一次閩北連續(xù)強(qiáng)對流天氣的診斷分析

福州市環(huán)境監(jiān)測站 黃 鑫

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一次閩北連續(xù)強(qiáng)對流天氣的診斷分析

福州市環(huán)境監(jiān)測站 黃 鑫

該文利用常規(guī)探空觀測資料、物理量分析和NCEP再分析資料，分析了2014年3月26～29日福建北部持續(xù)性強(qiáng)對流天氣過程的形成機(jī)制。結(jié)果表明：副高穩(wěn)定少動(dòng)，南支槽不斷東移，二者之間的空間不斷縮小，增強(qiáng)了水汽輸送；26～29日，閩北上空急流強(qiáng)度大并伴有高空輻散；28日后期到29日，中高層急流軸在閩北滯留，且200hPa出現(xiàn)輻散，同時(shí)500hPa急流強(qiáng)度強(qiáng)，為產(chǎn)生強(qiáng)對流天氣提供了有利條件；26日冷空氣南下，引起各層冷暖氣流在福建北部交匯，利于強(qiáng)降水的發(fā)生；強(qiáng)對流天氣連續(xù)發(fā)生期間，閩北較高的K指數(shù)、垂直風(fēng)切變及cape值為強(qiáng)對流發(fā)展提供了必要的熱動(dòng)力條件。由此，重點(diǎn)分析EC預(yù)報(bào)的天氣形勢變化是做好強(qiáng)對流天氣預(yù)報(bào)預(yù)警的有效方法。

強(qiáng)對流天氣 急流 高空輻散 熱動(dòng)力條件

1 概況

2014年3月26～29日，福建北部出現(xiàn)了連續(xù)的強(qiáng)對流天氣，給出行帶來了不便，并造成了一定的災(zāi)害和損失。如圖1所示，南平、三明和寧德出現(xiàn)了暴雨到大暴雨的天氣，21個(gè)站點(diǎn)出現(xiàn)了冰雹。28日南平、三明、寧德三市的部分和福州市的局部共20個(gè)縣市158個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現(xiàn)暴雨，其中將樂光明累計(jì)雨量最大，為140.7mm，24h雨量最大為將樂余坊的104.1mm；1h雨量最大為南平溪后48.4mm(26日) 。6個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)雨量超過100mm。福建一共有52個(gè)縣出現(xiàn)雷雨大風(fēng)。福建中北部21個(gè)縣市出現(xiàn)冰雹，28日21時(shí)30分，建陽本站冰雹直徑3cm為最大。

26日8時(shí)～30日8時(shí)過程雨量 出現(xiàn)冰雹站點(diǎn)

圖1 2014年3月26～29日在福建北部出現(xiàn)的強(qiáng)對流天氣

26日強(qiáng)對流以雷雨大風(fēng)、冰雹為主，對流天氣主要從午后開始，持續(xù)到午夜。27日的強(qiáng)對流主要表現(xiàn)為局地小冰雹，對流天氣集中午后，強(qiáng)度弱，時(shí)間短且分散。28日強(qiáng)對流以短時(shí)強(qiáng)降水和雷雨大風(fēng)、冰雹為主，對流天氣主要從午后開始，持續(xù)到午夜。短時(shí)強(qiáng)降水出現(xiàn)在28日夜間。29日則以雷雨大風(fēng)、冰雹、短時(shí)強(qiáng)降水為主，對流天氣主要從上午開始一直持續(xù)到傍晚。每日強(qiáng)天氣最強(qiáng)時(shí)段在午后到午夜。其中以28日夜間到29日強(qiáng)對流天氣最明顯，范圍也最廣。

