石河子一次強(qiáng)對(duì)流天氣成因分析

摘 要：利用常規(guī)觀測(cè)資料，自動(dòng)站資料和石河子多普勒天氣雷達(dá)觀測(cè)資料，對(duì)2017年5月25日傍晚發(fā)生在石河子地區(qū)一次強(qiáng)對(duì)流天氣進(jìn)行了綜合分析。結(jié)果表明：西北氣流上的波動(dòng)是此次強(qiáng)對(duì)流天氣直接影響系統(tǒng);冰雹天氣發(fā)生時(shí)，正是回波強(qiáng)度在55～60dbz之間、強(qiáng)中心高度在10km，出現(xiàn)了有界弱回波區(qū)。大風(fēng)發(fā)生時(shí)速度圖上是典型的輻散型流場(chǎng)，正負(fù)速度最大值10.6m/s，速度差值21.2m/s，并且徑向速度有“逆風(fēng)區(qū)”存在，為冰雹天氣的發(fā)生提供了動(dòng)力條件。這些指標(biāo)是判斷強(qiáng)對(duì)流天氣的重要線索。也是預(yù)報(bào)服務(wù)中強(qiáng)對(duì)流天氣預(yù)警的重要依據(jù)。

關(guān)鍵詞：西北氣流;懸垂結(jié)構(gòu);有界弱回波區(qū);逆風(fēng)區(qū)

中圖分類號(hào)：S16

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20190630066

前言

石河子墾區(qū)位于新疆天山北坡中部，屬干旱半干旱地區(qū)。是棉花高質(zhì)量的主要生產(chǎn)基地，是天山北坡經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)的重點(diǎn)，也是國家重點(diǎn)經(jīng)濟(jì)建設(shè)開發(fā)區(qū)。農(nóng)耕已成為墾區(qū)經(jīng)濟(jì)支柱。石河子墾區(qū)的雷暴、冰雹、大雨、大風(fēng)是主要的氣象災(zāi)害。威脅著農(nóng)業(yè)的安全和人民的生命財(cái)產(chǎn)。例如，2007年在石河子墾區(qū)南部山區(qū)，由強(qiáng)降水引起的洪水，破壞了農(nóng)作物和居民的房屋，雷擊造成人員傷亡。隨著氣候變暖，極端天氣通風(fēng)口發(fā)生頻率增加，強(qiáng)對(duì)流天氣越來越頻繁。例如，在2008年8月26日從18：00—27日11：00的18h內(nèi)，有4個(gè)場(chǎng)雷暴、冰雹、強(qiáng)降水、強(qiáng)風(fēng)等罕見的對(duì)流事件。新一代天氣雷達(dá)在災(zāi)害性天氣監(jiān)測(cè)和預(yù)警方面發(fā)揮了重要的作用，國內(nèi)在新一代天氣雷達(dá)產(chǎn)品分析應(yīng)用方面做了很多的探討和分析，超級(jí)單體作為局地對(duì)流風(fēng)暴發(fā)展的一種最猛烈的形式，一直是氣象學(xué)家研究的熱門對(duì)象。中國對(duì)超級(jí)單體風(fēng)暴進(jìn)行了一些研究。目前中國多普勒雷達(dá)的高靈敏度和測(cè)速功能為局地強(qiáng)風(fēng)暴的研究提供了良好的條件。本文利用石河子C波段多普勒雷達(dá)資料對(duì)影響天山北坡帶中部石河子墾區(qū)的一次全區(qū)性強(qiáng)對(duì)流天氣進(jìn)行分析。

1 天氣實(shí)況

2017年5月25日22：00—凌晨1：00，石河子墾區(qū)普遍出現(xiàn)強(qiáng)對(duì)流天氣，陣風(fēng)風(fēng)力達(dá)6～9級(jí)，大泉溝水庫瞬間極大風(fēng)力9級(jí)（風(fēng)速28.2m/s）;并有小到中量陣雨，其中下野地和南部山區(qū)有雷電活動(dòng)，南部山區(qū)出現(xiàn)冰雹。

