19］。
4結(jié)論與思考
本文對(duì)2023年8月22日宜昌遠(yuǎn)安縣一次下?lián)舯┝鞯谋尘俺梢蚣爸谐叨忍卣鬟M(jìn)行分析，得出以下結(jié)論：
（1） 本次極端天氣過(guò)程是一次高空冷槽背景下，處于弱的垂直風(fēng)切變中，由結(jié)構(gòu)較為分散的多單體強(qiáng)風(fēng)暴產(chǎn)生的下?lián)舯┝鬟^(guò)程，午后的輻射增溫使對(duì)流潛在能量和大氣不穩(wěn)定性增強(qiáng)，地面弱冷空氣的侵入促使宜昌市北部輻合條件較好的地方不穩(wěn)定能量發(fā)生釋放，造成遠(yuǎn)安局部的雷暴天氣。
（2） 中尺度對(duì)流云團(tuán)的發(fā)展、合并造成了遠(yuǎn)安縣此次強(qiáng)對(duì)流天氣，下?lián)舯┝鞯漠a(chǎn)生同時(shí)伴隨云體結(jié)構(gòu)快速坍塌及云頂溫度驟降的特征。
（3） 下?lián)舯┝黠@示以傳播方式觸發(fā)新生對(duì)流的多單體強(qiáng)風(fēng)暴特征，且出現(xiàn)深厚的中層徑向輻合、回波懸垂及有界弱回波區(qū)特質(zhì)。
（4） 差分反射率因子（Zdr）、差分相位常數(shù)（Kdp）在垂直方向分別出現(xiàn)了Zdr柱、Kdp缺值區(qū)，三體散射等，因此當(dāng)日遠(yuǎn)安在大風(fēng)出現(xiàn)的同時(shí)伴隨短時(shí)強(qiáng)降水和冰雹，且存在強(qiáng)的上升氣流。而雙偏振參數(shù)（Zdr、Kdp等）的應(yīng)用對(duì)強(qiáng)對(duì)流天氣的預(yù)報(bào)具有一定指示意義。
通過(guò)對(duì)此次雷暴過(guò)程的分析，在對(duì)處于弱垂直風(fēng)切變中的多單體雷暴進(jìn)行分析時(shí)，在關(guān)注大的天氣形勢(shì)、對(duì)流不穩(wěn)定條件和水汽條件的同時(shí)還應(yīng)關(guān)注低層的中尺度輻合區(qū)及它們與雷暴強(qiáng)出流的相互作用，加強(qiáng)多普勒天氣雷達(dá)產(chǎn)品的應(yīng)用，提高臨近預(yù)報(bào)預(yù)警的準(zhǔn)確性和預(yù)報(bào)時(shí)效。
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（編輯：劉 媛）
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