基于加密站資料的青藏高原強(qiáng)對(duì)流天氣預(yù)報(bào)分析

田成娟　馬元倉(cāng)　劉雪梅　郭曉寧　馬瓊

摘要：利用常規(guī)氣象觀測(cè)、西寧多普勒雷達(dá)、加密自動(dòng)站、NCAR1°×1°再分析等資料，對(duì)2016年8月18日清晨發(fā)生在青海省東北部的一次強(qiáng)對(duì)流天氣進(jìn)行分析。結(jié)果表明，副熱帶高壓外圍的西南暖濕氣流與東移擴(kuò)散南下的冷空氣在青海省東北部交匯是此次強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生的主要成因;雷達(dá)回波表現(xiàn)為弓形回波，伴有持久的中氣旋，最強(qiáng)回波可達(dá)65 dBz以上，頂高17 km以上，VIL在30～40 kg/m2，是典型的超級(jí)單體特征;氣壓、溫度、相對(duì)濕度均出現(xiàn)了不連續(xù)線，強(qiáng)降水發(fā)生時(shí)出現(xiàn)氣壓上升、相對(duì)濕度突升，溫度突降特征，氣壓與濕度呈同位相變化，與溫度的變化位相相反，強(qiáng)降水發(fā)生在輻合線的附近。

關(guān)鍵詞：強(qiáng)對(duì)流天氣;雷達(dá)特征;加密站資料;中尺度特征

中圖分類號(hào)：P458.1+21? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：0439-8114（2019）22-0097-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2019.22.021? ? ? ? ? ?開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Analysis of strong convective weather forecast over Qinghai-Tibetan Plateau

based on data of encrypted station

TIAN Cheng-juan，MA Yuan-cang，LIU Xue-mei，GUO Xiao-ning，MA Qiong

（Qinghai Meteorological Observatory，Xining 810001，China）

Abstract： Using the conventional meteorological observation， Xining Doppler radar， automatic station， NCAR1°×1°， reanalysis data for use， a strong convective weather was analysised in the northeast of Qinghai province， on the morning of August 18， 2016. The results showed that the southwest of subtropical high and cold air eastward southward in the northeast of Qinghai province intersection was the main cause of the convective weather; Radar echo was accompanied by persistent bow echo， mesocyclone， the strongest echo up to 65 dBz at the top， above 17 km， VIL was 30～40 kg/m2， which was the typical feature of supercell; There are discontinuities in air pressure， temperature and relative humidity. When heavy precipitation occurs， there is a rise in pressure， a sudden rise in relative humidity， and a sudden drop in temperature. The pressure and humidity changed in the same phase， contrary to the temperature change phase， strong precipitation occurred in the vicinity of the convergence line.

Key words： strong convective weather; radar characteristics; data from encrypted stations; mesoscale features

強(qiáng)對(duì)流天氣是在有利的大尺度環(huán)境背景下產(chǎn)生的中小尺度天氣系統(tǒng)，一般會(huì)引起災(zāi)害性的大風(fēng)和短時(shí)暴雨，有時(shí)會(huì)伴隨有冰雹等對(duì)流性天氣，由中小尺度天氣系統(tǒng)直接影響所致，是歷時(shí)短、變化劇烈、破壞性強(qiáng)的災(zāi)害性天氣。青海省東北部位于拉脊山和大坂山之間的湟水河流域及黃河流域，極易形成短時(shí)強(qiáng)降水，因局地性強(qiáng)、持續(xù)時(shí)間短，預(yù)報(bào)難度大，為此，一些專家和學(xué)者進(jìn)行了大量的研究工作。現(xiàn)階段青海省的區(qū)域自動(dòng)站趨于完善，提高了氣象資料的時(shí)間和空間分辨率，可以彌補(bǔ)常規(guī)氣象觀測(cè)資料時(shí)空分辨率低的缺點(diǎn)，但是在短時(shí)強(qiáng)降水天氣過(guò)程中，對(duì)區(qū)域自動(dòng)站資料的分析運(yùn)用并不多[1-20]。李瑞萍等[21]通過(guò)分析加密自動(dòng)站資料在強(qiáng)對(duì)流天氣分析預(yù)報(bào)中的運(yùn)用，得出中尺度輻合線是強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生的觸發(fā)機(jī)制，逐小時(shí)變壓場(chǎng)的負(fù)中心區(qū)是未來(lái)強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生的區(qū)域;倪麗霞等[22]研究了加密自動(dòng)站資料在寧夏吳忠市強(qiáng)對(duì)流天氣預(yù)報(bào)中的應(yīng)用，得出加密自動(dòng)站資料的各要素與短時(shí)強(qiáng)降水之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系;吳凡等[23]研究了地面加密資料在一次局地暴雨中的分析運(yùn)用，得出地面小尺度渦旋的生成、地面鋒區(qū)的維持以及中尺度輻合線的存在是強(qiáng)對(duì)流天氣觸發(fā)機(jī)制;因此加密自動(dòng)站資料的分析運(yùn)用是非常有必要的，對(duì)提高災(zāi)害性天氣的預(yù)報(bào)、預(yù)警具有重要的意義[2]。

