渤海中南部海區(qū)一次雷暴大風(fēng)過(guò)程分析

賀 靚，于 超，呂新民，李玉杰

（1.國(guó)家海洋環(huán)境預(yù)報(bào)中心，北京，100081；2.國(guó)家氣象中心，北京100081；3.95820部隊(duì)，北京102207；4.國(guó)家海洋局天津海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，天津 200451）

渤海中南部海區(qū)一次雷暴大風(fēng)過(guò)程分析

賀 靚1，于 超2，呂新民3，李玉杰4

（1.國(guó)家海洋環(huán)境預(yù)報(bào)中心，北京，100081；2.國(guó)家氣象中心，北京100081；3.95820部隊(duì)，北京102207；4.國(guó)家海洋局天津海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，天津 200451）

雷暴大風(fēng)過(guò)程的發(fā)生條件是位勢(shì)不穩(wěn)定層結(jié)并伴有逆溫層存在，低層有強(qiáng)水汽輻合，有使不穩(wěn)定能量釋放的機(jī)制—抬升氣塊到凝結(jié)高度，低空有急流存在，高空有強(qiáng)的風(fēng)垂直切變，對(duì)流層中層有干空氣。利用天氣分析圖、衛(wèi)星云圖、雷達(dá)拼圖等資料對(duì)2007年8月26日渤海中南部海區(qū)雷暴大風(fēng)過(guò)程進(jìn)行綜合分析發(fā)現(xiàn)：雷暴之前渤海地區(qū)上空處于槽前，有大量暖濕氣流輸送，并出現(xiàn)了明顯逆溫層，蓄積了大量不穩(wěn)定能量是此次雷暴的先決條件,充足的水汽供應(yīng)、強(qiáng)烈的大氣垂直運(yùn)動(dòng)及大氣中的不穩(wěn)定層結(jié)為此次雷暴天氣提供了必要的條件,南下的冷空氣激發(fā)了不穩(wěn)定能量是此次雷暴的誘發(fā)因素。

雷暴大風(fēng)；雷暴發(fā)生條件；冷空氣；衛(wèi)星云圖；雷達(dá)拼圖

1 天氣實(shí)況概況

2007年8月26日凌晨5時(shí)到下午16時(shí)，受強(qiáng)對(duì)流不穩(wěn)定系統(tǒng)和地面西北路冷空氣南下的共同影響，渤海中南部海區(qū)自西向東出現(xiàn)了大范圍雷雨、大風(fēng)、降溫等天氣。渤海中南部海域出現(xiàn)7級(jí)以上大風(fēng)長(zhǎng)達(dá)6～7 h，其中上午07～09時(shí)最大風(fēng)力達(dá)到9～10級(jí)，并伴隨雷雨。系統(tǒng)強(qiáng)度自西向東移動(dòng)過(guò)程中逐漸減弱，持續(xù)時(shí)間逐漸變短，其中渤海中南部海域受此次天氣系統(tǒng)影響最大、維持時(shí)間最長(zhǎng)。由于此次天氣過(guò)程是西北路冷空氣東移和強(qiáng)對(duì)流不穩(wěn)定系統(tǒng)共同作用，所以來(lái)勢(shì)兇猛、強(qiáng)度大、突發(fā)性強(qiáng)。

2 天氣系統(tǒng)發(fā)生條件分析

強(qiáng)雷暴天氣系統(tǒng)發(fā)生的條件是：（1）位勢(shì)不穩(wěn)定層結(jié)，并有逆溫層存在；（2）低空有水汽輻合；（3）有使不穩(wěn)定能量釋放的機(jī)制—抬升氣塊到凝結(jié)高度；（4）低空有急流存在，高空有強(qiáng)的風(fēng)垂直切變，對(duì)流層中層有干空氣。下面以此次天氣過(guò)程為例進(jìn)行綜合分析。

2.1 環(huán)流形勢(shì)

