一次弱垂直风切变环境下雷雨大风天气的分析

一次弱垂直风切变环境下雷雨大风天气的分析刘娟 宋子忠 张健 项阳 卢海（阜阳市气象局 ）摘 要 使用MICAPS（气象信息综合分析处理系统）、阜阳新一代天气雷达、安徽省气象自动观测网资料，对2007年7月25日颍上县的雷雨大风天气做了综合技术分析，结果表明这是一次发生在西太平洋副热带高压西北侧、河套低槽逼近我市形势下的强对流过程，局部地区可能发生了下击暴流，造成了较重的灾害。分析了多种雷达产品在此次过程中的表现，指出连续跟踪回波演变是临近预报的必要手段，反射率因子场上的基本特征仍然是雷雨大风临近预报的重要指标，雷达综合切变产品对预报地面灾害性大风有指示作用，现场灾情调查对于灾害性天气性质的界定是非常必要的。关键词 雷雨大风 技术分析引言雷雨大风天气是夏季影响淮北地区的主要灾害性天气之一，往往雷暴、雨暴、风暴同时发生，有时还可能伴有雹暴，对人民生命安全和财产造成危害，给农业生产带来损失。因此对雷雨大风天气的预报预警是夏季我市气象服务工作的重点之一。2007年7月25日安徽省沿淮部分地区遭遇雷雨大风等强对流天气，21个乡镇出现7级以上大风。阜阳市颍上县八里河风景区(位于颍上南部)房屋倒塌200多间，损坏600余间，树木被刮断两万余棵。淮南部分乡镇也出现了雷雨大风天气，造成焦岗湖1.3公里圩堤受损，防浪布大部分被毁，一度出现险情，后经1000多名武警官兵和群众奋力抢险得到控制。同一日凌晨3时至4时，湖北省武汉市黄陂区蔡店乡突遇怪风袭击，发生了千余棵大树同向倒伏或折断的事件。可见这是一次系统性的强对流天气过程。本文主要对影响颍上县的雷雨大风天气做出技术分析。1.天气实况和灾情7月25日05时到07时（本文使用北京时，下同）之间，阜阳市颍上县境内出现了雷雨大风天气，从气象记录和雷达回波演变可知，影响系统是自西向东发展的，影响某一地的时间约半小时左右，最大过程降雨量在颍上县润河23.4mm，最大十分钟降雨量也在润河17.3mm（雨量图略），颍上县最大风速在谢桥16m/，颍上县为12m/（见图1），雷电活动强烈且分布密集（见图2）。图1：7月25日00时至10时极大风速图2：7月25日05时至07时雷电分布由于观测站点是离散的、有限的，仅从气象记录来判断天气的性质有可能是不全面的或有遗漏的，需要用灾情补充分析。阜阳市民政局提供的灾情为，2007年7月25日颍上县十个乡镇遭受龙卷风袭击。7月25日早5：306：10，我县部分乡镇突遭龙卷风袭击，短时阵风达10级以上，范围涉及到刘集乡、八里河镇、垂岗乡、黄坝乡、夏桥镇、杨湖镇、赛涧乡、半岗镇、润河镇、江店孜镇等乡镇33个行政村，八里河镇、刘集乡两乡镇灾情尤为严重。据初步统计，此次灾情造成农作物受灾面积4320亩，倒房733间，损坏房屋1180间，损毁大小树木97819棵，部分地区供电、通讯线路被毁，直接经济损失达2192万元。颍上县气象局赴现场进行了灾情调查。总之，从气象记录、现场调查和民政部门提供的灾情损失综合分析可见，颍上县十多个乡镇出现了八级以上的地面灾害性大风，出灾时间和阜阳市民政局提供的灾情所述相吻合，但不是龙卷风。这次灾害性大风对于正在遭受严重洪涝灾害的颍上人民更是雪上加霜，损失惨重。2.天气形势分析这次过程发生在西太平洋副热带高压缓慢加强西伸，中高纬地区有低槽东移逼近我区的天气形势下。 2007-7-24 20时500hpa本站处于副热带高压西北侧、低槽前部的西南气流中，本站高度585，578的低涡中心位于河套地区40N附近，从我国东北伸向河套有一冷槽，-10 的冷中心和低涡中心相配合，低槽经向度大，槽线伸到较低的纬度（见图3）。700和850hpa在本站西部附近都存在槽线或者切变线（图略）。上述形势场中，本站处于低槽前部天气尺度的上升运动区，同时处于副热带高压西北侧的层结不稳定区，有利于降水和强对流天气的发生。图3：2007-7-24 20时500hpa高空观测场、低槽、冷槽、副高但是TLNP图分析表明，2007-7-24 20时层结为稳定；K=30、Si=2.2、se（500-850）=0.21，CAPE=5J/Kg，都只是一般雷雨指标；整层西南气流,风随高度几乎没有风向的切变；由于24日白天有降雨，故整层湿度都很大。令人费解的是，2007-7-25 08时天气正在发生时，层结仍为稳定（TLNP图略）；但指标变得更有利于对流上升运动，K=34、Si=0.6、se= -15.06， 只是CAPE=0 J/Kg 。图4：2007-07-24 20时 TLNP3.雷达反射率因子等产品演变特征影响系统是一条南北走向的强对流回波带，自西向东扫过颍上县。最大雷达反射率因子达到6570dbz，回波顶高达到1417km。回波带移动速度约为40km/hr,雷雨大风对一地的影响时间为20 30 分钟。3.1 强回波核快速下降从图5可见影响颍上县八里河的回波是回波带上的一处强中心。风暴单体（剖面图左边的单体）的强反射率因子核明显下降，在05:50体扫中60 dbz以上强核在69km，下一个体扫中就降到了36 km，这是地面大风开始的重要标志之一。