加密探空资料在强对流天气过程中的应用分析

黄梅艳 韦丽英 邓汝伊

摘要 强对流天气的发生发展与大气稳定度、水汽条件、高低空冷暖平流和垂直风场配置等关系密切，而这些信息都可从探空资料中获取。利用百色站加密探空资料，分析了百色站2016年6月14—15日出现的强对流大风天气发生发展过程。结果表明：利用探空资料中新增加的各种图形功能和内容，通过气球运动轨迹可分析该区域大气的运动方向和气流上升或下沉的高度、强弱，为系统未来的发展提供预报依据。使用埃玛图可以分析大气层结特性，判断大气静力稳定性及对流不稳定性；根据风随高度变化曲线图中风的演变情况，辅以自动站、雷达和天气图等资料，为探索利用加密探空资料分析预报强对流天气提供了思路。

关键词 探空资料；强对流天气；应用分析

中图分类号：P456 文献标识码：B 文章编号：2095–3305（2023）09–0-03

强对流天气下，探空记录是最直观反映当前大气层结状态的观测资料。探空曲线的变化对了解短期天气发展趋势有指示意义，探空资料对天气系统的监测和预报有重要作用[1]。

广西地处低纬度地区，北接南岭山地，西延云贵高原，南临北部湾，地势地貌复杂，常受西南暖湿气流和北方南下冷空气影响，易出现天气系统过境而产生雷暴大风和强降水等强对流天气。当前，对冰雹、雷暴大风和短时暴雨天气的分类预报难度较大，预报过于依赖数值预报产品[2-3]。长期以来，受探测精度的影响，以往预报工作中利用的高空资料多是规定层和特性层的物理参量，其他的探空资料数据并未得到充分利用。随着探测手段的发展，新型探空资料的应用价值得到了很大的提升。利用加密的探空资料，结合自动站、天气雷达等资料，从预报的角度，分析了百色站2016年6月14—15日发生的强对流大风天气发生、发展过程，以探索利用加密探空资料分析预报强对流天气的思路。

1 资料和方法

使用2016年6月13—16日逐日08：00、14：00（加密）、20：00的探空资料，结合同时期自动站雨量、天气雷达等资料，分析了2016年6月14—15日发生的强对流大风天气发生、发展过程，充分利用L波段雷达探测系统软件中新增加的各种图形功能和空间定位等内容，分析大气层结特性、运动方向以及气流上升或下沉的高度、强弱。

2 百色站2016年6月14—15日强对流大风天气过程分析

2.1 天气背景

2016年6月13—14日，500 hPa贝加尔湖南部低涡东移南掉至京津冀地区，引导中低纬短波槽东移影响长江中下游地区，副热带高压环流588dagpm线稳定维持在华南沿海地区，短波槽从副高北侧东移。15日，贝加尔湖西部的高压脊东移，华北低涡后部偏北气流加强，高空槽加深转竖，东移过境时槽底经过广西，广西由西南气流转受西北气流控制。受2次高空槽过境影响，14—15日850 hPa先后有2次切变线南下过程，14日20：00切变线位于贵州南部和广西北部，两侧东北风和西南风风速较小，为6～10 m/s，风力相当。地面冷空气前锋此时仅到达河套南部。15日08：00，高空槽势力加强，副高位置稳定少变，其西北侧风速线密集，位于广西北部的新切变线两侧风速对比明显加强，北侧为2～8 m/s的东北风，南侧为16～22 m/s的西南风急流，切变程度明显强于14日，沿切变线南侧西南急流轴附近的站点温度露点差低至0～

1 ℃，空气饱和程度高；地面冷空气顺势南下到达广西北部，加剧了对流的发生发展，因此产生比14日范围更广、雨势更强的降水（图1、图2）。

2.2 雷達回波分析

6月14日13：00起，西部广南县等地开始出现孤立对流单体，发展东移。15：00田阳、田东县开始出现对流，朝东北方向发展移动，与西部回波逐渐合并，形成1条南北向的带状回波，最强回波在55～60 dBz，18：00～19：00经过百色站时小时雨强达到29 mm，到气球施放时间时强回波已移过百色站，探空球处在系统边缘位置，是19：00从百色站沿右江河谷方向做的剖面。15日，14：00起开始有多对流单体从乐业、隆林县自北向南影响百色，15：00对流已组织化，形成一条自河池凤山县至云南广南县的长回波带逐渐南压。19：00对流带上出现多个对流单体，最强可达60 dBz，回波带前沿清晰，回波强度梯度大，后侧为大范围层状云降水回波，强度在35 dBz左右。19：00沿右江河谷方向做剖面可见，无论是回波强度，还是回波面积或伸展高度都发展明显比14日旺盛。

