摘要：冷渦背景下的強對流天氣常常錯報和漏報。為了提高此類強對流天氣的預報準確率，利用2013—2022年常規(guī)地面和高空觀測資料以及地面區(qū)域自動站資料，運用統(tǒng)計分析方法，對江蘇地區(qū)116次冷渦強對流的天氣特征進行分析。結果表明：冷渦強對流類型主要有短時強降水、雷暴大風和混合型，其中混合型發(fā)生頻率最高（90%），最大小時雨強主要集中在30～49.9mm/h和50～79.9mm/h，雷暴大風風力大多為8～9級（48%），其次是10級以上（36%）；對流觸發(fā)時間呈雙峰型分布，主要分布在夜間和午后，最高峰為00—02時；不同類型冷渦下的強對流天氣既有共性特征，也存在一定的差異性；短時強降水和雷暴大風比較容易發(fā)生在沿淮、淮北地區(qū)和沿江、蘇南地區(qū)這兩大區(qū)域，冰雹落區(qū)則相對比較分散。

關鍵詞：冷渦強對流天氣特征短時強降水雷暴大風

中圖分類號：P468

CharacteristicsofSevereConvectiveWeatherinJiangsuProvinceUndertheBackgroundofColdVortex

LUWei1XUQinchen2

1.TaizhouMeteorologicalBureau，Taizhou，JiangsuProvince，225300China;2.JiangsuMeteorologicalDisasterPreventionTechnologyCenter，Nanjing，JiangsuProvince，210019China

Abstract：Severeconvectiveweatherunderthebackgroundofcoldvortexisoftenmisreportedandunderreported.Inordertoimprovetheaccuracyofforecastingsuchsevereconvectiveweather，StatisticalAnalysismethodisusedtoanalyzetheweathercharacteristicsof116coldvortexstrongconvectioneventsinJiangsuregionusingconventionalgroundandupperairobservationdatafrom2013to2022，aswellasgroundregionautomaticstationdata.Theresultsshowthatthemaintypesofcoldvortexstrongconvectionareshort-termheavyprecipitation，thunderstormgale， andmixedtypes.Amongthem，themixedtypehasthehighestfrequencyofoccurrence（90%），andthemaximumhourlyrainfallintensityismainlyconcentratedin30-49.9mm/hand50-79.9mm/h，withthunderstormgalemostlyrangingfromlevel8-9（48%），followedbylevel10orabove（36%）;Thetriggeringtimeofconvectionshowsabimodaldistribution，mainlydistributedatnightandafternoon，withthehighestpeakoccurringfrom00to02o'clock;Strongconvectiveweatherunderdifferenttypesofcoldvortexhasbothcommoncharacteristicsandcertaindifferences;Short-termheavyprecipitationandthunderstormgalesaremorelikelytooccurinHuaiRiverandnorthofHuaiRiverregions，aswellastheYangtzeRiverandsouthernJiangsuregions，whilehailareasarerelativelyscattered.

KeyWords：Coldvortex;Strongconvection;Weathercharacteristics;Short-termheavyprecipitation;Thunderstormsgale

江蘇地處中國東部，屬于東亞季風區(qū)，冷暖氣流交匯頻繁，強對流天氣多發(fā)，對流類型多、致災性強，其極端性顯著增強。東北冷渦（簡稱：冷渦）是深厚的大尺度環(huán)流系統(tǒng)，可以引導高空冷空氣南下，易形成上冷下暖的不穩(wěn)定層結，為強對流天氣的發(fā)生提供不穩(wěn)定層結環(huán)境，誘發(fā)中小尺度系統(tǒng)的發(fā)展。近年來，冷渦背景下極端強對流導致的災難性事件常有發(fā)生，北京7.21特大暴雨最大小時雨強達100.3mm/h，造成嚴重城市內澇，危害人民生命財產安全；江蘇4.30冰雹大風天氣是一次冷渦背景下的強對流過程。2022年7月20日江蘇宿遷、淮安、連云港和鹽城多地發(fā)生龍卷，2023年江蘇6.10南通龍卷和8.13鹽城龍卷都是在冷渦影響下發(fā)生的。

強對流天氣空間尺度小、生命史短、發(fā)展迅速、變化劇烈，常會伴隨短時強降水、雷暴大風、冰雹、龍卷等災害性天氣，是江蘇地區(qū)汛期主要的災害性天氣之一。研究冷渦背景下的江蘇強對流天氣特征，可以加深對該天氣類型的認識，更好地助力防災減災。

