湖州“4·9”強(qiáng)對流天氣特征分析

周之栩 尹 浩 陶 威

(湖州市氣象局,浙江 湖州 313005)

0 引 言

強(qiáng)對流天氣包括雷暴大風(fēng)、下?lián)舯┝?、冰雹、龍卷和?qiáng)雷雨(局地短時降水或持續(xù)性暴雨的一部分)等中小尺度天氣現(xiàn)象。強(qiáng)對流天氣具有時空尺度較小、發(fā)展和移動速度較快、持續(xù)時間較短、突發(fā)性較強(qiáng)等特點(diǎn)，是天氣預(yù)報業(yè)務(wù)工作中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。丁一匯等[1]指出水汽通量最大輻合區(qū)與強(qiáng)降水區(qū)相對應(yīng)，暴雨區(qū)的水汽輻合是由大尺度(甚至半球尺度)水汽輸送造成的，來自南海和孟加拉灣的水汽輸送是中國夏季強(qiáng)降水的重要條件之一。很多學(xué)者[2-5]指出，雷達(dá)資料中呈現(xiàn)的中尺度渦旋、逆向風(fēng)、低空急流等特征在臨近預(yù)報中發(fā)揮著很大的作用。

本文利用NCEP(美國國家環(huán)境預(yù)報中心)再分析資料、常規(guī)氣象資料、自動觀測站資料和多普勒雷達(dá)資料，對2019年4月9日中午到傍晚發(fā)生在湖州地區(qū)的強(qiáng)對流過程進(jìn)行了分析，分別分析了環(huán)流背景、能量、動力特征、水汽、自動站資料和雷達(dá)資料，找出強(qiáng)對流發(fā)生的有利條件和預(yù)報著眼點(diǎn)，可以為預(yù)報此類天氣提供思路和參考。

1 天氣過程概況

從2019年4月9日中午起，湖州地區(qū)自西向東出現(xiàn)雷雨大風(fēng)和短時強(qiáng)降水天氣，伴有較強(qiáng)雷電，強(qiáng)降雨主要集中在湖州中北部地區(qū)，吳興、長興和安吉北部有大到暴雨，最大雨量發(fā)生在長興泗安，達(dá)70 mm，最大陣風(fēng)達(dá)10級。

2 環(huán)流背景及主要影響系統(tǒng)

2019年4月8日08時，500～700 hPa貝加爾湖以東中高緯度地區(qū)為寬廣的槽區(qū)，槽后西北氣流一直伸向內(nèi)蒙古、渤海灣地區(qū)，東北北部有低渦，新疆北部地區(qū)有波動發(fā)展；700 hPa在青海、陜西有擾動發(fā)展，廣大的華中、華東地區(qū)受西北偏西氣流控制，處于弱脊區(qū)中；20時500 hPa東北低渦少動，700 hPa位于青海的擾動發(fā)展為明顯的西南渦并南落，華中轉(zhuǎn)受低渦前的西南氣流控制，華東地區(qū)仍維持弱脊區(qū)；9日08時，500 hPa東北低渦仍少動，但華中地區(qū)的低槽明顯加深，配合700 hPa的西南渦東移，位于湖北至貴州東部一帶，華東地區(qū)轉(zhuǎn)受西南氣流控制；9日20時，北方低槽南壓明顯，華中的低槽明顯東移，位于江蘇北部至安徽南部一帶，江蘇南部、上海及浙江北部均轉(zhuǎn)為西北風(fēng)，強(qiáng)對流天氣已結(jié)束。

