2018年春末滁州地区强对流天气过程分析

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　　摘要    利用常规气象观测资料和雷达监测资料，采用天气学客观诊断分析方法，对2018年春末發生在滁州地区的强对流天气的形成机制和形成条件进行了分析。结果表明，此次强对流天气包括雷雨大风、短时强降水和局地冰雹，并伴有飑线特征，江淮之间北部对流强度大于南部;满足滁州地区低槽型强对流天气环流特征，高低层系统构成前倾结构利于强对流天气发生;大气具有较强的不稳定能量，低空急流输送水汽条件，热、动力因子相互配合在地面辐合线的作用下触发对流;天气尺度系统移速慢是导致滁州地区强对流天气反复出现的直接原因，且天气尺度的有利背景使得发展的对流系统更具有组织性;地面自动站的风场资料对强对流天气发生区与未来移动趋势有较好的监测与预报反应;通过雷达径向速度识别逆风区对雷暴大风的监测和预报有很好的指示意义，多普勒天气雷达垂直积分液体含水量可作为冰雹预警预报的一个重要参考指标。
　　关键词    强对流天气;飑线;雷达;安徽滁州;2018年
　　中图分类号    P468.0        文献标识码    A
　　文章编号   1007-5739（2020）04-0187-04                                                                                     开放科学（资源服务）标识码（OSID）
　　Abstract    Applied conventional meteorological observation data and radar monitoring data，using objective synoptic diagnostic analysis method，the formation mechanism and conditions of severe convective weather in Chuzhou at the end of spring 2018 were analyzed.The results showed that the severe convective weather included thunderstorm gale，short-term heavy precipitation and local hail，accompanied by squall line characteristics.The convection intensity in the north was greater than that in the south between the Yangtze River and Huaihe River.It had circulation characteristics of low trough type in Chuzhou.The high and low level forward structure was beneficial to the occurrence of severe convective weather.Atmosphere had strong unstable energy.Low-altitude jet transported water vapor.The interaction of thermal and dynamic factors triggered convection under the action of ground convergence line.Slow moving speed of synoptic scale system was the direct reason，and made the convective system more organized.The Wind data of ground automatic station can monitor and predict the severe convective weather.Reverse wind zone of radar radial velocity can monitor and forecast thunderstorm gale.The vertical integral liquid moisture content of Doppler weather radar can be used as an important reference index for hail warning and forecasting.
　　Key words    severe convection weather;squall line;radar;Chuzhou Anhui;2018
