銅仁西部連續(xù)兩次混合型強(qiáng)對流天氣過程的強(qiáng)弱對比分析

摘 要：利用常規(guī)氣象觀測數(shù)據(jù)、雷達(dá)和衛(wèi)星數(shù)據(jù)等，對銅仁市2020年3月22日的一般雷暴過程（簡稱“0322”過程）與3月25日的強(qiáng)雷暴過程（簡稱“0325”過程）進(jìn)行對比分析。結(jié)果表明：“0325”過程中存在的低空急流使上干冷、下暖濕結(jié)構(gòu)更明顯，CAPE值和SWEAT指數(shù)更大，更有利于強(qiáng)的強(qiáng)對流天氣出現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：強(qiáng)對流；天氣形勢；對流參數(shù)

中圖分類號：P458 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）09–0-03

強(qiáng)對流天氣通常是指伴有短時(shí)強(qiáng)降水、冰雹、雷暴大風(fēng)、強(qiáng)雷電等現(xiàn)象的災(zāi)害性天氣，具有突發(fā)性強(qiáng)、持續(xù)時(shí)間短、強(qiáng)度大等特點(diǎn)，其破壞力極大。強(qiáng)對流天氣預(yù)報(bào)的3個(gè)基本條件：垂直層結(jié)不穩(wěn)定、水汽和抬升觸發(fā)條件。研究表明，大氣中風(fēng)向、風(fēng)速隨高度的變化（垂直風(fēng)切變）、云和降水的微物理過程對強(qiáng)對流天氣的形成、結(jié)構(gòu)和演變均具有重要影響[1-3]。

銅仁市地處貴州東北部，下墊面復(fù)雜，西北高、東南低，中部為梵凈山，高低海拔相差2 288 m。銅仁全市屬中亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候區(qū)，春季多陰雨、冰雹、大風(fēng)等天氣，每年冰雹、暴洪災(zāi)害頻發(fā)，常常帶來較大的經(jīng)濟(jì)損失，甚至造成人員傷亡。利用常規(guī)氣象觀測資料、區(qū)域自動站資料、NCEP再分析資料，以及銅仁雷達(dá)和FY-2G衛(wèi)星資料，對2020年春季銅仁市連續(xù)2次強(qiáng)對流天氣過程的環(huán)流配置、對流參數(shù)物理量特征、近地面觸發(fā)條件、雷達(dá)回波及衛(wèi)星云圖特征等進(jìn)行對比分析，找出異同點(diǎn)，以加深對銅仁市強(qiáng)對流天氣發(fā)生發(fā)展的認(rèn)識，提高強(qiáng)對流天氣短臨預(yù)報(bào)水平。

1 過程概況

2020年3月22日晚上至23日凌晨，銅仁西部出現(xiàn)雷暴大風(fēng)天氣過程，并伴有小冰粒（以下簡稱“0322”過程，圖1a），最大小時(shí)降雨量為德江沙壩社區(qū)的20.2 mm·h，最大瞬時(shí)風(fēng)速為印江永義村的17.1 m/s。

2020年3月25日下午至25日夜間，銅仁西部出現(xiàn)雷暴大風(fēng)、冰雹、短時(shí)強(qiáng)降水天氣過程（以下簡稱“0325”過程，圖1b），思南邵家橋、思林、楊家坳、青杠坡等鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現(xiàn)冰雹，其最大直徑為12 mm，5區(qū)縣9站次出現(xiàn)極大風(fēng)速≥17 m/s的瞬時(shí)大風(fēng)，其最大風(fēng)速為思南縣邵家橋的30.6 m/s，3區(qū)縣13站次出現(xiàn)小時(shí)降雨量≥20 mm的短時(shí)強(qiáng)降水，最大小時(shí)雨強(qiáng)為江口縣德旺鄉(xiāng)的71.9 mm·h，受冰雹、大風(fēng)、短時(shí)強(qiáng)降水影響，思南縣共7 126人受災(zāi)，農(nóng)作物受災(zāi)122 hm2，1 178間房屋受損，吹倒樹木1 436棵，直接經(jīng)濟(jì)損失600余萬元。