1目的和意義

東北冷渦在全年皆可生成，在4、5月生成最多，在3、8月生成較少[1]。相關研究表明：除了東北、內蒙古、華北和黃淮等地顯著受冷渦影響外，冷渦中心最南可位于山東附近，外圍最南可以影響到華南[2]。

在冷渦背景控制下，江蘇省高空受西北氣流控制，天氣晴好，往往缺乏良好的水汽條件，但是存在較好熱力條件，形成了不穩(wěn)定層結，因此可以把大氣層結穩(wěn)定度變化和后部冷空氣的滲透作為預報著眼點。應爽等人[3]發(fā)現，在東北冷渦不同階段其冷暖空氣的主導作用是不同的，從而產生不同的水汽分布、不穩(wěn)定層結和觸發(fā)機制，衰減期的冷渦后部高空槽帶動大范圍冷空氣南下，出現短時強降水、雷暴大風和冰雹天氣。曹艷察等人[4]的研究表明，短時強降水主要出現在冷渦中心南部或東南部，雷暴大風型和強降水型過程主要出現在東北冷渦的發(fā)展和成熟階段，而混合型過程主要發(fā)生在東北冷渦的成熟階段。齊鐸等人[5]發(fā)現冷渦背景下降水區(qū)水汽凈收入與降水強度之間存在明顯的正相關關系。張一平等[6]通過統(tǒng)計河南強對流天氣的歷史發(fā)現，40%區(qū)域性強對流天氣發(fā)生在東北低渦槽后型天氣形勢下。孫燕等[7]的研究表明，冷渦（槽）后型是江淮地區(qū)強對流天氣較為典型的天氣背景之一。這種天氣型常見于4月中下旬至6月上旬，東北（華北）冷渦活動較頻繁，冷渦在維持或更替過程中，渦后常伴有冷空氣南下影響江淮地區(qū)，在這種天氣背景下，江淮地區(qū)常會出現冰雹、雷暴大風、短時強降水甚至龍卷等強對流天氣。李新新等人[8]的研究發(fā)現，冷渦背景下江蘇極端短時強降水頻次呈緩慢上升趨勢。

以往的研究多針對個別典型強對流天氣過程，很少涉及不同類型強對流天氣特征分析。為了提高對強對流天氣的預報預警能力，本研究選取近10年江蘇地區(qū)在冷渦背景下發(fā)生強對流天氣過程，對比研究這些強對流的天氣特征，為科學認識該背景下強對流天氣的變化特征以及短臨預報服務提供參考。

2資料和方法

2.1資料來源

本研究采用的資料主要包括：（1）2013—2022年4—9月江蘇地區(qū)國家觀測站及地面區(qū)域自動站觀測資料；（2）Micaps高空及地面觀測資料、重要天氣報以及南京站、徐州站和射陽站的探空資料；（3）江蘇S波段雷達觀測產品資料。

2.2研究方法

本研究中冷渦的定義為：500hPa天氣圖上，35～60?N、105～145?E范圍內出現閉合等高線，并有冷中心或者冷槽配合，持續(xù)2天或以上的低壓環(huán)流系統(tǒng)，并根據孫力等的定義，按地理位置將冷渦劃分為北渦（50～60?N）、中間渦（40～50?N）和南渦（35～40?N）。若冷渦跨越50?N或40?N移動，則按實際發(fā)生位置對其進行歸類。此外，把冷渦中心500hPa位勢高度的變化情況作為冷渦發(fā)展、成熟和衰亡階段的劃分依據。當冷渦中心某時次的500hPa位勢高度值較上一次有所降低時，稱此時次為冷渦發(fā)展階段，反之為冷渦減弱消亡階段，若變化趨勢不明顯，則認為是成熟階段。

強對流天氣類型分為短時強降水、雷暴大風、混合型（短時強降水、雷暴大風和冰雹發(fā)生2種或以上）3種類型，其中短時強降水的強度等級分為20～29.9、30～49.9、50～79.9和≥80mm/h四個等級，雷暴大風分為13.9～17.1、17.2～24.4和≥24.5m/s三個等級。

首先，利用國家觀測站、地面區(qū)域自動站觀測資料和重要天氣報，結合強對流天氣過程匯編和雷達觀測產品資料，選出2013—2022年4—9月江蘇地區(qū)發(fā)生的強對流天氣過程。其次，結合Micaps500hPa高度場和溫度場，篩選出2013—2022年4—9月冷渦背景下發(fā)生的強對流天氣過程，并將這些個例根據具體類型分門別類，主要分為短時強降水、雷暴大風和混合型3種類型。最后，統(tǒng)計分析3種類型強對流的強度、對流觸發(fā)時間、時空分布等特征。進一步對比不同類型冷渦（北渦、中間渦和南渦）背景下，強對流天氣特征。