500 hPa環(huán)流形勢(shì)（見圖1）天氣圖上，25日20時(shí)，貝加爾湖以西有一高空冷渦，在貝加爾湖以東分裂出一高空槽，槽后有明顯的冷平流入侵，促使該槽加深東移，渤海海域上空處于槽前，等溫線梯度較大，相對(duì)應(yīng)在地面圖上有冷鋒形成。此時(shí)副高北抬，渤海海域上空受副高西北部環(huán)流影響有明顯的暖濕氣流輸送。26日08時(shí)，貝湖以東的高空冷槽進(jìn)一步發(fā)展，其后部仍有明顯冷平流與之相配合，迫使槽加深南壓，在東移南壓過(guò)程中攜帶冷空氣從西北路南下，我國(guó)東北地區(qū)位于槽后，內(nèi)蒙古中部地區(qū)有較強(qiáng)的冷平流，渤海海域上空位于槽的底部，同時(shí)渤海海域處于暖區(qū)的控制中，有較強(qiáng)的暖濕氣流，充沛的冷暖空氣在渤海地區(qū)上空交匯，產(chǎn)生了較大的變壓梯度和氣壓梯度，鋒面加強(qiáng)，對(duì)流劇烈，發(fā)生了雷雨、大風(fēng)、降溫天氣。

強(qiáng)對(duì)流的維持發(fā)展必須有豐富的水汽供應(yīng)，這也是雷暴的主要來(lái)源，水汽的輻合主要由低層水汽通量輻合而成，尤其是850 hPa（見圖3）以下的邊界層，隨系統(tǒng)的發(fā)展輻合層上升，向上輸送水汽。由高空700 hPa（見圖2）和850 hPa（見圖3）圖可看出，在渤海中南部靠近陸地的地區(qū)上空出現(xiàn)高空冷渦，冷渦前部形成明顯切變，切變線前西南氣流加強(qiáng)，出現(xiàn)明顯暖濕空氣的向北輸送，水汽含量增加，使暖濕空氣帶不斷向北伸展，在對(duì)流層下部形成濕舌，暖濕空氣在底層不斷向北擴(kuò)展，濕層厚度增加，反映了中尺度的對(duì)流擾動(dòng)的作用，擾動(dòng)區(qū)的對(duì)流上升運(yùn)動(dòng)將近地面的濕空氣向高空輸送，當(dāng)濕區(qū)向東北方向移動(dòng)時(shí)，與周圍干空氣混合，濕度和水汽混合比都減小，直到大尺度濕區(qū)移到另一中尺度對(duì)流擾動(dòng)區(qū)時(shí)又重新加強(qiáng)，這樣的擾動(dòng)使得高空的濕區(qū)得以形成和維持。由高空500 hPa（見圖1）圖可看出槽后有西北方向的冷空氣平流，有下沉運(yùn)動(dòng)，與低層暖濕空氣層的結(jié)合使得逆溫層加強(qiáng)，形成強(qiáng)位勢(shì)不穩(wěn)定層結(jié)。

圖1 500 hPa環(huán)流形勢(shì)

圖2 700 hPa環(huán)流形勢(shì)

圖3 850 hPa環(huán)流形勢(shì)

由高空各層風(fēng)向風(fēng)速的分布可以看出存在風(fēng)的垂直切變，在切變環(huán)境中上升氣流傾斜，不會(huì)減弱上升氣流的浮力，同時(shí)可以增強(qiáng)中層干冷空氣的吸入，加強(qiáng)雷暴中下沉氣流和低層冷空氣外流，再通過(guò)強(qiáng)迫抬升使流入的暖濕空氣更強(qiáng)烈的抬升，從而加強(qiáng)對(duì)流。風(fēng)的垂直切變還能造成一定的散度分布，有利于雷暴在順切變處不斷再生，使雷暴向前傳播。云中由于有強(qiáng)的湍流活動(dòng)使上下層動(dòng)量混合，很可能在垂直方向切變消失，成為較均勻的風(fēng)分布，因而在云的前部低空有輻合，高空有幅散，產(chǎn)生上升運(yùn)動(dòng)，有利于雷暴單體的出現(xiàn)，而在云的后部相反，使雷暴向前傳播。