2 環(huán)流場分析

“0322”過程（圖2a），500 hPa中高緯為“兩槽一脊”形勢，巴爾喀什湖附近有高空槽緩慢東移，高壓脊位于貝加爾湖附近，東北冷渦中心位于東北地區(qū)北部，位置少動，冷渦較強(qiáng)，其中心位勢高度為522 dagpm且溫度≤-36 ℃，其后部有短波橫槽位于我國黃淮地區(qū)，不斷引導(dǎo)渦后干冷空氣南下至貴州、兩湖等地，為此次強(qiáng)對流天氣的發(fā)生提供了有利的動力、熱力條件；700 hPa形勢場與500 hPa相似，但低槽南壓至川東地區(qū)，超前于500 hPa槽；850 hPa切變線位于貴州中部，溫度脊從云南伸向貴州中部地區(qū)，銅仁上空為溫度＞16 ℃的暖區(qū)，銅仁一帶露點(diǎn)溫度差在2～10 ℃，大氣西干東濕，中層干冷空氣疊加在低層暖空氣上，使貴州全境850 hPa與500 hPa的溫度差≥26 ℃，表明大氣上冷下暖結(jié)構(gòu)非常明顯，有利于形成熱力不穩(wěn)定條件，并且高空風(fēng)速較大，使風(fēng)的垂直切變較大，有利于深厚對流形成。地面圖上，冷空氣沿東北路徑南下侵入貴州，在貴州中部一帶有明顯地面冷鋒，并且貴州中部也有較明顯的地面輻合線?！?325”過程（圖2b），500 hPa中高緯為“兩槽兩脊”形勢，兩槽分別位于日本東部太平洋上和貝加爾湖地區(qū)，兩脊則位于東北地區(qū)和烏拉爾山附近，貴州西部有一淺槽，銅仁受槽前西南氣流控制；700 hPa急流經(jīng)過貴州中部一帶；850 hPa貴州南部為西南低空急流，溫度脊從廣西西部伸向貴州東部，貴州一帶位于溫度≥15 ℃、溫度露點(diǎn)差≤2 ℃的暖濕區(qū)內(nèi)，貴州大部850 hPa與500 hPa的溫度差≥26 ℃，大氣上干冷下暖濕結(jié)構(gòu)非常明顯，大氣處于熱力不穩(wěn)定條件下。地面圖上，貴州北部有一地面輻合線，貴州西部有一暖低壓，午后積聚。

對比2次過程的形勢場發(fā)現(xiàn)：“0322”過程的影響系統(tǒng)主要是高空槽、低層切變線和地面冷鋒，而“0325”過程的影響系統(tǒng)主要為高空槽、低空急流和地面輻合線。2次過程均有高空槽的影響，可見高空槽前的正渦度平流對強(qiáng)對流天氣的出現(xiàn)有較大影響，在“0325”過程中，銅仁西部受低空急流所帶來的暖濕氣流影響，不僅保證充足水汽利于短時(shí)強(qiáng)降水天氣的出現(xiàn)，也使“上干冷，下暖濕”結(jié)構(gòu)更加明顯，大氣不穩(wěn)定能量更大，引發(fā)更劇烈的上升運(yùn)動氣流，更容易出現(xiàn)強(qiáng)的強(qiáng)對流天氣。

3 對流參數(shù)特征

3.1 溫濕廓線形態(tài)

從2020年3月22日20：00貴陽探空站的T-lnP圖（圖3a）看到，700 hPa以下很干，層結(jié)曲線與露點(diǎn)溫度曲線向下開口，呈倒“V”型，700 hPa至500 hPa氣層較濕，500 hPa以上層結(jié)曲線與露點(diǎn)溫度曲線相距較大，呈漏斗狀，大氣非常干。這種低層干、中低層濕、中高層干的配置有利于雷暴大風(fēng)、冰雹的發(fā)生發(fā)展。CAPE值為840.3 J/kg，K指數(shù)為40.7 ℃，說明貴陽有較強(qiáng)的對流潛勢。

從2020年3月25日14：00懷化探空站的T-lnP圖（圖3b，用3月25日14：00懷化站的地面溫度27 ℃和露點(diǎn)溫度19 ℃訂正08：00的T-lnP圖而得到）看到，08：00 925 hPa以下的近地面層存在輻射逆溫層，此時(shí)，大氣對流抑制能量很大，達(dá)432.9 J/kg，這使得對流活動受到抑制，能量得到積累。此后因太陽晴空輻射增溫影響，近地面層不斷增暖導(dǎo)致逆溫層逐漸消失，CIN逐漸減小，大氣的對流不穩(wěn)定性增強(qiáng)，CAPE值由0 J/kg增加至2 370.3 J/kg。600 hPa以下大氣層較濕，600 hPa以上層結(jié)曲線與露點(diǎn)溫度曲線相距較大，大氣較干。這種中低層濕、中高層干的配置有利于雷暴大風(fēng)、冰雹、短時(shí)強(qiáng)降水的發(fā)生發(fā)展，說明懷化有很強(qiáng)的對流潛勢。

“0322”過程底層干、中低層濕、中高層干有利于大風(fēng)、冰雹的發(fā)生發(fā)展，而“0325”過程大氣中低層濕，中高層干有利于雷暴大風(fēng)、冰雹、短時(shí)強(qiáng)降水的發(fā)生發(fā)展。

3.2 對流參數(shù)

