加密探空資料在強(qiáng)對流天氣過程中的應(yīng)用分析

黃梅艷 韋麗英 鄧汝伊

摘要 強(qiáng)對流天氣的發(fā)生發(fā)展與大氣穩(wěn)定度、水汽條件、高低空冷暖平流和垂直風(fēng)場配置等關(guān)系密切，而這些信息都可從探空資料中獲取。利用百色站加密探空資料，分析了百色站2016年6月14—15日出現(xiàn)的強(qiáng)對流大風(fēng)天氣發(fā)生發(fā)展過程。結(jié)果表明：利用探空資料中新增加的各種圖形功能和內(nèi)容，通過氣球運(yùn)動軌跡可分析該區(qū)域大氣的運(yùn)動方向和氣流上升或下沉的高度、強(qiáng)弱，為系統(tǒng)未來的發(fā)展提供預(yù)報(bào)依據(jù)。使用?，攬D可以分析大氣層結(jié)特性，判斷大氣靜力穩(wěn)定性及對流不穩(wěn)定性；根據(jù)風(fēng)隨高度變化曲線圖中風(fēng)的演變情況，輔以自動站、雷達(dá)和天氣圖等資料，為探索利用加密探空資料分析預(yù)報(bào)強(qiáng)對流天氣提供了思路。

關(guān)鍵詞 探空資料；強(qiáng)對流天氣；應(yīng)用分析

中圖分類號：P456 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：2095–3305（2023）09–0-03

強(qiáng)對流天氣下，探空記錄是最直觀反映當(dāng)前大氣層結(jié)狀態(tài)的觀測資料。探空曲線的變化對了解短期天氣發(fā)展趨勢有指示意義，探空資料對天氣系統(tǒng)的監(jiān)測和預(yù)報(bào)有重要作用[1]。

廣西地處低緯度地區(qū)，北接南嶺山地，西延云貴高原，南臨北部灣，地勢地貌復(fù)雜，常受西南暖濕氣流和北方南下冷空氣影響，易出現(xiàn)天氣系統(tǒng)過境而產(chǎn)生雷暴大風(fēng)和強(qiáng)降水等強(qiáng)對流天氣。當(dāng)前，對冰雹、雷暴大風(fēng)和短時暴雨天氣的分類預(yù)報(bào)難度較大，預(yù)報(bào)過于依賴數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品[2-3]。長期以來，受探測精度的影響，以往預(yù)報(bào)工作中利用的高空資料多是規(guī)定層和特性層的物理參量，其他的探空資料數(shù)據(jù)并未得到充分利用。隨著探測手段的發(fā)展，新型探空資料的應(yīng)用價值得到了很大的提升。利用加密的探空資料，結(jié)合自動站、天氣雷達(dá)等資料，從預(yù)報(bào)的角度，分析了百色站2016年6月14—15日發(fā)生的強(qiáng)對流大風(fēng)天氣發(fā)生、發(fā)展過程，以探索利用加密探空資料分析預(yù)報(bào)強(qiáng)對流天氣的思路。

1 資料和方法

使用2016年6月13—16日逐日08：00、14：00（加密）、20：00的探空資料，結(jié)合同時期自動站雨量、天氣雷達(dá)等資料，分析了2016年6月14—15日發(fā)生的強(qiáng)對流大風(fēng)天氣發(fā)生、發(fā)展過程，充分利用L波段雷達(dá)探測系統(tǒng)軟件中新增加的各種圖形功能和空間定位等內(nèi)容，分析大氣層結(jié)特性、運(yùn)動方向以及氣流上升或下沉的高度、強(qiáng)弱。

2 百色站2016年6月14—15日強(qiáng)對流大風(fēng)天氣過程分析

2.1 天氣背景

2016年6月13—14日，500 hPa貝加爾湖南部低渦東移南掉至京津冀地區(qū)，引導(dǎo)中低緯短波槽東移影響長江中下游地區(qū)，副熱帶高壓環(huán)流588dagpm線穩(wěn)定維持在華南沿海地區(qū)，短波槽從副高北側(cè)東移。15日，貝加爾湖西部的高壓脊東移，華北低渦后部偏北氣流加強(qiáng)，高空槽加深轉(zhuǎn)豎，東移過境時槽底經(jīng)過廣西，廣西由西南氣流轉(zhuǎn)受西北氣流控制。受2次高空槽過境影響，14—15日850 hPa先后有2次切變線南下過程，14日20：00切變線位于貴州南部和廣西北部，兩側(cè)東北風(fēng)和西南風(fēng)風(fēng)速較小，為6～10 m/s，風(fēng)力相當(dāng)。地面冷空氣前鋒此時僅到達(dá)河套南部。15日08：00，高空槽勢力加強(qiáng)，副高位置穩(wěn)定少變，其西北側(cè)風(fēng)速線密集，位于廣西北部的新切變線兩側(cè)風(fēng)速對比明顯加強(qiáng)，北側(cè)為2～8 m/s的東北風(fēng)，南側(cè)為16～22 m/s的西南風(fēng)急流，切變程度明顯強(qiáng)于14日，沿切變線南側(cè)西南急流軸附近的站點(diǎn)溫度露點(diǎn)差低至0～