8日08時850 hPa東北北部有冷渦維持，低渦西側(cè)有明顯的冷平流，四川附近有波動發(fā)展，華中地區(qū)為一溫度脊，暖區(qū)中心位于延安附近，溫度為17 ℃，東部有一冷溫度槽從黃海經(jīng)山東半島伸向江蘇南部；20時四川附近波動發(fā)展為西南渦并向東移動，暖溫度脊東移發(fā)展，在安慶、南京及杭州形成新的暖中心，溫度達(dá)20 ℃，24 h的變溫達(dá)5 ℃，同時在河北邢臺附近出現(xiàn)了4 ℃左右的冷中心，24 h變溫達(dá)-9 ℃，說明冷空氣正在逐步滲透南下；9日08時，西南渦東移至湖北，從重慶經(jīng)宜昌、武漢一直到安徽北部有暖切維持，其南側(cè)的西南氣流明顯增強(qiáng)，武漢、長沙、南昌、安慶的西南風(fēng)從8日20時的12～16 m/s迅速增強(qiáng)到16～24 m/s，長三角地區(qū)的暖中心依然維持；20時切變南壓至湘南贛南一線，南京及安慶的12 h變溫為-6 ℃，南京轉(zhuǎn)為北風(fēng)，表明中低層冷空氣開始影響湖州地區(qū)。

3 物理量場分析

3.1 水汽條件

從水汽通量場可知，2019年4月9日500 hPa在江淮地區(qū)及華南地區(qū)各有一條水汽通道，一條是在副高邊緣從南海經(jīng)華南沿海伸向閩南的水汽通道；另一條是在東移南壓的華北低渦南側(cè)較弱的西南氣流水汽通道，這條水汽通道強(qiáng)度較強(qiáng)，最強(qiáng)達(dá)到4～6 g·s-1·hPa-1·cm-1；700 hPa和850 hPa基本只有一條西南氣流水汽通道，700 hPa影響時強(qiáng)度為16～18 g·s-1·hPa-1·cm-1；850 hPa 08時強(qiáng)中心位于湘東南，強(qiáng)度達(dá)28 g·s-1·hPa-1·cm-1以上，湖州處于通道東南，強(qiáng)度為16～18 g·s-1·hPa-1·cm-1，14時隨著華北低渦的東移南壓，湖州水汽通量明顯上升，強(qiáng)度達(dá)22～24 g·s-1·hPa-1·cm-1。從3層水汽通量分布來看，呈明顯的上干下濕分布，配合低層的持續(xù)高溫(8日高溫達(dá)31.5 ℃)，正是典型強(qiáng)對流天氣發(fā)生的必要條件。

3.2 不穩(wěn)定能量

2019年4月8日20時湖州上空對流有效位能(CAPE)值較低，接近100J·kg-1，高值中心在贛北、華北低槽前、西南渦東部的西南急流中；9日08時隨著華北低槽東移、西南急流加強(qiáng)，高值區(qū)開始向東移動，CAPE值也逐漸上升至約300J·kg-1；14時湖州CAPE值迅速上升，出現(xiàn)1800J·kg-1的高值中心，20時強(qiáng)對流天氣已經(jīng)結(jié)束，CAPE值也回落至300J·kg-1。隨著華北低槽東移，位于湖州上游的CAPE高值區(qū)的未來移動方向及區(qū)域，對強(qiáng)對流發(fā)生的落區(qū)有一定的指示意義。

3.3 湖州探空

通過湖州站的探空曲線圖發(fā)現(xiàn)(圖1)，9日08時該站自地面至925 hPa有逆溫存在，有利于不穩(wěn)定能量的積聚，同時自地面至700 hPa風(fēng)向順轉(zhuǎn)，表明有暖平流維持，850～500 hPa的露壓曲線和層結(jié)曲線呈明顯的喇叭口分布，對雷暴大風(fēng)也有指示意義；20時隨著900 hPa以下轉(zhuǎn)為北風(fēng)，地面至850 hPa風(fēng)向逆轉(zhuǎn)，有冷平流影響，不穩(wěn)定能量釋放，強(qiáng)對流天氣減弱消失。

圖1 2019年4月9日湖州站的探空曲線圖(a.08時、b.20時)

