一次春季混合性大风诊断分析

陈梅汀，范其平，王坚侃，徐 颖

（舟山市气象局，浙江舟山 316021）

一次春季混合性大风诊断分析

陈梅汀，范其平，王坚侃，徐 颖

（舟山市气象局，浙江舟山 316021）

针对2012年4月2-3日一次混合性大风过程，采用NECP再分析资料、多普勒雷达资料进行分析，结果表明，本次过程是由黄海低压和冷空气共同影响的结果，大风前期是一次急行冷锋过程，锋线附近发生了强对流天气，强对流的辐散气流加大了风速；而黄海气旋的爆发性发展和冷空气相结合是大风后期维持的主要原因，其中，低层强斜压性和高空暖平流有利于低压的发展，而高空正涡度平流和气旋移动到高空急流出口区的左侧促成了低压的爆发性发展。

急行冷锋；强对流；爆发性发展；高空急流

众所周知，我市是个气象灾害频发的岛城，气象保障尤为重要，而大风预报一直是我市气象服务的重中之重。2012年2日夜至3日上午，受黄海气旋强烈发展和冷空气共同影响，舟山沿海出现了10-11级的西北大风过程。舟山海岛自动测风站中有3站达到12级、11个站出现了11级、32个站出现10级。此次过程风力大、风力增强快、风力影响范围广，虽然我市没有伤亡事故，但是2日晚位于浙北地区的长兴县和平镇的横山群叶茶场发生房屋倒塌事故，死亡7人，20余人受伤，社会影响严重。

该过程的预报难点在于，就各家数值预报的海平面梯度和实际梯度来看，不足以达到实况的量级，此外，冷空气前锋还引起了强对流天气，事先没有引起足够的考虑。本文围绕这两点针对大风出现的原因进行诊断分析，以期为今后的预报服务工作提供参考。

1 天气形势和冷空气影响

1.1 高空形势

500 hPa欧亚中高纬度为两槽一脊经向环流。2日08时，我国蒙古地区到贝加尔湖以西有一南北向的高压脊，高压脊北挺达80°N，两个长波槽分别位于乌拉尔山和我国华北至长江中下游一带。后者又可分为两阶梯槽，北支位于河套附近，南支位于安庆-长沙-怀化一线，由于北支的温度槽落后于高度槽，槽后冷平流使槽加深，20时，北支槽移到河北、安徽、江西上空(图1)，径向度明显增大，槽后有明显冷平流，安徽、湖南、河南上空的西北气流风速较大，出现40 m/s以上的大风。3日02时，北支槽赶上南支槽，合并成一东亚大槽，08时，高空槽移到125°E，华东地区处于槽后西北气流里，出现48 m/s以上的大风区，20时，槽移到了日本海。700 hPa形势场与500 hpa类似。2日08时，700 hPa高空北支槽位于蒙古到河套一带，温度平流场上甘肃附近有一20×10-5℃.S-1的冷平流中心，20时冷平流中心为一32×10-5℃.S-1移到河南，3日02时，冷平流中心移到江苏，中心强度达到-45×10-5℃.S-1可见，冷空气逐渐南侵中。

850 hPa上，2日8时北支锋区位于河套一带，从内蒙古东部有冷舌伸向华北，两江流域为一东北-西南走向的大低涡控制，涡切前有一西南低空急流，风速达16～20 m/s，华东地区处于低涡的前部的宽广暖舌里，锋区集中在河套附近。20时涡切移至华东地区并转竖（图2），其前部的西南急流加强，黄海上空的风速达16～26 m/s，冷舌南伸到江淮流域，等高线和等温线成9O°交角，大气的斜压性很强，槽后冷平流也很强，锋区在江苏、山东、安徽、河南上空，5个纬距内有4根等温线。到3日08时，锋区压到浙江上空，上海站出现22 m/s。锋区南压说明有冷空气南下，直接导致大风的出现。

图1 4月2日20时500 hPa高空图Fig.1 The height of 500 hPa in Apiral 2,2012 8:00 am

图2 4月2日20时850 hPa高空图Fig.2 The height of 500 hPa in Apiral 2,2012 8:00 pm

1.2 地面形势分析

1日08时，华东地区处在海上高压后部，青藏高原到河套一带有个大低压，河套附近有一闭合低压，中心1 007.5 hPa，低压移动缓慢，20时，仍在河套附近，中心值1 005.0 hPa，蒙古国境内有冷空气堆积，前锋抵达中蒙边境，在北方冷空气的作用下，低压朝东南方向移动，2日08时，冷空气前锋即将移出河套地区，低压带南落到长江流域，湖南有一1 006.0 hPa中心，此后低压沿着长江缓慢东移，但倒槽东伸明显，17时，低压附近出现了降水，20时，降水加强，雷达拼图上看，江苏沿海出现强降水区域，而后低压伴随的强降水区移到黄海，受降水凝结潜热释放反馈作用影响，地面低压进一步发展加强，由于日本以东海上有高压阻挡，低压人海后东移比较缓慢。而20点，冷空气前锋已经到达苏南，冷高压中心在于河套，中心值为1 029hPa，冷空气与低压衔接紧密，华东地区5个纬距内有5条等压线，大的气压梯度是形成大风的基础，从2日夜里到3日上午浙中北普遍出现8-9级西北大风，舟山沿海出现9-11级西北大风。3日8时地面低压中心移到日本海，地面梯度减小，风力逐渐减弱。