2.3 降水情况统计

6月14日08：00—15日08：00雨量统计显示，降水有明显的局地性，仅在田东县一带出现了小范围的暴雨区，全市其他地区以小到中雨量级降水为主。15日，雨势明显加强，雨区范围扩大，15日08：00—16日08：00，全市以中到大雨量级降水为主，右江河谷和南部山区北部出现大雨到暴雨，田东、田阳区雨量达62、61 mm，还出现了4站次大雨。14—15日过程同时伴有雷暴天气，15日百色站出现了风速为17 m/s的短时大风，高空槽和低空西南气流的加强加剧了强对流天气的影响程度。

3 探空资料分析

3.1 探空曲线图分析

6月14日19：00，地面气温为27.4 ℃，云10/10，Sc Cb，过去6 h降水显示为3 mm（自动站统计雨量为2.9 mm），此时天气为阴天，云图显示百色市上空为白亮云团覆盖。探空记录显示温湿曲线出现2次逆温过程（图3A），850 hPa附近出现一个高湿、浅薄逆温层，从近地层到达850 hPa，温度仅下降3.5 ℃（区域1），经过雷达资料比对可见，此处出现的逆温层是由于气球施放前1 h内有降水，气球穿过云团，云体内部温度、湿度均大于外界环境。300 hPa附近，温湿曲线又出现一次逆温过程，在约1 km厚度的大气层内经历了升温/湿、降温/湿的反复波动（区域2），从气球空间定位和探空资料量得风层测得气球经过区域2时经纬度为（106.71°E，23.94°N），风向风速为（241°，9 m/s），百色市上空受槽前西南气流影响。此次观测气球升空后方位少有偏移，直至10～11 km开始向偏东移动，接触到系统边缘，该高度积聚的冰晶生成下落，降水物由液体转变成固体的相态变化过程中释放了潜热而形成逆温。

6月15日，贝加尔湖西部的高压脊东移，华北低涡后部偏北气流加强，高空槽加深转竖，东移过境时槽底经过广西，广西由西南气流转受西北气流控制；15日19：00，地面气温为23.6 ℃，云10/10，Sc Cb，阵雨，西南风2 m/s。探空曲线图（图3B）显示0 ℃以上出现1个逆温层（区域1），温度从-5 ℃突升至-1 ℃，又在浅薄的距离内由-2 ℃降至-10 ℃。除此之外，在-20 ℃层附近，温湿曲线出现了1次更为强烈的逆温现象（区域2），气球经过区域B经纬度为（106.69°E，23.93°N），测得风向风速为（242°，11 m/s），转受偏西风影响。红外云图上显示广西大部被同一个椭圆形云团覆盖，长轴直径达580 km，发展极为旺盛，探空仪在该云团中穿行上升，空气接近饱和状态；（区域1）高度6 km，在0 ℃层附近，逆温层的形成是由于对流系统中降水物的相态变化释放潜热加热了大气；（区域2）高度9 km，在-20 ℃层附近，温湿曲线剧烈的负扰动应是气球进入云顶上升气流中承托的冰晶聚集层所致，降温幅度越大，说明上升气流越强烈，对流条件充分，之后出现的降雨也比14日强烈。

3.2 探空资料埃玛图分析

埃玛图即温度对数压力图T-lnP，在L波段探测系统软件中可以直接生成埃玛图。使用埃玛图可以分析大气层结特性及湿空气在升降过程中状态的变化，判断大气静力稳定性及对流不稳定性。当K指数＞35 ℃时，大气层结不稳定；当沙氏指数＜0 ℃时，层结不稳定，且负值越大，不稳定程度越大。

表1是连续探测得到的沙氏指数和K指数（因6月进行加密观测，因此得到13：00的探测资料），由此可以看出，大气层结一直处于不稳定状态，且探空资料中的特性层显示对流层顶以下特性层比较密集，说明百色站上空气层结构复杂，有多种扰动存在。15日14：00，受地面冷锋南下影响，百色市北部的乐业、隆林和西林等县出现了降雨降温和雷暴，位于下游地区的右江河谷于17：00开始出现短时强降水、雷暴和大风等强对流天气，百色站出现了17 m/s大风，田阳站、田东站各出现36.5、32.7 mm/h的雨强，集中在2 h内就达到暴雨量级，具备有中尺度降水特征，之后转为5 mm/h以下的稳定性降水。15日17：00右江河谷开始出现短时强降水和雷暴，百色站出现17 m/s大风。随着降水的减弱，不稳定能量消耗减弱，15日19：00沙氏指数和K指数显示，百色站上空气层已趋于稳定。探空资料显示系统从发展到结束期间探空物理量的变化过程。

