一例底層渦旋擾動(dòng)觸發(fā)強(qiáng)對(duì)流的中尺度分析

章元直，蘇濤，沈杭鋒，翟國(guó)慶(. 民航浙江空管分局， 浙江 杭州 07； . 浙江大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院， 浙江 杭州 007； . 杭州市氣象局， 浙江 杭州 005)

一例底層渦旋擾動(dòng)觸發(fā)強(qiáng)對(duì)流的中尺度分析

章元直1，蘇濤2*，沈杭鋒3，翟國(guó)慶2
(1. 民航浙江空管分局， 浙江 杭州 311207； 2. 浙江大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院， 浙江 杭州 310027； 3. 杭州市氣象局， 浙江 杭州 310051)

通過(guò)對(duì)2009年6月5日一例皖北強(qiáng)災(zāi)害天氣過(guò)程的中尺度分析，發(fā)現(xiàn)底層大氣中存在西南氣流的中尺度匯合線(xiàn)，在匯合線(xiàn)附近、基本西南氣流的流場(chǎng)環(huán)境下，隱含著中尺度渦旋擾動(dòng). 利用Shuman-Shapiro平滑濾波方案對(duì)日本中尺度再分析資料進(jìn)行處理，揭示了濾波后出現(xiàn)的中尺度渦旋擾動(dòng)，該渦旋擾動(dòng)對(duì)應(yīng)邊界層中尺度輻合區(qū)和輻合中心，以及氣流的最強(qiáng)上升支. 這些中尺度擾動(dòng)特征與之后初始對(duì)流回波單體的發(fā)生有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，說(shuō)明中尺度擾動(dòng)渦旋中心附近及東側(cè)易發(fā)生對(duì)流，或者擾動(dòng)渦旋率先觸發(fā)了對(duì)流.

強(qiáng)對(duì)流天氣；觸發(fā)機(jī)制；中尺度分析；中尺度擾動(dòng)渦旋；平滑濾波

0 引 言

雷暴大風(fēng)、冰雹等強(qiáng)對(duì)流天氣往往發(fā)展迅速，且時(shí)空尺度小，是氣象業(yè)務(wù)部門(mén)預(yù)報(bào)預(yù)警的難點(diǎn)，常可能造成人員傷亡和重大財(cái)產(chǎn)損失. 我國(guó)江淮流域是強(qiáng)對(duì)流天氣的頻發(fā)區(qū)之一. 例如： 2003年7月8日安徽出現(xiàn)突發(fā)性強(qiáng)龍卷風(fēng)；2005年5月14日安徽出現(xiàn)10級(jí)大風(fēng)和直徑達(dá)13 cm的冰雹，受災(zāi)人數(shù)達(dá)18萬(wàn)；2016年6月24日江蘇鹽城強(qiáng)對(duì)流天氣致78人死亡等. 該區(qū)域地處冷暖、干濕空氣的頻繁交匯帶，具有相對(duì)充足的對(duì)流不穩(wěn)定性，且海陸影響顯著，易形成多背景、多因子、多尺度影響下的具有鮮明區(qū)域特色的強(qiáng)對(duì)流天氣孕育與成災(zāi)環(huán)境[1]，導(dǎo)致該地區(qū)強(qiáng)對(duì)流影響因子復(fù)雜、受災(zāi)嚴(yán)重、損失較大. 一些觀測(cè)和研究認(rèn)為，在有利的不穩(wěn)定大氣環(huán)流背景下，對(duì)流發(fā)生與邊界層風(fēng)場(chǎng)特征有一定關(guān)聯(lián)，邊界層動(dòng)力條件是對(duì)流發(fā)生發(fā)展的重要因子. 針對(duì)江淮流域的強(qiáng)對(duì)流研究有許多，包括強(qiáng)對(duì)流系統(tǒng)的孕育環(huán)境和觸發(fā)條件等. 研究指出： 邊界層輻合線(xiàn)是對(duì)流發(fā)展和組織化的重要原因[2-7]. 國(guó)外研究也指出，低層輻合線(xiàn)的抬升作用為對(duì)流觸發(fā)提供了必要的動(dòng)力機(jī)制[8-9]. 對(duì)流觸發(fā)還與邊界層內(nèi)水汽、溫度及能量的分布狀況密切相關(guān)[10]，沿低層輻合線(xiàn)的水汽匯聚為對(duì)流觸發(fā)提供了熱力機(jī)制[11-13].

