一次南支槽引发德宏州强对流天气成因分析

龚 婉，段丽华，汤歆婷，于 艳

(云南省德宏州气象局，云南 芒市 678400)

一次南支槽引发德宏州强对流天气成因分析

龚 婉，段丽华，汤歆婷，于 艳

(云南省德宏州气象局，云南 芒市 678400)

利用常规气象观测资料、静止气象卫星云图资料和多普勒雷达探测资料，对2013年5月3日一次南支槽引发云南德宏州发生雷暴大风和冰雹强对流天气过程的特征、中尺度环境场及成因进行了分析，结果表明：5月3日在南支槽天气背景下德宏区域内为对流不稳定，具上干下湿的不稳定层结，有强的垂直风切变；在干线和中尺度辐合线的触发下产生了这次强天气过程。高分辨率卫星云图能够清楚的监测MCS的发生发展，雷达监测提高了时空分辨率，监测到速度模糊、弓形回波、三体散射、后侧“V”型缺口、有界弱回波区等指示冰雹、大风等强对流天气的雷达回波特征。

南支槽；雷暴大风强对流天气；中尺度环境场分析；MCS

1 引言

强对流天气是德宏的主要灾害性天气之一，经统计虽然每年德宏因强对流天气造成的灾害次数不及暴雨的次数多，但其造成的损失不亚于甚至超过暴雨灾害造成的伤亡和财产损失。因此对德宏强对流天气的短时临近预报的研究极其迫切和必要。近几年对于强对流天气的分析和预报，多基于对雷达资料的分析，或应用统计方法。[1]当前预报部门对于强对流天气的预报能力还有很大的不足，因此，如何提高对强对流天气的分析技术水平和预报能力，是现代天气预报业务所面临的重要挑战之一。短时和短期时效内中尺度对流天气环境场条件分析主要基于配料法分析思路，针对产生对流天气发生发展的必要条件(水汽、稳定度和抬升)和增强条件(垂直风切变条件)等，从等压面分析和局地探空分析两方面对大气环境场的相关气象要素进行分析，并以各种标识符号显示在天气图上，辅以必要的文字描述，最后形成反应对流天气发生发展的大气环境场条件的综合分析产品，适用于6h以外的短时和短期预报业务。[2]

本文主要根据预报业务的需要，利用能及时获取的常规气象观测资料和静止气象卫星云图、多普勒雷达探测非常规资料，采用中尺度分析方法，综合分析2013年5月3日一南支槽引发云南德宏州出现雷暴大风和冰雹强对流天气过程的特征、中尺度环境场及成因，为强对流天气预报和预警提供参考依据。

南支槽是冬半年影响云南的主要系统，影响云南的南支槽平均每年出现18.76次，其中有17.28%的南支槽产生冰雹天气过程。尤其在德宏州，冬半年绝大部分的天气都是受南支槽的影响。南支槽的进退与西风带环流形势、副热带高压位置和高原大地形等关系密切，南支槽位置、水汽输送、湿度锋区、低空急流和冷空气强弱等条件的不同决定了降水的强弱或是否有强对流天气出现。[3]

2 天气过程概述

2013年5月3日高原南侧有一南支槽发展并向东移动，受其影响德宏州在14时20分—16时28分，出现雷暴、大风、冰雹等强对流天气过程，冰雹主要出现在陇川、盈江、梁河、芒市辖区，直径达30～50 m。 其中15时17分-15时51分德宏西部盈江、陇川、瑞丽大部分地区出现区域性大风，最大风力瑞丽站达25.8 m·s-1(10级)，盈江站20.3 m·s-1(8级)，陇川站15.8m·s-1(7级)。16时15分—16时28分梁河站出现雷暴大风天气，最大风速达27.1m·s-1(10级)并伴有冰雹。

此次强对流天气过程造成盈江县因灾死亡一人，重伤一人。造成全州直接经济损失5 563.67万元。

3 强对流天气的环境场

3.1 环流形势演变特征

首先，从强对流发生的几个关键要素，即层结稳定度、水汽、触发机制和垂直风切变等方面讨论强对流天气的潜势。图1为上述关键要素所绘制的中尺度分析综合图。

500 hPa图上(图1a)在青藏高原为低压区，低压区内24 h负变高-2 dgpm至-6 dgpm。南支槽位于90°E附近，其西部有一深的温度槽落后于高度槽，说明这个槽处于强烈发展中。高原南侧有一只强劲的西风气流(20～24 m·s-1)穿过南支槽，伴随这支气流的是一支干空气伸至云南西部地区，德宏处于干舌和湿舌的过渡区中，相对湿度梯度大。可推测干空气将随着南支槽东移，德宏地区上干下湿的不稳定层结将趋于增强。叠加08时红外云图后看出500 hPa南支槽前干舌和湿舌的过渡区有强的对流云团生成。

