动力和能量参数在强对流天气预报中的应用研究

■文/向志仕

动力和能量参数在强对流天气预报中的应用研究

■文/向志仕

摘要强对流的发展需要依靠一定的基础条件的支持，如热力的不稳定、相应的动力环境等。一般情况下，容易造成灾害的是一种深厚对流，而且对流的有效位能也能够体现对流层大气总体垂直热力结构。本文主要对热力不稳定与能量在对流下沉运动潜势中的应用进行了分析，并论述了螺旋度等动力参数在强对流天气预报中的应用。

关键词动力能量参数强对流天气预报

在特定大气环境下，中尺度对流活动的发展会产生一种强大的对流系统，即强风暴。在这种环境下，对流的发展会形成积雨云体，从而导致天气灾害的发生。在对流活动中，相应的动力作用和热力的不稳定性会对对流的发展强度造成一定的影响。在强对流天气预报中，常常会使用到一些对流参数，如能量、动力及热力等，而且这些能量参数和动力也逐渐被应用于强对流天气预报中。

一、热力不稳定与能量在对流下沉运动潜势中的应用

强对流属于一种深对流，与其它对流的伸展高度相比，这种对流的伸展高度往往会比均质大气的高度大。一般情况下，深厚对流会导致一些灾害天气的产生，比如强雷暴、龙卷等。强对流天气预报要想得到实现，则必须要依靠一定的基础条件，即深对流预报。在强对流天气中，强雷暴天气是较常出现的一种天气情况，而导致强雷暴天气出现的主要原因是因为热力的不稳定以及一定的动力作用。根据研究结果显示，强风暴天气的出现与深对流有着直接的关系，这主要表现在下述三个方面：一是对流层低层的水汽供应比较充足；二是温度的降低率造成了热力的不稳定能量；三是相应的抬升力能够提高自由对流高度。根据这些因素，有些学者研究出了深对流指数（DCI）的表达公式，即SDCI=（T850+Td850）-LI。其中，T850和Td850所代表的是850hPa层的温度及露点，LI则代表地面抬升指数。

在深对流指数中，对850hPa层的温度和地面直至500hPa的浮力特性进行了一定的结合。一般情况下，当深对流指数变大的时候，预示条件也会变得更加不稳定。因此，当抬升气块触发条件变得充足时，强对流天气就会产生。此外，深对流指数不仅体现了对流层中低层的稳定度，也是对不稳定对流潜势的体现。当深对流的发展具备相应的基础条件的时候，其他能量参数也会对风暴强度及类型的预报造成一定的影响。在这些能量参数中，对流有效位能（CAPE）是一种代表性的参数。从理论上分析，对流有效位能也是对因上升运动环境而达成的垂直运动强度的体现。而且，对流有效位能与传统不稳定指数也有一定的区别，即对流有效位能在一定程度上也能够反映大气的整体结构特征，这也是对流有效位能较常被用于天气预报的主要原因之一。

深对流指数与对流有效位能是对对流稳定度及上升对流能量的最好体现。强风暴具备的下沉气流这一特征是为了与强烈上升运动相呼应。强风暴内之所以会出现下沉气流，主要是因中层干空气与水云体的混合、蒸发和冷却而产生的。一般情况下，风暴形态与结构往往会因所受中层空气的干燥程度以及侵入风暴强度的影响而发生改变。

二、螺旋度等动力参数在强对流天气预报中的应用

对流得以发展的基础条件是热力不稳定及能量的所起到的作用，而对流的触发与维持和环境场动力因子之间有着极为紧密的联系。在强风暴的形成过程中，强风暴的类型与风的垂直切变这一能量参数有着一定的关系，该能量参数在强风暴的发展中也发挥着至关重要的作用。螺旋度与风暴相对螺旋度是在风切变这一能量的基础上所得到的与强风暴预报有关的动力参数。一般情况下，强对流系统都具备旋转性与上升运动这两种特征，螺旋度则是这两种特征的结合所得出的一种新的动力参数。从本质上而言，螺旋度是指流体旋转和沿旋转方向运动的物理量，较常被用于流体力学的研究中。强风暴所具备的显著特征是指螺旋度特征，这也代表着在螺旋度高的地方往往最容易出现强对流风暴。究其原因，主要是因为高螺旋度对能量的串级造成了干扰，且在超级单体风暴的形成过程中发挥着至关重要的作用，同时单体风暴的传播也会使螺旋度所起到的作用得到充分发挥。

在暴雨及强对流天气的预报中，螺旋度得到了广泛的使用。比如吴宝俊等利用地转螺旋度对三峡大暴雨的形成和维持进行了研究，并准确发现了暴雨的形成与螺旋度垂直分布结构之间的关联性；李耀辉等依据螺旋度理论对暴雨的演变和对流层中尺度低涡得以发展的原因进行了分析，并得出了一些研究结果，即正旋转风螺旋度的演变过程也是风暴中心和风暴中尺度涡旋的位置发生变化的过程，而较大的螺旋度际暴雨中尺度低涡及地面气旋系统得以发展的基础条件。在强风暴的发展过程中，风暴螺旋性的计算必须要结合相应的三维观测数据来完成。根据研究结果可知，在强风暴形成前，螺旋度特征表现的不是很明显，这也代表着将螺旋度应用到风暴特性的分析过程中，并不能使螺旋度的作用得到真正发挥，对强风暴强度和类型的预报结果也会出现偏差。从预报角度分析，在强对流天气形成前，大环境场涡度的垂直分量往往会比风切变小一个量级。

三、结束语

综上所述，强对流天气是指能量的积累、转化和释放的过程。强对流天气的形成与热力不稳定等动力因子和能量参数的变化有着一定的关系，因此在强对流天气预报中，要想保证预报结果的准确性，则必须要对这些动力因子和能量参数的变化情况进行分析，将热力不稳定、螺旋度等动力和能量参数应用到强对流天气预报中去，从而保证强对流天气的预报能够更加准确。

参考文献：

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（作者单位：湖北省来凤县气象局）