一次弱垂直風(fēng)切變環(huán)境下雷雨大風(fēng)天氣的分析

一次弱垂直風(fēng)切變環(huán)境下雷雨大風(fēng)天氣的分析劉娟 宋子忠 張健 項陽 盧海（阜陽市氣象局 ）摘 要 使用MICAPS（氣象信息綜合分析處理系統(tǒng)）、阜陽新一代天氣雷達(dá)、安徽省氣象自動觀測網(wǎng)資料，對2007年7月25日潁上縣的雷雨大風(fēng)天氣做了綜合技術(shù)分析，結(jié)果表明這是一次發(fā)生在西太平洋副熱帶高壓西北側(cè)、河套低槽逼近我市形勢下的強(qiáng)對流過程，局部地區(qū)可能發(fā)生了下?lián)舯┝鳎斐闪溯^重的災(zāi)害。分析了多種雷達(dá)產(chǎn)品在此次過程中的表現(xiàn)，指出連續(xù)跟蹤回波演變是臨近預(yù)報的必要手段，反射率因子場上的基本特征仍然是雷雨大風(fēng)臨近預(yù)報的重要指標(biāo)，雷達(dá)綜合切變產(chǎn)品對預(yù)報地面災(zāi)害性大風(fēng)有指示作用，現(xiàn)場災(zāi)情調(diào)查對于災(zāi)害性天氣性質(zhì)的界定是非常必要的。關(guān)鍵詞 雷雨大風(fēng) 技術(shù)分析引言雷雨大風(fēng)天氣是夏季影響淮北地區(qū)的主要災(zāi)害性天氣之一，往往雷暴、雨暴、風(fēng)暴同時發(fā)生，有時還可能伴有雹暴，對人民生命安全和財產(chǎn)造成危害，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來損失。因此對雷雨大風(fēng)天氣的預(yù)報預(yù)警是夏季我市氣象服務(wù)工作的重點之一。2007年7月25日安徽省沿淮部分地區(qū)遭遇雷雨大風(fēng)等強(qiáng)對流天氣，21個鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現(xiàn)7級以上大風(fēng)。阜陽市潁上縣八里河風(fēng)景區(qū)(位于潁上南部)房屋倒塌200多間，損壞600余間，樹木被刮斷兩萬余棵?；茨喜糠粥l(xiāng)鎮(zhèn)也出現(xiàn)了雷雨大風(fēng)天氣，造成焦崗湖1.3公里圩堤受損，防浪布大部分被毀，一度出現(xiàn)險情，后經(jīng)1000多名武警官兵和群眾奮力搶險得到控制。同一日凌晨3時至4時，湖北省武漢市黃陂區(qū)蔡店鄉(xiāng)突遇怪風(fēng)襲擊，發(fā)生了千余棵大樹同向倒伏或折斷的事件。可見這是一次系統(tǒng)性的強(qiáng)對流天氣過程。本文主要對影響潁上縣的雷雨大風(fēng)天氣做出技術(shù)分析。1.天氣實況和災(zāi)情7月25日05時到07時（本文使用北京時，下同）之間，阜陽市潁上縣境內(nèi)出現(xiàn)了雷雨大風(fēng)天氣，從氣象記錄和雷達(dá)回波演變可知，影響系統(tǒng)是自西向東發(fā)展的，影響某一地的時間約半小時左右，最大過程降雨量在潁上縣潤河23.4mm，最大十分鐘降雨量也在潤河17.3mm（雨量圖略），潁上縣最大風(fēng)速在謝橋16m/，潁上縣為12m/（見圖1），雷電活動強(qiáng)烈且分布密集（見圖2）。圖1：7月25日00時至10時極大風(fēng)速圖2：7月25日05時至07時雷電分布由于觀測站點是離散的、有限的，僅從氣象記錄來判斷天氣的性質(zhì)有可能是不全面的或有遺漏的，需要用災(zāi)情補(bǔ)充分析。阜陽市民政局提供的災(zāi)情為，2007年7月25日潁上縣十個鄉(xiāng)鎮(zhèn)遭受龍卷風(fēng)襲擊。