利用常規(guī)氣象觀測(cè)、加密自動(dòng)站、NCAR1°×1°再分析、西寧多普勒雷達(dá)等資料，對(duì)發(fā)生在2016年8月18日清晨青海省東部農(nóng)業(yè)區(qū)的一次強(qiáng)對(duì)流天氣進(jìn)行分析，研究加密自動(dòng)站和雷達(dá)資料在青海省東部短時(shí)強(qiáng)降水的運(yùn)用，以期提高此類災(zāi)害性天氣的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率[2]。

1? 天氣實(shí)況和環(huán)流形勢(shì)分析

1.1? 天氣概況

2016年8月18日上午，青海省的東部地區(qū)出現(xiàn)了一次強(qiáng)對(duì)流天氣，全省共計(jì)214站（國(guó)家站+區(qū)域站）出現(xiàn)降水，2站暴雨、26站大雨、67站中雨，降水中心在湟源縣站55.1 mm、湟中縣黑嘴村50.1 mm、湟源縣大華鎮(zhèn)48.4 mm。此次強(qiáng)對(duì)流天氣致使農(nóng)業(yè)、工業(yè)、交通建設(shè)等方面不同程度的損失，致使湟源縣9個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)遭受不同程度的大風(fēng)冰雹災(zāi)害。據(jù)統(tǒng)計(jì)，此次災(zāi)害共造成湟源縣9個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，88個(gè)行政村4 875戶的16 176人受災(zāi)，直接經(jīng)濟(jì)損失慘重[2]。

1.2? 環(huán)流形勢(shì)及影響系統(tǒng)分析

在過(guò)程發(fā)生的前期，青海省東部地區(qū)持續(xù)了十余天的晴熱高溫天氣，17日20：00的500 hPa，中高緯度為兩槽一脊的環(huán)流場(chǎng)，蒙古一帶受低壓槽控制，副熱帶高壓主體在105°E以東，青海省大部地區(qū)受副熱帶高壓外圍的西南氣流控制，這種環(huán)流背景是青海省東部地區(qū)典型的大降水形勢(shì)，副高邊緣型，18日8：00，584 dagpm西伸到90°E附近，在青海省東北部形成冷溫槽，表明中層有冷空氣入侵，低層700 hPa是一個(gè)暖脊控制，8：00青海省東北部地區(qū)冷空氣從祁連山區(qū)東移擴(kuò)散南下，形成地面輻合線，而前期青海省大部分地區(qū)的高溫天氣，促使在高原地區(qū)形成一個(gè)地面熱低壓，冷暖空氣的對(duì)峙是觸發(fā)不穩(wěn)定能量的潛勢(shì)條件，而副熱帶高壓外圍西南暖濕氣流與東移擴(kuò)散南下的冷空氣在青海省東北部地區(qū)交匯是觸發(fā)此次強(qiáng)對(duì)流天氣的主要成因[2]。

