曾欣 胡夏初 汪洪 朱勁

摘要 利用常規(guī)氣象觀測(cè)資料、中小尺度自動(dòng)站資料、FY2D衛(wèi)星資料、多部多普勒雷達(dá)資料對(duì)2013年春季的一次強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，此次強(qiáng)對(duì)流過(guò)程是發(fā)生在中高層干冷、低層暖濕的較強(qiáng)不穩(wěn)定環(huán)境中，低層強(qiáng)烈的輻合觸發(fā)不穩(wěn)定能量的釋放，激發(fā)中小尺度系統(tǒng)發(fā)生發(fā)展；強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生發(fā)展的熱力動(dòng)力條件呈現(xiàn)明顯的中尺度天氣特征；不同雷達(dá)回波特征可以清楚地判斷冰雹、雷雨大風(fēng)等中小尺度天氣的發(fā)生發(fā)展。

關(guān)鍵詞 中尺度分析；環(huán)境條件；強(qiáng)對(duì)流天氣；湖南

中圖分類號(hào) S161.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2014）27-09440-05

Analysis of a Strong Convective Weather Influencing Hunan

ZENG Xin， HU Xiachu， WANG Hong et al

（Zhuzhou Meteorological Bureau， Zhuzhou， Hunan 412003）

Abstract Based on the conventional meteorological data， mesomicro automatic station data， FY2D satellite data and Doppler radar data， the strong convective weather process in the spring of 2013 was analyzed. This process occurs in a strong unstable environment where dry and cold in high level， but wet and warm in low level. The stong convergence in lower level triggers the release of unstable energy， stimulating the development of the mesomicro scale system.The result indicates： the dynamic and thermal conditions of the occurrence and development of strong convective weather present obvious mesoscale weather characteristics； and the occurrence and development of mesoscale weather such as the hail and thunderstorm weather can be judged by different radar echo characteristics.

Key words Mesoanalysis； Environmental conditions； Strong convective weather； Hunan

2013年3月19日晚，湖南中南部出現(xiàn)了一次典型的強(qiáng)對(duì)流性天氣過(guò)程，部分地區(qū)伴有雷暴大風(fēng)、冰雹、短時(shí)強(qiáng)降水等強(qiáng)對(duì)流天氣，具有突發(fā)性強(qiáng)、影響大、災(zāi)害損失嚴(yán)重等特點(diǎn)。全省共計(jì)12個(gè)縣（市）出現(xiàn)冰雹，冰雹最大直徑達(dá)50 mm（湘西南靖州），16個(gè)縣（市）出現(xiàn)雷暴大風(fēng)（湘東南道縣瞬時(shí)最大風(fēng)速達(dá)30.7 m/s）。短時(shí)強(qiáng)降水主要出現(xiàn)在19日19：00～20日06：00，共計(jì)102個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)降暴雨，其中綏寧縣寨市站日降水量最大，達(dá)90.6 mm。據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，全省受災(zāi)人口81.9萬(wàn)，其中極端地面大風(fēng)造成道縣3人死亡、52人受傷，直接經(jīng)濟(jì)損失共計(jì)7.2億元。為此，筆者應(yīng)用多種觀測(cè)資料，分析引起該過(guò)程的強(qiáng)對(duì)流風(fēng)暴發(fā)生發(fā)展的環(huán)境條件及觸發(fā)機(jī)制，對(duì)進(jìn)一步認(rèn)識(shí)影響湖南的強(qiáng)對(duì)流性天氣發(fā)生發(fā)展的中尺度特征以及今后強(qiáng)對(duì)流性天氣的預(yù)報(bào)預(yù)警提供幫助。

