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烜仔谢
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1 一次台风西北气流下的强对流天气分析陈艺芳, 寿绍文, 蒋荣复 2 3, 李彩玲 (. 南京信息工程大学, 江苏 2044;2. 福建莆田市气象局, 福建 350;3. 广东省佛山市气象局, 广东省, 佛山市,528000) 摘要 : 本文对发生在台风海鸥西南侧西北气流控制下的强对流天气进行分析, 通过剖析高空雷电雷达等监测数据, 得到结论 : 强对流天气是在底层转为西南气流的同时, 冷空气促发了低层能量的释放 ; 台风外辐合带云系残余能量在有利对流发展的区域得到重新发展, 造成福建中部沿海的暴雨天气 ; 强对流天气发生前期低层有充分的能量累积过程 ; 低层强垂直切变和大螺旋度环境是引发强对流的动力机制关键词 : 外辐合带云系 ; 湿焓 ; 低层垂直切变 ; 螺旋度中图分类号 :P458 文献标识码 :A 文章编号 : (20) 引言 2008 年月 8 日福建中南部出现了大范围的强雷暴大风区域强降水和飑线等剧烈的对流天气 8 日 3 时 ~20 时三明龙岩莆田泉州厦门漳州先后出现了强雷暴厦门岛西岸晋江东部等多数沿海地区出现了 6 m s - 的大风, 长汀和连城分别于 4:3 5:5 有飑线过境, 过境时观测到的风速长汀为 4. m s - 连城 2.5 m s - 强降水集中在 8 日 4 时 ~22 时, 暴雨范围较小且分布不均 ( 见图 ), 暴雨区与强雷暴范围非常一致此次强降水以短时为主, 降水时间集中在 3~ 4 h 内, 其中龙岩庙前时 h 雨量达 62.3 mm, 莆田城区泉州惠女水库 6 时 h 雨量分别为 50. mm 50.9 mm 此天气过程发生在台风海鸥第 3 象限的西北气流控制下, 这在福建尤其是中南部沿海地市较为罕见本文利用福建省区域加密自动观测资料常规天气观测资料厦门多普勒雷达产品雷电监测资料和 NCEP 再分析资料对此过程进行分析, 以期找出强对流发生发展的原因, 提高对这类天气的预报预警能力 2 天气形势分析 2008 年月 5 日 4 时台风海鸥在菲律宾以东洋面上生成, 此时太平洋副热带高压控制了 32 N 以南的华东和西南地区, 天气晴热 6~ 日副热带高压脊线北抬至江南, 呈带状控制着长江中下游地区, 福建在东北到偏东气流控制下不断升温台风海鸥于日 22 时登陆台湾宜兰,8 日 08 时进入台湾海峡北部, 此时福建中南部位于台风的西南侧, 高空上转为一致的西北风, 河套冷空气不断堆积, 西风槽的加强使副热带高压在河套断裂成 2 个中心随着台风海鸥往西北移动, 于 8 时在福建霞浦县长春镇登陆, 对流层中高层维持西北气流, 但从地面图及雷达风廓线图综合来看, 福建中南部 8 日 4 时起转西南风,850 hp 以下台风的气旋性环流也已覆盖到闽中南沿海地区同时, 高纬西风槽加深东移, 槽后的冷空气由湖北经江西扩散影响到福建中南部分析 24 h 变温 ( 见图 2):8 日 08 时 ~20 时 925 hp 负变温中心移向很好地表征了此次冷空气的活动 8 日 08 时 - T 24 中心位于河北南部山东西部, 中心值达 -9, 而后, 冷空气在移入山东的过程中向南收稿日期 : 作者简介 : 陈艺芳 (98-), 女, 工程师, 主要从事气象预报工作 E-mil: chenyifng2@26.com

35 b. 粗线箭头表示 - T24 移动路图 8 日 4 时 ~22 时总雨量和海鸥路径图图 2 8 日 08 时 () 20 时 (b)925 hp T 24 场 ( 单位 : ) 扩散,20 时在湖北和江西的交界处形成了 -6 的 - T 24 中心, 安徽和福建也被 ~-4 的 - T 24 区所覆盖可见, 本次强对流天气过程是在前期能量累积的基础上, 底层转为西南气流控制的同

的部分回波加强偏东移动进入南部沿海地区后和 c2 相连, 在沿海形成了弓形回波, 带来了强雷暴大风可见, 在同一天气形势下, 冷空气促发了两个不同区域两种不同能量的释放 3 能量分析湿焓是显热能和潜热能之和, 称为湿空气的 [] 焓, 在总能量中是一个热力学参数, 高湿焓区对应着高能量中心, 能很好的反映暖湿空气的能量累积状况分析日 ~8 日的湿焓变化, 日 20 时 ~8 日

