2018年3月12日貴州中部偏西地區(qū)強對流天氣綜合分析

顧天紅，茍 楊

(1.貴州省氣象臺，貴州 貴陽 550002；2.黔南州氣象局，貴州 都勻 558000)

強對流天氣具有尺度小、突發(fā)性強、災害性大的特點，常伴隨冰雹、雷暴大風、短時強降水等天氣，給人民生命財產(chǎn)安全造成嚴重危害和損失。強對流天氣的預報預警一直是短時臨近天氣預報的重點和難點，近年來許多氣象工作者針對強對流天氣進行研究，極大提升了對強對流天氣的預報能力。朱君鑒等[1]發(fā)現(xiàn)，冰雹指數(shù)、中氣旋、回波頂高、垂直累積液態(tài)水含量等新一代天氣雷達產(chǎn)品對冰雹的識別有較好的指示作用。朱義清等[2]發(fā)現(xiàn)，強對流發(fā)生區(qū)與低層輻合、高層輻散區(qū)及上升氣流大值區(qū)有較好的對應關系。許慶娥等[3]認為，暖低壓與冷空氣交匯的區(qū)域及地面輻合線是冰雹天氣觸發(fā)的機制之一。伍志方等[4]通過分析多普勒特征發(fā)現(xiàn)，強對流天氣發(fā)生與下墊面關系密切。陶嵐等[5]發(fā)現(xiàn)，雷暴的交匯和抬升作用能增強上升氣流，有利于中氣旋形成。強對流是貴州省主要災害性天氣之一，2018年3月12日14：00～13日01：00貴州中部偏西一線出現(xiàn)強對流天氣，利用Micaps實況資料和雷達資料，對此次強對流天氣過程進行診斷分析，以期為該地區(qū)強對流天氣的預報積累經(jīng)驗，為強對流天氣的監(jiān)測預警提供參考依據(jù)。

1 天氣實況

2018年3月12日14：00～13日01：00貴州中部偏西一線出現(xiàn)強對流天氣，6縣市(納雍、大方、織金、清鎮(zhèn)、修文、白云區(qū))境內(nèi)共20站出現(xiàn)冰雹、21站出現(xiàn)短時強降水，最大冰雹直徑為清鎮(zhèn)市辛店鎮(zhèn)(12日20：05)、暗流鎮(zhèn)(12日20：33)的14 mm，最大小時雨強為貴定縣德新(13日00：00)43.4 mm/h。

2 環(huán)流形勢

由圖1可知，12日08：00 200 hPa上貴州位于高空偏西急流帶上，是有利于上升運動發(fā)展的高空輻散區(qū)域。500 hPa南支槽位于95°E附近，高原東側(cè)有高原槽影響，呈階梯分布，配合有弱冷溫度槽，云南東部有-2℃顯著變溫區(qū)，表明，西北氣流的輻合下沉區(qū)內(nèi)配合有冷舌東移并伴有冷平流影響貴州；20：00南支槽東移過100°E，川東低槽發(fā)展，在川東北形成低渦，低渦中心值為569位勢什米。700～850 hPa云南東部及川東南維持有切變線，貴州中西部有溫度脊，夜間西南氣流加強，持續(xù)不斷地帶來孟加拉灣的暖濕氣流，高空干冷、低層暖濕的結(jié)構明顯。貴州位于切變線右側(cè)和急流左側(cè)的水汽與動力輻合抬升區(qū)，是有利于強對流發(fā)生發(fā)展的疊置區(qū)域。12日白天，云南熱低壓發(fā)展，地面風很小，受太陽輻射加熱作用而聚集一定的不穩(wěn)定能量，貴州西部-云南中南部一線存在1條明顯的露點鋒，鋒前Td≥12℃，鋒后Td≤6℃，14：00～20：00地面輻合線始終維持在云南東北部-貴州中部一線，在地面-850 hPa的擾動下，在切變線、露點鋒和地面輻合線附近觸發(fā)了這一局地強對流天氣。

