cinradsa雷達輻合線觸發(fā)強對流風暴特征

cinradsa雷達輻合線觸發(fā)強對流風暴特征

中尺度輻合線觸發(fā)特征魚雷治理的生成需要三個基本條件：垂直不穩(wěn)定、蒸汽和觸發(fā)高度。觸發(fā)抬升機制與中尺度邊界層輻合線密切相關。WilsonandSchreiber許多國內學者對陣風鋒、海風鋒等中尺度輻合線進行了相關研究,探討了該類邊界的空間結構、類型、形成機制及其對流觸發(fā)作用利用CINRAD/SA雷達探測資料,結合地面實況和環(huán)境參數(shù),對7次典型的中尺度輻合線觸發(fā)強對流風暴的特征進行了分析,在雷達反射率因子或徑向速度產(chǎn)品上可分析出明顯的觸發(fā)先兆特征,對強對流風暴的臨近預警有指導意義。1單站降雨環(huán)境參數(shù)山東強對流天氣主要分為2大類,即干型強對流天氣和濕型強對流天氣。干型強對流天氣以雷暴大風為主,局部伴有冰雹和短時強降水;濕型強對流天氣以強降雨為主,局部伴有冰雹和對流性雷暴大風2009年6月29日下午,半島地區(qū)遭受冰雹、雷暴大風等強對流天氣襲擊,最大冰雹直徑約30mm,煙臺市芝罘、萊山、萊陽、棲霞等4區(qū)(市)直接經(jīng)濟損失5730萬元,青島市即墨、萊西、平度、膠州等市15個鎮(zhèn)(街道)、294個村災情較重,直接經(jīng)濟損失6200萬元。2012年7月26日08:00—27日08:00,山東北部和河北南部出現(xiàn)大暴雨天氣。4個國家級氣象觀測站(山東3個)出現(xiàn)大暴雨,最大176.7mm,出現(xiàn)在慶云站;15個國家級氣象觀測站(山東6個站)出現(xiàn)暴雨。山東聊城、德州、濱州、東營和濟南等市有54個區(qū)域氣象觀測站(以下簡稱“區(qū)域站”)出現(xiàn)暴雨,12個區(qū)域站出現(xiàn)大暴雨,最大121.4mm,出現(xiàn)在陵縣義渡口區(qū)域站。個別站出現(xiàn)大風天氣,沒有冰雹報告。2014年7月2日18:00前后,濟南市市中區(qū)七賢莊附近暴雨如注,造成局部嚴重積水。位于七賢莊附近的濟南大學區(qū)域站降水量達100.1mm,17:00—18:00降水量為88.3mm,沒有監(jiān)測到大風,屬于典型短時強降水,尺度小、強度大、時間短。2014年7月14日15:30左右,棲霞觀里鎮(zhèn)、楊礎鎮(zhèn)、寺口鎮(zhèn)、蛇窩泊鎮(zhèn)出現(xiàn)了強冰雹天氣,冰雹最大有雞蛋大小,降雹時間持續(xù)約半小時,造成嚴重經(jīng)濟損失。2015年7月14日13:00—20:00,德州、聊城、濟南、泰安、菏澤、濟寧等地出現(xiàn)雷暴大風和短時強降水等強對流天氣,局部出現(xiàn)冰雹。16個國家級氣象觀測站和127個區(qū)域站出現(xiàn)17.0m·s2015年7月30日13:00開始,濰坊市昌邑、寒亭、坊子、昌樂、臨朐五縣市區(qū)部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)先后出現(xiàn)冰雹(最大直徑30mm)、大風、暴雨天氣過程。至19:00,18個區(qū)域站出現(xiàn)50mm以上降水,其中4個站出現(xiàn)100mm以上降水,分別是昌樂的喬官(143.8mm)和紅河(108.1mm)、昌邑的朱里(140.1mm)和宋莊(138.0mm),15:00—16:00朱里降水量達100.4mm。