2016年初夏随州一次雷暴大风天气特征分析

2019-09-10贺晓露

农业灾害研究 2019年4期

贺晓露

摘要利用常规观测资料和随州新一代多普勒雷达（CINRAD/SB）资料，分析了2016年6月5日湖北省随州市境内的雷暴大风天气过程。分析表明，此次大风天气是在高空冷涡低槽东移的环流背景下发生的，强冷平流随西北气流南下，叠加在低层暖湿气流之上，形成对流不稳定，同时地面有冷锋入倒槽形成地面辐合线，触发不稳定能量释放。中等强度的垂直风切变环境有利于强对流发生发展;整层湿度不大，并且中高层有明显干侵入，不利于降水而有利于下沉气流发展;CAPE、DCAPE、K指数和SI指数都表明有较强的不稳定天气产生。雷达回波上观测到明显的弓形回波，且在母体风暴前沿有一条10～15 dBz的窄带回波，同时在径向速度图上观测到低层1 km以下高度有明显的大风核，4～6 km还存在中层径向辐合MARC，这些回波特征对地面大风有很好的指示意义。

关键词雷暴大风;垂直风切变;弓形回波;中层径向辐合

中图分类号：P446;P425 文献标识码：A 文章编号：2095-3305（2019）04-033-04

DOI： 10.19383/j.cnki.nyzhyj.2019.04.015

Abstract Using conventional observation data and CINRAD/SB data， the thunderstorm and gale weather process in Suizhou City of Hubei Province on June 5， 2016 was analyzed. The results showed that the gale was occurred in the background of coldvortex and trough eastward movement， the strong cold advection flowed southward， and superimposed on the warm wet air in lower level， which formed convection instability. And a cold front on the ground formed a ground convergence line in the inverted trough， triggering the release of unstable energy. Mediumrange vertical wind shear favored the development of strong convection. The humidity in the whole layer was not large， and an obvious dry intrusion was at the middle and high levels， which was not conducive to precipitation while that was conducive to the development of subsidence air flow. CAPE， DCAPE， K index and SI index all indicated strong unstable weather generation. An obvious bow echo was recognized by the Dappler radar of Suizhou， and there was a narrowband echo at the front edge. A clear wind core was recognized on the radial velocity diagram in the lower layer even less than 1 km， and radial convergence was also present in the middle layer at 4-6 km. These echo characteristics had a good indication to the ground gale.

Key words Thunderstorm gale;Vertical wind shear;Bow echo;Middle level radial convergence

对流风暴属于中小尺度天气系统，常产生强烈的雷电和灾害性大风天气，我国学者一般称之为雷雨大风。实际上，雷雨大风是龙卷风和下击暴流引起的大风等几类大风天气的总称。由于中小尺度对流系统的尺度小、局地突发性强，破坏力大等特点，在常规预报上仍有一定难度。人们主要是通过监测天气雷达、卫星云图等实时资料开展强天气预警服务工作，并且常规天气雷达观测发挥了十分重要的作用。笔者利用常规观测资料和随州新一代多普勒雷达（CINRAD/SB）观测资料，以及随州区域自动站观测资料，分析了2016年6月5日晚随州市境内的雷暴大风天气过程，为今后利用雷达有效开展雷暴大风天气短時临近预报、预警提供借鉴。

1 天气实况及灾情

此次过程主要发生于2016年6月5日22：00至6日01：00，由一条弓形回波自西北向东南扫过整个随州市造成的，具有强的系统性，大风出现时间有序，大风方向以偏北方向为主，为地面直线型大风。大风天气最早发生于随州西北部的吴山镇，随着飑线移动，大风相继产生，过程累计共18站次出现阵风8级以上（>17.2 m/s）的大风，最大为23：45余店极大风速26.1 m/s。过程期间伴随多站出现雷暴以及降水，小时雨强最大为23：00至翌日00：00唐镇21.4 mm。据民政局统计，此次雷暴大风天气造成全市90人受灾，转移安置42人，严重损害房屋33间，一般受损房屋38间，还造成农作物倒伏，直接经济损失53.6万元。