利用國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973)項(xiàng)目的試驗(yàn)區(qū)加密自動(dòng)站觀測(cè)數(shù)據(jù)、雷達(dá)數(shù)據(jù)和日本中尺度再分析數(shù)據(jù)等資料，對(duì)2009年6月一次強(qiáng)對(duì)流過(guò)程開(kāi)展中尺度的實(shí)況診斷分析，研究對(duì)流突發(fā)過(guò)程中的實(shí)況中尺度信息和觸發(fā)條件.

1 個(gè)例簡(jiǎn)介

2009年6月5日下午，江蘇、安徽、上海和浙江北部自北向南先后出現(xiàn)雷雨、大風(fēng)、冰雹等強(qiáng)對(duì)流天氣，對(duì)流風(fēng)暴經(jīng)過(guò)地區(qū)普遍風(fēng)力達(dá)7～11級(jí)，陣風(fēng)達(dá)到30 m·s-1以上，超過(guò)80個(gè)臺(tái)站出現(xiàn)冰雹，部分地區(qū)出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水，個(gè)別地區(qū)如徐州沛縣遭受了30 a未遇的龍卷風(fēng)襲擊，風(fēng)力達(dá)到12級(jí)以上，造成人民生命財(cái)產(chǎn)的重大損失. 然而，值得關(guān)注的是，同日17：00(北京時(shí)，下同)之后，安徽省北部地區(qū)自東向西出現(xiàn)了大范圍的雷雨、大風(fēng)、冰雹等強(qiáng)對(duì)流天氣，其中20：53淮南最大瞬時(shí)風(fēng)速為36 m·s-1，創(chuàng)安徽省最大風(fēng)速記錄. 此次強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程造成了皖北嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡. 從圖1中可見(jiàn)，6月5日災(zāi)害發(fā)生時(shí)，在江蘇形成的對(duì)流性天氣由北向南運(yùn)動(dòng)，于傍晚移到浙江北部； 而安徽北部，也出現(xiàn)了冰雹大風(fēng)區(qū)(圖1方框區(qū)域)，但方框內(nèi)的對(duì)流是自東向西運(yùn)動(dòng)的. 18：40，蒙城縣城鄉(xiāng)大面積遭受大風(fēng)襲擊，風(fēng)力達(dá)8～9級(jí)，并伴有降雨，造成7人死亡，10人受傷. 這次強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生可分成2個(gè)階段，第1階段是低渦后部發(fā)生于山東的對(duì)流，經(jīng)江蘇向南快速推進(jìn)，這一對(duì)流發(fā)生過(guò)程與機(jī)理已有大量分析和研究[14-17]. 第2階段是5日傍晚由皖北蒙城附近發(fā)生的對(duì)流，不斷西進(jìn)壯大形成大范圍強(qiáng)對(duì)流區(qū)[16,18]. 第2階段的對(duì)流發(fā)生更具突發(fā)性，是比較少見(jiàn)的大范圍繼發(fā)性典型強(qiáng)對(duì)流過(guò)程，預(yù)報(bào)預(yù)警難度更大. 本文將利用試驗(yàn)區(qū)的中尺度資料進(jìn)行第2階段天氣過(guò)程的診斷分析.

圖1 2009年6月5日江淮地區(qū)強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生時(shí)間Fig.1 Starting time of the hail weather during June 5th 2009 in East China Plain陰影區(qū)為主要災(zāi)害區(qū)，數(shù)字為1 h的降雨量(mm)和降水所發(fā)生的時(shí)間(北京時(shí)，下同)；方框?yàn)榘不毡辈?，圖中Mengcheng為蒙城縣，Huainan為淮南縣，Huaiyuan為懷遠(yuǎn)縣.Shaded area is the main disaster area. Stations with heavy rain (>30 mm) are marked with precipitation (mm) and time (LST, local standard time)；The box indicates northern area of Anhui Province.

