贵州三都“7.22”大风天气分析

赵 杰，潘启学，黄桂东

(贵州省黔南自治州气象局，贵州 都匀 558000)

0 引言

雷暴大风是我国主要的灾害性强对流天气之一，由于它们一般空间尺度小，生命史短、突发性强及发展演变迅速，仍然是日常预报业务的难点[1]。近年来不少学者对雷暴大风进行了研究，俞小鼎等[2]提出: 雷暴大风主要由成熟阶段雷暴中的下沉气流，在近地面处水平辐散性而产生; 祝学范[3]、谢祖镇[4]分析了大风与地形的关系，指出狭管效应对风速有明显的加速作用；李国翠等[5]确定了雷暴大风的6个雷达识别指标：风暴最大反射率因子、风暴最大垂直积分液态水含量、垂直积分液态水含量随时间的变率、风暴体移动速度、回波顶高和垂直积分液态水含量密度；吴古会[1]、李路长[6]、蒙军[7]、张超[8]、罗晓松[9]等分别研究了贵州不同地区的雷暴大风，但是黔南地区研究相对较少。

2018年7月22日16时20分左右三都县城出现大风天气，此次大风导致三都县城同心桥上木质结构建筑物中间部分垮塌，造成人员伤亡。此次大风局地性强、持续时间短，此类大风的预报有一定的难度，本文对此次天气过程的环境场、前期气象要素、雷达产品、地形等进行分析，为将来预报三都大风积累一定的经验。

1 实况

2018年7月22日16时20分左右，三都出现短时大风天气，最大风力达21.5 m/s，风向东北转西北，具体风向与风力大小见表1。此次过程伴有降雨无冰雹，降雨时间持续11 min，累计降雨量6.5 mm；气温骤降，7 min内下降10 ℃。同时段县城周边各站点最大风速情况见表2。上述气象监测表明，三都县城风速远大于周边站点风速，此次三都县城大风具有局地性、短时性。

表1 16时11分至20分三都县城风向(单位：°)、风力(单位：m/s)变化Tab.1 16∶11 to 16∶20 Sandu County wind direction (unit: °), wind (unit: m / s) changes

表2 16—17时三都周边站最大风速(单位：m/s)Tab.2 Maximum wind speed around Sandu at 16∶00—17∶00 (unit: m/s)

2 环流背景

图1为7月22日14时环流配置情况，500 hPa上副高位于黄淮流域到湖北陕西一带，北部湾为热带低值系统影响，贵州主要受偏东气流影响，气压梯度较小，700 hPa和850 hPa来看，贵州主要受热带低值系统北侧的偏东气流影响，风速较小，从海平面气压来看，贵州区域基本处于均压场中，等压线稀疏。我国常见大风为冷锋后部偏北大风，高压后部偏南大风，低压大风，以及台风大风和雷雨冰雹大风[10]，从大的环流背景来看，贵州主要受偏东气流控制，地面气压梯度小，不具备形成前4种大风的环流背景条件，此次大风为雷雨大风。

图1 22日14时环流配置(a:500 hPa高度场；b∶700 hPa高度场+风场；c：850 hPa高度场+风场；d：海平面气压场)Fig.1 At 14 o'clock on the 22nd, the circulation configuration(a: 500 hPa height; b: 700 hPa height+wind; c: 850 hPa height+wind; d: sea level pressure)

3 不稳定能量条件及触发条件

从对流有效位能分布来看(图2a、2b)，08时黔南境内对流有效位能为900～1 500 J/kg，到14时全州对流有效位能为1 400～1 800 J/kg，黔南境内对流有效位能呈现出明显升高的趋势。从对流抑制(CIN)来看(图2d、2e)，08时全州为20～50 J/kg，到14时变为0～1 J/kg，基本没有对流抑制的存在。从对流有效位能和对流抑制的变化来看，对流有效位能升高，对流抑制减小，有利于黔南境内午后出现强对流天气。

从16时区域站10 min平均风速(图2c)可以看出，在三都县北部地区都匀南部地区存在地面辐合线，地面辐合线的存在提供抬升触发条件，有利于能量的释放。从08时探空图(图2f)看出贵阳上空中高层特别干，低层较湿，有利于不稳定层结的维持，中层干冷空气有利于加强雷暴中的下沉气流，有利于地面大风形成，同时对流温度为25.9 ℃。08时位于三都南侧的河池探空(略)也呈现出低层湿度大，中高层湿度低的特征，对流温度为31.4 ℃，当天三都最高气温达36.0 ℃，有利于午后热对流的出现。

综合来看，在大风发生前，三都地区有着较强的不稳定能量条件，地面辐合线的触发与热力抬升作用使得能量释放，有利于雷暴大风的形成。

图2 08时与14时CAPE、CIN分布、16时地面风场以及08时贵阳探空图(a：08时CAPE分布；b：14时CAPE分布；c：16时区域自动站10 min平均风速；d：08时CIN分布；e：14时CIN分布；f：08时贵阳探空图)Fig.2 The distribution of CAPE and CIN at 08∶00 and 14∶00, the ground wind at 16∶00, and the sounding map of Guiyang at 08∶00(a: CAPE distribution at 08∶00; b: CAPE distribution at 14∶00; c: 10 minutes average wind at regional automatic station;d:CIN distribution at 08∶00; e:CIN distribution at 14∶00; f: sounding map of Guiyang at 08∶00)

