一次強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程的數(shù)值預(yù)報(bào)與實(shí)況分析

于夢(mèng)穎，何歡然，包家玲

（岱山縣氣象局，浙江 舟山 316200）

0 引言

在對(duì)流云系或單體對(duì)流云塊中會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)對(duì)流天氣，它是一種水平尺度較小的天氣系統(tǒng)，屬于中小尺度系統(tǒng)。強(qiáng)對(duì)流天氣常伴隨著雷雨大風(fēng)、冰雹、短時(shí)強(qiáng)降水等強(qiáng)烈對(duì)流性的災(zāi)害性天氣，因此研究強(qiáng)對(duì)流這類天氣系統(tǒng)，對(duì)預(yù)防災(zāi)害和相應(yīng)天氣研究具有重大意義[1]。

本文利用EC 數(shù)值模式預(yù)報(bào)資料、自動(dòng)站觀測(cè)數(shù)據(jù)、多普勒雷達(dá)數(shù)據(jù)，對(duì)2021 年7 月8 日—9 日發(fā)生在岱山地區(qū)的強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程進(jìn)行實(shí)況與預(yù)報(bào)的對(duì)比分析。主要是討論強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生前天氣形勢(shì)以及氣象要素如水汽通量、對(duì)流指數(shù)等，并結(jié)合多普勒雷達(dá)圖分析此次強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程，進(jìn)而結(jié)合實(shí)況數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。

1 天氣尺度環(huán)流形勢(shì)分析

據(jù)7 月8 日至9 日EC 模式的天氣形勢(shì)圖資料顯示：500hPa 有明顯的槽東移，岱山處于槽前西南氣流中，中低層正渦度平流使氣旋性渦度加大、上升運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，高層負(fù)渦度平流使高層反氣旋性渦度加大，上升氣流、輻散加強(qiáng)；促使垂直運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)等有利于發(fā)展暫槽線、急流、切變線等，這些是觸發(fā)對(duì)流天氣的條件。

2 氣象要素分析

2.1 垂直運(yùn)動(dòng)條件

強(qiáng)烈的雷雨天氣必伴隨著劇烈的上升運(yùn)動(dòng)，且散度中心位于暴雨區(qū)附近[2]，由8 日14 時(shí)、9 日02 時(shí)850hPa水汽通量散度預(yù)報(bào)（單位：10-5/s） 可知：8 日14 時(shí)850hPa 上岱山處在負(fù)散度區(qū)，表示氣流輻合，輻合值＜-2×10-5/s，大值區(qū)在岱山西南方向，500hPa 高度上岱山處在正散度區(qū)（此圖省略）表示氣流輻散，低層輻合，高層輻散，表明該地區(qū)有著強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)，有利于強(qiáng)對(duì)流的產(chǎn)生和維持。9 日02 時(shí)850hPa 上負(fù)散度區(qū)東移到岱山附近，上升運(yùn)動(dòng)依舊維持著，實(shí)際過(guò)程中8 日14 時(shí)至9 日07 時(shí)有較強(qiáng)的對(duì)流天氣過(guò)程。通過(guò)上述信息，可以得知強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)展離不開(kāi)低層輻合和高層輻散兩方面的配置。

2.2 水汽條件

充足的水汽是形成雷雨天氣的必要條件，水汽通量和水汽散度正是體現(xiàn)水汽輸送的強(qiáng)度、方向等，可以大概知道雷暴出現(xiàn)的地點(diǎn)，可加以預(yù)防[3]。7 月8 日—9 日EC 模式中反映出在700hPa 中水汽輸送條件較好，（水汽通量，單位：g·cm-1·hPa-1·s-1），預(yù)報(bào)顯示岱山西南方向上水汽通量條件較好，最強(qiáng)可達(dá)240g·cm-1·hPa-1·s-1，并且9 日02 時(shí)位于岱山東南方向的水汽通量輻合區(qū)東移且逐漸加強(qiáng)，使得岱山處在水汽通量輻合區(qū)的大值范圍內(nèi)，強(qiáng)度在180～240g·cm-1·hPa-1·s-1之間，預(yù)報(bào)中表示濕層厚，相對(duì)濕度較大（850hPa 相對(duì)濕度可供參考），雷暴更易發(fā)生。利用岱山自動(dòng)站實(shí)況數(shù)據(jù)對(duì)平均濕度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)（圖1），發(fā)現(xiàn)測(cè)站濕度均是90%以上，衢山備（K9566）平均濕度最大，由此可見(jiàn)衢山地區(qū)降水量大得到進(jìn)一步證明。