有7個區(qū)域站出現(xiàn)17.2m·s2016年6月21日16:00,濟南東北部局地發(fā)生強降水天氣,同時伴有冰雹,沒有監(jiān)測到大風。降雨強度大、范圍小,造成局部馬路嚴重積水。根據(jù)水文數(shù)據(jù),義和莊區(qū)域2h降雨量達144mm。7次強對流實例的環(huán)境參數(shù)見表1。CAPE2陣風鋒的測定對流風暴成熟階段的冷性下沉氣流,在近地層向外擴散,與周邊環(huán)境低層暖濕空氣交匯而形成的邊界,稱為陣風鋒。較強雷暴的出流邊界,在一定距離范圍內的雷達反射率因子上常表現(xiàn)為窄帶回波,不僅伴有陣性大風,而且也可能觸發(fā)新的對流,使得風暴持續(xù)較長時間,產(chǎn)生持續(xù)性的災害性天氣。2.1風暴主體2015年7月14日雷暴大風為主的干型強對流具有新生對流單體右向傳播為主的演變特征,陣風鋒觸發(fā)的雷暴首先出現(xiàn)在弧狀窄帶回波頂點的右側(陣風鋒來向),并逐漸向陣風鋒右端延伸,風暴主體先后影響聊城、濟南西部、泰安西部及菏澤、濟寧一帶。圖1是2015年7月14日濟南和濮陽雷達反射率因子產(chǎn)品。11:38在河北南部棗強至武邑一帶有對流回波生成并快速發(fā)展,12:01發(fā)展成西南—東北向、長度約80km的回波帶,向東南方向移動。12:13,0.5°仰角反射率因子出現(xiàn)弧狀窄帶回波即陣風鋒(圖1a,1.5°仰角反射率因子沒有窄帶回波),影響到德州市區(qū)及武城一帶,窄帶回波所處高度約1.2~1.8km,此時區(qū)域站監(jiān)測到的極大風速為12m·s該次過程首次識別出陣風鋒約1h后,陣風鋒觸發(fā)出新的對流單體。2.2強降雨帶引發(fā)的響應2012年7月26日短時強降雨為主的濕型強對流具有新生對流單體后向傳播為主的演變特征。前期強降水風暴產(chǎn)生的陣風鋒西南方向移動過程中不斷觸發(fā)雷暴,并演變成具有“列車效應”的強降雨帶,導致局地大的累積降水量。圖2是2012年7月26日濟南雷達反射率因子產(chǎn)品。強降雨開始前期,雷達低層反射率因子上出現(xiàn)明顯的近乎南北向的窄帶回波(圖2a、b),即所謂云街,是由大氣低層的對流卷構成的一條條積云線這次強降雨過程從雷達上識別,有2個觸發(fā)因素,首先是云街,其次是陣風鋒。反射率因子最強云街的北端有對流觸發(fā),同時云街與陣風鋒交匯區(qū)域有對流觸發(fā),后期云街消失,陣風鋒持續(xù)觸發(fā)對流,使得對流降水持續(xù)較長時間。3冷鋒分析和對流單體冷鋒南壓過程中,在一定條件下,雷達低層反射率因子上有時呈現(xiàn)窄帶回波,并觸發(fā)對流風暴。就山東而言,多見于渤海西部及南部沿岸地區(qū)。圖3是2009年6月29日煙臺雷達反射率因子和平均徑向速度產(chǎn)品。12:30前后,0.5°仰角反射率因子出現(xiàn)冷鋒形成的兩條窄帶回波(圖3a),一條位于海上,距離雷達較近(40km左右),徑向速度上對應區(qū)域零速度線具有明顯折角,呈典型冷鋒特征。另一條位于龍口海岸附近,徑向速度上看不出輻合現(xiàn)象(圖3b)。位于海上的弱回波帶或者窄帶回波逐漸向雷達靠近,陸上的弱回波帶逐漸向內陸移動(圖3c),14:40前后基本呈一條東西向的弱回波帶(圖3d)并經(jīng)過雷達站點,低層徑向速度上呈現(xiàn)鋒面經(jīng)過雷達站的典型特征(圖3e)。