2? 多普勒雷達(dá)特征分析

利用2016年8月18日西寧多普勒雷達(dá)（C波段）資料，分析了此次過(guò)程對(duì)流單體的生消特征，? 4：12在剛察縣不斷有小對(duì)流單體生成，沿著風(fēng)暴的移動(dòng)路徑移動(dòng)（西南東北向）和發(fā)展，最強(qiáng)回波達(dá)到55 dBz，高度伸展到12 km以上，4：57隨著對(duì)流單體的加強(qiáng)合并，55 dBz強(qiáng)度的回波范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，在4.3°仰角以下，在剛察縣和海晏縣的交界處有徑向輻合，垂直液態(tài)水達(dá)20 kg/m2以上，此時(shí)熱水園工業(yè)區(qū)1 h降水量25.6 mm，5：06隨著對(duì)流風(fēng)暴的不斷加強(qiáng)合并，在風(fēng)暴的南段海晏縣境內(nèi)的強(qiáng)回波，逐漸演變成弓狀回波的底部，并達(dá)到60 dBz，沿著弓狀回波的走勢(shì)，在3.4°仰角以下可以看到一條氣旋性的輻合線，之后維持3個(gè)體掃，弓狀回波的頂部強(qiáng)度略有減弱，在底部的西南側(cè)不斷有對(duì)流單體加強(qiáng)合并，最強(qiáng)回波維持在60 dBz以上，5：47在海晏縣東部中低仰角上有中氣旋，6：05弓狀回波的底部逐漸移到海晏縣與湟源縣的交界處，強(qiáng)度維持不變，VIL（垂直累積液態(tài)含水量）在5：22開(kāi)始增長(zhǎng)，5：47增長(zhǎng)至40 kg/m2，6：05降低到25 kg/m2，5：00—6：00海晏縣青海湖鄉(xiāng)托化村1 h雨量27.8 mm，甘子河鄉(xiāng)德州村1 h雨量為22.5 mm，7：07弓狀回波的底部移到湟源縣境內(nèi)，60 dBz以上的回波范圍逐漸擴(kuò)大，速度場(chǎng)上維持中氣旋特征，60 dBz以上的回波伸展到17 km以上，此時(shí)湟源縣開(kāi)始出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水，VIL維持在30 kg/m2以上，7：19（圖1a）風(fēng)暴的強(qiáng)度發(fā)展到強(qiáng)盛的階段，弓狀回波的底部加強(qiáng)到65 dBz，速度上有中氣旋特征，7：49弓狀回波的結(jié)構(gòu)松散，逐漸發(fā)展為塊狀回波，最強(qiáng)的回波維持在65 dBz以上，8：07（圖1b）、8：13（圖1c）8：19（圖1d）連續(xù)3個(gè)體掃上，弓狀回波特征明顯，湟源縣處于弓狀底部，65 dBz以上強(qiáng)回波維持在湟源縣，強(qiáng)回波高度伸展到17 km以上，VIL增長(zhǎng)到40 kg/m2以上，湟源縣? 1 h雨量52.4 mm，大華鎮(zhèn)47.5 mm、申中鄉(xiāng)43.3 mm，8：36強(qiáng)回波移動(dòng)到西寧市上空，弓狀回波演變?yōu)閴K狀回波，回波頂高度下降，VIL降低，此時(shí)西寧市出現(xiàn)了小冰雹和雷雨天氣，9：00強(qiáng)回波移出西寧市，東移到西寧市北部和海東市北部地區(qū)，此后回波演變?yōu)榛旌辖邓夭?，降水?qiáng)度較之前明顯減弱。此次強(qiáng)降水發(fā)生在弓狀回波的底部，強(qiáng)度維持在60 dBz以上，高度伸展到17 km以上，伴隨有持久的中氣旋，VIL在30～40 kg/m2，屬于典型強(qiáng)降水超級(jí)單體。

3? 加密區(qū)域自動(dòng)站資料分析

3.1? 雨量分布

強(qiáng)降水主要集中在7：00—8：00，雨量1 h≥20.0 mm的有21站，1 h≥10.0 mm的有28站，湟源縣站52.4 mm，大華鎮(zhèn)47.5 mm（圖2），申中鄉(xiāng)43.3 mm，湟源縣10 min雨量達(dá)22.8 mm，短時(shí)強(qiáng)降水特征非常明顯，期間湟源縣出現(xiàn)了瞬時(shí)最大風(fēng)速為20.7 m/s的大風(fēng)，西寧市出現(xiàn)小冰雹天氣[2]。

3.2? 溫度場(chǎng)分析

分析了逐小時(shí)的變溫場(chǎng)，冷空氣從17日20：00沿祁連山區(qū)侵入到青海省東北部地區(qū)，較強(qiáng)對(duì)流出現(xiàn)的時(shí)間提前1～2 h，冷空氣路徑為東北偏北，負(fù)變溫中心在河西走廊東部地區(qū)，強(qiáng)度為-6 ℃，冷空氣主體勢(shì)力偏北且偏東，隨后負(fù)變溫中心逐漸南移，18日2：00在青海湖的西側(cè)地區(qū)形成一個(gè)負(fù)變溫中心，中心強(qiáng)度為-5 ℃，在海北州東部至西寧市、海東市北部一帶維持一負(fù)變溫中心，表明此區(qū)域均有冷空氣入侵，6：00—7：00原青海湖西側(cè)的負(fù)變溫中心東移到海晏縣至湟源縣一帶，強(qiáng)度繼續(xù)維持在-5 ℃，移動(dòng)速度較慢，8：00—9：00此負(fù)變溫中心移到西寧市至海東市一帶，負(fù)變溫經(jīng)過(guò)的區(qū)域，1 h后均出現(xiàn)了短時(shí)強(qiáng)降水、瞬時(shí)大風(fēng)和局地的冰雹天氣。