4 要素分析

4.1 气温

图3a为三都县城7月的气温变化，可以看出三都县城7月最高气温17日开始超过35 ℃，直到22日最高气温基本维持在35 ℃以上，期间19日最高气温略低为34.7 ℃，此时段最高气温基本为7月最大区间。从平均气温来看，17日开始平均气温明显升高，在21日平均气温达到最大值29.1 ℃，虽然19日最高气温略有降低，但是平均气温相比前几天有所升高。总的来看，在大风发生前(22日前)三都县城持续5 d以上的高温天气(最高气温超过35 ℃，平均气温超过27 ℃)。大风发生当天最高气温为近3 d的最大值，由于强对流天气的影响，气温下降，平均气温在大风发生前1 d达到最大值。

4.2 气压

图3(b)为三都县城7月10—30日海平面气压及与周围站点海平面气压差的变化，从图可以看出，从16日开始三都县城海平面气压呈降低的趋势，在22日气压值降至最低值1 001.4 hPa，往后海平面气压值开始升高。从三都与周围站点的气压差可以看出，在21日三都与荔波、都匀的气压差之开始增大，19日与平塘的气压差开始增大，到22日三都与周围站点气压差均为正值，23日后气压差值减小。总的来看，大风发生前5 d三都气压呈现降低的趋势，大风当日气压值达到最低值，大风发生前1 d三都与周围站点气压差值开始增加，大风当天三都县城与周围站点气压差均为正值。

图3 三都县城7月气温(a)、海平面气压以及与周围站点海平面气压差(b)的变化Fig.3 Changes in temperature (a), sea level pressure and sea level pressure difference (b) from Sandu County in July

5 雷达回波分析

图4为大风发生前的雷达演变。在15时43分(图4a)开始有回波发展，到16时09分(图4b)回波发展成熟，并影响三都地区，回波为孤立积云降水回波，周围无层状云降水回波。初始回波发生于较高仰角(4.3°)，范围较小，发展较快。从垂直剖面来看，反射率因子核心初始高度位于4.5～6 km高度(图4c)，到16时09分(图4d)回波强度加强，反射率因子核心高度位于3～6 km高度，回波顶高在9 km以上，到16时15分(图4e)，反射率因子核心高度继续下降至3 km以下，具有明显的反射率因子核心下降的特征。从速度剖面来看(图4f)，在16时09分回波发展成熟时，在3 km上下存在明显的径向辐合，为中层径向辐合(MARC),有利于地面大风的发生[2]。总的来看，反射率因子生成于较高的高度，大风发生前有明显的反射率因子核心下降与中层径向辐合，有利于地面大风的发生。

图4 雷达回波演变(反射率因子仰角为4.3°)(a:15时43分反射率因子；b：16时09分反射率因子；c：15时43分反射率因子剖面；d：16时09分反射率因子剖面；e：16时15分反射率因子剖面；f:16时09分速度剖面)Fig.4 Radar evolution(Reflectivity factor Elevation angle is 4.3°)(a:Reflectivity factor at 15∶43；b:Reflectivity factor at 16∶09；c:Reflectivity factor profile at 15∶43；d:Reflectivity factor profile at 16∶09；e:Reflectivity factor profile at 16∶15；f:speed profile at 16∶09)

6 地形与下垫面分析

同心桥周围地形如图5所示，可以发现同心桥西侧为地势开阔的城区，东侧为山地，整个地形呈现出明显的“喇叭口”形状，同心桥处于地形变窄位置。由表1，在大风发生前风向由东北转向西北，结合地形可知，当风向为偏东风时，风由地形狭窄的山区吹向宽阔的城区，对风速无明显的影响，当风向为偏西风时，风由宽阔的城区吹向狭窄的山区，此时由于“狭管效应”风速明显增大。同时由于下垫面的不同，城区气温较高，河面气温较低，这样的气温分布将会在河面与城区之间生成局地的热力对流，热力对流在河面的下沉支将会使得风速加大，并且河面摩擦力比城区小，因此下垫面的分布将会导致河面风力大于观测站点的风力。综合地形和下垫面因素可知，在雷暴大风生成后，经过地形的加速和下垫面的影响，使得在风向转为西北风后形成大风，并造成同心桥的垮塌。

图5 三都县同心桥周围地形(箭头所指为同心桥)Fig.5 Topography around the Tongxin Bridge in Sandu County (arrows refer to Tongxin bridges)

7 结论与讨论

①此次过程大形势不具备形成冷锋后部偏北大风，高压后部偏南大风，低压大风以及台风大风的条件，大风发生前黔南能量较高，地面辐合线位于三都北部地区，午后气温升高，热对流的发展及地面辐合使得能量释放，此次大风是午后热对流形成的雷暴大风。

②此次大风发生前三都县城持续5 d以上的高温天气(最高气温超过35 ℃，平均气温超过27 ℃)，大风发生当天最高气温为近3 d的最大值，平均气温在大风发生前1 d达到最大值。大风发生前5 d三都气压呈现降低的趋势，大风当日气压值达到最低值，大风发生前1 d三都与周围站点气压差开始增加，当天气压差均为正值。但是当气温与气压出现上述变化时，是否会出现大风还有待进一步的研究。

③此次大风雷达回波生成于较高层次，在大风发生前出现了较为明显的反射率因子核心降低和中层径向辐合，有利于地面大风的出现，同时地形“狭管效应”与下垫面的影响使得河面上风力加大。