利用FY-2卫星云图分析龙卷风暴发生的环境条件

Size: px

Start display at page:

Download "利用FY-2卫星云图分析龙卷风暴发生的环境条件"

澜申屠
5 years ago
Views:

1 两次飑线过程的环境条件与卫星云图的对比分析黑龙江省气象台吴迎旭周一周弈含

2 主要内容综合利用多种常规观测资料对比分析 2011 年 8 月 30 日发生在黑龙江省西部 ( 本文简称 08.30) 和 2013 年 6 月 3 日发生在黑龙江省南部 ( 本文简称 06.03) 的两次不同强度飑线过程的环境条件和卫星云图特征

3 文章框架飑线特征对比分析天气背景对比分析两次飑线环境条件对比分析水汽条件对比分析不稳定层结对比分析 ( 冷暖平流干湿平流 ) 触发机制与高空辐散逆温层与对流有效位能垂直风切变飑线中尺度云带对比分析出生 - 消亡结论

4 飑线特征对比分析发展强烈时长约 150km, 宽约 20km, 长宽之比约为 7.5:1, 移速约 45km/h, 持续时间约 6h, 影响了黑龙江省西北部的大部分地区发展强烈时长约 110km, 宽约 18km, 长宽之比约为 6:1, 移速约 35km/h, 持续时间为 4h, 主要影响哈尔滨地区两次飑线过境时飑线过程变化强度较要剧烈一些, 特别是气压上升幅度和风速的变化, 温度和湿度变化差距较小另外,08.30 飑线产生的 1 小时降水量超过 30mm 的站次超过 10 个, 而飑线 3h 降水量超过 30mm 的站次没有气象要素长宽比第一次飑线第二次飑线移速 /km h - 持续时间 /h 温度差 / 气压差 /hpa 最大风速 /m s -1 降水量相对湿度温度梯度 /mm 差 (%) ( /100km) 7.5: (4-9) /h 6: (3-9) /3h

5 天气背景对比分析两次过程分别发生在 500hPa 短波槽前和 500hPa 冷涡前部, 地面气旋东部并接近气旋中心的位置, 都存地面不稳定和触发机制但冷锋处于槽后, 属于二型冷锋 ;06.03 冷锋处于槽线前部, 属于一型冷锋 2011 年 8 月 30 日 08: 年 6 月 3 日 08:00 500hPa 和地面形势场

6 两次飑线环境条件对比分析水汽条件对比分析在飑线附近局地湿度条件明显优于过程, 过程中,850hPa 飑线处有一条明显的湿舌, 湿舌自辽宁东北部经吉林东部至黑龙江的大兴安岭和黑河交界处, 湿舌的宽度较宽约四个经度, 利于释放更多的位势不稳定能量这次过程的强天气就是从湿舌西部开始, 向东南移动至黑龙江中南部地区过程中,08 时低层 hPa 黑龙江省的水汽含量不是很大, 略干一些, 湿区位于渤海湾至吉林中西部, 湿区位置随着高度的增加不断北移, hPa 中层湿舌可延伸至黑龙江南部为相对湿区, 随着前期弱降水产生, 地面湿度略有增加

7 08.30 过程中 850hPa 和 925hPa 分别在黑龙江省西北部和西南部有明显的水汽通量辐合过程存在 hPa 低空和超低空急流, 低空急流都是从相对湿区经过, 并在飑线生成处存在辐合, 有利于水汽输送,850hPa 水汽辐合中心位于吉林东部,925hPa 水汽辐合中心位于黑龙江与吉林交界的中部地区, 影响黑龙江南部地区, 但过程的水汽通量散度中心值低于过程

8 不稳定层结对比分析冷暖平流两次飑线过程都出现了低层暖空气的抬升和中层冷空气的下沉, 其中低层暖空气都较强, 而中层冷空气的势力要强于过程, 飑线附近探空战探测 08 时 T 为 26-30,850hPa 在黑龙江省西部辐合区前部有一个温度脊, 同时在黑龙江省西南部与大兴安岭交界处形成一片升温区, 温度脊在最大湿区的西侧向北抬升 ;700hPa 和 500hPa 在黑龙江省西部有温度槽, 使得冷空气下滑, 并伴有 24h 降温区, 在西风气流作用下, 冷空气不断向东南扩展, 与暖空气汇合, 形成了黑龙江省西部强烈冷暖对比

9 06.03 过程, 飑线附近探空战探测 08 时 T 均为 28, 表示低层 850hPa 有吉林东部向西北方向延伸的强温度脊, 暖脊经黑龙江南部至齐齐哈尔北部, 在黑龙江省西南形成一片升温区, 温度脊的走向与湿区一致, 位于湿区北侧 ;500hPa 影响黑龙江的两个温度槽非常弱, 一个是大兴安岭黑河东部至黑龙江南部, 并与温度脊相交 ; 另一个是吉林辽宁和内蒙古交界处, 这样形成了低层强暖气流与中层弱冷空气交汇的不稳定形势高空中尺度分析 2011 年 8 月 30 日 08:00(a) 和 2013 年 6 月 3 日 08:00(b)