1 環(huán)流背景分析

造成湘中南的這次暴雨、雷暴大風(fēng)、冰雹等強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程的主要影響系統(tǒng)是高空低槽、高原槽、南支槽同位相疊加，配合中低層切變、西南急流及地面倒槽的共同作用。 3月19日08：00（圖1a），500 hPa亞歐大陸中高緯地區(qū)呈兩脊一槽型，貝加爾湖以東為寬廣低槽區(qū)，我國(guó)東北地區(qū)有一冷渦。冷渦底部不斷有冷空氣沿著槽后西北氣流下滑，青藏高原東部、位于孟加拉灣的短波槽和南支槽疊加，有利于水汽向華南、江南地區(qū)輸送，西太平洋副熱帶高壓西脊點(diǎn)位于110°E，副高西側(cè)偏南氣流也為此次過(guò)程短時(shí)強(qiáng)降雨的形成提供了水汽條件，湖南受南支槽前和副高西北側(cè)西南氣流控制。19日20：00（圖1b），北支鋒區(qū)南壓，有利于冷空氣擴(kuò)散南下，高原槽和南支槽東移并與中高緯短波槽同位相疊加，850 hPa江南、華南西南氣流建立并得到加強(qiáng)，最大風(fēng)速達(dá)22 m/s，與之對(duì)應(yīng)濕舌從北部灣向東北方向伸展，12 g/kg的比濕高值中心位于江南、華南一帶。

地面氣壓場(chǎng)上，貝湖附近高壓東移南壓，19日20：00，高壓移至內(nèi)蒙古中東部，高壓前冷鋒壓到山東半島，低層西南暖濕氣流增溫減壓，黃淮、江南、華南受低壓倒槽控制，為降水提供不穩(wěn)定和上升運(yùn)動(dòng)條件。中低層冷空氣滲透南下，與西南暖濕氣流在江西、湖南、貴州一帶交匯，形成冷式切變線，同時(shí)這些地區(qū)地面風(fēng)場(chǎng)存在東北風(fēng)、西南風(fēng)或東南風(fēng)的輻合線。

2 中尺度特征分析

2.1 中尺度對(duì)流系統(tǒng)的發(fā)生發(fā)展

陳濤等對(duì)一次南方春季強(qiáng)對(duì)流過(guò)程中影響對(duì)流發(fā)展的環(huán)境場(chǎng)特征分析中指出，強(qiáng)對(duì)流的發(fā)生發(fā)展與αMCS及βMCS尺度的中尺度系統(tǒng)有著密切的關(guān)系^[1]。分析影響湖南的這次強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)生發(fā)展與中尺度對(duì)流系統(tǒng)密切相關(guān)。此次強(qiáng)雹暴過(guò)程出現(xiàn)時(shí)間在夜間，影響時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，達(dá)8～9 h，影響范圍廣，幾乎影響湘中湘南，但中尺度特征仍然非常明顯。

19日20：00前后，在湘中長(zhǎng)沙、湘潭、株洲北部就開始有強(qiáng)的回波出現(xiàn)，對(duì)應(yīng)有冰雹、雷暴短時(shí)強(qiáng)降水出現(xiàn)，此時(shí)在貴州至湘西也有強(qiáng)回波單體，強(qiáng)回波20：50開始影響湖南，21：00～22：30先后有2個(gè)強(qiáng)風(fēng)暴單體先后掃過(guò)靖州，22：30這2個(gè)超級(jí)單體風(fēng)暴合并，范圍開始增大，呈東北—西南向帶狀，23：49帶狀強(qiáng)回波與東面強(qiáng)回波合并發(fā)展成颮線，東移南壓，颮線維持時(shí)間長(zhǎng)達(dá)4.5 h；20日05：30后颮線斷裂減弱為強(qiáng)風(fēng)暴單體。整個(gè)過(guò)程呈現(xiàn)明顯的中尺度特征。

2.2 中尺度對(duì)流系統(tǒng)發(fā)生發(fā)展的熱力動(dòng)力條件

強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)生與各種氣象條件有關(guān)，即要求存在較強(qiáng)的對(duì)流不穩(wěn)定、充分的水汽條件、一定的抬升條件。