3冷渦強對流天氣特征分析

3.1強對流類型特征

利用上述研究方法篩選出2013—2022年4—9月江蘇地區(qū)發(fā)生的強對流天氣過程共計116例，將這些過程按照短時強降水、雷暴大風、混合型3種類型進行劃分統(tǒng)計，結果如圖1所示。在冷渦背景形勢下，江蘇地區(qū)3種類型的強對流天氣均有可能發(fā)生，其中混合型強對流發(fā)生頻次最多（104次），其次是雷暴大風（10次），只發(fā)生短時強降水的頻次最少，只有2次。單獨一種強對流（短時強降水或雷暴大風）發(fā)生的概率為僅為10%，遠低于混合型強對流發(fā)生的概率（90%），未發(fā)生單獨出現冰雹的天氣個例。

根據冷渦位置的差異，將這些天氣個例進一步細分為北渦、中間渦和南渦3種類型，并統(tǒng)計不同冷渦背景下強對流的類型，結果顯示，中間渦發(fā)生的頻次最多（65次），其次是北渦（47次），南渦發(fā)生的頻次最少，只有4次。中間渦背景下，江蘇地區(qū)3種類型的強對流天氣均有發(fā)生，混合型最多（58），雷暴大風次之（5），短時強降水最少（2）。北渦形勢下，只出現過雷暴大風（4）和混合型（43）。南渦時，同樣只發(fā)生了雷暴大風（1）和混合型（3）。3種冷渦背景下，均表現為混合型強對流發(fā)生的頻率最高。同時，可以發(fā)現單純的短時強降水型天氣過程，只會出現在中間渦的背景形勢下。單純的雷暴大風天氣主要發(fā)生在北渦和中間渦的形勢下，南渦背景形勢下出現得較少。

3.2對流強度特征

根據短時強降水和雷暴大風的強度等級劃分方法，統(tǒng)計116次冷渦背景下江蘇強對流過程中對流強度特征。104例有短時強降水樣本中，不同強度等級均有發(fā)生（圖2），20～29.9mm/h有6例、30～49.9mm/h有28例、50～79.9mm/h有45例、≥80mm/h有25例。降水強度主要集中在30～49.9mm/h和50～79.9mm/h，占比達70%，雨強≥80mm/h的樣本也占據了近1/4（24%），雨強為20～29.9mm/h的過程出現最少。

不同冷渦背景下，短時強降水的雨強分布呈現一定的共性特征，同時也有差異。北渦[圖3（a）]和中間渦[圖3（b）]背景下，各強度等級分布形態(tài)與冷渦背景下總體（圖2）分布形態(tài)類似，都是表現為雨強為50～79.9mm/h的最多，30～49.9mm/h次之，≥80mm/h的緊隨其后，20～29.9mm/h出現最少。南渦[圖3（c）]背景下出現短時強降水的強度分布與北渦、中間渦以及總體情況均不相同，主要表現為20～29.9mm/h、50～79.9mm/h和≥80mm/h雨強出現次數相同，均為1次，30～49.9mm/h沒有出現過。

在116例冷渦強對流過程中，有114例樣本發(fā)生雷暴大風天氣。這些樣本中，8～9級（17.2～24.4m/s）大風出現頻次最多（55次），占比48%；10級以上（≥24.5m/s）大風有37次，占比36%；7級（13.9～17.1m/s）大風出現最少，只有22次。

在不同冷渦背景下，雷暴大風的強度分布呈現一定的差異性。北渦[圖5（a）]背景下，各強度等級分布形態(tài)與冷渦背景下總體（圖4）分布形態(tài)相同，都表現為8～9級大風出現頻率最高，10級以上次之，7級大風出現頻率最低。中間渦[圖5（b）]的強度等級分布形態(tài)與北渦[圖5（a）]和總體情況（圖4）類似，只是10級以上和7級大風出現頻率差異縮小，比較接近。南渦[圖5（c）]背景下的雷暴大風強度分布與北渦、中間渦以及總體情況均不相同，只出現8～9級和10級以上大風，并且10級以上大風出現頻率更高。