2 成因分析

2.1 環(huán)流背景

2.1.1 500hPa環(huán)流形勢

首先，副高穩(wěn)定少動(dòng)，脊線穩(wěn)定在赤道與30°S之間。26日8時(shí)，南支槽位于南亞地區(qū)，而后不斷發(fā)展東移，到29日20時(shí)已移至福建南部沿海。副高的穩(wěn)定少動(dòng)與南支槽的不斷東移使得二者之間的空間不斷縮小，有利于二者之間西南氣流加強(qiáng)并形成急流，增強(qiáng)水汽輸送。同時(shí)，中緯度地區(qū)短波槽活躍，26日和29日都有明顯的東移過程。槽后弱冷空氣南下。冷暖氣流在福建北部交匯，增加了大氣的不穩(wěn)定性。詳見圖2。

圖2 500hPa槽線和588線演變示意圖

2.1.2中高層急流

分析200hPa急流軸演變情況（圖3a），26日、28日急流軸穿過福建北部。其中，26日急流核最強(qiáng)達(dá)到70m/s。29日急流分為兩段，分別位于華南沿海及長江流域到福建北部一帶，強(qiáng)度有所減弱，兩段氣流的方向是輻散的。27日急流軸位于福建中部。從500hPa急流軸動(dòng)態(tài)變化（圖3b）可知，25日急流軸位于江南到廣東一帶，位置偏西偏北。26日急流軸南落至福建中部，27日繼續(xù)南落到華南沿海。28日后急流軸北抬至福建北部，29日仍位于該地區(qū)，并且強(qiáng)度加大。29日急流核強(qiáng)度達(dá)28m/s，為26日以來最強(qiáng)。結(jié)合中高層急流演變情況分析，26～29日閩北地區(qū)上空急流強(qiáng)度大，滯留時(shí)間長，并伴有高空輻散，為強(qiáng)對流天氣的發(fā)展提供了良好的抽氣作用和通風(fēng)作用。27日急流軸距離該地區(qū)最遠(yuǎn)，因此27日的強(qiáng)對流天氣較其它幾日相對較弱，持續(xù)時(shí)間較短，范圍分散。28日后期到29日中高層急流軸基本都停留在福建北部，且200hPa出現(xiàn)輻散，同時(shí)500hPa急流強(qiáng)度強(qiáng)，這些因素都為這個(gè)時(shí)段該地區(qū)產(chǎn)生時(shí)間長、范圍廣的強(qiáng)對流天氣提供了有利的條件。

(a) 200hPa急流軸動(dòng)態(tài)演變圖

(b) 500hPa急流軸動(dòng)態(tài)演變圖

圖3 急流軸演變圖

2.1.3 850hPa切變

26日，弱冷空氣南下激發(fā)850hPa切變生成并東移南壓。26日白天，切變東移，夜間移至江南到福建北部一帶。直至27日白天，切變位置穩(wěn)定維持在該地區(qū)。28日，切變加強(qiáng)，發(fā)展為低渦，但位置西退。29日，切變轉(zhuǎn)為南北向并再次東移穿過福建，于29日夜間過境移至海上（圖4）。

圖4 26-29日850hPa切變演變圖

圖5反映了本次過程850hPa氣溫和風(fēng)場的變化情況（圖中陰影區(qū)為南風(fēng)分量）。26日前期和29日分別有兩次冷空氣南下的過程。26日前期，弱冷空氣南下，南方南風(fēng)也較弱，二者在30°N附近交匯，降溫不明顯。27日到28日前期，南風(fēng)加強(qiáng)，氣溫回暖明顯。29日，冷空氣再次南下，與南方暖濕氣流在22°N～28°N范圍附近交匯。結(jié)合前面提到的500hPa南支槽東移，槽后冷空氣南下，各層冷暖氣流在福建北部交匯，十分利于該地區(qū)強(qiáng)降水的發(fā)生。

