基于ERA5再分析資料的川東地區(qū)一次冬季強對流天氣綜合分析

摘 要：利用歐洲中心ERA5再分析資料、常規(guī)氣象資料等，對川東地區(qū)2022年11月7日夜間強對流天氣過程進行綜合分析。結(jié)果顯示：此次過程是在有利的環(huán)流背景下發(fā)生的，低層暖濕氣流輸送與高層顯著干區(qū)配合，形成強對流天氣潛勢區(qū)。并且，中層弱冷空氣滲透，配合隨高度傾斜的輻合—輻散疊加區(qū)，使層結(jié)趨于不穩(wěn)定狀態(tài)，導致強對流天氣發(fā)生。

關(guān)鍵詞：ERA5；再分析資料；冬季雷暴；強對流潛勢

中圖分類號：P458 文獻標志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）11–0-03

隨著全球氣候變化加劇，強對流天氣事件頻發(fā)，對經(jīng)濟社會發(fā)展和人們生產(chǎn)生活產(chǎn)生不利影響，提高天氣預報精確性十分必要。相較于夏季雷雨天氣，冬季雷雨預報有其特殊性。近年來，各氣象部門針對強對流天氣開展了大量研究工作，許多學者分別從物理量特征、大尺度環(huán)流、中尺度模式模擬、雷達特征等角度進行了綜合分析，為進一步開展強對流預報預警工

作奠定了基礎[1-6]。2022年11月7日22：00—8日05：00

（以下均為北京時間）四川盆地東部出現(xiàn)了1次大范圍的雷雨天氣過程。通過對此次冬季強對流天氣過程進行綜合診斷分析，加深對強對流天氣熱力、動力機制的理解，更好地把握其潛勢預報重點，為今后冬季雷雨預報提供思路，減輕雷雨天氣對航空運行產(chǎn)生的影響。

1 資料與方法

天氣形勢、影響系統(tǒng)和物理量分析選用ERA5高分辨率再分析資料，時間分辨率為1 h，空間分辨率為0.25°×0.25°，垂直分辨率為地面至100 hPa的10層網(wǎng)格點資料。中尺度和探空分析選用2022年11月7日20：00的常規(guī)氣象探測資料。

2 環(huán)流背景分析

2.1 天氣形勢和影響系統(tǒng)

2022年11月7日20：00，500 hPa東亞中高緯度地區(qū)以緯向環(huán)流為主，2個長波槽分別位于巴爾喀什湖以西和日本海地區(qū)，我國北方受寬廣弱高壓脊控制，青藏高原以東有1個短波槽位于四川中西部，并逐漸東移。700 hPa我國東部地區(qū)受高壓脊控制，四川盆地受高壓脊西側(cè)偏南氣流的影響，水汽自孟加拉灣輸送至此，盆地有≥12 m/s的偏南急流區(qū)。850 hPa我國東部地區(qū)受弱冷高壓控制，四川盆地位于高壓后部的東南風回流區(qū)，濕度顯著。地面有一股東路冷空氣正影響我國東部地區(qū)，四川盆地近地面有1個暖性低壓，未受該股冷空氣影響。11月8日08：00，500 hPa青藏高原東部短波槽緩慢加深東移，槽線位于四川盆地東部。700 hPa盆地上空偏南氣流開始減弱。850 hPa弱冷高壓中心東移至東海海面，盆地仍受高壓后部東南氣流影響，在盆地中東部有明顯的減速輻合區(qū)。地面上，東路冷空氣繼續(xù)南下，影響我國東部地區(qū)，盆地仍未受冷空氣影響。由此可見，高空槽、低層急流和輻合是造成此次川東地區(qū)強對流天氣過程的主要影響系統(tǒng)。

2.2 中尺度分析

對2022年11月7日20：00強對流天氣發(fā)生前環(huán)境場進行中尺度分析（圖1）可知，200 hPa高空急流位于四川省至重慶市南部地區(qū)，最大風速達70 m/s，川東地區(qū)位于高空急流區(qū)左側(cè)。500 hPa短波槽位于四川盆地中西部，盆地東北部有顯著干區(qū)（T-Td≥15 ℃），在高空短波槽前動力減壓的作用下，盆地中部形成明顯的東南—東北風輻合區(qū)。700 hPa盆地有顯著的西南氣流，最大風速達12 m/s，將來自孟加拉灣的暖濕空氣源源不斷向盆地地區(qū)輸送，易產(chǎn)生不穩(wěn)定層結(jié)[7]。