1 ℃，空氣飽和程度高；地面冷空氣順勢南下到達(dá)廣西北部，加劇了對流的發(fā)生發(fā)展，因此產(chǎn)生比14日范圍更廣、雨勢更強(qiáng)的降水（圖1、圖2）。

2.2 雷達(dá)回波分析

6月14日13：00起，西部廣南縣等地開始出現(xiàn)孤立對流單體，發(fā)展東移。15：00田陽、田東縣開始出現(xiàn)對流，朝東北方向發(fā)展移動，與西部回波逐漸合并，形成1條南北向的帶狀回波，最強(qiáng)回波在55～60 dBz，18：00～19：00經(jīng)過百色站時小時雨強(qiáng)達(dá)到29 mm，到氣球施放時間時強(qiáng)回波已移過百色站，探空球處在系統(tǒng)邊緣位置，是19：00從百色站沿右江河谷方向做的剖面。15日，14：00起開始有多對流單體從樂業(yè)、隆林縣自北向南影響百色，15：00對流已組織化，形成一條自河池鳳山縣至云南廣南縣的長回波帶逐漸南壓。19：00對流帶上出現(xiàn)多個對流單體，最強(qiáng)可達(dá)60 dBz，回波帶前沿清晰，回波強(qiáng)度梯度大，后側(cè)為大范圍層狀云降水回波，強(qiáng)度在35 dBz左右。19：00沿右江河谷方向做剖面可見，無論是回波強(qiáng)度，還是回波面積或伸展高度都發(fā)展明顯比14日旺盛。

2.3 降水情況統(tǒng)計(jì)

6月14日08：00—15日08：00雨量統(tǒng)計(jì)顯示，降水有明顯的局地性，僅在田東縣一帶出現(xiàn)了小范圍的暴雨區(qū)，全市其他地區(qū)以小到中雨量級降水為主。15日，雨勢明顯加強(qiáng)，雨區(qū)范圍擴(kuò)大，15日08：00—16日08：00，全市以中到大雨量級降水為主，右江河谷和南部山區(qū)北部出現(xiàn)大雨到暴雨，田東、田陽區(qū)雨量達(dá)62、61 mm，還出現(xiàn)了4站次大雨。14—15日過程同時伴有雷暴天氣，15日百色站出現(xiàn)了風(fēng)速為17 m/s的短時大風(fēng)，高空槽和低空西南氣流的加強(qiáng)加劇了強(qiáng)對流天氣的影響程度。

3 探空資料分析

3.1 探空曲線圖分析

6月14日19：00，地面氣溫為27.4 ℃，云10/10，Sc Cb，過去6 h降水顯示為3 mm（自動站統(tǒng)計(jì)雨量為2.9 mm），此時天氣為陰天，云圖顯示百色市上空為白亮云團(tuán)覆蓋。探空記錄顯示溫濕曲線出現(xiàn)2次逆溫過程（圖3A），850 hPa附近出現(xiàn)一個高濕、淺薄逆溫層，從近地層到達(dá)850 hPa，溫度僅下降3.5 ℃（區(qū)域1），經(jīng)過雷達(dá)資料比對可見，此處出現(xiàn)的逆溫層是由于氣球施放前1 h內(nèi)有降水，氣球穿過云團(tuán)，云體內(nèi)部溫度、濕度均大于外界環(huán)境。300 hPa附近，溫濕曲線又出現(xiàn)一次逆溫過程，在約1 km厚度的大氣層內(nèi)經(jīng)歷了升溫/濕、降溫/濕的反復(fù)波動（區(qū)域2），從氣球空間定位和探空資料量得風(fēng)層測得氣球經(jīng)過區(qū)域2時經(jīng)緯度為（106.71°E，23.94°N），風(fēng)向風(fēng)速為（241°，9 m/s），百色市上空受槽前西南氣流影響。此次觀測氣球升空后方位少有偏移，直至10～11 km開始向偏東移動，接觸到系統(tǒng)邊緣，該高度積聚的冰晶生成下落，降水物由液體轉(zhuǎn)變成固體的相態(tài)變化過程中釋放了潛熱而形成逆溫。