2 強(qiáng)對(duì)流成因分析

2.1 環(huán)流背景分析

2017年5月25日500hpa歐亞范圍經(jīng)向環(huán)流為主，并分為南北2支鋒區(qū)，烏拉爾山為深厚的低值系統(tǒng)，冷中心-36℃。里咸海有低槽，巴湖至新疆受西北氣流控制，西北氣流上多波動(dòng)，溫度為-12℃，冷暖溫差24℃。700hpa上游區(qū)有明顯的風(fēng)速輻合，同時(shí)在石河子墾區(qū)有切變存在。850hpa冷暖溫差達(dá)31℃，等壓線與等高線交角近于90°。24—25日墾區(qū)升溫明顯，高空溫差越大，會(huì)導(dǎo)致地面氣壓差越大，風(fēng)也就越大。

氣壓梯度力是空氣流動(dòng)的原動(dòng)力，是形成大風(fēng)的根本動(dòng)力。25日白天北疆有熱低壓發(fā)展，14：00 3h變壓表現(xiàn)為減壓升溫。26日02：00冷鋒進(jìn)入石河子，3h正變壓達(dá)18hpa，上游烏蘇站3h負(fù)變壓31hpa，石河子大風(fēng)出現(xiàn)時(shí)間就發(fā)生在25日23：00—凌晨1：00。

2.2 探空資料分析

豐富的水汽條件、不穩(wěn)定層結(jié)和觸發(fā)潛在不穩(wěn)定能量的抬升條件是形成對(duì)流天氣的3個(gè)基本條件。從25日20：00探空曲線上看（圖3），克拉瑪依上空大氣為條件性不穩(wěn)定。從風(fēng)場(chǎng)看，20：00 700hpa以下是風(fēng)向較為一致的西北風(fēng)， 500hpa轉(zhuǎn)為西風(fēng)，400hpa西南風(fēng)，風(fēng)隨高度逆轉(zhuǎn)，明顯是有冷平流存在，更有利于穩(wěn)定度進(jìn)一步減小。從T-Td上看，中低層都較為干，水汽條件不好，此次過程也主要是以大風(fēng)為主，伴有小到中量陣雨。

以上分析表明在強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生前，高空積累了相當(dāng)?shù)牟环€(wěn)定能量，地面場(chǎng)提供了必要的動(dòng)力條件。

3 雷達(dá)資料分析

3.1 南部冰雹回波分析

2017年5月25日21：00石河子西北方不斷有對(duì)流云團(tuán)生成并東移，21：49在烏蘇境內(nèi)有大于50dbz的強(qiáng)回波出現(xiàn)，22：41在石河子西南方向出現(xiàn)了高度超過9km、強(qiáng)度超過55dbz的對(duì)流單體。

22：18對(duì)流單體在石河子西南方向開始出現(xiàn)并逐漸發(fā)展，22：41強(qiáng)度大于50dbz，強(qiáng)回波面積也增大了，21：47回波頂高達(dá)10km，中心力量為60dbz。從垂直剖面上可以看出，此時(shí)出現(xiàn)了穹頂和懸垂結(jié)構(gòu)，弱回波區(qū)變?yōu)橛薪绲娜趸夭▍^(qū)（Bw）。這說明上升氣流在云中很強(qiáng)，有界的弱回波區(qū)變成弱回波區(qū)，然后消失。在風(fēng)暴的運(yùn)動(dòng)和發(fā)展過程中， 回聲頂T明顯增加。弱回波區(qū)和有界弱回波區(qū)的出現(xiàn)反映了冰雹云物理特征的短期急劇變化。速度圖上可以看到，21：47強(qiáng)風(fēng)暴在1.5°的高度上是一個(gè)純輻合區(qū)，在22：53時(shí)是逆風(fēng)區(qū)，負(fù)速度區(qū)包圍正速度區(qū)，這表明云體內(nèi)存在著強(qiáng)烈的渦旋上升運(yùn)動(dòng)，而到了9.5km的高度是一個(gè)純輻散，即高層是抽吸輻散作用。這表明低層有入流氣流，高層有出流，這正是冰雹生長(zhǎng)發(fā)展的有利條件。23：10單體逐漸減弱消失。

