三峽—葛洲壩區(qū)域雷雨大風(fēng)的衛(wèi)星云圖識別模式

何明瓊,祁東平,汪應(yīng)瓊,高 亮,陳 晨

(湖北省宜昌市氣象局,湖北 宜昌 443000)

三峽—葛洲壩區(qū)域雷雨大風(fēng)的衛(wèi)星云圖識別模式

何明瓊,祁東平,汪應(yīng)瓊,高 亮,陳 晨

(湖北省宜昌市氣象局,湖北 宜昌 443000)

該文利用三峽站 1992年以來三峽—葛洲壩區(qū)域平均風(fēng)速和瞬時風(fēng)速資料,對其進(jìn)行分析研究,根據(jù)研究區(qū)內(nèi)雷雨大風(fēng)的氣候特征、衛(wèi)星云圖特征等得出研究區(qū)雷雨大風(fēng)的辨別標(biāo)準(zhǔn),對三峽—葛洲壩區(qū)域的雷雨大風(fēng)及風(fēng)災(zāi)短時預(yù)報具有很好的指導(dǎo)意義。

雷雨大風(fēng);衛(wèi)星云圖;識別模式

1 雷雨大風(fēng)的統(tǒng)計(jì)特征

1.1 三峽—葛洲壩區(qū)域雷雨大風(fēng)的氣候特征

自三峽氣象站 1992年建站以來,三峽—葛洲壩區(qū)域 (簡稱研究區(qū),下同)觀測 10min平均風(fēng)速達(dá)10m/s或瞬時風(fēng)速 17.2m/s以上的大風(fēng)共 79次,平均每年出現(xiàn) 5次,其中,受雷暴云團(tuán)影響而產(chǎn)生的有53次,占 67.1%;因動量下傳造成的為 26次,占32.9%,約占 1/3。

圖 1 1992—2006年研究區(qū)瞬時大風(fēng)風(fēng)力頻次

瞬時風(fēng)速 17.2m/s以上的雷雨大風(fēng)易造成嚴(yán)重風(fēng)災(zāi),1992—2006年研究區(qū)出現(xiàn) 8級以上 (17.2m/s)的大風(fēng) 46次,平均每年出現(xiàn) 3次,2001年出現(xiàn)的次數(shù)最多,達(dá) 8次。2004年 7月 9日 17時在三峽壩區(qū)樂天溪?dú)庀笳緶y得研究區(qū)最大瞬時大風(fēng) 29.8m/s,達(dá) 11級,可見研究區(qū)雷雨大風(fēng)之頻繁,其造成的災(zāi)害十分嚴(yán)重。各等級雷雨大風(fēng)出現(xiàn)頻次見圖 1。分別統(tǒng)計(jì)三峽壩區(qū)樂天溪、壇子嶺、楓箱溝氣象站出現(xiàn)的雷雨大風(fēng)個例,其風(fēng)向頻率分布如圖 2。

圖 2 1992—2006年研究區(qū)瞬時大風(fēng)風(fēng)向分布

從圖 2可知,研究區(qū)雷雨大風(fēng)風(fēng)向以偏北風(fēng)為主,其中,北風(fēng)和東北偏北風(fēng)次數(shù)最多,表明冷空氣路徑以北路和偏東路為主。分析表明,動量下傳大風(fēng)除一次為東南風(fēng)外,其它均為偏北風(fēng)。

1.2 研究區(qū)雷雨大風(fēng)的穩(wěn)定度特征

據(jù)研究[1],k指數(shù)、SI指數(shù)具有如下特征：

普查研究區(qū)Micaps資料完整的雷雨大風(fēng)個例發(fā)生前 T-lnP圖各參數(shù)特點(diǎn)得知,非動量下傳造成瞬時大風(fēng)在 17.2m/s(8級)以上的過程,k指數(shù)、SI指數(shù)具有較明顯的特征,見表 1。

表 1 2000—2005年研究區(qū)非動量下傳雷雨大風(fēng)穩(wěn)定特征

2000—2006年研究區(qū)非動量下傳雷雨大風(fēng)共出現(xiàn) 24次,其中 21次具有較統(tǒng)一的穩(wěn)定度特征,即k指數(shù) ＞25;SI指數(shù) ＜0;Qse850-Qse500＞3;前三項(xiàng)絕對值的和 ＞36。另外 3次出現(xiàn)在春季 3-4月及初夏 5月,此時天氣回暖明顯,當(dāng)有較強(qiáng)冷空氣南下時,冷暖空氣交綏容易出現(xiàn)雷雨大風(fēng)天氣,對氣層穩(wěn)定度條件要求弱。