2.2 位勢(shì)不穩(wěn)定層結(jié)

圖4 26日08時(shí)垂直速度分布圖

雷暴系統(tǒng)是一種強(qiáng)對(duì)流現(xiàn)象，對(duì)流運(yùn)動(dòng)的主要作用是浮力，浮力越強(qiáng)產(chǎn)生的上升運(yùn)動(dòng)越強(qiáng)，雷暴的垂直發(fā)展越高，空氣上升的浮力主要產(chǎn)生在位勢(shì)不穩(wěn)定層結(jié)中。位勢(shì)不穩(wěn)定是指對(duì)流不穩(wěn)定和條件不穩(wěn)定的結(jié)合，在此層結(jié)中，只要通過(guò)抬升或降水的蒸發(fā)使其達(dá)到飽和，溫度遞減率超過(guò)濕絕熱遞減率，就會(huì)出現(xiàn)位勢(shì)不穩(wěn)定。

在強(qiáng)對(duì)流發(fā)生前，中低層常有逆溫層或穩(wěn)定層存在，把低空濕層與對(duì)流層上部的干層分開。此次天氣過(guò)程是發(fā)生在渤海中南部海區(qū)，沒有探空資料，但上游陸地測(cè)站資料顯示，在低空850 hPa附近高度出現(xiàn)明顯逆溫層；在逆溫層下層，露點(diǎn)溫度線與溫度線非常接近，空氣接近飽和，說(shuō)明底層為濕層；在逆溫層上層，露點(diǎn)溫度線與溫度線距離很遠(yuǎn)，空氣不飽和，說(shuō)明上層為干空氣層，所以逆溫層把干濕空氣層分開，有利于強(qiáng)對(duì)流系統(tǒng)的發(fā)生；同時(shí)使強(qiáng)對(duì)流系統(tǒng)發(fā)展所需要的高靜電能量得以積聚，觀測(cè)到的對(duì)流有效位能CAPE指數(shù)在增大，說(shuō)明抬升不穩(wěn)定能量在積聚；在逆溫層以下的空氣通過(guò)平流過(guò)程和地面輻射加熱變得更暖更濕，同時(shí)對(duì)流層中上層變得更冷，位勢(shì)不穩(wěn)定層結(jié)更加明顯但不被釋放。

2.3 垂直速度

大氣的垂直運(yùn)動(dòng)對(duì)形成強(qiáng)對(duì)流性天氣起著相當(dāng)大的作用。首先,大氣中水汽的凝結(jié)以及降水過(guò)程與大氣的垂直運(yùn)動(dòng)有著緊密的聯(lián)系；其次，大氣層結(jié)的不穩(wěn)定能量必須在一定的上升運(yùn)動(dòng)條件下才能夠釋放出來(lái)；再次，垂直運(yùn)動(dòng)所造成的水汽、熱量等物理量的垂直輸送也是對(duì)流性天氣產(chǎn)生的必要條件；最后，大氣中的能量轉(zhuǎn)換也主要是通過(guò)垂直運(yùn)動(dòng)才得以實(shí)現(xiàn)的。地面加熱和垂直運(yùn)動(dòng)可消除逆溫層，使不穩(wěn)定能量釋放，之后就會(huì)出現(xiàn)爆發(fā)性的強(qiáng)對(duì)流運(yùn)動(dòng)，使層積云自由的向上形成高大的積雨云。垂直抬升運(yùn)動(dòng)造成逆溫層上面干空氣絕熱冷卻，低層空氣飽和、濕層厚度增加。圖4為不同高度的垂直速度分布圖，正值表示大氣的下沉運(yùn)動(dòng)，負(fù)值則表示大氣的上升運(yùn)動(dòng)。可看出26日08時(shí)，山東半島、渤海中南部海域上空各高度場(chǎng)的上升運(yùn)動(dòng)速度較快，有利于逆溫層的破壞使得能量釋放，形成強(qiáng)對(duì)流天氣。

