滨州市强冰雹天气过程分析

2018-01-15 10:51王培涛王凤娇
现代农业科技 2017年23期

王培涛++王凤娇

摘要 利用常规观测资料及新一代多普勒雷达资料对2012年6月9—10日发生在滨州市的强冰雹过程进行了详细分析。结果表明,此次过程发生在对流性不稳定层结条件下,高层干冷,低层暖湿,地面有中尺度辐合线。0 ℃层和-20 ℃层高度适宜,各项环境大气的稳定度参数均达到强对流天气的阈值。强垂直风切变导致强对流的发生并使强对流长时间维持。沿海雷暴出流风场加强了低层水汽输送。雷达回波具有弱回波区、回波悬垂等结构,回波由平原进入山区后再次加强。

关键词 强冰雹;层结稳定度;辐合线;雷达回波;山东滨州

中图分类号 P458.1+21.2 文献标识码 A 文章编号 1007-5739(2017)23-0206-03

2012年6月9日夜间到10日上午滨州市出现了一次强对流天气过程,降水分布不均匀,全市平均降水量14 mm。对流天气发展旺盛,先后出现了雷电、短时大风、冰雹等灾害性天气,冰雹最大直径约为3 cm,大部分县区阵风达到7级,因灾造成直接经济损失19 710万元。本文通过分析高低空资料和雷达回波特征,试图找出此次强冰雹的发生机制和雷达回波演变与冰雹的一些相关特征,以进一步提高冰雹的短期和临近预报能力。

1 天气形势及大气稳定度分析

1.1 环流形势

由图1(a)可知,8日8:00 500 hPa欧亚大陆为两槽一脊型,巴湖北部有一填塞冷涡,乌拉尔山以东有强盛的高压脊,脊前在贝加尔湖东侧有冷涡,涡后冷空气注入使涡加深,7日20:00到9日8:00闭合等高线和等温线基本重合,冷涡一直在贝加尔湖东侧维持。9日8:00后,乌拉尔山高压脊减弱,维持贝湖冷涡的冷空气减弱,冷涡开始明显南落,见图1(b)。9日20:00,500 hPa贝加尔湖冷涡中心东南移到北纬50°以南内蒙东北部。贝加尔湖冷涡深厚,8日8:00到9日8:00涡后倾明显,见图2(a)但到了9日20:00涡已经近似于前倾形势,见图2(b)。9日夜间,滨州市的强对流天气发生在冷涡东南象限西到西北气流里。

1.2 大气层结稳定度

K指数、沙氏指数SI、总指数TT、0 ℃层高度ZHT和-20 ℃层高度THT在进行参数计算时,未使用850 hPa以下的资料,因而用这5个物理量作为背景物理量场相对较准确。由9日20:00章丘探空站TlogP图(图3)可知,沙氏指数SI为 -1.74 ℃,K指数为34 ℃,总指数TT为51 ℃,对流有效位能CAPE为61.1 J/kg。0 ℃层高度为4 137.6 m,在600 hPa附近;-20 ℃层高度为7 247.3 m,在400 hPa附近;均处于产生冰雹的最适宜的高度。本次天气过程中各项环境大气的稳定度参数均达到强对流天气的阈值(表1)。

9日白天地面温度很高,大都在33 ℃以上,利于不稳定能量的积累(图4)。9日8:00高空温度场分布(图5)来看,滨州市上空低层为一强的暖脊,高空为一冷槽。结合9日20:00 TlogP图来看,低层暖湿、高层干冷,中低层为西南气流,500 hPa开始为强的西北气流,高空存在强的垂直风切变,有利于对流不稳定层结的形成和加强。

1.3 水汽条件

冰雹天气对水汽要求不是很高。此次过程水汽条件一般,9日20:00 700 hPa温度露点温度差为7 ℃左右,850 hPa温度露点温度差为6~11 ℃,在鲁西北产生冰雹的温度露点温度差范围内(2~12 ℃)。从相对濕度场来看,虽然9日20:00 700、850 hPa相对湿度较小(50%左右),但21:00开始地面转成东北风,最大东北风风速超过16 m/s(图6),使底层渤海湾水汽向滨州市输送。从测站相对湿度变化曲线(图7)可以看到,21:00转东北风后,相对湿度出现跃增,为滨州市出现对流天气提供了水汽。