圖1 7 月8 日—9 日岱山氣象自動(dòng)觀測(cè)站平均濕度

2.3 能量條件

能量不穩(wěn)定是強(qiáng)對(duì)流天氣的必要條件之一，描述這種不穩(wěn)定的氣象指標(biāo)包括K 指數(shù)、對(duì)流有效勢(shì)能（CAPE）、抬升指數(shù)等。K 指數(shù)反映大氣的穩(wěn)定性以及中低層的含水量和飽和度，K 指數(shù)越大，大氣的不穩(wěn)定和濕潤(rùn)程度越高。強(qiáng)對(duì)流天氣越有利。當(dāng)K 指數(shù)高于20℃時(shí)，降雨和暴雨的概率增大。對(duì)流有效位能（CPAE）是一種既包含低層大氣特征又包含高層大氣特征的參數(shù)表，它被認(rèn)為更真實(shí)地描述了探測(cè)資料所代表的大氣不穩(wěn)定性[4]。研究表明，CAPE 值與強(qiáng)對(duì)流有較大的相關(guān)性，與強(qiáng)降水有顯著的正相關(guān)性。結(jié)合抬升指數(shù)（LI）和SI 指數(shù)，可以更全面地分析天氣過(guò)程。

由8 日17 時(shí)對(duì)流有效位能，同時(shí)借助抬升指數(shù)、K指數(shù)、θse（850～500hPa）分析得出：能量條件比較好，CAPE 值在岱山區(qū)域已達(dá)3000 以上，抬升指數(shù)在-1 左右（-3＜LI＜0，可能出現(xiàn)雷雨天氣），并且K 指數(shù)達(dá)38℃，而且θse（850-500hPa）達(dá)到了15℃，層結(jié)有著明顯的位勢(shì)不穩(wěn)定。K 指數(shù)＞36℃表明有充足的能量條件和熱力條件，能引起層結(jié)位勢(shì)不穩(wěn)定，極易誘發(fā)強(qiáng)對(duì)流雷暴天氣的發(fā)生，有利于對(duì)流的發(fā)生和發(fā)展。

9 日02 時(shí)預(yù)報(bào)中CAPE 大值區(qū)逐漸覆蓋岱山區(qū)域達(dá)到了3000 以上，抬升指數(shù)在-1 到-2 之間，K 指數(shù)大于38℃以上，假相當(dāng)位溫在8℃左右，能量條件均有利于誘發(fā)強(qiáng)對(duì)流雷暴天氣，實(shí)況中也發(fā)生了對(duì)流天氣。

3 多普勒雷達(dá)回波強(qiáng)度圖分析

舟山雷達(dá)所掃描出來(lái)的雷達(dá)回波強(qiáng)度圖有效千米數(shù)是230km，0.5°仰角，1°×1°。通過(guò)分析8 日16 時(shí)06分雷達(dá)回波圖（PPI）和回波頂高，16 時(shí)36 分雷達(dá)回波圖和回波頂高，得出8 日下午16 時(shí)06 分雷暴云團(tuán)向東北方向移動(dòng)，在移動(dòng)過(guò)程中強(qiáng)度維持在45～55dBZ，最大64.5dBZ，回波頂高基本在11～14m 左右，最高22.9m，到16 時(shí)36 分雷暴云團(tuán)主體處在岱山縣衢山地區(qū)，強(qiáng)度基本在50～60dBZ，強(qiáng)度最大達(dá)64.5dBZ，回波頂高最高24.2m，衢山地區(qū)基本在15～17m。