2.4 K指數(shù)

K指數(shù)意義：

K=[T850－T500]+Td 850－[T－Td]700

其中，第1項(xiàng)為850 hPa與500 hPa的溫度差，代表溫度遞減率，第2項(xiàng)為850 hPa的露點(diǎn)，表示低層水汽條件，第3項(xiàng)為700 hPa的溫度露點(diǎn)差，反映中層飽和程度和濕層厚度。K指數(shù)是反映中低層穩(wěn)定度和濕度條件的綜合指標(biāo)。一般K值愈大，表明對(duì)流發(fā)生的可能性越大，會(huì)產(chǎn)生雷暴或強(qiáng)降水等極端天氣。一般當(dāng)K指數(shù)小于33時(shí)，不容易產(chǎn)生暴雨，當(dāng)K指數(shù)大于35的時(shí)候，極容易產(chǎn)生暴雨。圖5為現(xiàn)T-ln p中K指數(shù)，分別為8月25日20時(shí)、26日02時(shí)、08時(shí)的k指數(shù)分布圖，由圖可看出02點(diǎn)在渤海中南部海區(qū)k指數(shù)為35左右，這表明此海區(qū)的大氣層結(jié)已經(jīng)相當(dāng)不穩(wěn)定。K指數(shù)表示的區(qū)域會(huì)受到當(dāng)?shù)貧饬鬏椇虾洼椛l件的影響。通過(guò)對(duì)流線圖的分析可以知道,渤海中南部地區(qū)上空有較強(qiáng)的輻合存在，這進(jìn)一步表明渤海中南部地區(qū)產(chǎn)生強(qiáng)對(duì)流性天氣的概率相當(dāng)大。

圖6 地面分析圖

2.5 低空輻合及地面分析

對(duì)流云與低空輻合區(qū)有密切關(guān)系，冷鋒和切變線等天氣系統(tǒng)都可造成低空輻合區(qū)。鋒面可以觸發(fā)鋒前不穩(wěn)定區(qū)能量的釋放造成強(qiáng)烈的對(duì)流，由26日05時(shí)～26日11時(shí)地面圖（見圖6）可看出，冷空氣自西向東移動(dòng)，氣壓梯度逐漸加大，有利于鋒面加強(qiáng)；與西南暖濕氣流匯合形成鋒面，冷鋒前后變壓梯度大，冷暖空氣溫差大，有利于鋒面加強(qiáng)，產(chǎn)生大風(fēng)。26日凌晨冷鋒迅速南下，切入暖低壓倒槽中，高空低渦前部產(chǎn)生的局地對(duì)流不穩(wěn)定系統(tǒng)發(fā)展，大風(fēng)、雷暴天氣爆發(fā)。

圖7 2007年8月26日05時(shí)～26日10時(shí)衛(wèi)星云圖

圖8 2007年8月26日05時(shí)～26日10時(shí)雷達(dá)觀測(cè)組合反射率

綜合以上氣象物理參數(shù)可以看出，25日夜間～26日凌晨，渤海中南部海區(qū)上空已經(jīng)充分具備了產(chǎn)生強(qiáng)雷暴天氣的基本條件：大氣中存在條件不穩(wěn)定層結(jié)；低層中有豐富的水汽；強(qiáng)的抬升條件。強(qiáng)烈上升運(yùn)動(dòng)將低層的水汽源源不斷地向高空輸送，為強(qiáng)降雨積累充足的水汽，在水汽上升的同時(shí)不斷向周圍空氣釋放凝結(jié)潛熱，促進(jìn)對(duì)流更強(qiáng)烈的發(fā)展。同時(shí)還伴隨有西北路的冷空氣，更加強(qiáng)了雷暴天氣的發(fā)生概率。26日凌晨，渤海中南部海區(qū)上空大氣已經(jīng)蓄積了大量的不穩(wěn)定因素，到了05時(shí)雷暴天氣爆發(fā)。