14:04組合反射率產(chǎn)品顯示,雷達西偏南150km處出現(xiàn)第一個對流單體(圖3f),對比14:00地面風場資料,新生對流單體位于地面鋒面上,也就是對流單體由冷鋒觸發(fā),由于距離較遠,雷達無法探測到遠處的窄帶回波。第一個對流單體迅速發(fā)展成強風暴,17:23消散,歷時3h20min,該長壽命孤立風暴主要影響青島地區(qū),旺盛階段長時間出現(xiàn)旁瓣回波(圖3g、h),地面出現(xiàn)大冰雹。同時,首次觸發(fā)雷暴的左側(窄帶回波來向為參考)窄帶回波上相繼出現(xiàn)多個對流單體并迅速發(fā)展,產(chǎn)生冰雹、雷暴大風等強對流天氣(圖3g、h),主要影響煙臺地區(qū)。2009年6月29日半島強對流天氣由冷鋒觸發(fā),對流首先出現(xiàn)在東西向窄帶回波的右端(窄帶回波的來向),后繼的雷暴在其左側不斷激發(fā),形成對流回波帶。識別出冷鋒約1h30min后激發(fā)出第一個對流風暴。4強陣風鋒演變特征海風鋒是指由海面向內陸推進的海風的前沿,實際上是來自海上的濕冷氣團與內陸的暖干氣團之間形成的類似鋒面性質的氣團交界面圖4是2014年7月14日煙臺雷達反射率因子和平均徑向速度產(chǎn)品。10:11雷達0.5°仰角反射率因子產(chǎn)品顯示,在海岸線附近出現(xiàn)弱回波帶(圖4a),10:47雷達站西側弱回波帶更加清晰(圖4b),沿著海岸線形成的弱回波帶逐漸向內陸推進(圖4c),12:34前后在弱回波帶的西側距離雷達站約45km處出現(xiàn)首個對流云團1(圖4d)。之后,海風鋒窄帶回波上對流云團1初始位置左側、右側相繼出現(xiàn)對流單體(圖4e、f),持續(xù)向兩側傳播、發(fā)展。影響棲霞的強風暴強盛階段最大反射率因子在62dBz以上,最大69dBz,有持續(xù)的明顯三體散射(TBSS)特征(圖4g、h)。海風鋒對應的徑向速度圖上并沒有輻合現(xiàn)象(圖4i、j),與窄帶回波的位置或雷達探測方向有關。對流單體首先出現(xiàn)在海風鋒向內陸推進速度較快的區(qū)域,說明該區(qū)域的輻合強度或者海風鋒強度較強,利于風暴的觸發(fā),同時后繼觸發(fā)雷暴向左右兩側傳播。識別出海風鋒約1h15min后開始激發(fā)對流風暴。5對流單體傳播特征冷鋒、海風鋒和出流邊界在同一次強對流過程中均出現(xiàn),并相互作用,觸發(fā)系列對流風暴,產(chǎn)生范圍較大的對流天氣。圖5是2015年7月30日濰坊雷達反射率因子和平均徑向速度產(chǎn)品。11:36雷達0.5°仰角反射率因子產(chǎn)品顯示,其北部識別出近似東西向的弱回波帶(圖5a)并逐漸南壓,該弱回波帶由冷鋒形成,12:50前后在弱回波帶的中間區(qū)域首次出現(xiàn)對流風暴(圖5b),對應的徑向速度上可分析出輻合現(xiàn)象(圖5c),同時在雷達站東南方向約100km處存在另一條弱回波帶,是由海風鋒所致。13:52,首次激發(fā)對流單體的左側(窄帶回波來向為參考)相繼出現(xiàn)多個雷暴,同時冷鋒弱回波帶和雷暴出流邊界基本合為一體,海風鋒弱回波帶右端(海風鋒來向為參考)與冷鋒弱回波帶左端逐漸靠近,同時海風鋒在平度東側觸發(fā)對流單體(圖5d)。14:10,海風鋒與弱冷鋒在平度西部交匯,14:39激發(fā)對流單體。