分析19日湖南境內(nèi)的地面天氣實(shí)況，19日午后至17：00湘中以南天空明顯放晴，氣溫回升，有利于對(duì)流性天氣發(fā)生。計(jì)算19日20：00 850

hPa與500 hPa的θse之差Δθse（850-500）發(fā)現(xiàn)，湖南南部Δθse（850-500）達(dá) 15 K以上，表明大氣存在明顯的對(duì)流不穩(wěn)定層結(jié)，非常有利于該區(qū)域強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生發(fā)展。同時(shí)分析3月19～20日期間3個(gè)時(shí)次長(zhǎng)沙、懷化、郴州的對(duì)流參數(shù)（表1）發(fā)現(xiàn)，19日20：00前后，無(wú)論是K指數(shù)、沙氏指數(shù)SI、總濕度TT、抬升指數(shù)LI還是對(duì)流有效位能Cape的值均有利于強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)生發(fā)展；而在此之前的19日08：00與20日08：00各種對(duì)流參數(shù)均表明對(duì)流較弱，說(shuō)明19日08：00具備一定的對(duì)流潛勢(shì)，對(duì)流在開始發(fā)展階段；至20日08：00，對(duì)流發(fā)展逐漸減弱消亡。

計(jì)算19日20：00懷化與郴州的溫度垂直梯度可以發(fā)現(xiàn)，懷化500 hPa與850 hPa的溫度差達(dá)29 ℃，郴州達(dá)27 ℃；500 hPa溫度露點(diǎn)差（TTd）懷化為39 ℃，郴州為41 ℃；而700 hPa及以下無(wú)論長(zhǎng)沙、懷化還是郴州及華南大部的溫度露點(diǎn)差TTd ≤3 ℃以下。以上特征表明19日20：00前后，湖南中南部高層干冷、低層暖濕，存在較強(qiáng)的對(duì)流不穩(wěn)定。

進(jìn)一步分析長(zhǎng)沙站、懷化站、郴州站19日20：00 TlnP探空曲線（圖2）可以發(fā)現(xiàn)，500 hPa以上的溫度露點(diǎn)差明顯增大，呈上干下濕的“喇叭口”，表明湘中南上干下濕的特征非常明顯。雖然長(zhǎng)沙、懷化未經(jīng)訂正的Cape值為0，但郴州站Cape值在19日20：00達(dá)1 268.5 J/kg；三站探空?qǐng)D上0 ℃層高度位于3～4 km，-20 ℃層高度位于6～7 km，這種條件非常有利于冰雹的發(fā)生；同時(shí)垂直風(fēng)切變非常明顯，0～6 km垂直風(fēng)切變長(zhǎng)沙達(dá)21 m/s，懷化達(dá)29 m/s，郴州達(dá)27 m/s，風(fēng)垂直方向的變化隨著高度的增加，風(fēng)向隨高度順轉(zhuǎn)，有明顯的暖平流，表明湘中南在對(duì)流發(fā)展前均存在明顯的風(fēng)的垂直切變。風(fēng)的垂直切變影響對(duì)流云的發(fā)展、移動(dòng)和分裂等過(guò)程，強(qiáng)的風(fēng)垂直切變有助于普通風(fēng)暴組織成持續(xù)性強(qiáng)風(fēng)暴，

2.3 地面中尺度特征

分析19日08：00～20日08：00地面觀測(cè)資料發(fā)現(xiàn)，整個(gè)湖南處在地面倒槽之中，19日08：00地面圖上可以清楚地分析出2條地面中尺度輻合線，一條位于湘西至貴州，一條位于湘東南，強(qiáng)度與范圍均不強(qiáng)，至17：00，湘南至贛南的中尺度輻合進(jìn)一步發(fā)展加強(qiáng)，呈東西向，南北風(fēng)速達(dá)4 m/s，一直維持至20：00，23：00地面輻合線位于湘東南，呈東北—西南向，20日02：00地面輻合明顯減弱。進(jìn)一步對(duì)湖南中小尺度站資料進(jìn)行分析（圖3），可以發(fā)現(xiàn)湘中南寬廣的輻合帶內(nèi)可以分析出多條中小尺度輻合線和氣旋性輻合區(qū)，隨著時(shí)間的發(fā)展，輻合線（區(qū)）位置與強(qiáng)度有所加強(qiáng)與變化，20日02：00前后湘南涌現(xiàn)多個(gè)中小尺度的輻合線（區(qū)）地面輻合最為強(qiáng)盛，隨后隨著對(duì)流系統(tǒng)的減弱，地面輻合也隨著減弱消失。