10 干湿平流两次过程飑线生成处在中层都出现了干空气入侵过程, 在 700hPa-500hPa, 有一条干线在辐合线的前部, 在 500hPa 形成干湿对比明显的独立湿区, 在西风作用下, 将干空气源源不断推进黑龙江省西部, 形成中层的干侵入, 导致上干下湿的不稳定结构过程中层 500hPa 存在中空急流, 中空急流恰好是从干区经过, 将干冷空气吹向急流轴右侧产生下沉气流

11 触发机制与高空辐散两次过程的飑线都是生成于暖锋后冷锋前的气旋前部, 在引导气流的作用下, 冷锋分别在两次过程中不断靠近黑龙江西部和南部从卫星云图上也都能探测到弧状云线, 加强下沉气流两次飑线过程都存在低压槽, 低层辐合加强抬升,08.30 过程的低层 925hPa 冷式切变线附近处分别有 850hPa 和 700hPa 的干线, 该干线在 28 日 08 时就已经存在于 850hPa 上空, 直到 30 日 500hPa 短波槽的移进, 使得气流从干空气进入湿空气, 增加干湿对比, 触发了强对流天气的发生

12 逆温层与对流有效位能过程黑龙江省齐齐哈尔在 900hPa 附近出现恒温,11 时订正的 CAPE 值为 2878J kg 过程齐齐哈尔和哈尔滨探空站在 hPa 分别出现逆温和恒温,08 时两个探空站的 CAPE 值基本为 0,11 时修正后哈尔滨站的 CAPE 值达到了 444J kg-1, 尽管对流有效位能不是很大, 但在逆温层的作用下得到存储累计, 有利于对流的生成

13 两次过程飑线附近探空站的垂直风切变值, 两次过程的垂直风切变值都比较大, 但过程未能在充沛的水汽条件中维持, 只有中等到强的垂直风切变在水汽充分时, 才能有利于成熟风暴的维持过程 0-3km 垂直风切变较大, 在一定情况下, 某一次的较强垂直风切变可以发生高组织的强对流过程在 0-1km 垂直风切变较大, 但缺少水汽条件, 未能导致非常强烈的天气现象发生从图 5 的探空图可以看到中低层的风矢量随高度顺转, 说明雷暴前进方向右侧低空辐合高空辐散有利于新的对流单体在右前侧形成日期站点 0-1km s km s km s 嫩江 2.1*10-3 5* * 哈尔滨 16* * *10-3

14 飑线中尺度云带对比分析两次飑线过程在 FY-2 卫星云图上表现为一条带状对流云带, 他们都是在一个较大的对流云团南部发展出的一条飑线云带过程中的对流云团和飑线云带都呈南北走向, 是一个典型的 MCS 云团, 卫星云图观测飑线尺度大约为 km, 属于中尺度系统过程在内蒙东北部至我国东北东南部有一个小的涡旋云系, 黑龙江南部处于涡旋头部靠近涡中心位置, 涡旋云系在引导气流的影响下向东北方向移动

初生阶段两次过程在卫星云图上的表现都是从一条细的云线开始, 在有利的环境条件下, 迅速发展成为飑线 08.

03 过程是在涡旋云系内部一个对流云团的东南部有一条对流云线, 云线与云团主体相距约 188.

15 初生阶段两次过程在卫星云图上的表现都是从一条细的云线开始, 在有利的环境条件下, 迅速发展成为飑线过程在 MCS 云团南部连接一条南北走向的对流云线过程是在涡旋云系内部一个对流云团的东南部有一条对流云线, 云线与云团主体相距约 188.6km, 对流云线呈西北 - 东南走向两次过程的云团东北部的下风方有卷云砧, 强的垂直风切变一般都会伴有显著的卷云砧结构, 两次过程卷云砧长度分别约 170km 和 110km 左右, 垂直风切变的强度都很大 2011 年 8 月 30 日 10:00 可见光 (a) 和 2013 年 6 月 3 日 08:00 红外 (b)

30 过程, 有 4 个小的对流云团整齐排列, 云带面积约为 8007km2, 外围 TBB 值约 -43, 飑线与弧状云线距离约 11km;06.