14:39、15:05、15:44、16:15和16:50幾個時次可明顯看出,出流邊界和海風鋒在平度西南部交匯,約30min后,交匯區(qū)域有對流激發(fā),新生對流單體向西南方向傳播,而對流風暴移動方向基本是東北向,兩種邊界的合并,使得新生雷暴沿合并區(qū)向西南方向傳播,具有后向傳播特征(圖5e、f、g、h、i)。同時,還可以明顯看出,冷鋒觸發(fā)的對流風暴加強發(fā)展,形成雷暴帶并逐漸南壓,在昌樂—昌邑一帶產(chǎn)生冰雹、大暴雨和雷暴大風天氣,強風暴下沉氣流也形成清晰的出流邊界,但出流邊界并沒有產(chǎn)生地面大風。16:15徑向速度上陣風鋒輻合明顯(圖5j),同時激發(fā)新的對流單體,向西偏南方向傳播,形成后向傳播演變特征,影響濰坊西南部及淄博、臨沂一帶。該次強對流過程首先由南移冷鋒激發(fā)對流,且在首次激發(fā)對流單體的左側不斷有新生對流相繼觸發(fā),產(chǎn)生冰雹和短時強降雨。半島南部海風鋒北移過程中,首先與冷鋒弱回波帶交匯,約30min后激發(fā)對流,之后又與陣風鋒邊界交匯,30min之后又激發(fā)對流,形成具有后向傳播特征的對流云帶。雷暴出流邊界南壓過程中與冷鋒弱回波帶合為一體,先與海風鋒交匯激發(fā)對流,之后陣風鋒西南方向移動過程中,又激發(fā)新一輪具有后向傳播特征的強降雨帶。識別出冷鋒窄帶回波約1h20min后開始出現(xiàn)對流單體。6輻合線與對流單體低層中尺度環(huán)境風場輻合,在合適的環(huán)境條件下,在雷達低層徑向速度上表現(xiàn)為清晰的線性徑向速度的輻合,尺度在20~50km之間,這種單純的線性徑向輻合也可激發(fā)強對流風暴。最典型的是濟南市區(qū)的兩次局地強降雨天氣,即2014年7月2日和2016年6月21日,線性徑向輻合長時間維持并移動緩慢,導致強降雨風暴也具有移動緩慢特征。2014年7月2日濟南局地強降雨由移動緩慢的孤立強降雨風暴造成。15:30前后,1.5°仰角徑向速度上可以識別出清晰的輻合線(圖6a),之后輻合線基本在原地維持(圖6b),16:24在輻合線東側有對流生成發(fā)展,但維持時間較短,40min后消亡。七賢鎮(zhèn)北側的輻合現(xiàn)象逐漸加強(圖6c),16:43觀測到對流單體(圖6e)。強降水風暴維持期間,其低層輻合也一直存在(圖6d),風暴強度基本在55~58dBz之間(圖6f),基于單體的垂直積分液態(tài)含水量(C-VIL)在25~30kg·m2016年6月21日濟南局地強降雨也是由移動緩慢的孤立強降雨風暴造成。14:00前后,1.5°仰角徑向速度上強降雨區(qū)的南部可以識別出50km左右的輻合線(圖7a),之后輻合線緩慢向西北方向移動(圖7b、c)且輻合更加明顯。15:07在輻合線后部有對流單體2生成(圖7e),單體1是14:38生成的弱單體的減弱階段,之后,單體2逐漸發(fā)展,16:17最大反射率因子達53dBz,至17:44一直維持在50dBz以上,16:40—16:57達到最強階段,最大反射率因子在65~66dBz之間(圖7f)。強降水風暴維持期間,其低層輻合存在氣旋性輻合(圖7d),強降水期間風暴強度基本在55~66dBz之間,基于單體的垂直積分液態(tài)含水量(C-VIL)在30~60kg·m7輻合線下發(fā)生的強對流實例分析1)陣風鋒、海風鋒和冷鋒等邊界層輻合線在雷達低層反射率因子產(chǎn)品上能反映出的主要特征是窄帶回波,在低層平均徑向速度產(chǎn)品上表現(xiàn)特征各不相同。某些尺度較小的輻合線在反射率因子產(chǎn)品上不能得到任何有用信息,但在低層徑向速度上可識別出