从地面1 h变压演变可以看到，由于冷空气的南下，2日21时浙北有个正变压中心，最大变压值5 hPa，在浙中北形成大的变压梯度。变压风沿变压梯度方向吹，变压越大，风速越大。再从高空各层高空槽的位置来看，2日08时-3日08时槽线位置非常接近，说明冷空气锋面很陡，这样就容易形成较大的冲击力，加大地面风速。

由上述可知，除了冷空气影响，本次大风离不开地面气旋的强烈发展，下面通过物理量分析，诊断黄海气旋的发展原因。

图3 a 4月2日08时-3日11时气旋中心气压变化趋势b 4月2日08时-3日11时气旋中心移动路径Fig.3 a The pressure change trend of low pressure center b The moving path of low pressure center

2 黄海气旋发展原因分析

从气旋近中心海平面气压来看（图3），从2日08时—23时，气旋近中心值维持在1 005 hPa左右，强度变化不大，路径以偏东为主。而从2日23时—3日11时，其发展迅速，近中心值在12 h之间下降21 hPa，移向东北，处于气旋的爆发阶段。文献（1）指出，爆发性气旋：24 h至少下降24 hPa，即1 h降1 hPa以上。可见，黄海气旋的强烈发展是造成本次大风的一个重要原因。近年来，气象工作者对温带气旋的发生发展机理进行研究（2-5）后认为：涡度平流，温度平流、潜热加热、摩擦作用、斜压不稳定以及与急流有关的非地转加热等物理因子对气旋的爆发性发展起重要作用。

2.1 涡度平流分析

500 hPa环流形势图上，2日14时北支槽刚过河套地区(见图4a)，槽前后有明显的冷暖平流和正负涡度平流。在温度平流和涡度平流作用下，西风槽加深并东移，2日20点北支槽振幅已到达北纬30度(见图4b)，槽前的正涡度平流区边缘已经接近地面气旋中心的上空，正涡度中心（50 x10-10S-2）-在江苏中北部地区。3日02时(见图4c)，槽继续加深东移，南支和北支合并成一大槽，槽前后的涡度平流得到加强，且槽前的正涡度平流中心（中心值为60 x10-10S-2）移到地面气旋中心的上空。由于高空有正涡度平流，促使高空辐散致使地面减压，必有上升运动，使地面气旋发展起来。3日08时(见图4d)，西风槽已移到东经125度附近，槽前的正涡度平流加强到80 x10-10S-2，依然位于地面气旋中心上空，仍有利于低层的辐合上升运动的加强和气旋的发展。

2.2 温度平流分析

由于温度槽落后于高度槽，2日8时850 hPa高空槽前的暖脊非常庞大，我国长江中下游流域受l2℃的宽广暖舌控制，出现明显的回暖。20时暖舌东移到江苏沿海。2日14时500 hPa总温度平流场上(见图4e)，长江中下游都为暖平流区域，在安徽、江苏上空各有个暖平流中心12×10-5℃，地面气旋处于暖平流区下，20时暖平流中心移到海上，江苏沿海及以东海域都为暖平流区，暖中心位于日本20×10-5℃(图4f)，08时，暖平流继续东移，气旋仍处于暖平流区的下方(图4 h)。根据垂直运动方程，暖平流区，有上升运动。暖平流使高空等压面升高使温压场不平衡，在气压梯度力作用下，必产生水平辐散，为保持质量连续，将产生上升运动，有利于地面气旋发展。所以高空槽前的暖平流是促进地面气旋发展的另一个重要原因。