分析對流參數(shù)（表1）看出“0322”過程，CAPE較小，為840.3 J/kg，不利于產(chǎn)生大冰雹，850 hPa溫度露點(diǎn)差為11.5 ℃，低層為明顯的干層，不利于產(chǎn)生強(qiáng)降水；而“0325”過程，CAPE較大，為2 370.3 J/kg，有利于大冰雹的產(chǎn)生，850 hPa溫度露點(diǎn)差為0.7 ℃，大氣飽和，低層為明顯的濕層，有利于產(chǎn)生強(qiáng)降水。對流層中低層溫差、K指數(shù)、SI指數(shù)可以反映大氣的穩(wěn)定度，溫差越大、K指數(shù)越大、SI指數(shù)越小，大氣越不穩(wěn)定?！?322”過程850 hPa與500 hPa溫差為33.4 ℃、K指數(shù)為40.7 ℃、SI指數(shù)為-3.8 ℃；“0325”過程850 hPa與500 hPa溫差為25.1 ℃、K指數(shù)為35.9 ℃、SI指數(shù)為-2.4 ℃，2次過程不穩(wěn)定指數(shù)均滿足大氣不穩(wěn)定判定，“0322”過程850 hPa與500 hPa溫差更大、K指數(shù)更大、SI指數(shù)更小，較“0325”過程存在強(qiáng)的層結(jié)不穩(wěn)定。0 ℃和-20 ℃層高度顯示，“0322”過程的0 ℃、-20 ℃層高度分別為3.8 km、6.7 km，“0325”過程的0 ℃、-20 ℃層高度分別為3.8 km、6.9 km，均有利于冰雹的生成。“0322”過程的抬升凝結(jié)高度（TCL_P）為719 hPa，“0325”過程的抬升凝結(jié)高度為979 hPa，接近地面，暖云層厚度約為3.8 km，根據(jù)云微物理理論，降水系統(tǒng)中暖云層越厚，越有利于高降水效率。有研究表明發(fā)生強(qiáng)雷暴（大風(fēng)冰雹天氣）SWEAT臨界值為300，且SWEAT指數(shù)越大，出現(xiàn)雷暴的可能性越大，強(qiáng)度也可能越大，“0322”過程SWEAT指數(shù)為319，“0325”過程SWEAT指數(shù)為341.5，2次過程均有利于強(qiáng)雷暴的發(fā)生發(fā)展，“0325”過程SWEAT指數(shù)更大，雷暴更劇烈。對流風(fēng)暴的組織程度和強(qiáng)度與環(huán)境風(fēng)垂直切變有密切關(guān)系，將0～6 km垂直風(fēng)切變分為弱、中和強(qiáng)3檔，＜15 m/s的為弱垂直風(fēng)切變；15～20 m/s的為中等垂直風(fēng)切變；≥20 m/s為強(qiáng)垂直風(fēng)切變，“0322”過程0～6 km垂直風(fēng)切變分為28.7 m/s，為強(qiáng)垂直風(fēng)切變，“0325”過程垂直風(fēng)切變?yōu)?8.3 m/s，為中等強(qiáng)度的垂直風(fēng)切變，更有利于強(qiáng)雷暴的發(fā)生與發(fā)展。

4 結(jié)論

（1）高空槽、低層切變線和地面冷鋒是“0322”過程的主要影響系統(tǒng)，而“0325”過程的影響系統(tǒng)主要為高空槽、低空急流和地面輻合線?！?325”過程中銅仁西部受低空急流所帶來的暖濕氣流影響，不僅保證充足水汽有利于短時(shí)強(qiáng)降水天氣的出現(xiàn)，還使“上干冷，下暖濕”結(jié)構(gòu)更加明顯，大氣不穩(wěn)定能量更大，引發(fā)更劇烈的上升運(yùn)動氣流，更容易出現(xiàn)強(qiáng)的強(qiáng)對流天氣。

（2）“0322”過程底層干、中低層濕、中高層干有利于大風(fēng)、冰雹的發(fā)生發(fā)展，而“0325”過程大氣中低層濕、中高層干有利于雷暴大風(fēng)、冰雹、短時(shí)強(qiáng)降水的發(fā)生與發(fā)展且“0325”過程物理量參數(shù)上的CAPE值更大，低層更濕，上干冷、下暖濕結(jié)構(gòu)更明顯，SWEAT指數(shù)更大，更有利于產(chǎn)生較強(qiáng)的對流天氣。

參考文獻(xiàn)

[1] 樊李苗，俞小鼎.中國短時(shí)強(qiáng)對流天氣的若干環(huán)境參數(shù)特征分析[J].高原氣象，2013，32（1）：156-165.

[2] 俞小鼎，周小剛，王秀明.雷暴與強(qiáng)對流臨近天氣預(yù)報(bào)技術(shù)進(jìn)展[J].氣象學(xué)報(bào)，2012，70（3）：311-337.

[3] 張小玲，諶蕓，張濤.對流天氣預(yù)報(bào)中的環(huán)境場條件分析[J].氣象學(xué)報(bào)，2012，70（4）：642-654.

收稿日期：2024-06-16

作者簡介：孫啶棚（1997—），男，貴州遵義人，助理工程師，研究方向?yàn)闉?zāi)害天氣預(yù)警預(yù)報(bào)。