2 研究區(qū)雷雨大風(fēng)的衛(wèi)星云圖特征

分析研究區(qū)Micaps資料完整的 2000—2006年瞬時風(fēng)在 8級以上 (≥17.2m/s)雷雨大風(fēng)衛(wèi)星云圖特征,除高空動量下傳、云圖上反映為晴空外,其它過程云圖上均有較明顯的云系,主要為帶狀云系、雷暴單體、渦旋云系外圍的入流云帶。帶狀云系及雷暴單體造成的雷雨大風(fēng)為偏北風(fēng),渦旋云系外圍的入流云帶造成的雷雨大風(fēng)為偏南風(fēng)。

2.1 帶狀云系

造成研究區(qū)雷雨大風(fēng)的云系以帶狀云系次數(shù)最多,占 42.3%。其南部邊界光滑,一般在研究區(qū)北部有密實(shí)的對流單體,受高空引導(dǎo)氣流影響,帶狀云系緩慢南壓,云帶中研究區(qū)附近的對流單體隨之南壓影響三峽壩區(qū),造成雷雨大風(fēng)、短時強(qiáng)降水等強(qiáng)雷暴天氣。有時帶狀云系中的對流單體很強(qiáng),而有時較弱。

圖 3 2001年 8月 7日 17時紅外云圖

2.2 雷暴單體

在三峽壩區(qū)的西北、西南、東北有雷暴單體生成,并向壩區(qū)一帶移動,受其影響,產(chǎn)生 8級以上的瞬時雷雨大風(fēng)天氣。此種類型占 30.8%。

2.3 渦旋云系外圍的入流云帶

在四川盆地以南或以北有渦旋云系東移,云系外圍有一支入流云帶向三峽壩區(qū)伸展,云帶中產(chǎn)生小雷暴單體,受其影響,三峽壩區(qū)出現(xiàn)雷雨大風(fēng)天氣。此類型占 19.2%。

圖 4 2004年 7月 5日 16時紅外云圖

2.4 逗點(diǎn)云系

三峽壩區(qū) 2000-2006年出現(xiàn)的雷雨大風(fēng)過程,僅一次為逗點(diǎn)云系,但其造成的天氣劇烈。2001年7月 23日下午,受逗點(diǎn)尾云系影響,三峽壩區(qū)出現(xiàn)短時強(qiáng)降水及雷雨大風(fēng),其中,樂天溪?dú)庀笳緶y得6h降水 51.2mm,壇子嶺風(fēng)景區(qū)氣象站測得瞬時雷雨大風(fēng) 25.4m/s,達(dá) 10級。

圖 5 2004年 5月 18日 19時紅外云圖

3 研究區(qū)雷雨大風(fēng)的云圖識別模式

3.1 研究區(qū)雷雨大風(fēng)環(huán)流條件

雷雨大風(fēng)等強(qiáng)對流天氣,由中小尺度系統(tǒng)造成。中小尺度對流性天氣系統(tǒng)一般都出現(xiàn)在相應(yīng)的天氣尺度系統(tǒng)中。普查研究區(qū)雷雨大風(fēng)過程發(fā)生前的天氣學(xué)環(huán)流特征,高空環(huán)流形勢概括為：

3.1.1 “西北氣流型” 主要特征：從低層到高層壩區(qū)在一致的西北氣流控制中。500hPa等壓面上,河套西部、陜南、川東至鄂西為強(qiáng)勁的西北氣流,并有一支≥13m/s的西北風(fēng)風(fēng)速軸,且伸展至偏南緯度。西風(fēng)槽線約位于 114°E附近,槽后冷平流顯著,大氣斜壓性強(qiáng)。通常預(yù)報員稱這種天氣形勢下的大風(fēng)為“動量下傳”。

圖 6 2004年 6月 28日 19時紅外云圖

3.1.2 “西南氣流型” 主要特征：從 700～500hPa,壩區(qū)處在一致強(qiáng)西南氣流控制中。

500hPa在 105°E以東 ,35°N以南 ,受一致西南氣流控制。春季西南急流位于：貴陽、懷化、長沙、南昌一線以北,恩施、宜昌、漢口一線以南。夏季,急流位置相應(yīng)北移。

700hPa春季,切變線位于漢口、成都一線以北,西安、成都一線以南。西南急流位于貴陽、懷化、長沙一線以北,重慶、恩施、宜昌一線以南。夏季,急流位置相應(yīng)北移。