圖1 2018年3月12日08：00(a)和20：00(b)中尺度環(huán)流形勢分析

3 環(huán)境條件

3.1 水汽條件

水汽條件是形成強對流天氣的3個重要條件之一。3月12日08：00，850 hPa貴州中西部比濕為7～8 g/kg，20：00增大至8～9 g/kg，700 hPa為5～6 g/kg，表明該區(qū)上空水汽較充沛，且700 hPa為西南氣流、850 hPa為偏南氣流，有利于水汽輸送，故降雹的同時可能伴有短時強降水出現(xiàn)。850 hPa水汽通量散度場(圖2)顯示，12日08：00貴州西北部地區(qū)為-4～-2×10-5g/(s·hPa·cm2)，20：00增大至-16～-6 g/(s·hPa·cm2)水汽輻合大值區(qū)，而20：00后貴陽附近又有7站降雹，最大冰雹直徑為清鎮(zhèn)市辛店鎮(zhèn)(12日20：05)和暗流鎮(zhèn)(12日20：33)的14 mm。

圖2 2018年3月12日08：00(a)和20：00(b)水汽通量散度場

3.2 熱力條件

假相當位溫θse不僅考慮了氣壓對溫度的影響，也考慮了水汽的凝結(jié)、蒸發(fā)對溫度的影響，是對大氣熱力、水汽條件的綜合反映，其水平和垂直分布可反映大氣中的能量分布、垂直穩(wěn)定度狀況和大氣濕斜壓性[6]。3月12日08：00貴州地區(qū)850 hPa為高能區(qū)(圖3a)，其值從北部向西南部增加，到20：00 θse明顯增大(圖3b)。從θse垂直層結(jié)可知(圖略)700～400 hPa θse等值線較平直且值有所減小，300 hPa及以上θse等值線又密集，且200 hPa高能值中心達76℃。這種θse上下高、中部低的結(jié)構有利于強對流天氣的發(fā)生。

圖3 2018年3月12日08：00(a)和20：00(b)假相當位溫場

溫度平流不僅可造成大氣層結(jié)不穩(wěn)定，還可產(chǎn)生垂直運動[7]。12日20：00貴州地區(qū)400 hPa以下為暖平流，400～300 hPa除西北部地區(qū)轉(zhuǎn)為冷平流外，其余地區(qū)仍為暖平流，250 hPa貴州地區(qū)為暖平流，降雹區(qū)(新店、暗流、谷堡、修文、牛場、白云)正好位于“暖、冷、暖”的溫度平流疊置區(qū)。

3.3 動力條件

分析12日08：00～20：00貴州上空常見的動力因子可知，700 hPa以下散度場為負值，500 hPa以上為正值，說明低層輻合、高層輻散，上升運動將導致不穩(wěn)定能量的釋放。20：00200 hPa以下貴州中西部的垂直速度均為負值區(qū)，且700 hPa在威寧附近負值中心最大，為-300×10-2hPa/s，上升運動強烈，強上升氣流區(qū)同時位于水汽通量大值區(qū)，利于水汽向?qū)α靼l(fā)展區(qū)域輸送。風暴相對螺旋度(SRH)反映了旋轉(zhuǎn)與沿旋轉(zhuǎn)軸方向運動的強弱程度，是衡量對流風暴旋轉(zhuǎn)潛勢的物理量，對強對流天氣的預報有一定指示作用[8]。08時貴州西北部地區(qū)SRH為60～120 m2/s2，20：00增大至120～160 m2/s2，均是由北向南增大。

3.4 不穩(wěn)定能量

由12日14：00威寧站訂正探空(圖4a)可知,溫度線和露點線呈現(xiàn)“喇叭口”，且CAPE午后增大到2 141 J/kg，熱力不穩(wěn)定度增大，有利于冰雹出現(xiàn)。而20：00貴陽站探空(圖4b)顯示，CAPE值雖不高，但濕度條件較好，有一定短時強降水可能。

圖4 2018年3月12日14：00威寧站(a)和20：00貴陽站(b)T-LnP圖

結(jié)合08：00和20：00貴陽站的探空要素值(表1)可知：20：00貴陽站K指數(shù)由29℃增大至32℃、沙氏指數(shù)(SI)由1.82℃減小為-2.82℃，抬升指數(shù)(LI)由1.23℃減小為-2.14℃，抬升凝結(jié)高度略降低，說明此次天氣所需的外力抬升作用較小，容易形成對流泡[9]。垂直風切變值增大，大氣整層可降水量略增大，整個環(huán)境條件有利于強對流的生成。同時，0℃層高度為3 487 m、-20℃層高度為6 439 m，是適宜冰雹形成的高度。