1.4 动力条件

从9日20:00高空垂直速度场来看,垂直上升速度中心位于河北唐山,滨州市位于上升速度中心附近,500 hPa上升速度超过40×10-3 hPa/s,见图8(a)。沿北纬37.7°进行垂直速度剖面,见图8(b),看出上升运动从地面一直延伸到对流层顶,最大上升速度中心位于250 hPa附近,上升速度为45×10-3 hPa/s左右。由于上升运动随高度增强,促使对流发展达到较高高度,有利于冰雹形成[1-3]。

1.5 触发机制

此次强对流过程的触发条件应该是地面辐合线。地面场在9日20:00倒槽顶端辐合线位于山东、河北交界附近,21:00辐合线到达鲁西北,滨州市北部出现对头风辐合线,强对流天气开始发生。

2 雷达回波分析

2.1 回波整体演变

影响滨州市的强对流天气主要集中在10日凌晨前后。21:00前后,北部无棣县风力开始加大,西北部出现闪电。22:30前后强对流回波开始影响滨州市。23:00回波整体由4块较强对流云组成,见图9(a),不断向东南移动影响滨州市,10日5:00前后移出滨州市。

从实况来看,造成滨州市出现降雹的主要有2块回波,9日23:00开始从德州庆云东南移的强回波开始影响滨州市西北部,局部出现降雹,之后回波向东南移,强度维持,并以此造成阳信、滨城、博兴局部出现冰雹。10日0:00开始从德州商河东南移的强回波开始影响滨州市邹平县西部,之后向东偏南移动,造成邹平局部出现冰雹,见图9(b)。

2.2 雷达回波特征分析

结合图10和图11,从22:57影响滨州市阳信上空的回波RHI可以看到低层入流来自东南方,对应于0.5°仰角图的高反射率因子梯度区。高反射率因子从低到高向入流一侧倾斜,风暴顶位于低层反射率因子高梯度区之上[4-6],由剖面图上可以看出低层的弱回波区和高层悬垂回波结构。影响邹平的强回波结构与该回波结构类似,符合降雹的典型回波结构。

2.3 地形影响

影响邹平的强回波VIL可以看到,0:08—0:17回波明显减弱,从7 856 kg/m2锐减到56 kg/m2,但0:17开始回波明显加强,从56 kg/m2再次跃增到近70 kg/m2。对照邹平地形分布,可以看到回波进入邹平后,地形改变,由平原进入山区。受山地抬升作用,回波得到加强(图12)。

3 结论

(1)本次强对流天气的特点是强对流天气强,雷雨阵风较大,冰雹影响范围广,主要出现在凌晨前后。

(2)本次强对流天气的影响系统是高空冷涡、低空切变线和地面倒槽。

(3)底层暖脊与高层冷槽的配置,以及地面升温建立了高空不稳定层结。冷涡东移南压进入关键区后,在西到西北气流中,地面辐合线触发不稳定能量,滨州产生强对流天气。

(4)有明显对流不稳定层结,指示层结不稳定的物理量均在强对流天气发生阈值内,较强的垂直风切变导致强对流的发生并使强对流长时间维持。

(5)受沿海雷暴出流风场影响,沿海转东北风,低层输送水汽,相对湿度出现跃增,并且与东南风形成地面辐合线。

(6)回波由平原进入山区后,因地形抬升作用造成回波再次加强。

4 参考文献

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[2] 王华,孙继松,李禁.2005年北京城区两次强冰雹天气的对比分析[J].气象,2007,33(2):49-56.

[3] 朱乾根,林锦瑞,寿绍文,等.天气学原理与方法[M].北京:气象出版社,1981.

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