图1 2013年5月3日08时500 hPa环境场分析和红外云图(a)及同时次700 hPa环境场分析和水汽图像(b)槽线，等压线，D低压，温度槽，干舌(T-Td≥15℃)、湿舌(T-Td≤5℃)，显著流线，辐合线。

图2 2013年5月3日08时利用梁河站14时温度和露点订正后的T-lnP图

700 hPa图上(图2b)，青藏高原为冷低压控制，低压区及其以西的大部区域24 h变高为-2 dgpm。700 hPa高度槽位置略后于500 hPa高度槽属于前倾槽，有较强的斜压性，是强天气发生的有利条件之一。高原南侧有一风速达12～18 m·s-1的低空西风急流，德宏处于低空急流的出口区左前侧，此区域内有强的气旋性切变，有利于加强层结的不稳定度，触发不稳定能量的释放。700 hPa温度槽伸至云南以西，其西部是比湿q约为1 g·kg-1左右且温度露点差T-Td≥15℃的干舌。FY2C水汽图像上700 hPa温度槽的后部有狭长的边缘齐整的暗区，对应着700 hPa干舌，说明在低空急流的作用下有干冷空气的输送。云南及其周围的大部分地区T-Td≤5℃，比湿为8～9 g·kg-1，湿度条件较好。另外，5月2日08时位于川南和滇东北的地区的辐合线，在东北气流的推动下不断向西南方向移动至云南中部呈西北东南向，起到强的抬升作用。

3.2 层结稳定度

首先分析层结稳定度及其演变。大气层结不稳定可以用850～500 hpa或700～500 hPa之间的温差来表示，该温差越大，表示条件不稳定越明显。因云南处于横断山脉南侧，海拔较高。故使用700～500的温差表示条件不稳定[4]。从腾冲站08时的订正后的探空图(图3)上看德宏700～500 hPa的温差在18C°左右，温度垂直递减率较大。温度露点差在700 hPa高度以下T-Td≤5℃，700 hPa以上T-Td随高度增大，500 hPa上约为13℃，最大位置在400 hPa高度约为18℃。大气层结呈喇叭口的形状，具有上干下湿的不稳定层结。垂直方向上风随高度增加，最大的风矢量差约为22m·s-1，0～6 km垂直风切变约为16 m·s-1判定为中等强度垂直风切变。根据探空订正资料看出德宏在08-14时对流有效位能(CAPE)有显著的增加，08时梁河、陇川两站CAPE为504 J/kg，对流不稳定很弱；盈江、芒市为2 224 J·kg-1，瑞丽为2 137 J·kg-1，具有较大的不稳定能量。午后通过太阳辐射的作用将导致对流抑制能有效减小而对流有效位能显著增大。14时地面迅速增温后CAPE成倍增大，CIN则几乎为0，梁河站增大到3 197 J·kg-1，陇川站增至2 754 J·kg-1，盈江站增至4 291 J·kg-1，芒市站增至3 214 J·kg-1，瑞丽站为3 970 J·kg-1。

沿24.4°N过强对流天气发生的区域(87.5°E至100°E)做θse垂直剖面(图3 a)可以看到08时对流区上空θse随高度减小并存在一个小值区，被干冷空气控制为对流性不稳定；由于中高层槽前西南气流使暖空气向北移动，在500 hPa至250 hPa高度表现为大值区表示有暖空气活动。在同一位置的散度场剖面(图3 b)上在低层(700 hPa以下)为辐合场，在300 hPa上有辐散场叠置，抬升力更强，有利于造成严重的对流性天气。

零度层高度在600 hPa附近(图略)，有利于冰雹的生成也不至于因暖层较厚而融化成雨滴，是形成冰雹适宜的高度。

图3 3013年5月3日08时沿24.5°N过强对流的区域做θse和散度场垂直剖面

3.3 近地层水汽条件

从探空图上看出近地层700 hPa以下湿度较大，水汽条件好。从700 hPa综合图中看出，由于南支槽前西南气流将孟加拉湾的水汽向东北输送造成云南大部分地区T-Td≤5，比湿在8～9 g·kg-1左右处于湿舌的控制之中，湿度条件好。因此预计未来几小时德宏低层水汽不会有太大的变化，即水汽条件能够满足雷暴和强对流的需求。