11次出現冰雹的個例中，最大冰雹的直徑主要集中在2～3cm，極大值可達4～5cm，最小的為1cm左右。

3.3對流觸發(fā)時間特征

在這116例強對流中，每個個例最早記錄到較明顯對流活動的發(fā)生時間統(tǒng)計情況如圖6所示。從圖6可以看出，冷渦型強對流觸發(fā)時間呈雙峰形分布，主要分布在夜間和午后，有明顯的日變化。最高峰為00—02時，占比40%，這可能與低空急流的日變化有關，低空急流常在夜間增強。作為熱量、動量和水汽的集中帶，常常承擔對流不穩(wěn)定層結的建立者和維持者的角色。次高峰為13—17時，占比29%，這和午后輻射增溫有關，地表下墊面吸收太陽短波輻射，致使上下層溫差加大，容易形成上冷下暖的不穩(wěn)定層結，利于對流的產生。

強對流觸發(fā)時間在不同的冷渦背景形勢下，呈現比較相似的分布特征（圖7），主要分布在午后和夜間。北渦形勢下略有不同，觸發(fā)時間表現出多波型，存在00—02時、11—14時和16—18時三個峰值。

3.4強對流空間分布特征

根據篩選出4—9月冷渦背景下江蘇地區(qū)強對流天氣過程，針對經常發(fā)生強對流的區(qū)域，根據發(fā)生的強對流現象劃分落區(qū)（圖略）。對于沿淮、淮北地區(qū)和沿江、蘇南地區(qū)這兩大區(qū)域，短時強降水和雷暴大風都比較容易發(fā)生。短時強降水在江淮之間南部的部分地區(qū)也較易發(fā)生，雷暴大風在江淮之間北部的部分地區(qū)容易發(fā)生。冰雹的落區(qū)相對比較分散一點，冰雹頻發(fā)的落區(qū)主要集中在徐州和鹽城的大部分地區(qū)，連云港北部、淮安南部和南通中北部的部分地區(qū)也存在冰雹落區(qū)。在沿江和蘇南地區(qū)，存在零星的冰雹發(fā)生點。

4結論與討論

利用國家觀測站、地面區(qū)域自動站觀測資料、重要天氣報和Micaps500hPa高空資料，篩選出近10年（2013—2022年）4—9月江蘇地區(qū)發(fā)生的冷渦背景下強對流天氣過程總計116例。將這些個例按照短時強降水、雷暴大風和混合型分為3類，統(tǒng)計分析這3種類型強對流的強度、對流觸發(fā)時間、時空分布等特征。本文也對不同類型冷渦（北渦、中間渦和南渦）背景下，強對流天氣的表現特征進行了研究。得出的主要結論如下。

（1）冷渦背景下，3種類型的強對流天氣在江蘇均有可能發(fā)生，其中混合型強對流發(fā)生頻次最多（104次，占比90%），其次是雷暴大風（10次），只發(fā)生短時強降水的頻次最少（2次）。單純一種強對流（短時強降水或雷暴大風）發(fā)生的概率為僅為10%，未出現單獨發(fā)生冰雹的天氣個例。

（2）出現短時強降水的個例中，最大小時雨強主要集中在30～49.9mm/h和50～79.9mm/h，占比達70%，雨強≥80mm/h的樣本占比接近1/4（24%），雨強為20～29.9mm/h的個例出現最少；發(fā)生雷暴大風的個例中，8～9級大風出現頻次最多（48%）；10級以上大風占比達36%；7級大風出現次數最少。

（3）中間渦樣本最多，其次是北渦，南渦樣本最少。3種冷渦背景下，均表現為混合型強對流出現頻率最高，單純的短時強降水過程，只會發(fā)生在中間渦形勢下。單純的雷暴大風天氣主要發(fā)生在北渦和中間渦的形勢下，南渦背景形勢下出現得較少。

（4）北渦和中間渦最大小時雨強特征與總體分布形態(tài)類似。南渦的短時強降水強度與北渦、中間渦以及總體情況均不相同。北渦和中間渦的雷暴大風強度特征與總體情況類似，南渦背景下的雷暴大風強度分布與北渦、中間渦以及總體情況均不相同，只出現8～9級和10級以上大風，并且10級以上大風出現頻率更高。

（5）冷渦型強對流觸發(fā)時間呈雙峰形分布，主要集中在夜間和午后，有明顯的日變化。最高峰為00—02時，這可能與低空急流的日變化有關。強對流觸發(fā)時間在不同冷渦背景形勢下，呈現比較相似的分布特征，主要分布在午后和夜間，北渦強對流略有不同，觸發(fā)時間呈現出多波型。

（6）短時強降水和雷暴大風在沿淮、淮北地區(qū)和沿江、蘇南地區(qū)這兩大區(qū)域經常發(fā)生，冰雹的落區(qū)相對比較分散一點。

參考文獻

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