850 hPa輻合位于盆地東部，該區(qū)域700～850 hPa為高濕區(qū)，850 hPa溫度脊自盆地東北部伸至重慶南部；2條地面輻合線分別于龍泉山南部和重慶西南部。綜合以上分析，川東地區(qū)處于中低層系統(tǒng)與地面系統(tǒng)附近，低層高濕暖脊的存在疊加上游東移淺槽與顯著干區(qū)，“上干、下暖濕”結(jié)構(gòu)明顯，使川東地區(qū)形成強對流潛勢區(qū)。當?shù)蛯酉到y(tǒng)增強，結(jié)合地面輻合線擾動，觸發(fā)不穩(wěn)定能量，易產(chǎn)生強對流天氣。

2.3 探空分析

根據(jù)當日溫江站探空數(shù)據(jù)，2022年11月7日08：00探空曲線呈上干下濕的分布特征，700 hPa以下呈高濕飽和狀態(tài)，低層有弱冷平流輸送，易使層結(jié)呈現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)；抬升凝結(jié)高度和對流凝結(jié)高度較低，0 ℃層高度位于3 113 m，-20 ℃層高度位于6 812 m；850 hPa與250 hPa風速差為29.3 m/s，中低層風場偏弱，此時整體層結(jié)仍較為穩(wěn)定。

7日20：00，飽和層高度上升至600 hPa，且該層附近出現(xiàn)逆溫層，逆溫層上部呈喇叭口態(tài)，迅速轉(zhuǎn)干，積累了高靜力能量。同時，700 hPa偏南氣流增強顯著，暖濕氣流輸送使得“上干下暖濕”結(jié)構(gòu)突出，850～600 hPa假相當位溫隨高度上升而降低，層結(jié)呈現(xiàn)潛在不穩(wěn)定狀態(tài)。K指數(shù)31 ℃，沙氏指數(shù)（SI指數(shù)）2.94 ℃；0 ℃層高度上升至3 551 m，-20 ℃層高度位于6 756 m；0～

6 km垂直風切變增強至10 m/s，有利于對流云傾斜發(fā)展。隨著低層系統(tǒng)移入，輻合抬升導致潛熱釋放，垂直風切變促使氣流斜升，增強了中高層干冷空氣的吸入，從而造成對流天氣[8-11]。

3 物理量分析

3.1 能量條件

K指數(shù)、沙氏指數(shù)等強對流指數(shù)通常是大氣穩(wěn)定與否的重要判定標準，可用于對流性天氣預報。由溫江站探空數(shù)據(jù)可知，2022年11月7日20：00 ，K指數(shù)上升至31 ℃，說明夜間成都地區(qū)處于高能區(qū)，大氣層結(jié)呈現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)。同時，SI指數(shù)為2.94 ℃，相較而言表征效果不佳。

由T850-500 hPa區(qū)域分布可知，11月7日20：00我國長江流域以南、青藏高原以東、西南地區(qū)和中南半島呈現(xiàn)大范圍高能區(qū)。T850-500 hPa達到22 ℃以上，大值區(qū)位于云南東部至貴州中部，為29 ℃，四川東部至重慶地區(qū)達25～27 ℃，說明川東地區(qū)大氣層結(jié)能量較高，有利于觸發(fā)強對流天氣[12-15]。

3.2 動力條件

從垂直速度沿105.0°E垂直剖面圖可知，2022年11月7日08：00（圖2左），四川中部至南部地區(qū)中低層存在下沉運動，中心位于700 hPa附近，中心值為0.6 hPa/s，

存在弱冷空氣輸送，使層結(jié)呈現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)；20：00（圖2右）四川中部至南部地區(qū)上空300 hPa以下為上升運動，中心位置位于400～700 hPa，中心值為-0.4 hPa/s，因為彼時為冬季，該數(shù)值較為少見，有利于對流天氣發(fā)生。