3.3 探空数据分析

6月14日07：00，百色站T850-500达26 ℃，CAPE值为1 191.5 J/kg，K值为40 ℃，SI为-2.41 ℃，850 hPa及其以下层次T-Td为1 ℃，700 hPa比湿高达10.99 g/kg，具备高温高湿、层结不稳定的有利条件。14日14：00，使用百色站地面气温34 ℃、露点温度25 ℃和气压984 hPa订正抬升点，计算得出14：00 CAPE值为3 135.2 J/kg，有利于热对流的发生。15日07：00 500 hPa和700 hPa的T-Td均为2 ℃，500 hPa比湿达5 g/kg，T850-500为23 ℃，14：00右江河谷的地面气温回升至34 ℃，为再一次发生强对流天气储备了能量，因此，14日的降水范围更广、雨勢更强。

3.4 风随高度变化曲线

风随高度变化曲线图，即风廓线图，为天气系统的定位、移动方向的判断提供了直观的风的演变情况，风廓线图显示的方向变化可以反映出气旋过境时的路径，根据风速的大小可以大致判断中、低空急流的强弱等，再结合天气图等资料，为气旋和高空槽短时临近预报的精细化提供了重要信息。

风廓线图显示2次探测均存在风切变。14日19：00图4A显示风随高度变化为低层东风—西风—东风，高空槽过境和切变线南下加强了抬升条件，饱和湿空气抬升造成14日的强降水，田东站出现了40.7 mm/h的雨强。2016年6月15日07：00埃玛图显示风廓线图（图4B）显示，西南气流的加强使湿层增高，地面西南风—西北风—西南风的垂直风切变，18：00～19：00百色站小时雨强达到29 mm/h，到气球施放时间19：15强回波已移过百色站，气球处在系统边缘位置，此后，雷达回波和雨强减弱，气层趋于稳定。

4 结论

（1）高空探测记录是大气环境场最直观的资料，天气系统的异常变化必然在高空各要素的分布及变化中表现出来，这些的异常变化即为天气系统发生发展对大气环境的直接反馈，值得研究和加以利用。

（2）在时空条件合适的情况下，适时的加密探测可以增加天气系统的观测密度，结合其他资料能全面地获取系统各阶段的气象数据，以及分析该区域的大气状况及未来的变化趋势；

（3）利用系统软件中新增加的各种图形功能及空间定位等内容，可以分析出大气的运动方向和气流上升或下沉的高度、强弱，为系统未来的发展提供预报依据。使用埃玛图可以分析大气层结特性，判断大气静力稳定性和对流不稳定性；根据风随高度变化曲线图中风的演变情况，辅以自动站、天气图等资料，能为短时临近预报的精细化提供更多有意义和有价值的资料信息。

参考文献

[1] 叶笃正.探空资料的应用（一）[J].气象，1977（11）：5-7.

[2] 郑永光，张小玲，周庆亮，等.强对流天气短时临近预报业务技术进展与挑战[J].气象，2010，36（7）：33-42.

[3] 汪丽新.8月7日葫芦岛地区局地大暴雨漏报原因分析[J].安徽农业科学，2010，38（26）：14504-14507.

Application Analysis of Encrypted Sounding Data in Severe Convective Weather Processes

Huang Mei-yan et al（Baise Meteorological Bureau， Baise， Guangxi 533000）

Abstract The occurrence and development of severe convective weather are closely related to atmospheric stability， water vapor conditions， cold and warm advection in high and low altitudes， and vertical wind field configurations， all of which can be obtained from sounding data. Using encrypted sounding data from the Baise station， the development process of strong convective and strong wind weather that occurred from June 14-15， 2016 at the Baise station was analyzed. The results indicate that using various newly added graphic functions and contents in sounding data， the movement direction of the atmosphere in the region， as well as the height and strength of the upward or downward airflow， can be analyzed through the trajectory of the balloon， providing a prediction basis for the future development of the system. The use of Emma diagrams can analyze the characteristics of atmospheric stratification， determine atmospheric static stability and convective instability; The use of wind height variation curves to plot the evolution of stroke， supplemented by data from automatic stations， radar， and weather maps， provides ideas for exploring the use of encrypted sounding data to analyze and predict severe convective weather.

Key words Sounding data; Severe convective weather; Application analysis