2.3 高空急流的作用

从风速分布看，气旋发展初期的250 hPa高度场上（2日20时），存在着南北两支高空急流带，一支位于北支西风槽前，另一支位于32°N纬度带。北支的急流中心风速最大值为56m/s（河套附近），南支风速最大值为72 m/s（日本国）。气旋正位于南支急流入口区左侧的下方，不利于气旋的发展。3日02时，北支急流大值区随着北支槽的东移下滑而朝东南方向移动（图5a），快与南支急流的尾部接上，而南支急流的后部分裂出一极值中心（68 s-1），此时地面气旋移到了急流左侧近出口区，3日08时（图5b），随着北支急流及大值区继续下滑，与南支急流最大区合并，极大值中心（70 m/s）位于中国与日本中间的海上，气旋中心处于此急流中心出口左侧下方，由于急流出口减速区有指向其右侧的非地转分量，引起质量向南输送，这种质量调整使出口区左下方减压，有利于地面气旋发展，同时250 hPa槽前的正涡度平流也表明地面气旋对流层上层有强的高空辐散，导致对流层下层出现补偿性的辐合，增加了气旋内部的上升运动。可见气旋从高空急流入口区的左侧移到出口区的左侧促成了其爆发性的发展。

图4 500 hPa高度场和涡度平流(a,2日14时b,2日20时c,3日02时d,3日08时) 500 hPa高度场和温度平流(e,2日14时f,2日20时g,3日02时h,3日08时)Fig.4 The vorticity advetion and height of 500hpa (a,2:00pm in April 2 b,8:00pm in April 2 c,2:00am in April 2 d,8:00am in April 2) The temperature advetion and height of 500hpa (e,2:00pm in April 2 f,8:00pm in April 2 g,2:00am in April 2 h,8:00am in April 2)

图5 a：2日02时250hPa全风速场b：3日08时250hPa全风速场a:The wind of 250hpa in April 2,2:00am b:The wind of 250hpa in April 3,8:00am

2.4 能量场特征

分析假相当位温场（图略），2日，从朝鲜半岛经山东半岛、江苏、安徽到江西一带为高能区，暖湿高能舌逐渐东移，20时以后向东北发展，而干冷空气自西北向东南移动，其交界处的能量锋加强，气旋中心随着高能舌先东移后东北移动，基本上是沿着320 K线附近的舌尖上。可见，气旋爆发性增长在高能环境中。

3 中小尺度系统分析

从上文可见，黄海气旋是在2日23时以后强烈发展起来，但是浙北从2日20点开始自西向东出现8-9级西北大风，如果仅考虑冷空气前锋，根据实况地面梯度，是不可能在浙中北的内陆普遍引发8-9级西北大风。因此有必要分析一下本次过程的中小尺度系统。

由于这次阵风锋离雷暴中心距离较远，本地雷达观测不是十分清楚，只能看到一条减弱的阵风锋。因此用华东雷达拼图来分析雷达回波。2日21时可以看到，从江苏中部到安徽南部有一大范围的积状云降水回波，最强的中心位于江苏中部，上海崇明岛北侧也有一块块状回波，中心较强（图a），此后此回波朝东南偏东方向移动，强度减弱明显，当回波经过浙北时，浙北出现了8-9级西北大风。22时，该回波减弱至狭长的带状回波，移至崇明岛南侧，北端到达崇明岛东部海上，南段在杭州附近（图b），23时，继续减弱，北端基本消失，长度减半，北端在杭州湾的中部，南段仍与安徽南部境内的回波衔接（图c）。此后，该阵风锋经过我市，强度少变。3日1时后，该阵风锋移出我市海域（图d）。这期间，阵风锋横扫的区域均出现了大风，时间和空间非常地吻合。

图6 华东雷达拼图（a:2日21时b;2日22时c：2日23时d：2日24时）Fig.6 The rader in east China (a:April 2,9:00pm b:April 2,10:00pm c:April 2,11:00pm d:April 2,12:00pm)

由此可见，此次大风前期的起风过程和强对流前的阵风锋密切相关。《天气学原理》指出，急行冷锋附近极易出现强对流天气。而本次过程冷锋移速快，12小时接近10个纬距，08时、20时的地面冷锋均在700 hPa高空槽附近，因此可以定性为第二型冷锋即急性冷锋。冷锋到来前，2日19时到3日00时的夜间，嵊泗站的气温迅速上升，5个小时升了6.3℃，2日白天舟山沿海普遍出现了8级偏南大风，都说明冷锋前暖湿空气非常活跃，又因急行冷锋锋面较陡，冷空气在近地面层冲击活跃的暖空气，特别有利于激发强对流天气。下面分析一下舟山的强对流条件。

3.1 水汽条件

2日08时，850 hPa上，浙中北的比湿为6 g/mg，700 hPa为2 g/mg，20时，有一湿舌从江西往江苏伸展，850 hPa为8 g/mg，700 hPa为3 g/mg，说明虽然浙中北包括我市上空水汽含量并不十分充足，但是2日白天水汽条件逐渐变好，因为强对流对水汽的条件没有暴雨高，所以还是具备了强对流的条件。结合20时的地面锋线可以看到（图略），湿舌的轴线沿地面锋线伸展，说明安徽南部和浙江的交界处非常有利于强对流天气的生成。