1.1 衛(wèi)星云圖分析

利用紅外云圖(見(jiàn)圖2)可以看到第1階段和第2階段的對(duì)流活動(dòng). 由圖2(a)可見(jiàn)，14：00 ，118°E以西地區(qū)基本無(wú)云系，而東部的江蘇中南部被強(qiáng)對(duì)流云系覆蓋，對(duì)流云系不斷擴(kuò)大并向南移動(dòng). 15：00(見(jiàn)圖2(b))，位于皖北114～117°E，33°N附近(圖2(b)中方框)，可以看到東西向的弱小云系；1 h后(見(jiàn)圖2(c))，圖2(b)中弱小云線(xiàn)已經(jīng)發(fā)展成明顯的對(duì)流云，這是蒙城發(fā)生強(qiáng)對(duì)流云系的初期. 17：00(見(jiàn)圖2(d))，皖北流已發(fā)展成強(qiáng)對(duì)流云系，緊密的云狀和云邊界線(xiàn)性的弧狀特征，尤其是西邊界出現(xiàn)明顯的陣風(fēng)鋒云線(xiàn). 圖2說(shuō)明原本沒(méi)有云系的地區(qū)，在短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)了對(duì)流云并演變壯大.那么，是什么因素導(dǎo)致皖北出現(xiàn)了弱對(duì)流云線(xiàn)？

圖2 2009年6月5日14：00～17：00(北京時(shí))紅外云圖Fig.2 Infrared satellite images from 14：00 to 17：00 LST on June 5th, 2009

1.2 天氣背景和過(guò)程

為了解皖北地區(qū)對(duì)流發(fā)生之前的天氣基本背景場(chǎng)，采用14：00紅外衛(wèi)星云圖疊加了日本再分析資料(見(jiàn)圖3). 從圖3(a)中可見(jiàn)，中層為一致的西北氣流，其中山東、江蘇、黃海等地區(qū)是強(qiáng)西北風(fēng)區(qū)，表明云系的后部西北氣流盛行；皖北一帶中層的西北氣流與等溫線(xiàn)基本平行，表明該區(qū)域溫度平流較弱. 皖北上空西北氣流的大氣溫度達(dá)-4 ℃，900 hPa高度上有明顯的暖平流，垂直溫差可達(dá)30 ℃以上，具有明顯的槽后型特征，說(shuō)明皖北區(qū)域有利于潛在的對(duì)流不穩(wěn)定發(fā)生，這是我國(guó)強(qiáng)對(duì)流性天氣發(fā)生的典型物理機(jī)制[19]. 皖北至江蘇的中層相對(duì)濕度(圖3中藍(lán)線(xiàn))在80%以上，表明無(wú)論是已發(fā)生對(duì)流的區(qū)域還是其附近的無(wú)云區(qū)，中空空氣濕度較大. 而850 hPa高度以下這一地區(qū)相對(duì)濕度卻在40%以下(見(jiàn)圖3(b))，說(shuō)明這一地區(qū)具有上濕下干的特征. 低層干區(qū)的穩(wěn)定層一旦被破壞，中層濕層就可能加劇對(duì)流的發(fā)展. 在低層，山東半島有低渦和冷空氣南下，但冷鋒的活動(dòng)離皖北距離較遠(yuǎn)，不能直接觸發(fā)皖北對(duì)流的發(fā)生. 900 hPa高度上(見(jiàn)圖3(b))，安徽北部是西北風(fēng)，而皖南是偏西風(fēng)，說(shuō)明這一地區(qū)水平風(fēng)場(chǎng)有較大的變化.

圖3(a)的另一個(gè)特征是，在皖北對(duì)流層中層濕區(qū)的邊界上，濕度梯度十分明顯. 在此濕度條件下，華東平原上，除了與高空槽相聯(lián)系的云系外，還有一個(gè)發(fā)展的強(qiáng)對(duì)流云團(tuán)位于山東及蘇北，而安徽北部是無(wú)云區(qū). 將安徽北部地區(qū)放大，1 h后，即15：00(見(jiàn)圖2(b))，看到安徽北部地區(qū)開(kāi)始出現(xiàn)若干細(xì)小云系(見(jiàn)圖2(b)中方框)，它與東部沿海地區(qū)的2大云系并不相連，而此時(shí)向南移動(dòng)的對(duì)流云團(tuán)已進(jìn)入山東東南部和江蘇南部及上海，并不斷出現(xiàn)冰雹、大風(fēng)等激烈天氣.