16 发展阶段两次过程的飑线云带在发展中的共同点是 : 向东缓慢移动, 对流云线的强度增强, 面积扩大, 边界逐渐光滑, 形成明显的带状对流特征且在飑线的前部有不太明显的弧状云线, 弧状云线的出现预示着有强烈的下沉气流,08.30 过程, 有 4 个小的对流云团整齐排列, 云带面积约为 8007km2, 外围 TBB 值约 -43, 飑线与弧状云线距离约 11km;06.03 过程, 飑线云带面积约 1600km2, 外围 TBB 值约 -35, 飑线与弧状云线距离约 7.2km, 发展速度较快飑线云带发展阶段 ( 可见光 ) 2011 年 8 月 30 日 11:30(a) 和 2013 年 6 月 3 日 11:30(b)

17 成熟阶段成熟阶段的飑线云带面积继续扩大到最大此阶段的红外增强云图的温度梯度非常大, 水汽图上还可以更清楚的看到水汽输送及干湿边界, 弧状云线变得清晰并与飑线主体距离减小, 说明对流风暴强度加强过程, 水汽自我国东海输送至黑龙江西北部, 形成非常强而孤立的湿区, 在黑龙江西部与内蒙古交界处有明显干区, 形成干湿对比 (a), 飑线云带面积为 km2, 与弧状云线距离减小到 8km, 飑线上 1 号和 2 号云图已经合并成 5 号云团 ( 图 (b)), 最大云顶亮温梯度达到 10 /50km, 最低 TBB 值为 -59, 这也是强对流多发区 ;

0km2, 可以看到云带上有两个凸起的小对流云团, 弧状云线位于飑线前部约 4km ( 图 (d)), 最低 TBB 值为为 -51 从上述特征来看,

18 06.03 过程的水汽是从渤海湾输送到我省南部, 黑龙江南部有蒙古经我国东北地区南部输送到黑龙江南部的干冷空气, 它与水汽带都呈气旋性弯曲, 强的水汽梯度表明存在垂直环流 ( 图 (c)), 飑线云带面积为 km2, 可以看到云带上有两个凸起的小对流云团, 弧状云线位于飑线前部约 4km ( 图 (d)), 最低 TBB 值为为 -51 从上述特征来看, 无论飑线强度还是影响范围,08.30 过程都远远超过过程 2011 年 8 月 30 日 12:00 水汽图 (a) 2013 年 8 月 30 日 12:00 可见光 (b) 2013 年 6 月 3 日 12:00 水汽图 (c) 2013 年 6 月 3 日 12:00 可见光 (d)

19 消亡阶段弧状云线逐渐远离飑线, 飑线特征也变得模糊,08.30 过程只能观测到变弱的云团 ( 图 (a)),06.03 过程 2 号云团已经失去对流云团特征,1 号云团在面积和强度上也正在减弱 ( 图 (b)) 两次过程飑线云带生命分别维持了 6h 和 4h, 弧状云线与飑线距离又分别增大到 9km 和 6.5km 2011 年 8 月 30 日 13:00(a) 和 2013 年 6 月 3 日 13:00(b)

20 结论 (1) 两次过程都发生在地面气旋东部靠近气旋中心的位置都存在地面冷锋过程冷锋处于高空槽线后部属于二型冷锋,06.03 过程冷锋处于高空槽前部属于一型冷锋 (2) 水汽输送和不稳定条件是两次飑线形成的环境条件飑线附近水汽条件优于过程, 并出现了明显强降水天气过程的中层冷空气强于过程, 导致持续时间和影响范围也相对较大过程干线在辐合线的前部与 500hPa 独立湿区形成干湿对比, 对大风形成更有利同时过程没有低层水汽配合垂直风切变不能增强斜升气流和低层暖湿, 飑线过境时没能形成大风天气

21 (3) 两次飑线过程在 FY-2 卫星云图上表现为较大对流云团南部由对流云线发展成的一条飑线云带, 发展过程中可看到弧状云线和云团东北部存在下风方的卷云砧过程对流云团和飑线云带都呈南北走向, 是一个典型的 MCS 云团, 发展旺盛时, 飑线云带面积为 km2, 与弧状云线相距约 8km, 最大云顶亮温梯度可达 10 /50km, 显示的最低 TBB 值为过程在内蒙东北部至我国东北地区东南部有一个小的涡旋云系, 在引导气流的影响下向东北方向移动, 并在涡旋头部伸展出一条飑线云带, 旺盛阶段的飑线云带面积为 km2, 距离弧状云线约 4km, 最低 TBB 值为为 -51

气象第卷第期对流不稳定度

气象第卷第期对流不稳定度张芳华张涛周庆亮杨克明国家气象中心北京中国气象科学研究院灾害天气重点实验室利用上海自动观测站资料的逐小时分析资料水汽云图和多普勒雷达探测等资料对年月日上海飑线天气过程进行天气动力学诊断分析结果表明上海处在上干冷下暖湿的不稳定大气层结中对流层上层干冷空气的侵入和边界层暖湿气流强烈辐合是飑线天气的触发机制飑线以断续线型与后续线型相结合的型式形成在对流单体的右侧不断新生单体