3.4 触发机制

图4 2013年5月3日14时地面图

5月3日08时，德宏乃至整个云南近地面层T-Td≤5°，德宏风向以东北风为主，到14时地面系统发生了明显的变化(图4)。高空槽的移动使槽前地面低压发展，14时德宏及以西被热低压控制，白天因日射使低层下垫面加热使得午后地面强烈增温至30℃以上，在近地层形成绝对不稳定层结，使对流容易发展。在盈江—芒市与梁河—龙陵之间有6～7℃的局地温差，温度露点差也有6～7℃的差别。因此在盈江—芒市与梁河—龙陵之间这一地区有强的温度不连续和湿度不连续形成暖干和冷湿的空气交界面，不仅如此，盈江站和梁河站还有西偏南风和东北风的强烈的风向辐合，在德宏西侧东北风与西南风的汇合形成一条辐合线。且德宏西部和南部3 h变压-3Pa以上，有利于上升运动。南支槽和辐合线是这次天气过程的触发机制。

4 强对流天气卫星、雷达图像特征

4.1 MCS的卫星云图分析

5月3日08时在南支槽前低空急流出口区有强雷暴云团生成，可见光图(图5)上08时30分对流云团呈团状结构，边界光滑整齐有明显的暗影，云顶有清楚的皱纹和斑点。其西部不断有对流云团生成，9时30分可以看到由多个对流云团形成了中尺度对流复合体，11时30分对流云团合并成一个色调白亮的对流复合体，东北方向出现短的卷云砧。MCS的东部生成一个新的对流云团，该对流云团发展成为主要影响我州产生强对流天气的对流云团。13时30分该新生对流云团边界处出现短的卷云羽，说明该对流云团处于发展成熟阶段。14时30分，对流复合系统不断发展开始影响德宏州，在德宏中部生成中-γ尺度的白亮对流云团，造成我州陇川县雷暴、冰雹的发生，德宏西部的对流云团不断向东移动，表现为一条飑线自西向东影响德宏。在14时30分和15时30分的水汽云图中(图略)MCS的北侧有出现明显的呈反气旋式弯曲的水汽羽，在可见光云图上表现明显的卷云砧，当垂直风切变很大时，积雨云出现卷云砧的边界特征。15时30分可见光云图中对流复合系统西侧的对流云系色调变暗，东南侧的对流云团合并，并向东移动，14时30分—15时30分则是德宏发生强对流天气的主要时间段。

图5 2013年5月3日可见光云图监测

4.2 雷达对MCS的监测和分析

运用德宏雷达站资料分析(型号：CINRAD/CC，体扫模式：VCP11，雷达位置：98°20′40″E，24°29′21″N，海拔高度：2073m)

14时39分0.5°仰角上在德宏边境以西出现排列成带状的雷暴群(也称为飑线)，反射率因子强度在40～55 dBz之间(图略)，同仰角径向速度图上弓状回波前部有正负速度辐合带，表明对流云带处于强烈的发展阶段。飑线后部为一个大片的负速度大值区风向为偏西风，风速在-18 m·s-1以上，风速的极大值区，部分速度值超过了雷达最大不模糊速度24.9 m·s-1，出现了速度模糊的现象，经过退模糊计算飑线后部的风力应为-27.4 m·s-1，飑线处于快速移动和强烈的发展中，要警惕地面大风在下游地区的发生。15时02分飑线有组织的发展起来，前缘成为一个典型的弓状回波，在其东南侧新生了一条新的雷暴带不断发展起来，在发展的过程中与飑线南端弥合使飑线的南段得以加强。在飑线的凸部分别在15时18分—15时24分，在0.5°和1.5°仰角的径向速度图上出现了反气旋辐合式的中气旋(白色长箭头指向)，在环境风的影响下中气旋入流速度最大值在-18～-22 m·s-1，出流速度最大值在7～12 m·s-1，中气旋的出现是强对流发生的明显信号和预警指标。中气旋使得大风出现概率增加，系统生命史延长[5]。在中气旋强回波的后侧，出现一个顶点指向雷达的“V”型缺口，使飑线后部的层云出现齐整的边缘，这是由于冰雹对雷达回波的衰减而造成的。弓形回波后部有弱回波通道，表明后侧入流急流进入风暴向前下沉进入中气旋内，中气旋高度迅速下降，切变增大导致地面直线型大风产生。地面大风出现在沿着这个弓形回波凸部中气旋移动的路径上，从15时18分(1.5°仰角)—15时35分(0.5°)的径向速度图上中气旋后部速度最大值区(瑞丽、盈江、陇川区域)有大风正在发生。

14时39分—15时35分飑线发展的过程中雷达探测到在4.3～8.7°的仰角上风速随高度增大，中高层对流风暴的顶部有大风速区的存在并出现了速度模糊的现象，通过退模糊计算最大风速达到31 m·s-1，反应了有较强的垂直风切变。

