南通市一次強對流天氣過程分析及對農(nóng)業(yè)的影響

張琪　吳彩霞　李超　丁崢臻

摘 要：運用自動站數(shù)據(jù)、Micaps和NCEP再分析資料，對南通市2013年9月13日強對流天氣過程從環(huán)流背景、物理量場、雷達衛(wèi)星產(chǎn)品等方面進行了分析，并探討了其對農(nóng)業(yè)的影響。結果表明：此次過程為槽前類強對流天氣，高層強輻散場對低層的抽吸作用，加強了垂直上升運動;地面輻合線觸發(fā)了此次強對流天氣的產(chǎn)生;各物理量指數(shù)均指示有利于強對流天氣的發(fā)生;此次過程中垂直風切變較強，利于大風和冰雹的發(fā)生;強回波長時間在本地維持，有利于短時強降水和冰雹的產(chǎn)生;低層徑向速度大值區(qū)對雷雨大風有很好的指示意義;垂直積分液態(tài)含水量VIL過程中激增，有利于冰雹產(chǎn)生。

關鍵詞：槽前類強對流;垂直風切變;低層徑向速度;農(nóng)業(yè)影響

中圖分類號 P44 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2022）07-0148-04

2013年9月13日17—18時，南通中部地區(qū)出現(xiàn)了短時強降水、雷雨大風和冰雹強對流天氣。通州出現(xiàn)最大風速達到28m/s（10級），南通市區(qū)出現(xiàn)1h降水量達43.7mm的強降水，通州、如東出現(xiàn)直徑4～8mm的冰雹。南通地區(qū)強對流天氣多發(fā)生在5—8月，9月出現(xiàn)如此強的對流天氣較為罕見。近年來，國內(nèi)外有關強對流預報方法的研究已有了很多成果[1-7]。為此，本文運用自動站數(shù)據(jù)、Micaps和NCEP再分析資料，從環(huán)流背景、物理量場、雷達衛(wèi)星產(chǎn)品等方面進行分析，揭示此次強對流天氣的成因，為今后秋季強對流天氣預報提供參考。

1 環(huán)流背景

13日08時（圖1a），南通處在副高588線邊緣，高低空為一致的槽前西南風。200hPa處在高空急流入口區(qū)右側，有強輻散場與之對應。500和700hPa的大風速區(qū)位于蘇、皖中部，低層濕度條件較好。500hPa溫度槽落后于高度槽;西風槽東移過程中攜帶干冷空氣向東伸展。20時（圖1b）各層西風槽東移，位置接近重合，副高東退至海上。200hPa西南急流區(qū)和850hPa干線也隨之東移南壓，低層依然處在大濕區(qū)中。

2 云圖及雷達回波分析

通過對FY2C紅外衛(wèi)星云圖（圖略）分析發(fā)現(xiàn)，從13日中午14時開始，安徽、江西一線有零散的對流單體發(fā)展，16時對流單體發(fā)展為對流云團，并且逐漸發(fā)展壯大向東北推進，影響南通地區(qū)。

此次強對流天氣伴有冰雹、短時強降水和雷雨大風天氣，從多普勒雷達基本反射率圖上（圖略）可以發(fā)現(xiàn)：16時30分南通上空有回波生成發(fā)展，東移速度緩慢，16時53分至17時44分回波強度50dBZ以上，回波頂高達17～18km，穩(wěn)定維持，有利于形成強降水;17時04分雷達徑向速度場上（圖2a），0.2km高度處為大于20m/s的東北風，低層徑向速度大風區(qū)對造成本地大風有很好地指示意義;17時40分左右在通州附近有較明顯的風向輻合區(qū)（圖2b），同時垂直積分液態(tài)含水量VIL出現(xiàn)激增（圖2c、d），最大值達70kg·m-2，有利于產(chǎn)生冰雹。

3 物理量場分析

大尺度環(huán)流背景提供了強對流發(fā)生發(fā)展的環(huán)境條件，而時間短、范圍小、發(fā)展迅速的強對流的發(fā)生發(fā)展主要受邊界層的環(huán)境條件如地形、日變化和對流自身發(fā)展等的影響，在時空上呈現(xiàn)明顯的中尺度變化[1]。早有研究指出，中尺度對流天氣是由層結不穩(wěn)定、一定的水汽條件和抬升觸發(fā)3個主導因子造成的。

3.1 熱力不穩(wěn)定條件 分析13日08時K指數(shù)和SI指數(shù)（圖略），08時大于36℃的K值中心位于江蘇南部到浙江北部一帶，SI指數(shù)小于-2的中心正好位于南通上空。08時南通500hPa與850hPa溫差在24℃左右（圖略），14時增大至26℃（圖3a），表明13日白天南通上空大氣穩(wěn)定度不斷趨于不穩(wěn)定。CAPE比傳統(tǒng)意義上的對流不穩(wěn)定能量更能恰當?shù)乇硎境鰧α靼l(fā)展的強度，近些年來已成為最常用的計算大氣是否發(fā)生對流的方法。13日08時（圖略）南通中部地區(qū)對流有效位能梯度較大，08—14時強對流落區(qū)CAPE值遞增明顯，14時達2100J/kg左右（圖3b），有利于強對流天氣的發(fā)生。

3.2 動力條件 13日14時沿32°N散度垂直剖面圖上（圖4a），南通附近低層存在一輻合中心，中心值為-10×10-6S-1，高層存在一輻散中心，中心位于200hPa附近，中心值為20×10-6，這一點與環(huán)流分析相吻合，這種低層幅合，高層輻散的配置非常有利于對流發(fā)展。13日14時南通上空1000～150hPa都為上升運動，上升運動中心在400hPa附近（圖略），中心值為-35×10-4Pa/S。