　　强对流天气具有空间尺度小、持续时间短但造成灾害剧烈的特点。强对流天气预报一直是国内外天气预报业务技术攻关的重点。目前，我国强对流天气预报业务将更加突出无缝隙，追求天气灾害预报预警精细度[1]，对强对流天气方面已有一些研究[2-5]，给滁州预报员提供了思路。滁州气象工作者也充分重视强对流天气预报相关工作，如贾天山等[2]利用本地历史资料，对滁州地区的强对流天气进行天气学分型研究。强对流天气多发于汛期，尤以夏季最为突出，而春秋季是冷暖季节过度期，其强对流天气发生次数虽不及夏季但强度仍不可忽视。在气候变暖大背景下，春季强对流有多发的态势[3]。本文以2018年5月16日发生在滁州地区的强对流天气为例，利用多种天气资料对此次强对流天气过程发生的影响程度、天气原理、物理原因等方面进行分析，为当地春季强对流天气预报提供参考。 　　1    天气实况
　　2018年5月16日滁州地区自北向南出现强对流天气，伴有雷雨大风、短时强降水和局地冰雹。全市24 h（16日8：00至17日8：00）平均降水量为44 mm，呈北多南少分布，50 mm以上降水主要集中在凤阳、明光中部和定远北部，其中凤阳12个自动站降雨量逾100 mm（图1），最大在凤阳亮岗，为118.5 mm。短时强降水（小时雨强20 mm以上）主要出现在中北部县市，最大小时雨强凤阳周圩32.6 mm。全市共28个站点出现8级以上阵风，其中明光3个站出现10级大风（明光国家站、潘村湖、柳巷）。据定远县气象信息员反映，对流云团发展旺盛时，定远局部出现短时小冰雹。据定远信息员及市局灾情调查小组反映，本次强对流造成定远境内多处树木折断，部分危房倒塌严重，一处鸡舍大棚坍塌造成养殖户经济损失。
　　凤阳国家站16日13：00开始出现降水，17日6：00降雨结束，期间出现2次小时雨强较大时次，分别是16日19：00和23：00。但分析过程降雨量最大站点凤阳亮岗逐小时雨量，凤阳境内有3次明显降雨过程，分别是16日12：00—14：00、18：00—20：00、22：00至17日2：00，最大小时雨强分别是25.5、27.4、20.5 mm。凤阳国家站降温经历了2次过程，第1次气温从33.8 ℃（11：00）降至22.5 ℃（14：00），3 h变温超11 ℃;第2次气温从26 ℃（17：00）降至21 ℃（19：00），2 h变温5 ℃。从第1次降温到第2次降温之间经历了短暂的升温过程，14：00—17：00气温上升了5 ℃左右。第1次降温正好对应亮岗站的第1次短时强降水过程，凤阳国家站13：00雨量只有2.2 mm，这与凤阳国家站恰好不在强降雨云团内有关[6]。
　　明光国家站降水开始于16日14：00，小时雨强25.6 mm。明光国家站降水也有阶段性特征，其中14：00—15：00是第1次集中强降水时段，之后雨势减弱，19：00—20：00为第2次较明显降水时段，第3次集中较大降水是17日0：00，小时雨强10 mm。3次集中降雨时段与凤阳亮岗情况基本对应，这也说明了此次强对流天气有3个主要影响时段（图2）。明光境内的天气不仅为短时强降水，风的影响更为突出。在3次降雨集中时段内的前2个时段内明光境内均出现了9级以上的大风，明光本站小时极大风速14：00达25.3 m/s（10级）。
　　2    大气环流背景
　　5月14日500 hPa亚洲中高纬环流平直，等高线与等温线均较为密集，贝加尔湖附近多有短波槽东移。高原一带有低槽东移，温度槽落后于高度槽，低槽东移时不断加深，于陕甘川一带形成低涡系统。副高控制华南区域，588 dagpm线位于两广交界—江西南部—福建北部一帶，且随高原低槽东移东退明显。华东至沿海一带受脊控制。15日8：00华西低槽东移至河套东部及重庆贵州一带，安徽转受槽前西南气流控制，风速明显加大。中高纬短波槽东移过程有所南落，与南部低槽合并，低槽加深。15日20：00槽前西南气流增大至急流标准，最大风速24 m/s，环流经向度加大，安徽处于槽前西南风速辐合带中。16日8：00 500 hPa低槽位于河南、湖北境内，至20：00低槽移至江淮中部，受东部海上高压脊影响，低槽东移缓慢，12 h移动2.5个经距，为强对流维持提供好的天气尺度背景（图3）。根据500 hPa环流形势判断，此次强对流属于低槽型环流背景[2]。中低层700 hPa与850 hPa均有切变线，其位置落后于500 hPa低槽，构成前倾结构，是强对流天气的典型结构配置。700 hPa以下为一致的西南急流，为强对流区域输送水汽与热量。850 hPa温度场分布表明安徽沿淮及其以北有1个明显的温度冷槽，而淮河以南则处在暖区中，后期冷槽携带冷空气南下与南方暖湿气流汇合，激发对流。850 hPa形势场、要素场配置显示强对流天气沿淮地区较沿江一带明显[7-8]。16日8：00地面图上淮河以北有1条清晰的地面辐合线，至11：00，地面辐合线南移至江淮之间北部，触发滁州北三县对流。20：00滁州中北部县市出现3 h>2 hPa的正变压，冷空气影响滁州（图4）。
　　3    物理量场特征
　　3.1    温湿结构
　　5月16日8：00，苏皖一带在高低空均受暖温度脊控制，850 hPa暖中心大于20 ℃，同时整层大气温度露点差也都高于5 ℃，为明显的暖干区。850 hPa上，在江淮东部至沿江一带有显著的温度露点差（湿度）梯度，北侧温度露点差为2 ℃左右，南侧5 ℃以上，在干湿交界处及其附近地区最容易发生强对流天气[4]。850 hPa风场显示水汽输送量明显，水汽通量散度在江淮东部有1个辐合中心，且整层大气的饱和程度为北部大于南部，所以滁州北部县市降雨量大于南部县市（图5）。
　　3.2    不稳定能量
