2022-07-29婺源冰雹雷暴大风回波特征分析

张晓芳,马中元,陈鲍发,邱雯婷,陈 强,彭维明

(1.婺源县气象局,婺源 333200;2.江西省气象科学研究所,南昌 330046;3.景德镇市气象局,景德镇 333000)

0 引言

冰雹、雷暴大风天气是婺源县常见的强对流天气,发展旺盛时会造成一定的灾害。尤其是局地性突发的冰雹和雷暴大风,对其预报和防范较为困难。总结这些灾害性天气在雷达回波上的特征,对开展婺源冰雹、雷暴大风天气的预警预报有重要的意义。

国内外从事雷暴大风研究的专家已取得了一些成果。如不稳定能量的积聚为对流的形成发展提供了良好的触发维持条件;出现弱回波区、回波垂悬、50 dBZ以上强回波伸展到-20 ℃以上等不一定会有大冰雹;强雷电天气在雷达回波上表现为南北走向的回波结构,当回波强度大于50 dBZ时回波出现不断合并现象、强回波水平尺度较大,具有指状或弓状回波结构,以及出现陡直零直线和VIL超过50 km/m2时,最易发生强雷电天气;影响江西的外来飑线在云图上常见有中尺度对流团、狭窄积云线和冷出流边界所致的对流云带3种特征;“弓”形回波结构、雷暴有出流边界、速度图上的风速大值区、后侧入流、中低层径向辐合以及垂直风廓线图中低层风的转变信息等对大风预警有明显的指示作用[1-7]。局地冰雹回波产品表现出强度达到60～65 dBZ、回波顶高达到9～12 km、液态水含量达到40～60 kg/m2、垂直显示方式上55～60 dBZ强回波顶高达到5 km～6 km等结构特征[8-11]。研究成果为婺源冰雹、雷暴大风天气的短临预报预警,以及开展气象服务工作提供了分析依据[12-14]。

文章使用MICAPS天气图资料、婺源国家站数据、江西WebGIS雷达拼图平台等资料,对2022-07-29婺源的冰雹、雷暴大风天气进行分析,试图进一步提升对婺源强对流天气的认知,旨在为婺源短临预报预警服务提供参考。

1 资料来源与冰雹、雷暴大风概况

1.1 资料来源

天气资料来源于MICAPS业务平台,地面气象要素来源于婺源国家站数据和江西省气象数据平台,雷达拼图回波资料来源于江西WebGIS雷达拼图平台,闪电数据来源于江西省三维闪电监测平台。全文使用北京时间。

1.2 冰雹、雷暴大风概况

2022-07-29傍晚,婺源县出现雷暴大风、冰雹强对流天气,此次过程风力较大,局地有直径10 mm的冰雹,并伴有强雷电,但降水量小。婺源国家气象观测站监测到的最大风力为15.5 m/s,出现在17:25,并未达到17.2 m/s的雷暴大风标准,但17:20左右,婺源县景观桥被大风吹倒,这可能与水面较陆面屏障少,对空气流动的阻力小,或弱超级单体风暴产生局地(微尺度)下击暴流有关。17:19有居民发现家门口有直径约10 mm的冰雹。16:00—18:00闪电密集区在婺源县城附近,最大频次为133次/10 min,闪电维持时间较短。17:00—18:30累计降水量15.4 mm。

由此可见,婺源此次局地强对流天气,雷电强度大,降水量较小,但出现了短时大风和冰雹天气,预报难度大。在夏季应十分警惕具有弱超级单体风暴结构的回波,这些回波往往带来局地强对流天气。

2 天气背景和IR云图

2.1 天气背景

2022-07-29T08:00,分析天气系统中尺度资料和南昌探空数据得出本次冰雹过程出现在副热带高压西北部边缘,此时500 hPa高空有低槽东移,槽线已东移至赣西北边缘,槽前有明显的中低层切变线,赣北受低槽与切变线影响,水汽分布从低层至高层均为饱和区,湿层深厚。200 hPa江西处在“剪刀”形分流区中,即高空辐散明显。随着低槽东移,在切变线附近有降水回波发展。此时850 hPa与500 hPa的温差较大,达26 ℃,温度递减率较大,探空物理量显示,层结极不稳定,并伴有较强的不稳定能量,抬升指数为-2.93 ℃,最大抬升指数为-5.8 ℃,K指数为45 ℃,沙氏指数为-5.08 ℃,特别有利于强对流天气的发生和发展。而且0 ℃层高度4638 m,-20 ℃高度8672 m,有利于切变线附近的婺源产生冰雹和雷暴大风天气。