7 月8 日16 時(shí)開(kāi)始的這段強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程中的降水實(shí)況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，數(shù)據(jù)顯示降水主要集中在岱山北部地區(qū)。此過(guò)程降雨量普遍都在40～60mm，衢山地區(qū)在50～70mm，最大的降雨量站點(diǎn)是衢山文崇山站86.8mm。此過(guò)程降水集中在衢山地區(qū)不排除與地形位置有關(guān)，相關(guān)性還有待于進(jìn)一步研究和探討。

7 月9 日7 時(shí)的雷達(dá)回波和回波頂高圖，顯示9 日07 時(shí)岱山西北方向上有呈帶狀云團(tuán)的回波朝東南方向移動(dòng)，受雷暴云團(tuán)的影響，岱山出現(xiàn)了短時(shí)間的強(qiáng)降水和雷電活動(dòng)。實(shí)況雷達(dá)圖顯示，雷達(dá)回波強(qiáng)度在35～40dBZ，最大在50～55dBZ，回波頂高基本在9～11m，最高12～14m。此次過(guò)程稍弱于7 月8 日下午階段，從降水量也可以看出，岱山各自動(dòng)站2h 累計(jì)降水?dāng)?shù)據(jù)可知，降水主要集中在衢山地區(qū)。岱山大部分雨量均在20mm 左右，其中衢山地區(qū)25mm 以上。由于當(dāng)日回波移動(dòng)方向主要是東南方向，因此降水集中區(qū)域在岱山的北部地區(qū)，即衢山地區(qū)。為此對(duì)8 日15 時(shí)至9 日09時(shí)總雨量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，通過(guò)岱山自動(dòng)站實(shí)況數(shù)據(jù)做以下柱狀圖，如圖2 所示，此段時(shí)間內(nèi)降雨量均超40mm。

圖2 8 日15 時(shí)至9 日09 時(shí)總雨量

4 實(shí)況與預(yù)報(bào)的對(duì)比分析

7 月8 日15 時(shí)最新預(yù)報(bào)是“今天多云轉(zhuǎn)陰有雷陣雨，雨量中等，雷雨時(shí)短時(shí)有大到暴雨，局地伴有7～9級(jí)雷雨大風(fēng)；明天多云，午后陰有雷陣雨，雷雨時(shí)風(fēng)雨較大；后天陰有陣雨或雷雨”當(dāng)日實(shí)況為8 日16 時(shí)至23 時(shí)和9 日凌晨岱山均有強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生，其中8 日16 時(shí)至23 時(shí)過(guò)程雨量普遍都在40～60mm，衢山地區(qū)在50～70mm，最大的是衢山文崇山站86.8mm；9 日07 時(shí)至09 時(shí)過(guò)程最大雨量也主要集中在衢山地區(qū)。在過(guò)程風(fēng)力主要以7～8 級(jí)為主，一個(gè)測(cè)站出現(xiàn)9 級(jí)（魚(yú)腥腦站21.2m/s）?？傮w來(lái)說(shuō)，數(shù)值模式可以為預(yù)判天氣過(guò)程提供一定幫助，但是天氣發(fā)生的時(shí)間段、落區(qū)預(yù)報(bào)均有待提升。期間兩次降水過(guò)程，均具有局地性強(qiáng)的特點(diǎn)，發(fā)生地點(diǎn)主要集中在衢山地區(qū)，以強(qiáng)降水為主，但降時(shí)較短。這次強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生需要滿足3 個(gè)條件：條件不穩(wěn)定層結(jié)；充足的水汽；觸發(fā)機(jī)制均具備。同時(shí)也不能忽略地形的影響，岱山整體是四面環(huán)海的結(jié)構(gòu)，此次雷暴是在岱山上游地區(qū)生成，下午逐漸移到岱山區(qū)域，從而又進(jìn)一步發(fā)展，一方面午后地面溫度較高，使得雷暴系統(tǒng)已獲得充足的熱量，另一面是摩擦力作用使得上升運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，從岱山的整體結(jié)構(gòu)上來(lái)看，山脈對(duì)空氣的抬升作用也有一定的幫助。