3.2 不稳定能量

K指数是确定大气稳定度的一个综合性定量指标，它既考虑了垂直温度梯度，又考虑了低层的水汽，以及间接地表示了湿层的厚度，因此K值愈大，表示层结愈不稳定。2日20时，K值为带状分布，从射阳南京安庆一线为最大值区，大于等于30度，最大值位于安庆38，杭州为29，其位置与850 hPa低空急流的风速中心轴向相近，这说明低空急流对不稳定能量有明显的输送作用。假相当位温图上，高能量舌从湖南向长江下游伸展，江苏南部到安徽南部正处于能量舌上。这些都说明了安徽南部和浙江的交界处发生强对流的概率很高。

3.3 抬升力条件

冷锋锋面的抬升和低压造成的辐合上升运动都是较强的系统性上升运动，2日20时850流场图上看，从湖南到长江下游一线，有一明显的风向辐合区（图7右），同时次的700垂直速度图上可以看到，沿着这一线的上升运动非常强烈，极大值位于安徽境内，与实况出现的强天气非常接近。强的抬升力触发了强对流天气的形成。

3.4 强垂直温度梯度

2日20点的强垂直梯度分析，安徽南部到浙江北部，850-500大于等于27度(其中，安庆站达到了30度）即在500与850 hPa之间平均气温直减率达到或超过0.675/hm，比对流层内平均气温直减率（0.6/hm）大，对强对流天气发生而言，这是一种强热力条件。

由上述可知，只能判断2日20时安徽与浙江交界处发生强对流的可能性很大，而我市受强对流影响发生在23点以后，因此不能直接判断。但可以在已知上游站的强对流潜势下，利用上游自动站和雷达拼图分析我市是否会发生强对流天气。从自动站上看，2日18时，安徽境内已有一个站出现8级西北大风，19时，安徽浙江交界处6个站出现8级以上大风，其中2个站10级，到20时，大风范围继续扩大，此时结合华东雷达拼图可以清楚地看到，对应地区有一带状回波东移，此后强度虽然逐渐减弱，但是所经过地区均出现较强的西北大风，由此可判断我市也将受其影响出现9级以上大风（海岛的特点使我市的风级起码比内陆大1-2级以上）。

4 总结

（1）爆发性气旋与冷空气的较好配置是造成此次大风的直接原因。气旋在黄海南部入海强烈发展并移动缓慢，引导冷空气南下，两者在江浙一带梯度叠加，形成密集的等压线，大的气压梯度是形成大风的基础。

（2）这是一次急行冷锋过程，锋线附近发生了强对流天气。有利的大尺度环境场中叠加了中小尺度系统，强对流的下沉辐散气流加大了风速，这也是此次风级超过预想的原因之一。

（3）低层斜压不稳定、高层暖平流有利于地面气旋的发展，250 hPa北支急流核的南掉使气旋从南支急流的入口左侧移动到北支急流出口区的左侧，且高空有正涡度平流，促使气旋得到爆发性的发展。爆发性气旋发生在高能场中。

（4）从高空各层高空槽的位置来看，2日8时和20时槽线位置非常接近，冷空气锋面很陡，这样就容易形成较大的冲击力，加大风速。700、850 hPa等高线和等温线成90°交角，说明大气的斜压性很强，槽后冷平流非常强盛。槽后冷平流将北方冷空气往南输送，由于冷空气质量大，风力也越大。

（5）当强对流发生时间距探空观测时间较远时，可先诊断上游站的强对流条件，然后结合自动站数据和雷达拼图，从而判断本地的强对流天气。

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Diagnostic Analysis of A Mixed Gala in Spring

CHEN Mei-ting,FAN Qi-ping,WANG Jian-kan,et al
(Weather bureau of Zhoushan,Zhoushan 316021,China)

In this paper，we use NECP reanalysis data and Doppler Radar data to comprehensively analyse a severe convection weather event under the effect of thick cold air on 2-3 April 2012.The results show that this strong gala process was combined influences by the development of Huanghai cyclone and the cold air gala.In early stage it was a rushed Cold-Front,we found that the severe convective weather was happened around the frontal line,the wind velocity speeded as the divergence flow which came from the server convection.However,the combination of the fulminic development of the Huanghai cyclone and the gradient of the cold air was the main cause of this strong gala lasted in its later stage.Among them，the lower strong baroclinicity and the upper warm advection favour the development of the ground cyclone.Meanwhile,the upper positive vorticity advection and the cyclone′s moving to the left side of upper air jet stream exit area had made great contribution to the fulminic development of the Huanghai cyclone.

a rushed Cold-Front;convection weather;fulminic development;upper air jet stream

P425.4+7

A

1008－830X(2014)04－0371－06

2014-04-05

陈梅汀（1980-），女，浙江舟山人，工程师，研究方向：天气预报.E-mail:cmt98@sina.com