7月25日早5：306：10，我縣部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)突遭龍卷風(fēng)襲擊，短時陣風(fēng)達(dá)10級以上，范圍涉及到劉集鄉(xiāng)、八里河鎮(zhèn)、垂崗鄉(xiāng)、黃壩鄉(xiāng)、夏橋鎮(zhèn)、楊湖鎮(zhèn)、賽澗鄉(xiāng)、半崗鎮(zhèn)、潤河鎮(zhèn)、江店孜鎮(zhèn)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)33個行政村，八里河鎮(zhèn)、劉集鄉(xiāng)兩鄉(xiāng)鎮(zhèn)災(zāi)情尤為嚴(yán)重。據(jù)初步統(tǒng)計，此次災(zāi)情造成農(nóng)作物受災(zāi)面積4320畝，倒房733間，損壞房屋1180間，損毀大小樹木97819棵，部分地區(qū)供電、通訊線路被毀，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)2192萬元。潁上縣氣象局赴現(xiàn)場進(jìn)行了災(zāi)情調(diào)查。總之，從氣象記錄、現(xiàn)場調(diào)查和民政部門提供的災(zāi)情損失綜合分析可見，潁上縣十多個鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現(xiàn)了八級以上的地面災(zāi)害性大風(fēng)，出災(zāi)時間和阜陽市民政局提供的災(zāi)情所述相吻合，但不是龍卷風(fēng)。這次災(zāi)害性大風(fēng)對于正在遭受嚴(yán)重洪澇災(zāi)害的潁上人民更是雪上加霜，損失慘重。2.天氣形勢分析這次過程發(fā)生在西太平洋副熱帶高壓緩慢加強(qiáng)西伸，中高緯地區(qū)有低槽東移逼近我區(qū)的天氣形勢下。 2007-7-24 20時500hpa本站處于副熱帶高壓西北側(cè)、低槽前部的西南氣流中，本站高度585，578的低渦中心位于河套地區(qū)40N附近，從我國東北伸向河套有一冷槽，-10 的冷中心和低渦中心相配合，低槽經(jīng)向度大，槽線伸到較低的緯度（見圖3）。700和850hpa在本站西部附近都存在槽線或者切變線（圖略）。上述形勢場中，本站處于低槽前部天氣尺度的上升運動區(qū)，同時處于副熱帶高壓西北側(cè)的層結(jié)不穩(wěn)定區(qū)，有利于降水和強(qiáng)對流天氣的發(fā)生。圖3：2007-7-24 20時500hpa高空觀測場、低槽、冷槽、副高但是TLNP圖分析表明，2007-7-24 20時層結(jié)為穩(wěn)定；K=30、Si=2.2、se（500-850）=0.21，CAPE=5J/Kg，都只是一般雷雨指標(biāo)；整層西南氣流,風(fēng)隨高度幾乎沒有風(fēng)向的切變；由于24日白天有降雨，故整層濕度都很大。令人費解的是，2007-7-25 08時天氣正在發(fā)生時，層結(jié)仍為穩(wěn)定（TLNP圖略）；但指標(biāo)變得更有利于對流上升運動，K=34、Si=0.6、se= -15.06， 只是CAPE=0 J/Kg 。圖4：2007-07-24 20時 TLNP3.雷達(dá)反射率因子等產(chǎn)品演變特征影響系統(tǒng)是一條南北走向的強(qiáng)對流回波帶，自西向東掃過潁上縣。最大雷達(dá)反射率因子達(dá)到6570dbz，回波頂高達(dá)到1417km?；夭◣б苿铀俣燃s為40km/hr,雷雨大風(fēng)對一地的影響時間為20 30 分鐘。3.1 強(qiáng)回波核快速下降從圖5可見影響潁上縣八里河的回波是回波帶上的一處強(qiáng)中心。