表1 2018年3月12日08：00和20：00貴陽站探空要素

3.5 大氣能量結(jié)構特征

V-3θ圖充分利用從地面到對流層頂探空資料的特性層信息，能夠獲得比天氣圖方法更多垂直方向的不均勻變化，能綜合反映大氣能量，具有明顯的結(jié)構特征，是分析大氣熱力、動力和和水汽三維結(jié)構的有效手段[10]。從降雹前威寧站的V-3θ圖(圖5a)可見：1)風場近地面為東南風，700 hPa以上為西南風，500 hPa以上為偏西風，則整層風矢垂直結(jié)構為順滾流，有利于垂直運動的發(fā)展。2)300 hPa左右有超低溫結(jié)構，700～600 hPa θsed先與T軸呈銳角后呈大角度的鈍角，表明中低層有淺薄逆溫，而其上為冷層云，增加了大氣的垂直不穩(wěn)定；且θ線在700～400 hPa多處近垂直T軸，表明層結(jié)極不穩(wěn)定。3)θsed和θ*線在500 hPa以上、750 hPa以下相距近，而在600～400 hPa相距遠，呈現(xiàn)上下濕中間干的“大肚子”特征，表明中層水汽條件差，預測此次過程應主要以冰雹大風為主。對貴陽站的分析也發(fā)現(xiàn)有此3個顯著特征(圖5b)，且θsed和θ*線相距更近，表明水汽條件較威寧附近好，故午后到夜間貴陽附近出現(xiàn)多站短時強降水。

圖5 2018年3月12日08：00威寧站(a)和畢節(jié)站(b)V-3θ圖

4 雷達回波特征分析

根據(jù)冰雹落區(qū)選取貴陽雷達站分析，由圖6看出，回波形狀為塊狀，低層反射率因子梯度在入流側(cè)最大，風暴頂偏向低層高反射率因子梯度一側(cè)，反映出低層弱回波區(qū)和中高層懸垂結(jié)構。最強回波達73 dBz，>50 dBz的回波已伸展至8 km以上?；夭敻叱^10 km，垂直累積液態(tài)水含量最大值達43.7 kg/m2。穿過風暴線段的相應垂直剖面圖(圖7a)可明顯看出冰雹特征的“穹隆”結(jié)構。

圖6 3月12日20：01貴陽站 1.5°(a)、2.4°(b)、6.0°(c)基本反射率因子圖

根據(jù)當天的短時強降水落區(qū)選取3月13日00：00貴陽雷達站分析，由1.5°基本反射率因子(圖7b)可知，回波形狀呈帶狀，是以積狀云為主的混合降水回波，回波強度多為35～45 dBz，伸展高度不高。其對應的二維垂直剖面圖(圖7c)顯示，0℃等溫線以上最大反射率因子不超過30 dBz，降雹概率極很小，且0℃以下超過35 dBz的對流雨區(qū)多是由于液態(tài)雨滴散射的結(jié)果，因此雨強較大，有出現(xiàn)短時強降水的可能。

圖7 3月12日20：01貴陽站反射率因子二維垂直剖面圖(a)、3月13日00：00貴陽站1.5°基本反射率因子圖(b)和對應的二維垂直剖面圖(c)

5 結(jié)論

此次強對流天氣主要發(fā)生高空槽后西北氣流和中低層西南暖濕氣流交匯的環(huán)流形勢下，地面輻合線觸發(fā)了此次強對流。強對流出現(xiàn)在水汽通量散度大值區(qū)、θse高能區(qū)、上升氣流大值中心和SRH的大值區(qū)的位置。探空要素值表明CAPE值、K指數(shù)、垂直風切變增大，SI、LI和LCL降低，0℃層和-20℃層高度適宜，以及V-3θ圖呈現(xiàn)的超低溫、順滾流、“大肚子”特征，構成了此次強對流天氣出現(xiàn)的有利條件。低層反射率因子梯度區(qū)、中低層有界弱回波區(qū)、高懸強回波和垂直累積液態(tài)水含量大值區(qū)都是有利于冰雹出現(xiàn)的回波特征。