　　大气不稳定能量的释放是对流性天气发生发展所需能量的主要来源[4]。以强对流发生区域的南北两侧高空探测站徐州和南京的T-lnP图为例，徐州16日8：00的Cape值为1 788.8 J/kg，南京站为1 946.5 J/kg，两站的对流温度均小于34 ℃，而当日滁州全市最高气温均超过34 ℃，表示当天出现热力对流云的可能性很大。
　　徐州、南京两站层结曲线特点不同，徐州站中低层较为饱和，600 hPa至850 hPa的温度露点差接近，发生短时强降水的概率大，且层结曲线底部有喇叭口特征，有雷雨大风的可能性;而南京站500 hPa以下都较干，发生短时强降水的概率小，底部喇叭口层结特征表明雷雨大风出现的可能性大。16日8：00徐州KI=41 ℃，SI=-3.78 ℃，LI=-4.89 ℃，表征大气层结极不稳定，未来出现对流天气的可能性大。另外，T850-T500≥26 ℃，温度垂直递减率满足滁州出现对流性天气的物理指标，融化层高度大约为4.6 km，略显高，不利于冰雹的生长，但不排除冰雹的可能（图6）。 　　3.3    动力触发条件
　　分析凤阳上空几种常用物理量的垂直分布可知：散度场中，16日8：00 500 hPa以下均为负值（除近地面层1 000 hPa以外），20：00最大负值降低至700 hPa以下，且400 hPa以上为正值（辐散），500 hPa以下为负值（辐合）;涡度场上，16日白天至17日凌晨整层均为正值，说明大气处于低压气旋环流中，500 hPa涡度最大（44×10-5 s-1）;垂直速度场上，200 hPa以下均为负值（上升运动），16日20：00 500 hPa上升值达最大，上升运动强烈。通过分析这3个动力因子，发现这次飑线过程是有组织性的对流天气，对流触发条件是天气尺度的上升运动激发中小尺度天气系统，天气尺度的上升运动又为中小尺度天气系统的稳定维持提供有利环境条件进而激发对流不断循环反复生成与发展（图7）。
　　4    雷达产品特征
　　滁州凤阳境内16日12：00开始出现对流回波，之后迅速发展，12：57发展到最旺盛，小块回波排列成线，形成飑线，最大反射率因子大于65 dBZ，飑线东移南压，强度维持，南压过程在其前沿激发出新生对流回波带，但其强度远低于母体。15：00飑线断裂，之后东段在明光境内强度继续维持，西段减弱消散。17：33蚌埠境内又有飑线移入凤阳，其西部前沿有明显的阵风出流。飑线东移南压，19：22飑线西段已移到明光境内，此时凤阳境内从北部又移入1条新飑线，新飑线东移南压于20：30移到滁州市辖区。22：10皖北又有1条强飑线东移南压，飑线前沿阵风锋非常明显，回波最大反射率因子仍>60 dBZ，飑线移入凤阳后于23：20开始出现断裂，东部段回波减弱明显（图8）。
　　对流发展旺盛时段，速度图上均有逆风区显示，16日22：00出现的飑线在速度图上观测到凤阳境内有低层辐合和高层辐散的环流特征，此时凤阳境内再次出现短时强降雨与雷雨大风天气。
　　垂直累积液态含水量（VIL）是将反射率因子数据转换成等价的液态水值，可将其作为辨别冰雹和强降水的重要预报因子[5]。16日12：28开始，定远与凤阳境内的垂直累积液态水含量都>60 kg/m2，最大可达68 kg/m2，在此期间，定远、凤阳出现短时强降水，其中定远观测到冰雹[9-11]。
　　5    结论
　　（1）此次滁州地区的强对流天气发生在春末，强对流发生前天气回暖明显，升温主调背后常伴有冷空气南下，季节性对流特征明显。本次强对流影响程度北部县市大于南部，可概括为凤阳雨量最大，明光大风最突出，定远局部降冰雹。
　　（2）此次强对流天气发生在有利的环流背景下。对流天气发生前，副高主体偏强，控制我国华南大部区域，588 dagpm线北至江西南部—福建北部;西南有高原低槽东移并不断发展加深;贝加尔湖附近多有短波槽东移，引导冷空气东移南下;华东沿海受脊控制，低槽东移速度受阻;低槽发展西南气流强盛，环流经向度加大，有利于对流稳定维持。中低层切变线与中层低槽构成前倾结构，符合强对流天气的典型结构配置。850 hPa安徽沿淮及其以北的冷槽与南方暖湿气流汇合是主要的对流触发条件。地面图上有对应辐合线，辐合线移动方向即是对流移动方向。
　　（3）强对流发生前，苏皖一带为明显的暖干区，江淮东部处干湿交界处，易发生强对流天气。水汽通量散度在江淮东部有辐合中心，江淮之间北部整层大气饱和程度大于南部。当日早晨高空探测站的对流温度均小于34 ℃，当天实际最高气温利于出现热力对流云。徐州站大气层结曲线显示发生短时强降水和喇叭口雷雨大风的特征;南京站水汽饱和度差，发生短时强降水概率小，但底部喇叭口表明雷雨大风出现的可能性大。徐州站融化层高度大约为4.6 km，略显高，但不排除冰雹的可能。
　　（4）雷达探测显示，滁州凤阳境内16日中午开始出现对流回波，小块回波排列成线，形成飑线，最大反射率因子大于65 dBZ，其东移南压过程在其前沿激发出新生对流回波带。随后，17：33、22：10又有2次颮线东移南压，最大反射率因子大于60 dBZ。3次飑线对流发展旺盛时段，速度图上观测到低层辐合和高层辐散的环流特征。垂直累积液态含水量（VIL）是辨别冰雹和强降水的重要预报因子，16日定远与凤阳境内的垂直累积液态水含量都在60 kg/m2以上。期间，定远、凤阳出现短时强降水，其中定远观测到冰雹。
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