從雷達(dá)觀測(cè)的結(jié)果看(見(jiàn)圖4)，與圖2云團(tuán)對(duì)應(yīng)的主要回波區(qū)出現(xiàn)在山東半島和江蘇. 圖4(a)中是對(duì)流發(fā)生不久(13：00)的山東半島和江蘇對(duì)流云回波，此時(shí)安徽并沒(méi)有出現(xiàn)對(duì)流云系. 到16：00(見(jiàn)圖4(b))，在皖北蒙城附近出現(xiàn)了孤立的對(duì)流單體，而主要的對(duì)流云系發(fā)展仍在江蘇東部沿海；到18：30(見(jiàn)圖4(c))，東部沿海的對(duì)流云南下減弱，而皖北發(fā)展成強(qiáng)對(duì)流區(qū).

圖3 6月5日14：00中低空形勢(shì)特征和紅外云圖Fig.3 Synoptic characteristic fields of middle level and low level superimposed on infrared satellite image黑實(shí)線(xiàn)為高度場(chǎng)(gpm)，紅虛線(xiàn)為等溫線(xiàn)(℃)，藍(lán)實(shí)線(xiàn)為相對(duì)濕度場(chǎng)(%). The black solid lines denote geopotential height (gpm), the red dashed lines denote temperature (℃), the blue-white solid lines denote relative humidity (%).

圖4 華東區(qū)域雷達(dá)反射率因子圖Fig.4 Radar reflectivity factor of East China 方框?yàn)閳D5的區(qū)域(The box shows the domain of Fig.5).

圖5 華東雷達(dá)組合反射率圖和地面實(shí)況風(fēng)場(chǎng)Fig.5 Radar reflectivity factor of East China and the observed wind barbs

為突出皖北蒙城(116.3°E, 33°N)地區(qū)回波特征，將主要對(duì)流區(qū)(116°E～118°E, 32°N～34°N)放大顯示(見(jiàn)圖5)，同時(shí)疊加了地面的實(shí)測(cè)風(fēng)場(chǎng)(羽矢). 由圖5(a)可見(jiàn)，18：30蒙城西面是向西移動(dòng)的強(qiáng)對(duì)流區(qū)，蒙城北面地面風(fēng)場(chǎng)是一個(gè)氣旋性渦旋(見(jiàn)圖5(a)中“C”). 到19：20(見(jiàn)圖5(b))，渦旋切變線(xiàn)南壓西進(jìn)，環(huán)境東風(fēng)氣流隨著對(duì)流云西進(jìn). 由實(shí)況地面資料分析可知，在高空槽后形勢(shì)下，底層風(fēng)場(chǎng)一方面是對(duì)流云底部向外流出的偏東氣流，另一方面是環(huán)境大氣的西南盛行氣流，構(gòu)成了向西推動(dòng)的底層輻合和擾動(dòng). 這種輻合和擾動(dòng)的發(fā)生推動(dòng)著對(duì)流運(yùn)動(dòng)的發(fā)展. 因此，需要進(jìn)一步分析對(duì)流發(fā)生前底層大氣的物理場(chǎng).

2 皖北低層中尺度分析

利用日本中尺度再分析資料(資料格距為20 km)，分析了各層物理場(chǎng). 由于對(duì)流發(fā)生過(guò)程中，皖北對(duì)流層中層為一致的西北氣流，而低層大氣中存在著中尺度擾動(dòng)輻合系統(tǒng)，因此給出皖北對(duì)流發(fā)生之前地面和975 hPa的流場(chǎng)及散度分布(見(jiàn)圖6). 可以看到，14：00的近地面散度分布中，安徽北部有一條東西向、強(qiáng)度為-6×10-5s-1的輻合帶(見(jiàn)圖6(a)虛線(xiàn)). 此時(shí)這一地區(qū)并沒(méi)有對(duì)流云發(fā)生，但可以看到地面這支偏西北氣流與偏西南氣流的匯合帶. 正是這條東西向輻合帶的維持，起到大氣底層的輻合動(dòng)力作用. 另外，從山東南部到江蘇、上海的沿海地區(qū)有一條南北向強(qiáng)度為-8×10-5s-1的輻合帶，這一輻合帶與圖2(a)衛(wèi)星云圖中沿海對(duì)流云系相對(duì)應(yīng)，同時(shí)，它也與海上東南氣流造成的海陸風(fēng)輻合帶相對(duì)應(yīng). 2條輻合帶都隨高度增高而明顯減弱，說(shuō)明槽后形勢(shì)下的輻合動(dòng)力條件是淺薄中尺度系統(tǒng)，主要存在于底層大氣.