圖5 115° E～120° E平均850hPa氣溫和風(fēng)場

2.2 層結(jié)不穩(wěn)定觸發(fā)條件、動(dòng)力因子和水汽條件

2.2.1 K指數(shù)

26日08時(shí)，福建北部K指數(shù)在28℃～32℃范圍內(nèi)，江西上空有一K指數(shù)為36℃的高值舌，該高值舌不斷東伸。26日白天，該高值舌東伸至福建北部，該地區(qū)K指數(shù)明顯升高，達(dá)到34℃～36℃。直至27日20時(shí)，福建北部始終處于K指數(shù)≥32℃的狀態(tài)下。27日夜里到28日上午，福建北部K指數(shù)減小至30℃以下，K指數(shù)≥32℃的高值區(qū)西移至江西。28日午后到29日早晨，福建北部K指數(shù)再次升高，達(dá)到34℃～38℃。29日白天以后K指數(shù)≥32℃的高值區(qū)不斷南落，范圍也在減小。直至29日20時(shí)，福建北部的K指數(shù)都減小到20℃以下。這說明26～29日強(qiáng)對流天氣連續(xù)發(fā)生期間，有不穩(wěn)定能量不斷向該地區(qū)輸送并堆積，閩北上空大氣的層結(jié)處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

2.2.2垂直風(fēng)切變

從26～29日的垂直風(fēng)切變（500～1000hPa）演變分析，26日上午開始，閩北的垂直風(fēng)切變開始逐漸增大，部分已≥20m/s。27日，垂直風(fēng)切變≥20m/s的高值區(qū)范圍明顯增大，但其高值中心逐漸南壓，18時(shí)已南壓至福建中部。28日，該高值區(qū)垂直風(fēng)切變不斷加強(qiáng)并開始北抬，18時(shí)已移至福建中北部，并形成一24m/s的高值舌繼續(xù)北抬。28日夜間，該高值舌不斷北抬。29日凌晨已北抬至浙江中部，同時(shí)高值中心垂直風(fēng)切變增強(qiáng)到28m/s，中心位置位于南平。整個(gè)福建北部垂直風(fēng)切變≥24m/s。26～29日，閩北地區(qū)的垂直風(fēng)切變一直較強(qiáng)。其中最強(qiáng)的是28日夜間到29日，在強(qiáng)的垂直風(fēng)切變環(huán)境下，風(fēng)暴中的上升氣流和下沉氣流共存時(shí)間得以延長，同時(shí)為發(fā)展中的上升氣流提供了源源不斷的暖濕氣流，使得該時(shí)段閩北的強(qiáng)雷雨天氣不斷發(fā)展維持。

2.2.3 cape值

26日6時(shí)，閩北地區(qū)cape值在500～700J/kg，午后到夜間cape值不斷增大。27日6時(shí)，閩北地區(qū)出現(xiàn)了一個(gè)≥1000J/kg的高值區(qū)，福建中北部cape值均達(dá)到900J/kg以上。而位于江西的高值區(qū)不斷東移擴(kuò)張。28日6時(shí)，該高值區(qū)中心到達(dá)閩贛交接處，中心強(qiáng)度大于等于1500J/kg，三明及南平中南部cape值達(dá)到1300～1400J/kg。28日，高值區(qū)繼續(xù)東移加強(qiáng)，逐漸穿過福建。29日0時(shí)，高值區(qū)中心強(qiáng)度達(dá)到2000 J/kg，位置已移至海上。閩北的cape值趨于減小，但福建中北部的三明地區(qū)仍有900～1100 J/kg的cape值。cape值大值區(qū)在閩北上空維持徘徊，給強(qiáng)對流天氣供應(yīng)了大量的能量。

3 數(shù)值預(yù)報(bào)檢驗(yàn)

在進(jìn)行實(shí)際預(yù)報(bào)時(shí)，天氣系統(tǒng)的位置及其移速、移向?qū)ε袛嗵鞖膺^程發(fā)生時(shí)間、強(qiáng)度及變化趨勢非常重要。對比26日20時(shí)850hPa實(shí)況風(fēng)場和EC預(yù)報(bào)場（綠色風(fēng)向桿為實(shí)況，黑色風(fēng)向桿為EC預(yù)報(bào)）可知（圖6），預(yù)報(bào)的切變位置基本正確，這對正確預(yù)報(bào)切變進(jìn)入福建的時(shí)間對預(yù)報(bào)強(qiáng)天氣開始時(shí)間有積極的作用。