風(fēng)暴單體（剖面圖左邊的單體）的強(qiáng)反射率因子核明顯下降，在05:50體掃中60 dbz以上強(qiáng)核在69km，下一個體掃中就降到了36 km，這是地面大風(fēng)開始的重要標(biāo)志之一。從風(fēng)暴結(jié)構(gòu)（62#）產(chǎn)品顯示，影響潁上縣的風(fēng)暴單體F7在05：50這個體掃最大反射率因子為69dbz，最大反射率因子所在高度7.3km；在05：56這個體掃最大反射率因子為65dbz，最大反射率因子所在高度3.1km，也是明顯下降的。從風(fēng)暴結(jié)構(gòu)（62#）產(chǎn)品還顯示，影響潁上縣的風(fēng)暴單體F7，在05：50這個體掃VIL（基于單體的垂直累積液態(tài)水）值為80，這時最大，在05：56這個體掃VIL值為71，在06：02這個體掃VIL值為38，VIL值也是明顯下降的。圖5：影響潁上的反射率因子及其剖面圖像上左圖為2007-07-25 05:50(北京時) 組合反射率因子(貫穿強(qiáng)中心的直線為剖面位置)上右圖為2007-07-25 05:50(北京時) 反射率因子剖面（剖面位置見左圖）下左圖為2007-07-25 05:56(北京時) 組合反射率因子下右圖為2007-07-25 05:56(北京時) 反射率因子剖面從以上分析推斷，影響潁上縣八里河的有可能是下?lián)舯┝?，盡管沒有17.9m/s以上大風(fēng)記錄。這和觀測網(wǎng)不夠稠密有關(guān)。在退模糊和不退模糊兩種情況下，在潁上縣八里河雷達(dá)都沒有識別出中氣旋和龍卷渦旋特征。徑向速度場也沒有、速度對，由此可以判斷影響潁上縣八里河的不是龍卷。從災(zāi)情來看，大樹倒伏的方向比較一致，也不是龍卷。3.2 綜合切變窄帶回波本過程雷達(dá)綜合切變值較強(qiáng)為70 80 E-4/S,最大達(dá)到100150 E-4/S，說明天氣發(fā)生時雖然不是龍卷風(fēng)，但是存在很強(qiáng)的風(fēng)切變。綜合切變大值區(qū)和地面大風(fēng)有較好的對應(yīng)關(guān)系，并且綜合切變窄帶回波比反射率因子45dbz區(qū)域稍有超前。圖6是同時刻、同仰角的反射率因子和綜合切變，當(dāng)反射率因子的弱回波剛剛到達(dá)潁上、強(qiáng)回波還沒有到達(dá)時，綜合切變窄帶回波已經(jīng)在潁上了。從綜合切變圖像可見，影響潁上縣八里河的綜合切變值為70 80 E-4/S，而在潁上縣北部的謝橋附近綜合切變值達(dá)到100150 E-4/S。圖6： 2007-07-25 05：38、1.5仰角的反射率因子和綜合切變3.3風(fēng)暴單體F7很可能是脈沖風(fēng)暴從風(fēng)暴追蹤產(chǎn)品（58#）分析可知影響潁上八里河的風(fēng)暴單體是F7。對風(fēng)暴結(jié)構(gòu)產(chǎn)品（62#）分析可知，從F7單體的VIL（基于單體的垂直累積液態(tài)含水量）演變來看，F(xiàn)7單體可能是一個脈沖風(fēng)暴。5：26到5：32之間VIL值躍增，從40以下增到60；5：56到6：02之間VIL值突降，從71降到40以下，形成脈沖陡峭的前沿和后沿，脈沖寬度為5個體掃，即風(fēng)暴強(qiáng)盛階段持續(xù)30分鐘左右。F7單體的最大DBZ持續(xù)11個體掃大于55DBZ（圖略），可見回波強(qiáng)度很大；并且F7單體強(qiáng)盛時的最大DBZ所在高度達(dá)到6到7KM（圖略），可見強(qiáng)回波核很高。這些特征都表明F7是強(qiáng)風(fēng)暴。弱垂直風(fēng)切變環(huán)境中的強(qiáng)風(fēng)暴只有一種可能，就是脈沖風(fēng)暴。 