6月15日，貝加爾湖西部的高壓脊東移，華北低渦后部偏北氣流加強(qiáng)，高空槽加深轉(zhuǎn)豎，東移過境時槽底經(jīng)過廣西，廣西由西南氣流轉(zhuǎn)受西北氣流控制；15日19：00，地面氣溫為23.6 ℃，云10/10，Sc Cb，陣雨，西南風(fēng)2 m/s。探空曲線圖（圖3B）顯示0 ℃以上出現(xiàn)1個逆溫層（區(qū)域1），溫度從-5 ℃突升至-1 ℃，又在淺薄的距離內(nèi)由-2 ℃降至-10 ℃。除此之外，在-20 ℃層附近，溫濕曲線出現(xiàn)了1次更為強(qiáng)烈的逆溫現(xiàn)象（區(qū)域2），氣球經(jīng)過區(qū)域B經(jīng)緯度為（106.69°E，23.93°N），測得風(fēng)向風(fēng)速為（242°，11 m/s），轉(zhuǎn)受偏西風(fēng)影響。紅外云圖上顯示廣西大部被同一個橢圓形云團(tuán)覆蓋，長軸直徑達(dá)580 km，發(fā)展極為旺盛，探空儀在該云團(tuán)中穿行上升，空氣接近飽和狀態(tài)；（區(qū)域1）高度6 km，在0 ℃層附近，逆溫層的形成是由于對流系統(tǒng)中降水物的相態(tài)變化釋放潛熱加熱了大氣；（區(qū)域2）高度9 km，在-20 ℃層附近，溫濕曲線劇烈的負(fù)擾動應(yīng)是氣球進(jìn)入云頂上升氣流中承托的冰晶聚集層所致，降溫幅度越大，說明上升氣流越強(qiáng)烈，對流條件充分，之后出現(xiàn)的降雨也比14日強(qiáng)烈。

3.2 探空資料?，攬D分析

埃瑪圖即溫度對數(shù)壓力圖T-lnP，在L波段探測系統(tǒng)軟件中可以直接生成?，攬D。使用?，攬D可以分析大氣層結(jié)特性及濕空氣在升降過程中狀態(tài)的變化，判斷大氣靜力穩(wěn)定性及對流不穩(wěn)定性。當(dāng)K指數(shù)＞35 ℃時，大氣層結(jié)不穩(wěn)定；當(dāng)沙氏指數(shù)＜0 ℃時，層結(jié)不穩(wěn)定，且負(fù)值越大，不穩(wěn)定程度越大。

表1是連續(xù)探測得到的沙氏指數(shù)和K指數(shù)（因6月進(jìn)行加密觀測，因此得到13：00的探測資料），由此可以看出，大氣層結(jié)一直處于不穩(wěn)定狀態(tài)，且探空資料中的特性層顯示對流層頂以下特性層比較密集，說明百色站上空氣層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有多種擾動存在。15日14：00，受地面冷鋒南下影響，百色市北部的樂業(yè)、隆林和西林等縣出現(xiàn)了降雨降溫和雷暴，位于下游地區(qū)的右江河谷于17：00開始出現(xiàn)短時強(qiáng)降水、雷暴和大風(fēng)等強(qiáng)對流天氣，百色站出現(xiàn)了17 m/s大風(fēng)，田陽站、田東站各出現(xiàn)36.5、32.7 mm/h的雨強(qiáng)，集中在2 h內(nèi)就達(dá)到暴雨量級，具備有中尺度降水特征，之后轉(zhuǎn)為5 mm/h以下的穩(wěn)定性降水。15日17：00右江河谷開始出現(xiàn)短時強(qiáng)降水和雷暴，百色站出現(xiàn)17 m/s大風(fēng)。隨著降水的減弱，不穩(wěn)定能量消耗減弱，15日19：00沙氏指數(shù)和K指數(shù)顯示，百色站上空氣層已趨于穩(wěn)定。探空資料顯示系統(tǒng)從發(fā)展到結(jié)束期間探空物理量的變化過程。

3.3 探空數(shù)據(jù)分析

6月14日07：00，百色站T850-500達(dá)26 ℃，CAPE值為1 191.5 J/kg，K值為40 ℃，SI為-2.41 ℃，850 hPa及其以下層次T-Td為1 ℃，700 hPa比濕高達(dá)10.99 g/kg，具備高溫高濕、層結(jié)不穩(wěn)定的有利條件。14日14：00，使用百色站地面氣溫34 ℃、露點(diǎn)溫度25 ℃和氣壓984 hPa訂正抬升點(diǎn)，計(jì)算得出14：00 CAPE值為3 135.2 J/kg，有利于熱對流的發(fā)生。15日07：00 500 hPa和700 hPa的T-Td均為2 ℃，500 hPa比濕達(dá)5 g/kg，T850-500為23 ℃，14：00右江河谷的地面氣溫回升至34 ℃，為再一次發(fā)生強(qiáng)對流天氣儲備了能量，因此，14日的降水范圍更廣、雨勢更強(qiáng)。