圖6 26日20時(shí)850hPa實(shí)況風(fēng)場和EC預(yù)報(bào)場對比

切變影響福建后，關(guān)注其移動(dòng)和強(qiáng)度變化，如圖7所示，黑色風(fēng)向桿為實(shí)況。28日20時(shí)，EC模式預(yù)報(bào)低渦和切變線位置與實(shí)況較一致。對低渦南部西南急流的預(yù)報(bào)，在急流入口區(qū)較實(shí)況偏弱1~2m/s，在急流出口區(qū)較實(shí)況偏強(qiáng)4~6m/s，不能反映風(fēng)速的輻合，導(dǎo)致模式預(yù)報(bào)降水強(qiáng)度較實(shí)況偏弱。29日20時(shí)，預(yù)報(bào)的切變南壓正確，對預(yù)報(bào)強(qiáng)天氣結(jié)束時(shí)間有參考作用。

3月28日20時(shí)

3月29日20時(shí)

圖7 850hPa風(fēng)場實(shí)況與24h時(shí)效預(yù)報(bào)對比圖

總結(jié)本次過程的EC預(yù)報(bào)，切變位置預(yù)報(bào)較為準(zhǔn)確，對強(qiáng)天氣的開始與結(jié)束有指示作用；但風(fēng)力大小預(yù)報(bào)有誤差，可能影響到暴雨、強(qiáng)對流天氣強(qiáng)度的預(yù)報(bào)。

4 結(jié)論

（1）副高穩(wěn)定少動(dòng)，南支槽的不斷東移，二者之間的空間不斷縮小，有利于二者之間西南氣流加強(qiáng)并形成急流，增強(qiáng)水汽輸送。

（2）26～29日，閩北地區(qū)上空急流強(qiáng)度大，滯留時(shí)間長，并伴有高空輻散，為強(qiáng)對流天氣的發(fā)展提供了良好的抽氣作用和通風(fēng)作用。28日后期到29日，中高層急流軸基本都停留在福建北部，且200hPa出現(xiàn)輻散，同時(shí)500hPa急流強(qiáng)度強(qiáng)，這些因素都為這個(gè)時(shí)段該地區(qū)產(chǎn)生時(shí)間長、范圍廣的強(qiáng)對流天氣提供了有利的條件。

（3）26日，高空槽東移激發(fā)低層切變生成南壓影響福建北部，同時(shí)帶來的冷空氣南下引起各層冷暖氣流在福建北部交匯，十分利于強(qiáng)降水的發(fā)生。

（4）26～29日，強(qiáng)對流天氣連續(xù)發(fā)生期間，K指數(shù)為36℃的高值舌自江西不斷東伸，使得福建北部的K指數(shù)持續(xù)維持在32℃以上。這表明，有不穩(wěn)定能量不斷向該地區(qū)輸送并堆積，閩北上空大氣的層結(jié)處于不穩(wěn)定狀態(tài)。同時(shí)，垂直風(fēng)切變及cape值的大值區(qū)在閩北上空維持徘徊，給強(qiáng)對流天氣供應(yīng)了大量的能量并促使強(qiáng)對流天氣不斷發(fā)展維持。

（5）總結(jié)本次過程的EC預(yù)報(bào)，切變位置預(yù)報(bào)較為準(zhǔn)確，對強(qiáng)天氣的開始與結(jié)束有指示作用；但風(fēng)力大小預(yù)報(bào)有誤差，可能影響到暴雨、強(qiáng)對流天氣強(qiáng)度的預(yù)報(bào)。

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