2.2 IR云图

根据17:00和17:30 FY4红外云图信息可知,17:00婺源大部分地区被一块MCS云团覆盖,云团边界清晰,南侧有巨大成片的对流云团,其余3侧为晴空区。17:00—17:30,MCS云团缓慢向西北方向移动,MCS云顶延伸高度高,最低云顶温度在-60 ℃以下,MCS冷出流边界与低层暖空气形成局地巨大的温度梯度,上冷下暖的温度配置,造成了强烈的对流天气。冰雹回波在17:10—17:20左右产生。

由此可见,500 hPa高空有低槽东移,槽前中低层切变线,低层至高层湿层深厚;200 hPa江西处在分流区中,高空辐散明显。边缘清晰的MCS云团入流边界处容易造成强对流天气,云顶温度越低,对流越强烈。

3 手机版雷达拼图回波特征

手机版雷达拼图是县级预报工作的重要工具,通过该拼图工作人员可随时随地了解天气状态,并开展预警预报服务。分析17:10雷达组合反射率、回波顶高和垂直积分液态水含量后可知,婺源境内形成两条南北走向的短带回波,雷达组合反射率强回波中心60 dBZ,达到冰雹回波的强度标准,回波顶高最大的有15 km,垂直积分液态水含量达到40 kg/m2。这3个指标同时满足冰雹回波基本要求,表现出明显的统一性。值得注意的是,在雷达拼图上,垂直积分液态水含量是多部雷达的平均值,比单部雷达PUP产品垂直积分液态水含量值小10～20 kg/m2。

由此可见,雷达组合反射率、回波顶高和垂直积分液态水含量是判断强对流天气的雷达回波特征。雷达组合反射率强回波中心60 dBZ,回波顶高15 km,垂直积分液态水含量达到40 kg/m2,研究区域满足这3个指标则易出现冰雹、雷暴大风等强对流天气。

4 雷达拼图回波特征与垂直结构

17:10,婺源县城上空形成一个弱超级单体,回波中心强度60 dBZ,呈椭圆形态,符合超级单体回波形态特征,但回波中心没有65 dBZ以上的回波核,比经典超级单体偏弱,比一般强回波偏强,被认为是弱超级单体。分析风暴跟踪信息可知,回波移动杂乱,移动方向不仅有东北方向,还有西北、偏西、偏北等方向。这种杂乱风向造成婺源弱超级单体回波移动十分缓慢,婺源冰雹和景观桥倒塌都发生在17:10—17:20。17:40,婺源冰雹弱超级单体回波有所减弱,强度为55 dBZ,但回波与北侧强单体回波合并,形成南北走向的短带回波。此次合并有可能产生大风,但缺乏大风时间数据。婺源景观桥的倒塌与两个时间点有关:一是17:10—17:20,弱超级单体产生冰雹,冰雹云中产生下击暴流;二是17:40,强回波单体再次合并成南北走向短带回波,而短带回波是江西雷暴大风的主要回波形态。

17:12,婺源弱超级单体45 dBZ回波顶伸展至14 km,55 dBZ强回波中心在6 km～10 km。17:18,婺源弱超级单体45 dBZ回波顶伸展至11 km,55 dBZ强回波中心在4 km～8 km。对比两个时次发现弱超级单体有个减弱的过程,可能与冰雹和大风的释放有关。

由此可见,婺源弱超级单体的回波中心强度为60 dBZ,呈椭圆形态;回波移动方向杂乱且十分缓慢;弱超级单体回波与北面强单体回波发生合并,形成南北走向短带回波;婺源弱超级单体45 dBZ回波顶伸展至14 km,55 dBZ强回波中心在6 km～10 km;出现冰雹和大风后,弱超级单体有个减弱的过程。

5 结束语

文章使用MICAPS天气图资料、婺源国家站数据、江西WebGIS雷达拼图平台等资料,对2022-07-29婺源冰雹、雷暴大风天气进行分析,得到以下几点结论:

1)婺源局地冰雹和大风强对流天气的预报难度大,在夏季要十分警惕局地热雷雨发展形成的弱超级单体风暴带来局地强对流天气。

2)500 hPa高空有低槽东移,槽前有中低层切变线,湿层深厚;200 hPa分流区高空辐散明显。边缘清晰的MCS云团入流边界处容易造成强对流天气。

3)雷达组合反射率强回波中心60 dBZ,回波顶高15 km,垂直积分液态水含量达到40 kg/m2,满足这3个指标则容易出现冰雹、雷暴大风等强对流天气。

4)婺源弱超级单体呈椭圆形态,回波移动十分缓慢;婺源弱超级单体45 dBZ回波顶伸展至14 km,55 dBZ强回波中心在6～10 km;出现冰雹和大风后,弱超级单体有个减弱的过程。