2 35 b. 粗线箭头表示 - T24 移动路图 8 日 4 时 ~22 时总雨量和海鸥路径图图 2 8 日 08 时 () 20 时 (b)925 hp T 24 场 ( 单位 : ) 扩散,20 时在湖北和江西的交界处形成了 -6 的 - T 24 中心, 安徽和福建也被 ~-4 的 - T 24 区所覆盖可见, 本次强对流天气过程是在前期能量累积的基础上, 底层转为西南气流控制的同时, 低层冷空气的扩散促发了午后的强对流天气分析龙岩长乐厦门雷达站的资料, 三明南部龙岩的强对流回波是 8 日 4 时开始局地生成发展, 而后在东移中逐渐加强 ( 以 c 代称此区回波 ) 而三明东部莆田泉州的北部的强对流回波 ( 以 c2 代称此区回波 ) 是 3 时起台风前外幅合带云系减弱进入该区域上空后获得新生而引发的 5~ 时 c c2 发展最为旺盛,c 的部分回波加强偏东移动进入南部沿海地区后和 c2 相连, 在沿海形成了弓形回波, 带来了强雷暴大风可见, 在同一天气形势下, 冷空气促发了两个不同区域两种不同能量的释放 3 能量分析湿焓是显热能和潜热能之和, 称为湿空气的 [] 焓, 在总能量中是一个热力学参数, 高湿焓区对应着高能量中心, 能很好的反映暖湿空气的能量累积状况分析日 ~8 日的湿焓变化, 日 20 时 ~8 日 08 时福建高空低层湿焓有一个明显的加强过程 ( 见图 3), 湿焓值平均上升了 2 8 日 08 时 850 hp 上闽中南部出现明显的高湿焓中心, 中心值达 42, 呈西北 - 东南走向, 在 00 hp 上仍有高湿焓舌从西北延伸到东南中低层高湿焓中心与强对流天气发生区域存在良好的对应关系 8 日 08 时三明南部龙岩漳州泉州南部处大值中心, 能量累积最为深厚, 莆田到泉州北部在湿焓等值线密集带中, 残余的台风外辐合带云系借助此能量得到了重新发展值得注意的是, 日 20 时 ~8 日 08 时福建中南部处在台风的西南侧, 高空均为一致的西北气流, 在此形势下湿焓场可做为较好的预报能量的 b c 图 3 日 20 时 () 8 日 08 时 (b)850 hp 和 8 日 08 时 00 hp(c) 湿焓场 ( 单位 : )

3 36 有效工具 4 稳定度分析月 6~ 日副高脊线基本维持在 28 N 附近, 福建各台站持续升温, 日福建西部多数台站日最高气温达到 3, 上杭出现了 38 的高温天气, 闽中南沿海地区大部分内陆平原台站也连续 2 天出现 36 的高温厦门探空站资料显示 ( 见表 ),6 日 08~8 日 08 时 800 hp 以下气层温度呈持续上升状态, 925 hp 上升幅度最大, 达 4 50 hp~600 hp 之间气层却是持续降温, 00 hp 降温最为显著, 下降了 4 地面到低层升温, 中层降温, 层结很不稳定另外, 在探空图上 6 日 08 时 0 层在 530 hp, 随着中高层的降温, 日 08 时 0 层下降了 20 hp, 而 8 日 08 时 0 层又重新抬升到 530 hp, 说明 8 日 08 时起气层稳定度开始下降 6 日 08 时 ~ 日 08 时 00 hp~50 hp 之间形成了较强的逆温,6 日 08 时逆温 2.8, 日 08 时 2, 到 8 日 08 时逆温, 逆温强度逐渐减弱, 气层也逐渐趋于不稳定状态从 8 日 08 时 ~20 时的温度垂直变化上看, 850 hp 及以下随高度降低, 降温幅度逐渐增大, 925 hp 降温达 5, 低层冷空气扩散明显 ;8 日 20 时温度垂直结构调呈稳定状态, 强对流趋于结束表 6 日 08 时 ~8 日 08 时厦门站高空探空资料层次 (hp) 层 T( ) 日 08 时 T24 变化 T( ) 日 08 时 T24 变化时段 T08( ) 日 T24( ) 时 T48( ) 动力分析 5. 低层强垂直切变在热力不稳定环境中, 垂直风切变的加强通常能导致对流更强和生命史更长风暴的产生和发展, 即有利于组织完善的多单体风暴飑线和超 [2] 级单体风暴的发展以厦门雷达站为例( 风暴从雷达站附近过境 ), 从厦门雷达站的风廓线图 ( 图 4 左 ) 和雷电监测资料可以看出, 雷达站发生强雷暴的时段时在 6:50~:20, 雷暴发生时,0.3 km 以下由西南风转为西北风, 低层冷空气从西部扩散影响,0.6~.2 km 是顺时针旋转的西南气流, 低层切变明显加强,:20 分后 0.3 km 重新转回西南风, 0.6~.2 km 转为西到西北风, 强对流结束从风廓线图中提取 :03 风资料制作风速矢端图 ( 见图 4 右 ), 从图上可以明显地看出,0.3 km 与.2 km 两气层间存在较大的曲率, 这有利于强风暴的旋转潜势 5.2 低层相对风暴螺旋度分析相对风暴螺旋度可以用来估算垂直风切变环境中风暴运动所产生的旋转潜势, 它不仅表征环境场的旋转程度, 而且还表示输入到对流系统中的环境涡度的多少, 其大小反映了旋转与沿着旋转方向运动的强弱程度, 螺旋度大的环境有利于 [3] 强对流系统的发生发展在具体应用中, 螺旋度的计算方法有很多, 其中广为采用的时 Dvies-Jones 等使用探空资料根据解析几何性质得 [4] 出的计算公式 : (

