极大风速在强对流预报中的重要意义

訾耀海

摘要 介绍极大风速在强对流天气预报中的重要作用，指出区域自动站在强对流天气监测预警中具有的优势，并根据多年经验总结了一套强对流天气预报方法，供北方预报员应用参考。

关键词 极大风速；强对流；对流温度；不稳定能量；区域自动站

中图分类号：P45 文献标识码：A 文章编号：2095-3305（2018）03-066-02

DOI： 10.19383/j.cnki.nyzhyj.2018.03.027

Abstract The important role of maximum wind speed in severe convection prediction was introduced， the advantages of regional automatic station in severe convection monitoring and early warning were pointed out. According to years of experience， a set of severe convection forecasting method was summarized， in order to provide applied reference for northern forecasters.

Key words Maximum wind speed； Severe convection； Convection temperature； Instability energy； Regional automatic station

當前数值预报快速发展，细网格已经完全取代了粗网格资料。系统性过程的预报准确率达到了很高程度，但在强对流预报方面的数值预报能力仍然相对不足。强对流天气的局地性特点决定了其小尺度特点并不适合大尺度的准地转理论，尤其是局地热对流更难预测。目前，区域自动站基本覆盖乡镇，但其资料应用远远不足。自Micaps4.1的应用以来区域自动站的大部分资料才通过CIMISS接入到Micaps4.1上，这使得区域自动站资料的应用成为可能。其中极大风速对强对流的预报具有重要作用。四要素和六要素区域站中均有极大风速的要素观测，因此极大风速的应用具有广泛性。常规资料中通常使用平均风速，往往忽略了极大风速的重要作用。在强对流预报中平均风速和极大风速的应用效果差异很大。若使用平均风速来进行强对流预报基本无法看到明显切变或地面辐合线，但极大风速体现的就明显很大。

1 对流有效位能的瞬变特性

其中ZLFC为自由对流高度，是（Tvp-Tve）由负值转正值的高度；ZEL为平衡高度，是（Tvp-Tve）由正值转负值的高度。CAPE值越大对流发展高度越高或对流越强烈。CAPE的大小随起始抬升高度不同而存在显著差异。在实际过程中气块开始抬升高度是难以确定的。在对流发生前得不到大气层结曲线变化，就算确定起始抬升高度也无法准确计算出CAPE的大小。在实际对流发生前CAPE往往有瞬间增加的趋势，原因在于对流发生前自由对流高度会瞬间下降从而水汽开始对流上升，地面气压下降，气流开始辐合，湿度迅速增加，不稳定层结进一步增强，正反馈作用使对流快速发展形成激烈的对流天气。

2 极大风是对流天气来临前征兆

谚语“风是雨头”，按照普通的理解这里的“风”就是气象里常用的平均风，但事实上应该是极大风。风的瞬间增大必然是气压梯度的增大与垂直运动共同作用的结果。自从Micaps4.1应用以后小时极大风速得以通过CIMISS呈现在预报员面前，但小时极大风不是同时出现的，而是出现在小时内的不同时间点。事实上，不同地点的极大风也不可能同时出现，是随着系统移动而依次出现的。极大风速的陡然增大意味着地面辐合的瞬间增强以及500 hPa动力减压达到峰值，不过这种突增并不能维持，而是瞬间出现后便减小，一旦降水开始便可能变得很小或静风，或是雷雨大风。因此“风是雨头”的“风”不是平均风，而是极大风，正是雷雨来临前征兆，这是古人长期经验的精辟总结。

3 极大风速的陡增是上升运动的前兆

众所周知，降水的形成必须要有上升运动，还要有触发机制。言外之意，上升运动需要有个开始，并且必须持续一段时间才能达到触发条件，从而实现自由对流形成降水或对流。这个开始和持续的时间就使预报成为可能，只不过这不是数值预报的模式预报，而是监测预报，因为强对流的预报时间为1～3 h。数值预报赋初值计算出来就需要数小时，而且数值预报的地面风预报的均为平均风，且根据准地转理论近地面风是摩擦层，误差是最大的。因此地面区域自动站监测要素的作用突显出来。极大风速的陡增恰恰是上升运动的前兆。极大风速的陡增正是触发条件的开始，直到降水形成、触发完成，使水汽抬升到自由对流高度，不稳定能量大部分释放，降水开始意味着水汽开始自由对流，大气状态转为中性层结，上升运动占主体，继续发挥作用源源不断提供水汽，抽吸作用成为主要动力维持因素。

4 极大风速的陡增监测是强对流天气预报中最敏感的要素

风是天气预报中最敏感的要素，但具有价值的不是平均风速，而是极大风速。它能够直观快速地反映气压梯度的瞬间加大，气压的快速减小，高空正涡度对地面造成的动力性减压的峰值。风预报对强对流预报来讲意义微乎其微，有预报价值的风是风速的陡增，而这一风速变化只能通过监测来实现。极大风速的陡增监测就成为强对流预报中最敏感的要素。需要强调的一点是，这里提到的是极大风速的陡增，没有谈到风向。根据已有经验强对流前极大风风向与预报关系并不大。因此只需要关注极大风速的增加而不必过多考虑风向的影响，不可以按照传统理论必须是西南风才会产生低空急流激发强对流。主要考虑的是测站所处的位置与对流发生的辐合中心无法确定。处在辐合中心不同方位出现的风向也是不同的。

5 区域自动站资料的突出应用优势

区域自动站大多布设在乡镇或乡村，个别国家站也有布设在乡镇的。随着科技进步这些自动站数据直接传送到省级数据中心入库，再上传到中国气象局，通过CIMISS接入到Micaps4.1上，供预报员调阅使用。调阅的区域自动站数据均为小时数据，对强对流预报来说，预报时效很短，10 min极大风速无法从Micaps4.1上监测到，只有在县级的地面传报软件上才有这些更精细的时间分辨率更高的数据显示。一般强对流发生的范围只有几个村或几个乡镇，因此县级气象局在强对流监测预警方面具有很大优势，也符合区域自动站监测中小尺度系统的建设初衷。县级气象台理所当然地成为强对流预报的最前沿。县级气象局也最有条件用好区域自动站资料，从而做好灾害性天气预报预警。

6 强对流天气的监测与预报

强对流预报是气象预报中的难点，时间短、致灾性强、尺度小是其主要特点，利用好现有的数据及工具仍然是可以进行预报的。强对流天气的监测与预报是一个系统工程，根据多年经验笔者总结了一套预报方法，供北方预报员应用参考。

分析08：00 T lnP图，主要分析不稳定趋势及不稳定能量大小并进行订正，读出对流温度。订正要素选用本站气压、露点、当天最高气温，再对CAPE、对流温度进行重新计算。如呼和浩特探空订正数据为08：00气压减少1 hPa、露点15℃及当天最高气温预报。此外，要根据集合预报最大不稳定能量区用Micaps4.1进行模式探空，大致了解不同区域的不稳定能量及对流温度大小，再根据最高气温预报是否超过对流温度来判断对流发生的可能性大小。随后逐小时进行最高气温和极大风速陡增的监测，同时配合1.25 km高分辨率可见光卫星云图辅助确定对流发生区域。

参考文献

[1] 张欢. 基于风场信息的强对流天气预报研究[D].天津：天津大学，2010.

[2] 张慧婵. 单站探空物理量在雷雨大风预报中的应用[J].空中交通管理，2008（11）：31-33，30.

责任编辑：郑丹丹