3.3? 地面氣壓場(chǎng)及風(fēng)場(chǎng)分析

分析了強(qiáng)降水時(shí)段的風(fēng)場(chǎng)和氣壓場(chǎng)，4：00在青海湖東北側(cè)，有地面的輻合線，其周圍出現(xiàn)了一些強(qiáng)降水，剛察縣熱水工業(yè)園區(qū)1 h雨量為25.6 mm，? 5：00輻合線維持少動(dòng)，1 h雨量明顯減小，6：00（圖3a）輻合線進(jìn)一步東移南壓到海晏縣西部地區(qū)，海晏縣青海湖鄉(xiāng)托化村1 h雨量27.8 mm，甘子河鄉(xiāng)德州村1 h雨量22.5 mm，7：00（圖3b）輻合線進(jìn)一步東移南壓，移到湟源縣附近，8：00（圖3c）輻合線東移到湟源縣與西寧市交界處，此時(shí)湟源縣1 h雨量52.4 mm，大華鎮(zhèn)47.5 mm、申中鄉(xiāng)43.3 mm，9：00輻合線進(jìn)一步東移，此時(shí)西寧市出現(xiàn)雷雨大風(fēng)和冰雹等強(qiáng)對(duì)流天氣，強(qiáng)降水發(fā)生在輻合線附近，加密自動(dòng)站輻合線的位置和移動(dòng)快慢是預(yù)報(bào)短時(shí)強(qiáng)降水的參考依據(jù)。

3.4? 單站氣象要素隨時(shí)間演變

地面三線圖能直觀反映單站氣壓、氣溫、相對(duì)濕度隨時(shí)間的演變特征，分析18日1：00—14：00湟源縣單站逐小時(shí)溫度、相對(duì)濕度及氣壓變化（圖4）。從圖4可以看出，在天氣系統(tǒng)演變過(guò)程中，氣壓、溫度、相對(duì)濕度均出現(xiàn)了不連續(xù)線，強(qiáng)對(duì)流發(fā)生前，氣壓持續(xù)下降，溫度變輻不大，相對(duì)濕度持續(xù)上升，強(qiáng)對(duì)流發(fā)生前1 h出現(xiàn)谷（峰）值，接下來(lái)出現(xiàn)相對(duì)濕度突升，溫度突降，在整個(gè)發(fā)展演變中，氣壓與濕度呈同位相變化，與溫度呈反位相變化，溫度從7：00至? 8：00降幅為4.8 ℃，相對(duì)濕度從7：00至8：00增幅為14%，溫度下降時(shí)間與相對(duì)濕度上升的時(shí)間基本保持一致，均在8：00左右，氣壓呈逐步上升的趨勢(shì)，且明顯早于氣溫開(kāi)始下降的時(shí)間[2]。

4? 小結(jié)

1）副熱帶高壓外圍西南暖濕氣流與東移擴(kuò)散南下的冷空氣在青海省東北部地區(qū)交匯是觸發(fā)此次短時(shí)強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生的主要成因。

2）此次過(guò)程的MCC在雷達(dá)回波圖上的主要特征是弓形回波，強(qiáng)降水發(fā)生在弓形回波底部，伴隨有持久的中氣旋，最強(qiáng)回波可達(dá)65 dBz以上，頂高大于17 km，VIL維持在30～40 kg/m2，突變式的特征不明顯，是典型的強(qiáng)降水的超級(jí)單體。

3）強(qiáng)降水區(qū)的分布是沿著加密自動(dòng)站負(fù)變溫區(qū)的中心移動(dòng)，在天氣系統(tǒng)演變中，氣壓、溫度、相對(duì)濕度均出現(xiàn)了不連續(xù)線，前期，氣壓持續(xù)下降，溫度變幅不大，相對(duì)濕度持續(xù)上升，強(qiáng)對(duì)流發(fā)生前1 h出現(xiàn)谷（峰）值，之后出現(xiàn)濕度突升，溫度突降，氣壓、濕度呈同位向變化，與溫度的變化位相相反，強(qiáng)降水發(fā)生在輻合線的附近，加密自動(dòng)站的輻合線的位置和移動(dòng)快慢是預(yù)報(bào)短時(shí)強(qiáng)降水的一個(gè)重要的參考依據(jù)。

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