圖6 日本中尺度再分析資料中6月5日14：00地面(a)和975 hPa(b)流場(chǎng)及散度場(chǎng)Fig.6 Wind field and divergence field at surface level(a) and 975 hPa level (b) based on Japan reanalysis data陰影區(qū)，10-5 s-1，粗虛線(xiàn)為輻合線(xiàn).Shaded area, 10-5s-1, thick dash lines denote convergence lines.

由于安徽北部地區(qū)基本為平原，地形因素可以忽略，利用加密的10 min地面風(fēng)場(chǎng)資料來(lái)分析地面系統(tǒng)與對(duì)流單體發(fā)生的關(guān)系. 由圖7可知，14：50(圖7(a))，安徽北部地面是西南氣流，在這一地區(qū)雷達(dá)組合反射率觀測(cè)中并沒(méi)有出現(xiàn)對(duì)流單體；10 min后(圖7(b))，在蒙城以西，116°E和33°N交界處，雷達(dá)反射率圖上出現(xiàn)了第1個(gè)孤立的對(duì)流回波單體，而圖中范圍內(nèi)，還沒(méi)有出現(xiàn)其他明顯的對(duì)流單體.

為了解蒙城以西第1個(gè)對(duì)流單體發(fā)生前期的地面基本環(huán)境場(chǎng)，取13：50～15：00共8個(gè)地面觀測(cè)時(shí)次進(jìn)行平均(見(jiàn)圖7(c)). 由該地面平均流場(chǎng)可見(jiàn)，在安徽北部是西南氣流與偏西氣流的匯合帶，陰影區(qū)代表了8個(gè)時(shí)次的平均大于-3×10-5s-1的輻合區(qū)，平均輻合區(qū)的位置基本位于蒙城及其以西地區(qū)的西南氣流中，15：00后對(duì)流發(fā)生(見(jiàn)圖7(b)陰影)的116°E，33°N交叉點(diǎn)位置正好位于平均輻合區(qū)內(nèi). 西南氣流中的輻合促使對(duì)流逐漸形成并沿輻合帶軸向發(fā)展，因此，基于稠密的日本中尺度再分析資料，采用Shuman-Shapiro平滑濾波方法分離出擾動(dòng)風(fēng)場(chǎng)，希望能在西南基本氣流中發(fā)現(xiàn)中尺度擾動(dòng).

平滑濾波公式見(jiàn)式(1). 設(shè)f為某一氣象要素，一維情況下，在數(shù)軸上定義

(1)

其中，fi是f在i點(diǎn)的值，s為濾波系數(shù)，取不同的值可以濾去不同的波長(zhǎng). 這樣定義的算子，對(duì)計(jì)算來(lái)說(shuō)是對(duì)稱(chēng)的，它既不改變波數(shù)，也不改變相位，只改變波分量的振幅. 一維三點(diǎn)平滑的響應(yīng)函數(shù)見(jiàn)式(2)：

(2)

圖7 地面流場(chǎng)和雷達(dá)組合反射率圖(陰影區(qū)，10-5 s-1)Fig.7 Surface streamline and radar reflectivity factor (shaded, 10-5s-1)

其中R表示平滑后的振幅和原振幅之比. 若需濾去2倍格距，取濾波系數(shù)s=0.5，此時(shí)響應(yīng)函數(shù)變成0，即濾去2倍格距波長(zhǎng)的波. 同理，只需取相應(yīng)的s值，可濾去其他格距倍數(shù)的波長(zhǎng). 例如濾去3，4，5倍格距波長(zhǎng)的波，只要分別取濾波系數(shù)s=2/3，1， 1.447 214 8. 同時(shí)濾去多個(gè)短波分量，可以多次循環(huán)處理，用式(1)處理后獲得的擾動(dòng)風(fēng)場(chǎng)如圖8所示.

從圖8可看到，14：00，雷達(dá)回波探測(cè)到的皖北第1個(gè)對(duì)流單體發(fā)生前，底層大氣有一個(gè)濾波后的中尺度擾動(dòng)渦旋，該濾波后的渦旋水平尺度約50 km，這一擾動(dòng)渦旋隱含在西南基本氣流中. 這在975 hPa高度上(見(jiàn)圖6(b))也可以看到，濾波后的渦旋也位于基本流場(chǎng)的輻合帶中(見(jiàn)圖6(b)陰影)；參閱地面平均圖(見(jiàn)圖7(c))，渦旋也位于地面平均輻合帶中，并與圖7(c)地面平均輻合中心相對(duì)應(yīng). 1 h后，雷達(dá)回波上的對(duì)流單體開(kāi)始出現(xiàn)，意味著大氣底層擾動(dòng)渦旋的發(fā)生有利于對(duì)流的生成.