2.6 衛(wèi)星云圖及雷達(dá)回波圖

25日14時(shí)衛(wèi)星云圖上，內(nèi)蒙古中部地區(qū)上空有大片的鋒面云系形成，呈東北一西南向，15時(shí)開始，由于冷暖氣流的混合，鋒面云系加強(qiáng)，逐步東移影響內(nèi)蒙古東部、河北、東北等地區(qū)。26日04時(shí)的云圖所示（見圖7），在天津地區(qū)形成對(duì)流云團(tuán)，05時(shí)發(fā)展并開始影響渤海中南部海區(qū)，06時(shí)的雷達(dá)回波圖（見圖8）也能清晰地看出渤海中南部海區(qū)的反射率最大，系統(tǒng)從06～09時(shí)開始覆蓋整個(gè)渤海地區(qū)并達(dá)到最強(qiáng)，最大風(fēng)力發(fā)生在對(duì)流云團(tuán)之后，07～09時(shí)，渤海中南部海區(qū)最大風(fēng)力達(dá)到9～10級(jí)。11時(shí)以后對(duì)流云系有所減弱，冷鋒云系仍向東移動(dòng)影響整個(gè)渤海。

3 小結(jié)

通過(guò)天氣圖、探空資料以及氣象衛(wèi)星、雷達(dá)拼圖等資料的綜合應(yīng)用，可以較直觀方便地對(duì)雷暴大風(fēng)天氣過(guò)程進(jìn)行分析，此次雷暴天氣過(guò)程之前渤海中南部地區(qū)蓄積了大量不穩(wěn)定能量是此次雷暴天氣過(guò)程的先期準(zhǔn)備，同時(shí)充足的水汽供應(yīng)、強(qiáng)烈的大氣垂直運(yùn)動(dòng)及大氣中的不穩(wěn)定層結(jié)為此次雷暴天氣過(guò)程提供了必要的條件，而西北路的冷空氣激發(fā)了不穩(wěn)定能量是此次雷暴天氣過(guò)程的誘發(fā)因素：

（1）此次大風(fēng)過(guò)程是冷空氣伴隨有強(qiáng)對(duì)流不穩(wěn)定系統(tǒng)所產(chǎn)生的，大風(fēng)和降水的發(fā)生、強(qiáng)度和落區(qū)受高空西南暖濕氣流和地面西北路冷空氣南下的共同影響；

（2）高空濕區(qū)配合為此次暴雨提供了充足的水汽資源，高空不斷補(bǔ)充的冷空氣配合低空副高頂部西南暖濕氣流，在地面形成冷鋒。高低空配合，為這次天氣過(guò)程的發(fā)展提供了有利的高、低空環(huán)流的條件；

（3）大氣層結(jié)不穩(wěn)定為強(qiáng)降水提供了強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)，空氣的強(qiáng)烈不穩(wěn)定加之充足的水汽配置是產(chǎn)生本次雷暴的根源；

（4）大氣的不穩(wěn)定度的加強(qiáng)和低空逆溫層受到冷空氣的沖擊從而引起強(qiáng)對(duì)流天氣的爆發(fā)，同時(shí)冷暖空氣交匯使對(duì)流云團(tuán)得以進(jìn)一步發(fā)展加強(qiáng)；

（5） 強(qiáng)的冷暖氣流交匯產(chǎn)生較大的變壓梯度和氣壓梯度，有利于鋒生加強(qiáng)，從而產(chǎn)生大風(fēng)，并且冷高壓的不斷發(fā)展使得大風(fēng)持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)。

最后通過(guò)本此天氣過(guò)程的綜合分析可以看出，運(yùn)用多途徑分析方法對(duì)這種短時(shí)中小尺度強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程進(jìn)行分析比起單用某一兩種方法更可以得到全面準(zhǔn)確的天氣信息，從而更好地監(jiān)視、總結(jié)和預(yù)報(bào)強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)生發(fā)展。

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P732

A

1003-0239（2011）01-0019-06

2009-06-02

賀靚(1983-)，女，助理工程師，從事海洋氣象預(yù)報(bào)工作。E-mail:xiyuliang@163.com.