3.2 從垂直液態(tài)水含量（VIL）分析冰雹發(fā)生的過程

垂直液態(tài)水含量與基座反射率的強(qiáng)度有關(guān)，垂直液態(tài)水的大小取決于液滴的大小。垂直液態(tài)水含量 T對(duì)應(yīng)于高分辨率的冰雹和風(fēng)暴，而持續(xù)較高的垂直液態(tài)水含量對(duì)應(yīng)于超細(xì)胞回波，可用于識(shí)別較強(qiáng)的回波，確定冰雹發(fā)生的可能性和確定性。如果與其他產(chǎn)品重疊，就有可能確定冰雹的位置，以便更好地預(yù)報(bào)、預(yù)測(cè)。

剛剛出現(xiàn)對(duì)流單體在西南方的有效探測(cè)范圍內(nèi)時(shí)，液態(tài)含水量為15kg/m3，到了22：53時(shí)液態(tài)水含量為20kg/m3，基本上是該片回波發(fā)展到降雹的最大值，這說明該回波水滴凝結(jié)到最大值。利用這一特性可以幫助識(shí)別更強(qiáng)的回波，從而進(jìn)一步確定冰雹出現(xiàn)的可能性和肯定性。

3.3 對(duì)流性大風(fēng)的雷達(dá)圖分析

從強(qiáng)度圖上可以看出，距雷達(dá)站西北方向90km左右的地方有大片強(qiáng)度在20～45dbz的回波。強(qiáng)度最大值達(dá)到50dbz，面積較小。回波移動(dòng)速度慢，23：00以后在測(cè)站北方也有25～30dbz的回波發(fā)展起來。較弱的回波強(qiáng)度不利于短時(shí)強(qiáng)降水的發(fā)生。

速度圖上是典型的輻散型流場(chǎng)，在距雷達(dá)站西北方向60～90km處的正負(fù)速度最大值10.6m/s，速度差值21.2m/s。23：33時(shí)距雷達(dá)站偏北方向也出現(xiàn)輻散型流場(chǎng)，速度差較大。地面區(qū)域站實(shí)測(cè)極大風(fēng)速20m/s以上的多出現(xiàn)在石河子西北方向的下野地團(tuán)場(chǎng)。偏北方向的莫索灣極大風(fēng)速普遍在5級(jí)。

4 小結(jié)

西北氣流上的波動(dòng)是此次強(qiáng)對(duì)流天氣直接影響系統(tǒng)，鋒面過境造成了石河子大風(fēng)天氣。冰雹則是由對(duì)流單體風(fēng)暴引起的局地強(qiáng)對(duì)流天氣過程。

冰雹天氣發(fā)生時(shí)，正是回波強(qiáng)度在55～60dbz之間、強(qiáng)中心高度在10km，出現(xiàn)了有界弱回波區(qū)，并且徑向速度有“逆風(fēng)區(qū)”存在，為冰雹天氣的發(fā)生提供了動(dòng)力條件。這些指標(biāo)是判斷強(qiáng)對(duì)流天氣的重要線索。也是預(yù)報(bào)服務(wù)中強(qiáng)對(duì)流天氣預(yù)警的重要依據(jù)。

大風(fēng)發(fā)生時(shí)速度圖上是典型的輻散型流場(chǎng)，正負(fù)速度最大值10.6m/s，速度差值21.2m/s。石河子夏季大風(fēng)天氣出現(xiàn)較少，尤其以大風(fēng)為主有微量降水的形勢(shì)，此種天氣預(yù)報(bào)經(jīng)驗(yàn)不足，在今后的預(yù)報(bào)中，要實(shí)時(shí)調(diào)整預(yù)報(bào)思路，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 張杰.中小尺度天氣學(xué)[M].北京：氣象出版社，2006：100.

[2] 俞小鼎，鄭媛媛，張愛民，等.安徽一次強(qiáng)烈龍卷的多普勒天氣雷達(dá)分析[J].高原氣象，2006，25（5）： 24.

作者簡(jiǎn)介：

雷薇（1971-），女，大學(xué)學(xué)歷，工程師，研究方向：天氣預(yù)報(bào)。