2 大尺度背景场分析

中小尺度系统的发生发展是在一定的有利大尺度环流背景下产生并受其制约的，以下分析此次雷暴大风过程的大尺度环流形势特征。2016年6月5日，500 hPa欧亚为两槽一脊型，我国呈西高东低分布，河套以东的华北地区有一低涡带动低槽逐渐东移，随着低涡不停旋转，冷空气不断累积南下。20：00随州市正位于槽底的冷暖交界处（图1a），同时有温度槽配合，槽区有大片的负变温区，随着低槽东移，负变温区移进湖北中东部，最大 24 h 负变温达-7℃。850 hPa在鄂陕豫交界处有一个闭合的低涡环流，随州处于低涡暖式切变线南侧的西南暖湿气流中，在暖式切变线附近的露点达12℃以上，5日08：00—20：00有露点锋形成并自北向南压过随州。从水汽通量散度来看，5日随州上空500 hPa有水汽辐散，700到850 hPa有水汽辐合，同时850 hPa到500 hPa的温差超过25℃，温度直减率大。这种上冷下暖，上干下湿的形势配置形成明显的对流不稳定，十分有利于强对流的发生。在地面图上白天华中区域为暖倒槽控制，气温回升明显，不稳定能量集聚，晚上到夜间东路冷空气逐渐南压侵入暖倒槽有明显锋生，并且在冷空气下摆的过程中，形成边界层辐合线，触发不稳定能量释放，使得辐合线附近产生了强的对流。

3 探空资料分析

3.1 垂直风切变

垂直风切变是指水平风（包括大小和方向）随高度的变化。统计分析表明，环境水平风向、风速垂直切变的大小往往和形成风暴的强弱密切相关。在给定的湿度、不稳定性及抬升的深厚对流中，垂直风切变对对流风暴组织和特征的影响最大。

将6月5日20：00南阳站和武汉站探空资料抬升点的温度和露点订正为随州站的温度和露点后，得到订正后的探空图（图2），可知从南阳到武汉的地面-700 hPa有明显的风向顺时针旋转，风速随高度明显增大，中低层有明显的暖平流，而500至200 hPa有风向逆时针旋转，中高层有冷平流，这种上冷下暖的形势有利于不稳定能量的集聚。同时0～6 km的风切变在12 m/s以上，说明此次强对流天气过程发生在中等强度的垂直风切变环境中，有利于对流中上升气流和下沉气流长时间的共存，且能够产生与阵风锋相匹配的风暴，易形成地面大风天气。

3.2 温、湿廓线特征

不同强对流天气有其特色的层结结构，从过程发生前的对流风暴加强源地南阳站探空图（图2）形态可以看出，此次强对流过程温湿结构表现为上下开口的“喇叭口”层结，地面湿度不大，中低层850～750 hPa湿度明显增大，具有足够的湿度能维持下沉气流到达地面，600 hPa之上湿度又明显降低，干层清晰。5日20：00，比湿超过10 g/kg 的高度伸展至750 hPa，由于中高层的干冷空气侵入，500 hPa以上为比湿迅速下降1 g/kg 以下、温度露点差大于10℃的干层。由于只有850和925 hPa 有弱的西南气流，并且温度露点差较大，表明水汽较差。同时，当低层边界层辐合线触发对流发生，强对流发展耗损大量水汽，水汽供应得不到及时补给，是此次过程降雨量不强的主要原因之一。

3.3 不稳定度

大气物理量可以定量描述大气中某些特征，因此对其分析可以对大气特性有更为清晰的认识。6月5日20：00订正后的南阳站与武汉站CAPE值都超过2 000 J/kg，CAPE值越大，说明能量释放后，对流的上升运动越强。CIN值在100～150 J/kg，表明风暴受到一定的负浮力，适当的CIN值有利于不稳定能量的集聚，是对流发生的先决条件。此次过程中DCAPE值达1 193 J/kg，十分有利于产生强的下沉气流，在地面形成向外辐散的地面大风。热力稳定度条件上，K指数为32℃，SI指数为-1.2℃，表明中尺度环境场处于不稳定状态，具有对流发展的良好潜势。强天气威胁指数（SWEAT）反映了不稳定能量与风速、风向垂直切变对风暴强度的综合作用，其值越高，发生强雷暴的可能性越大，此次过程中SWEAT为183，表明具有对流天气发生潜势。