从风暴结构（62#）产品显示，影响颍上县的风暴单体F7在05：50这个体扫最大反射率因子为69dbz，最大反射率因子所在高度7.3km；在05：56这个体扫最大反射率因子为65dbz，最大反射率因子所在高度3.1km，也是明显下降的。从风暴结构（62#）产品还显示，影响颍上县的风暴单体F7，在05：50这个体扫VIL（基于单体的垂直累积液态水）值为80，这时最大，在05：56这个体扫VIL值为71，在06：02这个体扫VIL值为38，VIL值也是明显下降的。图5：影响颍上的反射率因子及其剖面图像上左图为2007-07-25 05:50(北京时) 组合反射率因子(贯穿强中心的直线为剖面位置)上右图为2007-07-25 05:50(北京时) 反射率因子剖面（剖面位置见左图）下左图为2007-07-25 05:56(北京时) 组合反射率因子下右图为2007-07-25 05:56(北京时) 反射率因子剖面从以上分析推断，影响颍上县八里河的有可能是下击暴流，尽管没有17.9m/s以上大风记录。这和观测网不够稠密有关。在退模糊和不退模糊两种情况下，在颍上县八里河雷达都没有识别出中气旋和龙卷涡旋特征。径向速度场也没有、速度对，由此可以判断影响颍上县八里河的不是龙卷。从灾情来看，大树倒伏的方向比较一致，也不是龙卷。3.2 综合切变窄带回波本过程雷达综合切变值较强为70 80 E-4/S,最大达到100150 E-4/S，说明天气发生时虽然不是龙卷风，但是存在很强的风切变。综合切变大值区和地面大风有较好的对应关系，并且综合切变窄带回波比反射率因子45dbz区域稍有超前。图6是同时刻、同仰角的反射率因子和综合切变，当反射率因子的弱回波刚刚到达颍上、强回波还没有到达时，综合切变窄带回波已经在颍上了。从综合切变图像可见，影响颍上县八里河的综合切变值为70 80 E-4/S，而在颍上县北部的谢桥附近综合切变值达到100150 E-4/S。图6： 2007-07-25 05：38、1.5仰角的反射率因子和综合切变3.3风暴单体F7很可能是脉冲风暴从风暴追踪产品（58#）分析可知影响颍上八里河的风暴单体是F7。对风暴结构产品（62#）分析可知，从F7单体的VIL（基于单体的垂直累积液态含水量）演变来看，F7单体可能是一个脉冲风暴。5：26到5：32之间VIL值跃增，从40以下增到60；5：56到6：02之间VIL值突降，从71降到40以下，形成脉冲陡峭的前沿和后沿，脉冲宽度为5个体扫，即风暴强盛阶段持续30分钟左右。F7单体的最大DBZ持续11个体扫大于55DBZ（图略），可见回波强度很大；并且F7单体强盛时的最大DBZ所在高度达到6到7KM（图略），可见强回波核很高。这些特征都表明F7是强风暴。弱垂直风切变环境中的强风暴只有一种可能，就是脉冲风暴。 本次过程中整层西南气流,风随高度几乎没有风向的切变，应为弱垂直风切变环境。因此可以推断影响颍上八里河的回波很可能是脉冲风暴。4.总结和讨论4.1连续跟踪回波演变是临近预报的必要手段7月24日上午在全省天气预报会商中，我台主班预报员在会商发言中强调指出：根据天气形势和气候背景分析，短期内我市将可能有雷雨大风等对流性天气，有可能是即将出梅的那一场强对流天气。在常规预报中也多次提及雷雨时阵风7到8级，雷电活动强烈等。25日凌晨天气出现后，我台值班员多次了解上游地区的临泉县、阜南县天气实况，都是雷雨没有出现大风，因此没有提前发布雷雨大风预警信号。由于回波系统在移动中局部快速加强，在下游地区出现了雷雨大风或者下击暴流，以致于来不及发布雷雨大风预警信号。以后还是要强调连续地密切关注回波演变，特别要警惕回波带南端新生对流单体的发展，即使上游地区没有出现强天气时，也要高度警惕下游地区可能出现的强天气。4.2反射率因子场上的基本特征仍然是雷雨大风临近预报的重要指标 本次过程中，在退模糊和不退模糊两种情况下，雷达上都没有出现中气旋和龙卷涡旋特征。实况却出现了地面灾害性大风。由此可见，我们在预报中不能过分依赖于某种雷达导出产品，而应该对多种雷达基本产品进行综合考察，经过预报员头脑的思考和分析，从而得出正确结论。本次过程中组合反射率因子场上回波强中心达到60到65dbz，回波顶高分布场表明强中心处对应的顶高达到14到17km,如此强大的云体其下沉气流足以造成地面灾害性大风。这些最基本的特征对于雷雨大风临近预报并没有过时，仍然具有指示作用。4.3雷达综合切变产品对预报地面灾害性大风有指示作用本次过程中，雷达综合切变产品较强为70 80 E-4/S,最大达到150 E-4/S。说明地面灾害性大风发生时，存在着很强的风切变。雷达综合切变产品考察的是沿着雷达径向和切向两个方向上的径向风速切变，默认1.5仰角，因此能表征低层大气的风切变。尽管雷达综合切变产品算法不像中气旋和龙卷涡旋特征那样强调三维相关、强调旋转特征，它相对简单得多，但是我们在对几次地面灾害性大风的分析中认为这个产品实用性比较强，对预报大风的落区、大风的强度都具有较好的指示作用，便于实际业务操作。4.4 现场灾情调查对于灾害性天气性质的界定是非常必要的阜阳市局于25日08：30左右首先从电力部门得知灾情后，主动联系民政部门，并且及