3.4 風(fēng)隨高度變化曲線

風(fēng)隨高度變化曲線圖，即風(fēng)廓線圖，為天氣系統(tǒng)的定位、移動方向的判斷提供了直觀的風(fēng)的演變情況，風(fēng)廓線圖顯示的方向變化可以反映出氣旋過境時的路徑，根據(jù)風(fēng)速的大小可以大致判斷中、低空急流的強(qiáng)弱等，再結(jié)合天氣圖等資料，為氣旋和高空槽短時臨近預(yù)報(bào)的精細(xì)化提供了重要信息。

風(fēng)廓線圖顯示2次探測均存在風(fēng)切變。14日19：00圖4A顯示風(fēng)隨高度變化為低層?xùn)|風(fēng)—西風(fēng)—東風(fēng)，高空槽過境和切變線南下加強(qiáng)了抬升條件，飽和濕空氣抬升造成14日的強(qiáng)降水，田東站出現(xiàn)了40.7 mm/h的雨強(qiáng)。2016年6月15日07：00?，攬D顯示風(fēng)廓線圖（圖4B）顯示，西南氣流的加強(qiáng)使?jié)駥釉龈撸孛嫖髂巷L(fēng)—西北風(fēng)—西南風(fēng)的垂直風(fēng)切變，18：00～19：00百色站小時雨強(qiáng)達(dá)到29 mm/h，到氣球施放時間19：15強(qiáng)回波已移過百色站，氣球處在系統(tǒng)邊緣位置，此后，雷達(dá)回波和雨強(qiáng)減弱，氣層趨于穩(wěn)定。

4 結(jié)論

（1）高空探測記錄是大氣環(huán)境場最直觀的資料，天氣系統(tǒng)的異常變化必然在高空各要素的分布及變化中表現(xiàn)出來，這些的異常變化即為天氣系統(tǒng)發(fā)生發(fā)展對大氣環(huán)境的直接反饋，值得研究和加以利用。

（2）在時空條件合適的情況下，適時的加密探測可以增加天氣系統(tǒng)的觀測密度，結(jié)合其他資料能全面地獲取系統(tǒng)各階段的氣象數(shù)據(jù)，以及分析該區(qū)域的大氣狀況及未來的變化趨勢；

（3）利用系統(tǒng)軟件中新增加的各種圖形功能及空間定位等內(nèi)容，可以分析出大氣的運(yùn)動方向和氣流上升或下沉的高度、強(qiáng)弱，為系統(tǒng)未來的發(fā)展提供預(yù)報(bào)依據(jù)。使用?，攬D可以分析大氣層結(jié)特性，判斷大氣靜力穩(wěn)定性和對流不穩(wěn)定性；根據(jù)風(fēng)隨高度變化曲線圖中風(fēng)的演變情況，輔以自動站、天氣圖等資料，能為短時臨近預(yù)報(bào)的精細(xì)化提供更多有意義和有價值的資料信息。

參考文獻(xiàn)

[1] 葉篤正.探空資料的應(yīng)用（一）[J].氣象，1977（11）：5-7.

[2] 鄭永光，張小玲，周慶亮，等.強(qiáng)對流天氣短時臨近預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)技術(shù)進(jìn)展與挑戰(zhàn)[J].氣象，2010，36（7）：33-42.

[3] 汪麗新.8月7日葫蘆島地區(qū)局地大暴雨漏報(bào)原因分析[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，38（26）：14504-14507.

Application Analysis of Encrypted Sounding Data in Severe Convective Weather Processes

Huang Mei-yan et al（Baise Meteorological Bureau， Baise， Guangxi 533000）

Abstract The occurrence and development of severe convective weather are closely related to atmospheric stability， water vapor conditions， cold and warm advection in high and low altitudes， and vertical wind field configurations， all of which can be obtained from sounding data. Using encrypted sounding data from the Baise station， the development process of strong convective and strong wind weather that occurred from June 14-15， 2016 at the Baise station was analyzed. The results indicate that using various newly added graphic functions and contents in sounding data， the movement direction of the atmosphere in the region， as well as the height and strength of the upward or downward airflow， can be analyzed through the trajectory of the balloon， providing a prediction basis for the future development of the system. The use of Emma diagrams can analyze the characteristics of atmospheric stratification， determine atmospheric static stability and convective instability; The use of wind height variation curves to plot the evolution of stroke， supplemented by data from automatic stations， radar， and weather maps， provides ideas for exploring the use of encrypted sounding data to analyze and predict severe convective weather.

Key words Sounding data; Severe convective weather; Application analysis