3.1.3 “東風(fēng)波型” 主要特征：500hPa副熱帶高壓較強(qiáng)盛,位置偏北。副高控制長江流域,脊線在 30°N以北,脊線在 30°N以北,588線達(dá) 35°N或以北地區(qū)。30°N以南為一臺風(fēng)倒槽或東風(fēng)波動。地面圖上一般受暖低壓或暖倒槽控制,弱冷鋒入暖倒槽或暖低壓,大風(fēng)天氣產(chǎn)生。或者,地面無冷鋒南下,大風(fēng)天氣發(fā)生在暖低壓內(nèi)。

研究區(qū)雷雨大風(fēng)的地面環(huán)流形勢為：

一是華北變性高壓底部或后部,即東高西低型明顯;或暖倒槽中的大風(fēng)、雷雨大風(fēng)天氣過程。此類從 850～500hPa為一致的西南氣流,暖平流明顯且很強(qiáng);地面為暖低壓控制,東高西低形勢明顯。大風(fēng)或是雷雨大風(fēng)天氣發(fā)生在暖區(qū)內(nèi)的回暖過程中。這類大風(fēng)多發(fā)生在與熱力原因相聯(lián)系的午后至傍晚,具有明顯的時間分布特征。

二是冷鋒入暖倒槽的大風(fēng)、雷雨大風(fēng)天氣過程。由于天氣過程發(fā)生前回暖明顯,三峽壩區(qū)地面暖倒槽發(fā)展。此時,如有冷空氣南下,大風(fēng)天氣發(fā)生在冷空氣影響的升壓過程中。表現(xiàn)為：地面ΔP3和ΔP24都呈現(xiàn)降后升。其觸發(fā)系統(tǒng)是冷鋒,有的過程疊加了中尺度輻合線或氣旋性環(huán)流。這類大風(fēng)天氣過程因與冷鋒觸發(fā)相聯(lián)系,因而可發(fā)展在 1d內(nèi)的任何時刻,沒有明顯的時間分布特征。

3.2 研究區(qū)雷雨大風(fēng)穩(wěn)定度條件

由 1.2的分析可知,在 6-9月出現(xiàn)的非動量下傳類瞬時雷雨大風(fēng),具有較明顯且一致的穩(wěn)定度特征 ,即 ：k指數(shù) ＞25;SI指數(shù) ＜0;Qse850-Qse500＞3;上述三項(xiàng)絕對值的和 ＞36。

3.3 研究區(qū)雷雨大風(fēng)云圖特征

模式 1：在以下陰影區(qū)中有帶狀云系：即在河套以南至 28°N以北有帶狀云系,云帶中在研究區(qū)附近有對流單體,見圖 11。

圖 11 帶狀云系模式關(guān)鍵區(qū)

模式 2：在圖 12陰影區(qū)中有渦旋云系,其外圍入流云帶向三峽壩區(qū)一帶伸展或者匯合。

模式 3：在圖 13陰影區(qū)中有雷暴單體：即在研究區(qū)西南有雷暴單體北抬并向東北方向移動、西北有雷暴單體南壓并向東南移動、東北有雷暴單體南壓并向西南移動。

3.4 研究區(qū)雷雨大風(fēng)識別標(biāo)準(zhǔn)

圖 12 渦旋云系模式關(guān)鍵區(qū)

圖 13 雷暴單體模式關(guān)鍵區(qū)

3.4.1 非動量下傳類 ①08時高空、地面天氣形勢滿足雷雨大風(fēng)環(huán)流條件;②6-9月 08時 T-lnP圖上：k指數(shù) ＞25;SI指數(shù) ＜0;Qse850-Qse500＞3;上述3項(xiàng)絕對值的和 ＞36。③關(guān)鍵區(qū)出現(xiàn)帶狀云系、雷暴單體或渦旋云系外圍入流云帶向研究區(qū)匯合。

滿足以上 3條,則預(yù)報研究區(qū)午后到傍晚有 8級以上瞬時雷雨大風(fēng)出現(xiàn)。

3.4.2 動量下傳類 從低層到高層壩區(qū)在一致的西北氣流控制中。500hPa等壓面上,河套西部、陜南、川東至鄂西為強(qiáng)勁的西北氣流,并有一支≥13m/s的西北風(fēng)風(fēng)速軸,且伸展至偏南緯度。西風(fēng)槽線約位于 114°E附近,槽后冷平流顯著,大氣斜壓性強(qiáng)。

出現(xiàn)以上情況,則預(yù)報研究區(qū)有 10min平均風(fēng)在 10m/s以上或瞬時風(fēng)在 8級以上的大風(fēng)出現(xiàn)。

P407

B

1003-6598(2010)增刊-0007-05

2010-09-10

何明瓊 (1966-),女,高工,主要從事天氣預(yù)報技術(shù)與方法研究。