結(jié)合強(qiáng)對(duì)流天氣基本要素以及地形影響，可以看出預(yù)報(bào)過(guò)程中每一個(gè)要素均不能錯(cuò)過(guò)，需做好總結(jié)，有針對(duì)性對(duì)此類強(qiáng)對(duì)流天氣進(jìn)行預(yù)判，做好相應(yīng)的服務(wù)措施。且由于強(qiáng)對(duì)流天氣的預(yù)報(bào)在氣象預(yù)報(bào)中仍然是急需解決的難題，而現(xiàn)有手段和資料儲(chǔ)備下，不能簡(jiǎn)單、直接利用數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品進(jìn)行預(yù)報(bào)，預(yù)報(bào)員可以通過(guò)以往強(qiáng)對(duì)流天氣的實(shí)況與當(dāng)下需預(yù)報(bào)時(shí)段的數(shù)值預(yù)報(bào)進(jìn)行對(duì)比分析，進(jìn)而對(duì)預(yù)報(bào)日數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品進(jìn)行適當(dāng)合理的訂正，并且時(shí)刻關(guān)注好雷達(dá)和衛(wèi)星產(chǎn)品等實(shí)時(shí)資料，避免出現(xiàn)預(yù)報(bào)的失誤誤差，而引發(fā)連帶預(yù)警信息的漏發(fā)[5]。

5 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)2021 年7 月8 日—9 日在岱山的雷暴天氣過(guò)程進(jìn)行分析，可以得出以下結(jié)論。

（1）本次過(guò)程是一次典型的副高邊緣型切變線雷暴過(guò)程。夏季西太平洋副熱帶高壓控制在舟山地區(qū)，使得岱山地區(qū)天氣晴好，中低層持續(xù)增溫，受地形作用，局地升溫不均，一旦高空副熱帶高壓減弱東退，使得低層切變線東移影響岱山地區(qū)，產(chǎn)生層結(jié)不穩(wěn)定，同時(shí)有很好的水汽和能量配合，引起對(duì)流強(qiáng)烈發(fā)展，造成雷暴天氣的發(fā)生。

（2）強(qiáng)對(duì)流雷暴天氣在能量不穩(wěn)定的時(shí)候極易爆發(fā)，在過(guò)程發(fā)生前期和過(guò)程中，K 指數(shù)大小能夠?qū)︻A(yù)報(bào)的發(fā)展產(chǎn)生指示作用，但是在實(shí)際預(yù)報(bào)過(guò)程中要注意K≥36℃的區(qū)域。K 指數(shù)過(guò)程的變化，對(duì)過(guò)程發(fā)生消亡也有很好的指示意義。

（3）大量研究表明地形對(duì)強(qiáng)對(duì)流天氣有著較大的影響，岱山是舟山群島的第二大島，地處中緯度，中緯度強(qiáng)對(duì)流系統(tǒng)與個(gè)尺度的運(yùn)動(dòng)場(chǎng)、濕度場(chǎng)和溫度場(chǎng)的發(fā)展有著密切的關(guān)聯(lián)，是各個(gè)系統(tǒng)之間相互作用的結(jié)果。由于岱山島和衢山島整體是四面環(huán)海的結(jié)構(gòu)，此次雷暴是在岱山上游地區(qū)生成，下午逐漸移到岱山區(qū)域，從而又進(jìn)一步發(fā)展，一方面午后地面溫度較高，使得雷暴系統(tǒng)已獲得充足的熱量，并獲取充足的水分，另一面是摩擦力作用使得上升運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，從岱山的整體結(jié)構(gòu)上來(lái)看，山脈對(duì)空氣的抬升作用也有一定的幫助。

（4）強(qiáng)對(duì)流天氣的研究一直以來(lái)是氣象中的難題，因此做好個(gè)例總結(jié)分析，不僅可以發(fā)現(xiàn)預(yù)報(bào)不足之處，重要的是可以總結(jié)出經(jīng)驗(yàn)，提煉出針對(duì)不同類型強(qiáng)對(duì)流天氣的預(yù)報(bào)方式方法，從而提升預(yù)報(bào)員的業(yè)務(wù)能力。