2.4 MCS的中尺度特征

分析此次過(guò)程的衛(wèi)星云圖可以發(fā)現(xiàn)，19日19：30強(qiáng)對(duì)流過(guò)程出現(xiàn)之初，衛(wèi)星云圖上在湖南表現(xiàn)為2塊對(duì)流云團(tuán)，一塊位于湘中偏東的位置，這塊對(duì)流云團(tuán)給湘中帶來(lái)了局地冰雹、雷雨大風(fēng)等強(qiáng)對(duì)流性天氣，1 h后迅速移出湖南發(fā)展影響江西；另一塊位于貴州與湘西交界處，這個(gè)對(duì)流云團(tuán)在以后的2 h內(nèi)迅速發(fā)展維持一個(gè)較強(qiáng)的MCS云團(tuán)結(jié)構(gòu)特征，至23：20云團(tuán)達(dá)到最為強(qiáng)盛，MCS云團(tuán)面積達(dá)3個(gè)緯距、7個(gè)經(jīng)距，長(zhǎng)短比為0.43，云頂亮溫最低達(dá)-71 ℃（圖4），呈現(xiàn)明顯的MCS云團(tuán)特征。隨后這個(gè)MCS云團(tuán)東移減弱，影響湘東南，隨著這個(gè)MCS云團(tuán)的發(fā)生發(fā)展東移，所經(jīng)之處先后出現(xiàn)了冰雹、雷風(fēng)大風(fēng)等強(qiáng)對(duì)流性天氣。

3 多普勒雷達(dá)回波特征分析

3.1 強(qiáng)對(duì)流風(fēng)暴雷達(dá)回波演變

此次強(qiáng)雹暴過(guò)程影響湘中南，范圍廣，影響時(shí)間長(zhǎng)達(dá)7～8 h，因此在此采用長(zhǎng)沙、邵陽(yáng)、永州雷達(dá)觀測(cè)資料來(lái)分析此次過(guò)程的雷達(dá)回波演變。

長(zhǎng)沙雷達(dá)觀測(cè)強(qiáng)對(duì)流回波于19日19：00～22：00自西向東影響湘潭、長(zhǎng)沙、株洲北部，19：00～20：30這一段時(shí)間較強(qiáng)，回波呈帶狀分布，回波帶上有多個(gè)強(qiáng)回波中心，強(qiáng)回波中心在60～65 dBz，且能觀測(cè)到高仰度角基本反射率因子回波形態(tài)呈三體散射特征；邵陽(yáng)雷達(dá)觀測(cè)到20：30從貴陽(yáng)至湘西有強(qiáng)對(duì)流單體發(fā)展，20：49可清楚看到回波三體散射特征，21：51邵陽(yáng)雷達(dá)西部2個(gè)強(qiáng)對(duì)流單體發(fā)展影響靖州，后一個(gè)回波單體低層反射率因子65 dBz，回波形態(tài)呈“V”型缺口，向東偏南緩慢移動(dòng)，強(qiáng)對(duì)流回波于20：00～23：00一直在湘中呈東北-西南帶狀發(fā)展，回波帶鑲嵌多個(gè)強(qiáng)回波中心，反射率因子超65 dBz，回波呈“V”型缺口形態(tài)，回波不斷自西向東南方向發(fā)生發(fā)展生消；23：55，強(qiáng)對(duì)流回波帶發(fā)展為颮線，颮線在偏西氣流引導(dǎo)下東移，掃過(guò)邵陽(yáng)地區(qū)。永州雷達(dá)上高仰度角上，20日00：30颮線東段與邵陽(yáng)雷達(dá)東面強(qiáng)回波合并后，出現(xiàn)“弓形”回波特征，回波中心強(qiáng)度達(dá)65 dBz，颮線前沿有多個(gè)強(qiáng)風(fēng)暴單體側(cè)向排列，且有明顯的反射率因子梯度；20日02：04，帶狀回波逐漸演變成兩塊弓形回波，東北方向的弓形回波迅速東移減弱，西南方向的弓形回波此時(shí)達(dá)最強(qiáng)盛階段，當(dāng)它橫掃永州時(shí)導(dǎo)致永州自北向南出現(xiàn)雷暴大風(fēng)，局地冰雹；此后1 h，颮線強(qiáng)度維持不變，向東南移動(dòng)經(jīng)過(guò)郴州、株洲南部，導(dǎo)致湘東南颮線過(guò)程。