圖2 "2022年11月7日08：00北京時（左）和20：00北京時（右）；垂直速度（單位：hPa/s）沿105.0°E垂直剖面

從散度沿105.0°E垂直剖面圖可知，11月7日08：00（圖3左），四川南部至中部地區(qū)700 hPa以下低層至高層有隨高度傾斜的輻合—輻散疊加區(qū)，其中心值分別為8×10-6 s-1和-6×10-6 s-1，使得該地區(qū)中低層產(chǎn)生隨高度傾斜的上升運動區(qū)，促使大氣層結(jié)向不穩(wěn)定狀態(tài)驅(qū)轉(zhuǎn)[11]。

20：00（圖3右）四川中部至南部地區(qū)高空300 hPa和500 hPa有2個輻散中心，中心值均為6×10-6 s-1，700 hPa以下存在多個輻合區(qū)，其中，850 hPa以下輻合顯著，中心值-8×10-6 s-1，呈現(xiàn)低層輻合、高層輻散的特征，有利于上升運動的發(fā)展，但由于輻合層高度偏低，將使得對流發(fā)展高度受限。

3.3 水汽條件

利用比濕沿105.0°E垂直剖面分析此次強對流發(fā)生前后水汽條件的分布特征，2022年11月7日08：00，四川盆地上空700 hPa以上均顯著偏干，800 hPa以下比濕為4～8 g/kg；伴隨夜間暖濕氣流增強。20：00，川東地區(qū)33°～35°N范圍出現(xiàn)顯著濕舌，比濕8～12 g/kg大值區(qū)高度上升至850 hPa，上層維持顯著干區(qū)，這樣的濕度分布在冬季少見[12]。此次強對流過程發(fā)生前，中低層水汽條件逐漸趨好，川東區(qū)域濕層增厚增強，同時，700 hPa以上干區(qū)顯著，使得“上干下暖濕”結(jié)構(gòu)突出。

由此可見，低層水汽的強烈輻合，既為強對流的發(fā)生提供了水汽條件，又加強了水汽與能量在垂直方向上的交換，形成了潛在不穩(wěn)定和飽和濕層，為強對流的發(fā)生提供了能量供應[16-17]。

圖3 "2022年11月7日08：00北京時（左）和20：00北京時（右）；散度（單位：10-6 s-1）沿105.0°E垂直剖面

4 結(jié)束語

2022年11月7日夜間四川盆地東部出現(xiàn)了1次強對流天氣過程，同日天府機場出現(xiàn)雷暴伴中陣雨，是天府機場建成投運以來出現(xiàn)最晚的雷暴天氣過程，與雙流機場歷史最晚雷暴日期相近。研究利用ERA5再分析資料和常規(guī)氣象資料等數(shù)據(jù)，對此次冬季川東地區(qū)強對流天氣過程進行了綜合分析，得出以下結(jié)論：

（1）高空槽、低層急流和輻合是造成此次強對流天氣過程的主要影響系統(tǒng)；中尺度分析表明川東地區(qū)處于中低層系統(tǒng)與地面系統(tǒng)附近，低層高濕暖脊的存在疊加上游東移淺槽與高層顯著干區(qū)，“上干下暖濕”結(jié)構(gòu)顯著，形成強對流潛勢區(qū)。

（2）由剖面分析可見，中層弱冷空氣配合隨高度傾斜的輻合—輻散疊加區(qū)，促使層結(jié)趨于不穩(wěn)定狀態(tài)，是產(chǎn)生強對流的重要因素；低層濕舌的出現(xiàn)形成了強對流發(fā)展環(huán)境條件，但由于輻合層高度偏低，使得對流發(fā)展高度受限。

（3）在強對流指數(shù)應用過程中，應當結(jié)合影響系統(tǒng)的空間結(jié)構(gòu)，區(qū)分各類強對流指數(shù)的指示意義，選取適當?shù)闹笖?shù)作為預報參考；在實際冬季雷雨預報工作中，應強化分析影響系統(tǒng)空間結(jié)構(gòu)的特征，這對強對流天氣的潛勢預報有較好的指示意義。

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