由風(fēng)廓線雷達(dá)資料可知，9日08—12時,湖州地區(qū)地面及低空為偏南風(fēng),高層則吹較強(qiáng)的西南風(fēng)，850～500 hPa風(fēng)速差值為10 m/s左右，12時后風(fēng)速差值達(dá)15～20 m/s，低層風(fēng)向也轉(zhuǎn)為了偏北風(fēng)，高空仍維持西南風(fēng)，存在高空風(fēng)向、風(fēng)速的垂直切變，這樣的風(fēng)場同時也有利于啟動抬升機(jī)制，促使強(qiáng)對流爆發(fā)[6]。

3.4 動力條件

由圖2可知，8日12時—9日14時湖州站上空850 hPa以下為明顯的上升運(yùn)動區(qū)，9日14時前后上升運(yùn)動明顯加強(qiáng)，600～700 hPa出現(xiàn)明顯的正渦度中心，同時配合有明顯的上升運(yùn)動中心，強(qiáng)度為-1 Pa/s，350 hPa附近也有明顯的上升氣流，整個大氣的抽吸作用非常明顯。我們認(rèn)為正是由于12時后850 hPa以下冷空氣的侵入，使冷暖氣流匯合，促進(jìn)了低層對流天氣的發(fā)展，增強(qiáng)了上升運(yùn)動，這為強(qiáng)對流天氣的發(fā)生發(fā)展提供了有利的動力條件；20時后下沉氣流逐漸增強(qiáng)，此時強(qiáng)對流天氣明顯減弱，700hPa以下有一個下沉運(yùn)動中心，整層大氣逐漸轉(zhuǎn)為下沉氣流控制。

圖2 2019年4月8日12時—10日12時湖州站垂直速度(單位：Pa/s)、渦度(單位：10-5s-1)隨高度變化剖面圖(虛線是ω<0，為上升運(yùn)動；實(shí)線是ω>0,為下沉運(yùn)動；陰影區(qū)為渦度)

4 多普勒雷達(dá)特征分析

由2019年4月9日11時53分多普勒雷達(dá)速度圖(圖略)可知,在太湖湖面有明顯的大風(fēng)區(qū)，中心已出現(xiàn)速度模糊現(xiàn)象，實(shí)況為在12時左右，太湖小雷山測站測得的極大風(fēng)速為34 m/s。

由11時29分多普勒雷達(dá)反射率因子垂直剖面圖(圖3)可知，該對流降水回波具有回波懸垂特征，但是55dBZ以上強(qiáng)回波高度位于5km以下，結(jié)構(gòu)致密，質(zhì)心不高，是高效率降水回波，易出現(xiàn)產(chǎn)生短時強(qiáng)降水的強(qiáng)對流天氣。

圖3 2019年4月9日11時29分多普勒雷達(dá)反射率因子垂直剖面圖

5 結(jié) 語

(1)這次強(qiáng)對流天氣是在500～700 hPa低槽配合強(qiáng)冷空氣東移南下、中低層850 hPa切變東伸發(fā)展、西南暖濕氣流加強(qiáng)的天氣背景下，850 hPa以下冷空氣滲透激發(fā)的強(qiáng)對流天氣過程。

(2)上中層干冷、下層暖濕的溫、濕場配置,為強(qiáng)對流發(fā)生提供了大量不穩(wěn)定能量；高、低空強(qiáng)的風(fēng)速垂直切變,有利于不穩(wěn)定度傾向加大。

(3)中低層850 hPa以下冷平流較明顯，華北低渦東移南下影響湖州，對不穩(wěn)定能量的爆發(fā)起到了觸發(fā)作用。

(4)強(qiáng)對流云團(tuán)出現(xiàn)低懸強(qiáng)回波中心特征，是高效率降水回波的標(biāo)志，對短時強(qiáng)降水有指示意義，但時效較短，需要預(yù)報員有較強(qiáng)的業(yè)務(wù)分析及預(yù)報能力。