3.2 冰雹出現(xiàn)時(shí)的雷達(dá)回波特征

從邵陽(yáng)雷達(dá)與長(zhǎng)沙雷達(dá)回波基本反射率因子圖上可以看到，多個(gè)強(qiáng)回波單體鑲嵌在東北—西南向的強(qiáng)回波帶上（圖5～6）。仔細(xì)分析強(qiáng)回波帶及強(qiáng)

對(duì)流單體回波特征發(fā)現(xiàn)，19日22：10前后，多個(gè)強(qiáng)回波單體反射率超過(guò)60 dBz，回波形態(tài)具有明顯的“V”型缺口、三體散射特征，對(duì)應(yīng)強(qiáng)回波均存在較高的垂直積分液態(tài)水含量（VIL），一般均超過(guò)55 kg/m²，最大達(dá)65～70 kg/m²（圖5a、b）；回波頂高強(qiáng)盛時(shí)達(dá)18 km以上（圖5d）；沿高反射率因子的強(qiáng)回波單體做垂直剖面（圖5c），可以看到回波內(nèi)部明顯的高懸垂穹隆結(jié)構(gòu)，大于65 dBz強(qiáng)回波中心超過(guò)-20 ℃層高度，0 ℃層高度一般位于3～4 km，憑強(qiáng)回波單體的這些回波特征可以較易判斷有冰雹的發(fā)生，同時(shí)也伴有雷暴大風(fēng)、短時(shí)強(qiáng)降水^[2]。

19日19：30～20：30在長(zhǎng)沙、湘潭、株洲北部一帶出現(xiàn)了小冰雹，分析長(zhǎng)沙雷達(dá)的回波特征可以看到，強(qiáng)回波中心反射率達(dá)55～65 dBz，大于60 dBz的強(qiáng)回波擴(kuò)展到了-20 ℃層高度。從19日20：14開始，連續(xù)3個(gè)掃體在高仰度角可見明顯的三體散射。垂直積分液態(tài)水含量（VIL），19日20：26 VIL值超過(guò)55 kg/m²，最強(qiáng)達(dá)55～60 kg/m²；回波頂高（ET）為14～15 km，這些回波特征表明株洲西部、北部對(duì)流發(fā)展非常旺盛，有冰雹等強(qiáng)對(duì)流性天氣出現(xiàn)。