4 3 ALT km TIME 图 4 ()8 日 6:30~:22 风廓线图 ( 厦门雷达站 48, 横坐标中的时间为世界时 ) 和 (b)8 日 :03 风速矢端图 ( 单位 :km) b N 28 N E E b 28 N 28 N E c 图 5 8 日 08 时 () 20 时 (b)925 hp 和 8 日 08 时 (c) 20 时 (d) 850 hp 螺旋度场 ( 单位 :m 2 s ) E d

5 38 式 () 中风暴速度 C 是非常重要的, 由于暴雨系统和孤立的强对流系统在尺度移动等方面的差异,C 的取法十分敏感, 需着重考虑此次过程属孤立的强对流系统, 且系统以移动为主, 速度矢端图上也显示了 0.3~.2 km 是曲率最大的气流层, 因此, 在计算中将 00~900 hp 作为风暴整个入流气流层,C 的大小取为 00~900 hp 的平均风 V 的 5 %, 方向定为 V 的方向右偏 40 观察 8 日 08 时 ~8 日 20 时的螺旋度强度演变 ( 见图 5), 发现低层 925 hp 的螺旋度可以很好地反映强对流天气落区, 且具有提前性 8 日 08 时福建中南部是一螺旋度大值区, 呈西北西 - 东南东向, 而 8 日 4 时这一区域的强对流天气才开始, 提早 6 小时给出了未来强对流天气的信号而后, 高值中心沿海岸线北抬, 螺旋度大值中心和范围加大,20 时中心位于福建中部, 中心值增大至 8 m 2 s, 福建中南部螺旋度也增大了 5~ m 2 s 同时, 由于台湾海峡南部的负螺旋度舌快速向东北延伸, 到 20 时莆田到漳州之间形成了螺旋度等值线密集带可见,8 日午后中南部螺旋度迅速增大, 沿海的斜压性增强, 外辐合带残余云系就是在螺旋度密集带中发展成风暴的从螺旋度的高低层配置看 ( 见图 5),8 日 08 时对应于闽西南区域 925 hp 上为正值区,850 hp 上为一明显的负值区, 负值中心达 - m 2 s, 虽然负值区出现的高度较低, 正螺旋度层较为浅薄, 但在 850 hp 负螺旋度的辐散作用下, 午后螺旋度正值区迅速向高层抬升, 至 20 时闽中南部 500 hp 以下气层的螺旋度均为正值,850 hp 的螺旋度由 08 时的 0 m 2 s 加强到 20 m 2 s, 负螺旋度层高度也随之抬升, 到 20 时 500hP 及以上气层的螺旋度接近 0 m 2 s 期间, 正负螺旋度柱中流体能 [5] 量的耗散得到削弱, 是触发暴雨的动力机制然而, 辐散层在抬升过程中逐渐减弱,20 时后对流趋于结束 6 结论 () 此次强对流天气发生前期低层有明显的能量积累的过程, 在 8 日 4 时低层转为西南气流的同时, 冷空气的扩散促发了低层能量的释放, 引发了大范围的强雷暴大风天气 (2) 台风外辐合带云系残余能量在低层螺旋度密集带中得到重新发展, 引发了莆田到泉州东北部的暴雨天气 (3) 低层垂直切变的增强和大螺旋度环境是引发强对流的动力机制螺旋度大值区对强对流天气的落区起到了提早预示的现实作用, 对预报有一定的指导意义 ; 螺旋度柱对强对流天气的促发有着直接的作用参考文献 : [] 陈瑞闪. 台风 [M]. 福建 : 福建科学技术出版社,2002. [2] 俞小鼎, 姚秀萍, 等. 多普勒天气雷达原理与业务应用 [M]. 北京 : 气象出版社,2006. [3] 郑峰, 徐海明, 丁一汇. 一次东风波及诱生低涡的螺旋度特征 [J]. 大气科学,2008,32():6-. [4] 寿绍文等. 中尺度气象学 [M]. 北京 : 气象出版社,2003. [5] 薛根元等. 台风暴雨成因的螺旋度和 Q 矢量研究 [J]. 自然灾害学报,200,6(3):45.

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

35 b. 粗线箭头表示 - T24 移动路 图 8 日 4 时 ~22 时总雨量和 海鸥 路径图图 2 8 日 08 时 () 20 时 (b)925 hp T 24 场 ( 单位 : ) 扩散,20 时在湖北和江西的交界处形成了 -6 的 - T 24 中心, 安徽和福建也被 ~-4 的 - T

35 b. 粗线箭头表示 - T24 移动路图 8 日 4 时 ~22 时总雨量和海鸥路径图图 2 8 日 08 时 () 20 时 (b)925 hp T 24 场 ( 单位 : ) 扩散,20 时在湖北和江西的交界处形成了 -6 的 - T 24 中心, 安徽和福建也被 ~-4 的 - T