与飑线产生的大风天气不同，梁河产生的是雷暴大风天气。16时13分一个超级单体风暴在梁河西侧强烈发展并向东移动， 1.5°仰角上该风暴的后侧有一V型缺口(图略)，16时24分随超级超级单体风暴的移动梁河正处于V型缺口之中，为强对流风暴强烈的下沉气流区，会产生大风天气，与测站观测到的大风出现的时间(16时15分—16时28分)一致。

除了飑线产生的强天气外德宏整个区域在14时—17时这3 h之间德宏区域内分散的出现很多雷暴单体，其中有12个雷暴单体在不同时间和不同仰角上出现了三体散射现象(图略)，三体散射是指由于雷达能量在强反射率因子区向前散射而形成的异常回波，图上常常呈现类似细长的钉子状从强回波区沿径向伸展。三体散射是出现大冰雹的充分条件和非必要条件，三体散射出现后10～30 min往往会产生最大的地面降雹和大风。[6]对出现三体散射的雷暴单体按照时间顺序进行排序编号，对其中第3、4个单体的生消进行详细阐述。

14时12分雷暴单体③处于发展旺盛阶段(图6a)，在4.3°仰角上中心强度达55 dBz以上，并且出现了三体散射现象，从基本反射率剖面图上(图6b)看强中心位置在6～10 km， 最强回波位于云体的中上部。说明该雷暴单体处于塔状积云阶段，还在不断的发展之中，在③的南侧有一个小的对流云团④。14时23分，单体③三体散射现象依然存在，回波强中心由较高的高度迅速下降至地面附近，回波强度减弱，说明雷暴单体③已开始处于消亡阶段。同时，对流云团④进入强烈发展阶段，垂直高度迅速升高至10 km高度，在8 km高度出现45 dBz的强中心。14时28分，虽然两个单体在角1.5°仰上③比④的反射率因子略强，但从剖面上看不难看出雷暴单体③的强中心已经接地，已经失去雷暴单体有组织的结构，逐渐消亡。而④在低层1.5°反射率因子图中表现为一个典型的钩状回波，从剖面上看垂直高度更高，中心强度更强，在14时34分由于入流方向强的斜升气流一侧反射率因子梯度进一步增大，中低层出现明显的有界弱回波区，风暴顶和最强回波区位于有界弱回波区之上，在风暴顶部还出现了尖顶回波，这是由于三体散射现象的旁瓣引起的。在④的东侧有一个钩状回波特征的雷暴单体⑤开始发展起来。14时39分—14时51分雷暴单体④的强中心逐渐下沉接地，进入消亡阶段。

图6 14时12分—14时34分基本反射率因子和基本反射率因子剖面

5 小结

本文的主要目的是采用中尺度分析方法对一次预报不理想的强对流天气进行短时预报再分析，探讨强对流天气短时临近预报的可能途径。

根据强对流环境场的分析，可以判断出此次过程的有利条件首先是上干下湿的不稳定层结和对流有效位能(CAPE)在午间显著增大，增强了大气的对流不稳定条件。其次，南支槽前西南气流带来水汽满足了强对流发生需要的水汽条件。第三，在发展的前倾槽和地面辐合线的共同作用下产生天气尺度的强迫抬升和强的上升运动，为强对流天气提供强的动力条件。这次强对流天气过程是在满足了不稳定层结、水汽、和抬升触发三面条件和强的垂直风切变的增强条件下造成的。

在强对流天气发生的过程中卫星云图能够清晰的分辩MCS的结构和发展。利用雷达监测到飑线、三体散射、有界弱回波区、后侧“V”型缺口等回波特征。这些回波特征在雷暴、冰雹、大风等强对流天气的短时临近预报中起到很强的指示作用。

[1] 俞小鼎.基于构成要素的预报方法—配料法[J].气象，2011，37(8)：913-918.

[2] 张涛，蓝渝，毛冬艳，等.国家级中尺度天气分析业务技术进展Ⅰ：对流天气环境场分析业务技术规范的改进与产品集成系统支撑技术[J].气象，2013，39(7)：894-900.

[3] 段旭，陶云，许美玲，等.西风带南支槽对云南天气的影响[J].高原气象，2012，31(4)：1059-1065.

[4] 吴蓁，俞小鼎，席世平，等.基于配料法的“08.6.3”河南强对流天气分析和短时预报[J].气 象，2011，37(1)：48-58.

[5] 吴芳芳，俞小鼎，张志刚，等.对流风暴内中气旋特征与强烈天气[J].气象，2012，38(11)：1330-1338.

[6] 王彦，唐熠，赵金霞，等.天津地区雷暴大风天气雷达产品特征分析[J].气象，2009，35(5)：91-96.

2014-09-12

龚婉(1984—)，女(傣族)，工程师，主要从事中短期天气预报工作。

1003-6598(2015)04-0022-05

P458.1+1

B