圖8 14：00 950 hPa日本中尺度再分析場(chǎng)的濾波流場(chǎng)和15：00的組合雷達(dá)反射率(陰影)Fig.8 Japan mesoscale reanalysis of 950 hPa filtered streamlines at 14：00 LST and radar reflectivity factor (shaded) at 15：00 LST

對(duì)流單體出現(xiàn)10 min后，圖中的對(duì)流單體向東移動(dòng)了大約10 km(圖略). 如果按照對(duì)流單體向東移動(dòng)速度反推1 h前的對(duì)流初生源地，則對(duì)流初生源地大約位于濾波擾動(dòng)渦旋中心及東側(cè). 因此，擾動(dòng)渦旋中心的東側(cè)易于觸發(fā)對(duì)流.

為了解底層大氣中擾動(dòng)氣流的作用，沿33°N做東西向剖面，沿115.6°E做南北向剖面. 從日本中尺度再分析場(chǎng)中可見(jiàn)(見(jiàn)圖9(a))，對(duì)流發(fā)生前，在33°N，115.5°E附近有對(duì)流上升運(yùn)動(dòng)，輻合中心正好位于115.5°E附近的邊界層內(nèi)，大小約-5×10-5s-1. 從橫坐標(biāo)2個(gè)經(jīng)度來(lái)看，輻合中心范圍約占1個(gè)經(jīng)度，輻合高度在850 hPa以下. 通過(guò)濾波之后發(fā)現(xiàn)(見(jiàn)圖9(b))，在115.5°E處850 hPa以下，有一支相對(duì)最強(qiáng)的擾動(dòng)上升氣流. 強(qiáng)的上升支與邊界層擾動(dòng)輻合中心相對(duì)應(yīng)，輻合中心區(qū)范圍： 水平50 km、垂直700 m附近，這一區(qū)域也正好與圖8的擾動(dòng)渦旋位置相一致，上升速度最大區(qū)(虛線(xiàn))濾波前后都在850 hPa附近，之后的對(duì)流單體首先將在115.6°E以東的位置發(fā)生. 從圖9(b)的擾動(dòng)場(chǎng)中還發(fā)現(xiàn)，116.5°E處擾動(dòng)環(huán)流貢獻(xiàn)了邊界層內(nèi)輻散、邊界層頂輻合的相反水平環(huán)流，不利于對(duì)流單體的生成，這就為同是西南氣流環(huán)境下的背景場(chǎng)中對(duì)流單體的產(chǎn)生提供了有序的先后發(fā)生條件. 因此，為中尺度渦旋擾動(dòng)提供了中尺度的觸發(fā)背景.

分析南北向的中尺度剖面可知(如圖9(c)(d)所示)，中尺度的西南風(fēng)環(huán)境場(chǎng)中表現(xiàn)出較大范圍的上升運(yùn)動(dòng). 在32°N附近的邊界層頂出現(xiàn)中尺度的垂直反環(huán)流，主要輻合區(qū)位于邊界層內(nèi)的33°N. 與東西向剖面類(lèi)似，濾波場(chǎng)反映邊界層內(nèi)33°N有最強(qiáng)上升支(見(jiàn)圖9(d))，擾動(dòng)造成了邊界層最主要的輻合上升區(qū).

圖9 14：00沿33°N、115°E～117°E的空間剖面(圖(a)(b))和沿115.6°E、32°N～34°N的南北向剖面(圖(c)(d)) Fig.9 Vertical cross sections at the latitude of 33°N from 115°E to 117°E ((a)(b)) and at the longitude of 115.6°E from 32°N to 34°N( (c)(d))虛線(xiàn)是垂直上升速度大值區(qū)(-0.2和-0.4 Pa· s-1)，填色為散度場(chǎng)(10-5 s-1)，圖(a)(c)是未濾波環(huán)流和垂直速度場(chǎng)，圖(b)(d)是濾波后的剖面(圖中垂直速度放大20倍).The dashed lines denote the high value area of vertical velocity (-0.2 and -0.4 Pa·s-1). Shaded field is horizontal divergence (10-5 s-1). The streamlines represent the unfiltered circulation ((a)(c)) and the filtered circulation ((b)(d)), and the vertical velocity has a scale factor of 20.0.