3.3 雷暴大風(fēng)出現(xiàn)時(shí)的雷達(dá)回波特征

葉成志等根據(jù)永州雷達(dá)資料分析了此次颮線過(guò)程導(dǎo)致永州雷暴大風(fēng)的回波特征^[3]，從邵陽(yáng)雷達(dá)觀測(cè)資料來(lái)看，20日00：39在綏寧、城步兩縣開始形成弓形回波，此時(shí)雙峰-祁東北部-東安北部-武岡-綏寧為一條東北—西南向的回波帶，回波帶上的強(qiáng)回波單體具有高反射率因子，多處弓形回波、鉤狀回波與三體散射回波形態(tài)，此時(shí)颮線特征基本形成^[4]。隨著回波帶向東南方向移動(dòng)，湘東南颮線于20日02：16發(fā)展強(qiáng)盛，出現(xiàn)了明顯的弓形回波，弓形回波前沿存在高反射率因子梯度區(qū)，弓形回波后側(cè)存在弱回波通道。從反射率因子垂直剖面可以看出，55 dBz擴(kuò)展到-20 ℃層高度，明顯的回波懸垂，有界弱回波，強(qiáng)回波中心超過(guò)65 dBz。低仰角存在較大的徑風(fēng)風(fēng)速中心，風(fēng)暴中心自西往東南方向移動(dòng)，發(fā)展生消。

從長(zhǎng)沙多普勒雷達(dá)資料分析，20日02：16長(zhǎng)沙雷達(dá)2.4°仰角的基本反射率因子圖上表現(xiàn)為一個(gè)超強(qiáng)風(fēng)暴，由多個(gè)強(qiáng)風(fēng)暴單體組成，最大反射率因子達(dá)60 dBz，范圍長(zhǎng)約120 km、寬約30 km（圖7）；至02：30，超強(qiáng)風(fēng)暴發(fā)展成2個(gè)強(qiáng)風(fēng)暴，一個(gè)朝東北方向移動(dòng)，一個(gè)朝東偏南方向移動(dòng)影響茶陵與炎陵，于20日02：31～02：37影響茶陵，影響茶陵時(shí)強(qiáng)度較強(qiáng)，呈釘子狀回波，同時(shí)探測(cè)到的垂直積分液態(tài)水含量的值高達(dá) 65～70 kg/m²（圖8），于20日02：49～02：55影響炎陵，此時(shí)強(qiáng)度較弱，回波強(qiáng)度僅45～50 dBz。 這種回波往往給影響區(qū)域帶來(lái)冰雹、雷暴、大風(fēng)等強(qiáng)對(duì)流天氣。

從雷達(dá)速度圖（圖9）上，此次過(guò)程低層從過(guò)程開始就存

4 小結(jié)

（1）此次強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)生發(fā)展具備較好的潛勢(shì)條件。強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生前，湘中及湘南地面晴空輻射增溫、對(duì)流層結(jié)不穩(wěn)定，強(qiáng)的垂直風(fēng)切變以及近地面層較好的水汽條件均為這次強(qiáng)對(duì)流發(fā)生發(fā)展提供了良好的潛勢(shì)條件。

（2）此次強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程無(wú)論從環(huán)流背景還是地面中尺度分析、衛(wèi)星云圖分析及多部雷達(dá)資料分析均具備顯著的中尺度特征，根據(jù)對(duì)多種資料分析，不同強(qiáng)對(duì)流類型的判斷及短臨預(yù)警主要還是依賴?yán)走_(dá)的短臨監(jiān)測(cè)與預(yù)警。在短臨預(yù)警中，冰雹預(yù)警需主要關(guān)注強(qiáng)回波最大值，強(qiáng)回波區(qū)相對(duì)于0 ℃層和-20 ℃層高度的位置、有界弱回波區(qū)、垂直液態(tài)水含

量、三體散射等。雷暴大風(fēng)預(yù)警則需關(guān)注是否有颮線或弓形回波生成等，低層是否出現(xiàn)徑向輻合與速度大值區(qū)等特征。

（3）利用多部雷達(dá)較好地監(jiān)測(cè)到了此次湘中南的強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程，單憑一部雷達(dá)對(duì)中小尺度的識(shí)別存在一定的困難，因此發(fā)揮短時(shí)系統(tǒng)與多部雷達(dá)聯(lián)合監(jiān)測(cè)預(yù)警對(duì)強(qiáng)對(duì)流天氣的準(zhǔn)備預(yù)報(bào)預(yù)警發(fā)揮了較大的作用。

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