4 雷达回波特征分析

4.1 反射率因子特征

此次雷暴大风过程是由高度组织的对流单体发展成弓形回波造成的地面直线型大风。6月5日21：00左右在河南西南部不断有对流单体合并加强并逐渐东移南压，风暴发展很快，22：00左右在河南南阳附近发展为南北两段弓形回波，尺度达100 km以上，长宽比大于5∶1，南部的弓形回波快速向东南方向移动横扫整个随州，北部弓形回波移速稍慢并逐渐减弱合并至南部弓形回波中。整个过程中回波的反射率强核位于回波的前沿，强度均在50 dBz以上，最强时段达到60 dBz，其后部有大片层状云降雨区。从移速来看，向东南方向移动的速度超过50 km/h。另外在22：09观测到一条反射率因子为10～15 dBz的窄回波带脱离风暴母体向外伸展加速，即阵风锋。阵风锋一直在风暴母体前方10 km左右，使得风暴可长时间强烈持续。直到6日00：12后阵风锋逐渐远离风暴母体，母体风暴逐渐减弱（图3）。

4.2 徑向速度特征

在6月5日晚大风过程中的0.5°和1.5°仰角速度图中可以看到22：50距离雷达60 km左右的随州西北部有明显的西北向大风速核，最大速度超过27 m/s，即表示在1 km以下高度处风速超过27 m/s，说明其后部有一股非常强的干冷空气进入对流云的下方，也可以判断此时该区域的地面风速也很大（图4a～b）。大风速核从6月5日22：00到6日01：00自西北向东南扫过整个随州，造成了此次全市范围的大风天气。同时在22：21的2.4°仰角速度图中可以看到在4～6 km高度处存在一个明显的中层径向辐合MARC（红圈处）（图4c），反映出由前向后的强上气流和后侧强的入流之间的过渡区，其最大正负速度差值达30 m/s。中层径向辐合是识别地面大风的一个重要特征。

4.3 风廓线（VWP）特征

风廓线图（VWP）只适用雷达站30 km范围内，而且假设风场是均匀分布的，因此挑选了强锋面回波影响测站前（图5a）和影响测站时的图（图5b）加以说明。可以看出，在整个雷雨大风天气产生前，在低层风随高度顺转，为暖平流，且在2.5 km以下的高度均为偏南风，2.5～3.5 km为西北风，这种配置易造成对流不稳定的层结，对强对流天气的产生也是一种激发机制。当23：30左右阵风锋经过测站时，偏北风扩散到近地面，中低层风随高度逆转，说明中低层转为冷平流扰动，触发对流。当冷平流持續一段时间后，低层辐合上升的热力条件逐步减弱消失，不利于对流性天气的发展，天气相对稳定下来。

5 小结

该文从环境背景场、层结条件、物理量参数、雷达回波特征等方面分析了随州市2016年6月5日雷暴大风天气过程，得到如下主要结论：

（1）此次过程为弱降水灾害性大风天气。环流背景为高空冷涡低槽东移，强冷平流叠加在低层暖湿气流之上，形成对流不稳定，同时地面有冷锋入倒槽形成地面辐合线，触发不稳定能量释放。

（2）此次强对流发生在中等垂直风切变环境中;有明显的“喇叭口”层结，中高层有干侵入，有利于下沉气流发展;CAPE、DCAPE、K指数、SI指数和SWEAT指数都表明不稳定条件较好。

（3）反射率因子回波上，此次过程由高度有组织的弓形回波造成，风暴母体前方观测到一条10～15 dBz 的阵风锋，预示地面可能发生大风。

（4）径向速度图上，观测到低层1 km以下高度超过27 m/s的大风核，4～6 km还存在中层径向辐合MARC，这些特征对地面大风有很好的指示意义。

参考文献

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