3 結(jié) 論

對(duì)皖北一例高空槽后發(fā)生的強(qiáng)災(zāi)害天氣過(guò)程進(jìn)行了天氣分析，該過(guò)程在高空槽后的西北氣流中發(fā)生，在常規(guī)的中尺度分析和雷達(dá)回波分析中，可以找到中尺度輻合線(xiàn)和中渦旋，這些系統(tǒng)均與中尺度輻合帶或流場(chǎng)的匯合線(xiàn)對(duì)應(yīng)，但仍然沒(méi)有看到離最初發(fā)生對(duì)流單體最近的中系統(tǒng). 通過(guò)仔細(xì)分析底層大氣物理場(chǎng)后發(fā)現(xiàn)，底層大氣的西南氣流中存在著中尺度匯合線(xiàn). 在匯合線(xiàn)附近、基本西南氣流的流場(chǎng)環(huán)境下，隱含著中尺度的渦旋擾動(dòng). 利用濾波方案處理日本中尺度再分析資料后發(fā)現(xiàn)，濾波后出現(xiàn)的中尺度渦旋擾動(dòng)與雷達(dá)最初對(duì)流回波單體對(duì)應(yīng)較好. 擾動(dòng)渦旋處，有強(qiáng)的中尺度輻合和垂直上升支. 濾波后中尺度擾動(dòng)環(huán)流表明，這一類(lèi)中渦旋輻合中心區(qū)水平約50 km，垂直高度約700 m. 由擾動(dòng)環(huán)流構(gòu)成的水平環(huán)流圈尺度約100 km，垂直環(huán)流圈范圍約2 km. 濾波后的擾動(dòng)渦旋位置說(shuō)明中尺度擾動(dòng)渦旋中心附近及東側(cè)易發(fā)生對(duì)流，即中尺度擾動(dòng)渦旋觸發(fā)了新的對(duì)流.

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ZHANG Yuanzhi1, SU Tao2, SHEN Hangfeng3, ZHAI Guoqing2
(1.ZhejiangAirTrafficManagementSub-BureauofCAAC,Hangzhou311207,China; 2.SchoolofEarthSciences,ZhejiangUniversity,Hangzhou310027,China; 3.HangzhouMeteorologyBureauofZhejiang,Hangzhou310051,China)

Mesoscale analysis on a disastrous convective weather event is presented. This event occurred in north Anhui on June 5th 2009, causing large economic loss and casualties. Satellite data, radar data, automatic weather station data, and Japan reanalysis data are used to analyze this case. The results showed that there was a stationary mesoscale convergence line formed by the southwest flow and the northwest flow in north Anhui in that day afternoon. The respective low-level wind field and convergence field showed that a disturbance was embedded in the southwest background flow near the convergence line. By applying the Shuman-Shapiro smoothing filtering method to the Japan reanalysis data, the disturbance characterized by a horizontal vortex circulation is revealed. The vortex disturbance corresponded with a low-level mesoscale convergence zone and convergence center, as well as a strongest upward flow near the convergence center. Radar and satellite pictures showed that new convection occurred near the vortex disturbance by 1500 LST. The mesoscale disturbance features had a good corresponding relationship with the genesis of the first echo of the convection, indicating that convection was more likely to initiate in the center and east of the mesoscale disturbance vortex or the convection was triggered by the upward flow of the vortex.

severe convective weather; trigger mechanism; mesoscale analysis; mesoscale disturbance vortex; smoothing filtering

2016-10-08.

國(guó)家“973”項(xiàng)目(2013CB430104)；國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41175047).

章元直(1975—)，ORCID：http://orcid.org/0000-0003-3210-7358, 男，學(xué)士，工程師，主要從事天氣分析與預(yù)報(bào)研究.

*通信作者，ORCID: http: //orcid.org/0000-0001-8492-9172, E-mail：zjusutao@qq.com.

10.3785/j.issn.1008-9497.2018.01.011

P 458

A

1008-9497(2018)01-065-08

Amesoscaleanalysisoflowlevelvortexdisturbanceinitiatingsevereconvectiveweather.Journal of Zhejiang University (Science Edition),2018, 45(1)： 065-072