3.3 水汽條件 強對流天氣的產(chǎn)生，除了要有不穩(wěn)定能量外，還要有一定的水汽條件相配合。13日14時850hPa水汽通量散度場上（圖略），南通市處在水汽通量的輻合區(qū)，在西南部有一水汽通量的輻合中心，為短時強降水的發(fā)生提供了水汽條件。分析14時沿32°N相對濕度垂直剖面（圖4b），強對流天氣發(fā)生前，相對濕度的垂直分布主要表現(xiàn)為上干下濕。地面到700hPa相對濕度≥70%，700hPa以上相對濕度顯著減小，對流層中高層維持一個“干蓋”，可以抑制低層弱對流的發(fā)展，為不穩(wěn)定能量的積聚創(chuàng)造了條件[1]。這種低層潮濕、中層干燥的特點，符合強對流天氣發(fā)生、發(fā)展的層結。

3.4 0℃、-20℃層高度 冰雹的形成需要雹胚，雹胚的霰主要來自冰雪晶與過冷小水滴的碰凍，其次來自雪的積聚轉化。冰雹的增長主要通過碰并過冷水增長，一般來說，0～-20℃等溫線的區(qū)域主要由過冷水滴、雪花及冰晶組成，因而是冰雹生成的“雹源區(qū)”[2]。據(jù)統(tǒng)計，降雹的0℃層高度一般在4.0km左右，-20℃高度在400hPa附近或以下，而且0～-20℃厚度越小，越有利于冰雹生成[3]。13日08時南通上空0℃層高度在4.8km左右，-20℃層高度為8km左右（圖略），都略偏高，所以形成的冰雹直徑較小。

4 觸發(fā)機制

當不穩(wěn)定能量積蓄到一定程度時，若存在外界觸發(fā)因素，能量得以釋放，則易形成強對流天氣。

4.1 垂直風切變 在積云動力學分析研究中，環(huán)境風場特別是低空環(huán)境風垂直切變在維持局地強對流風暴方面有著重要的作用，其對流風暴的類型及其運動和分裂等特性有著重要的影響，決定了對流系統(tǒng)的組織形式;大量外場觀測結果也揭示了幾乎所有單體或多單體風暴都發(fā)生在有一定風切變的環(huán)境這一事實[1]。從風廓線雷達圖上可以發(fā)現(xiàn)（圖略），5km左右在強對流天氣發(fā)生前為一直的西南氣流，16時轉為西北風，有冷空氣浸入，垂直風切增大，850～500hPa風向順轉達90°以上，同時16時20分南通上空1～2km出現(xiàn)了西南風和西北風的輻合，對強風暴的產(chǎn)生有利。

4.2 地面輻合線 槽前類的強對流過程，由于地面上均為暖濕結構，無一例有干線，但都伴有地面輻合線發(fā)展[4]。輻合線附近上升運動明顯，使得不穩(wěn)定大氣層結中的能量得以釋放。在地面輻合線附近，有對流性天氣發(fā)生。分析13日08時自動觀測站資料，通州、海門之間有輻合線（圖略），12時左右啟東出現(xiàn)雷暴天氣，14—16時輻合線北抬至如皋、南通之間，17時40分通州附近有低壓形成發(fā)展，觸發(fā)此次強對流天氣發(fā)生。

5 強對流天氣對農(nóng)業(yè)的影響

9月中旬南通水稻普遍進入乳熟期，夏玉米處于成熟期，棉花處于裂鈴期。冰雹、雷雨大風和強降水等強對流天氣對農(nóng)業(yè)有較大危害，主要是對農(nóng)作物的枝葉、莖稈及果實產(chǎn)生機械性損傷[8]。因此，針對強對流天氣，農(nóng)民朋友要及時關注氣象部門發(fā)布的預報、預警信息，及時采取有效措施對農(nóng)作物進行防護，以減少災害性天氣帶來的不利影響[9]。

6 小結與討論

（1）500hPa西風槽東移，攜帶干冷空氣侵入南通上空，形成上干冷下暖濕不穩(wěn)定層結;200hPa強輻散場，對低層輻合上升的抽吸作用，加強垂直上升運動;地面輻合線觸發(fā)了此次強對流天氣的產(chǎn)生。

（2）K指數(shù)、si指數(shù)、cape值均指示有利強對流天氣發(fā)生。

（3）過程中垂直風切變強，850～500hPa風向順轉達90度以上，有利于大風和冰雹的發(fā)生;南通上空0℃層高度和-20℃層高度略偏高，形成冰雹直徑小;低層暖濕，且850hPa水汽輻合較強，為強降水提供水汽條件。

（4）紅外云圖上槽前有對流云團生成發(fā)展，并向東北方向移動影響南通市。雷達圖上反射率因子達50dBZ，并長時間維持，有利于短時強降水和冰雹的產(chǎn)生;低層徑向速度超過20m/s，對雷雨大風有很好的指示意義;垂直積分液態(tài)含水量VIL過程中激增，最大值達70kg/m2，有利于產(chǎn)生冰雹。

（5）農(nóng)民朋友要密切關注氣象部門發(fā)布的預報、預警信息，及時采取有效措施對農(nóng)作物進行防護，以減少災害性天氣帶來的不利影響。

參考文獻

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（責編：張宏民）

作者簡介：張琪（1987—），女，江蘇如東人，工程師，從事短臨、短期預報，農(nóng)業(yè)氣象、環(huán)境氣象服務工作。? 收稿日期：2022-01-10