本次過程中整層西南氣流,風(fēng)隨高度幾乎沒有風(fēng)向的切變，應(yīng)為弱垂直風(fēng)切變環(huán)境。因此可以推斷影響潁上八里河的回波很可能是脈沖風(fēng)暴。4.總結(jié)和討論4.1連續(xù)跟蹤回波演變是臨近預(yù)報的必要手段7月24日上午在全省天氣預(yù)報會商中，我臺主班預(yù)報員在會商發(fā)言中強(qiáng)調(diào)指出：根據(jù)天氣形勢和氣候背景分析，短期內(nèi)我市將可能有雷雨大風(fēng)等對流性天氣，有可能是即將出梅的那一場強(qiáng)對流天氣。在常規(guī)預(yù)報中也多次提及雷雨時陣風(fēng)7到8級，雷電活動強(qiáng)烈等。25日凌晨天氣出現(xiàn)后，我臺值班員多次了解上游地區(qū)的臨泉縣、阜南縣天氣實況，都是雷雨沒有出現(xiàn)大風(fēng)，因此沒有提前發(fā)布雷雨大風(fēng)預(yù)警信號。由于回波系統(tǒng)在移動中局部快速加強(qiáng)，在下游地區(qū)出現(xiàn)了雷雨大風(fēng)或者下?lián)舯┝?，以致于來不及發(fā)布雷雨大風(fēng)預(yù)警信號。以后還是要強(qiáng)調(diào)連續(xù)地密切關(guān)注回波演變，特別要警惕回波帶南端新生對流單體的發(fā)展，即使上游地區(qū)沒有出現(xiàn)強(qiáng)天氣時，也要高度警惕下游地區(qū)可能出現(xiàn)的強(qiáng)天氣。4.2反射率因子場上的基本特征仍然是雷雨大風(fēng)臨近預(yù)報的重要指標(biāo) 本次過程中，在退模糊和不退模糊兩種情況下，雷達(dá)上都沒有出現(xiàn)中氣旋和龍卷渦旋特征。實況卻出現(xiàn)了地面災(zāi)害性大風(fēng)。由此可見，我們在預(yù)報中不能過分依賴于某種雷達(dá)導(dǎo)出產(chǎn)品，而應(yīng)該對多種雷達(dá)基本產(chǎn)品進(jìn)行綜合考察，經(jīng)過預(yù)報員頭腦的思考和分析，從而得出正確結(jié)論。本次過程中組合反射率因子場上回波強(qiáng)中心達(dá)到60到65dbz，回波頂高分布場表明強(qiáng)中心處對應(yīng)的頂高達(dá)到14到17km,如此強(qiáng)大的云體其下沉氣流足以造成地面災(zāi)害性大風(fēng)。這些最基本的特征對于雷雨大風(fēng)臨近預(yù)報并沒有過時，仍然具有指示作用。4.3雷達(dá)綜合切變產(chǎn)品對預(yù)報地面災(zāi)害性大風(fēng)有指示作用本次過程中，雷達(dá)綜合切變產(chǎn)品較強(qiáng)為70 80 E-4/S,最大達(dá)到150 E-4/S。說明地面災(zāi)害性大風(fēng)發(fā)生時，存在著很強(qiáng)的風(fēng)切變。雷達(dá)綜合切變產(chǎn)品考察的是沿著雷達(dá)徑向和切向兩個方向上的徑向風(fēng)速切變，默認(rèn)1.5仰角，因此能表征低層大氣的風(fēng)切變。盡管雷達(dá)綜合切變產(chǎn)品算法不像中氣旋和龍卷渦旋特征那樣強(qiáng)調(diào)三維相關(guān)、強(qiáng)調(diào)旋轉(zhuǎn)特征，它相對簡單得多，但是我們在對幾次地面災(zāi)害性大風(fēng)的分析中認(rèn)為這個產(chǎn)品實用性比較強(qiáng)，對預(yù)報大風(fēng)的落區(qū)、大風(fēng)的強(qiáng)度都具有較好的指示作用，便于實際業(yè)務(wù)操作。4.4 現(xiàn)場災(zāi)情調(diào)查對于災(zāi)害性天氣性質(zhì)的界定是非常必要的阜陽市局于25日08：30左右首先從電力部門得知災(zāi)情后，主動聯(lián)系民政部門，并且及