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云南大学学报 ( 自然科学版 ),2014,36(S1):77~ 85 Journal of Yunnan University DOI:10.7540 / j.ynu.20130411 高分辨对流有效位能在云南一次 强对流天气中的应用分析 艾永智 1, 杨传荣 2 1, 金少华 (1. 玉溪市气象局, 云南玉溪 653100;2. 楚雄州气象局, 云南楚雄 675000) 摘要 : 利用地面站点资料和 T639 数值模式预报资料相结合的方法, 计算出云南省每个地面站点逐时的高分辨对流有效位能 (CAPE), 并用其对 2012 年 8 月 5 6 日发生在云南省的一次强对流天气作了应用分析. 结果表明 : 在此次强对流天气过程发生前, 云南大部有较强的对流不稳定能量存在, 强对流天气主要发生在 CAPE 为 2 000 J / kg 以上的区域.CAPE 高值区较强对流云体提前 3~ 5 h 出现, 对流云体在 CAPE 高值区生成后有向引导气流下风方移动的趋势. 这一分析方法能够给出逐时的具有较高空间分辨率的不稳定能量分布, 对强对流天气的短时预报有一定指示意义. 关键词 : 高分辨率 ; 对流有效位能 (CAPE); 强对流天气中图分类号 :P 426.6 文献标志码 :A 文章编号 :0258-7971(2014)S1-0077-09 强对流天气是我国的主要灾害性天气之一, 由 于它尺度小, 突发性强, 灾害性大, 一直是天气预报 的难点. 云南地处低纬高原, 海拔高差悬殊 地形复 杂, 导致气象要素空间分布和时间变化差异极其显 著. 加之影响云南的天气气候系统复杂多变, 局地 强对流天气更加突出, 由其引发的冰雹 大风 山 洪 滑坡和泥石流灾害频繁发生. 产生强对流天气需具备基本的不稳定能量 水 汽条件和触发抬升机制, 因此不稳定能量是必要条 件之一. 对流有效位能 (CAPE) 是一个同时包含低 层 高层空气特性的参数, 被认为能较真实地描述 探空资料所代表的大气不稳定度 [1]. 近年来, CAPE 越来越多地被用于对流天气的分析和预 报 [2-6], 但业务工作中使用的 CAPE 一般是根据探 空资料计算的. 而常规高空资料网是为分析天气尺 度系统建立的, 测站间的平均距离较大, 观测时间 间隔为 12 h. 所以基于常规探空资料计算的 CAPE 对分析生命史在几小时的强对流天气系统来说, 其 时间和空间分辨都是不足的. 孙继松等 [7] 张俊 [8] 兰等研究和应用中也曾指出常规计算 CAPE 的 [9-11] 不足和局限性. 为此, 徐宏 李洪勣于 1980s 提 出了高分辨不稳定能量的计算方法. 其基本原理是 根据地面观测网逐时资料, 用插值多项式求出上空 两等压面之间的绝热位势厚度水平分布. 再根据区 域附近高空观测站上空两等压面之间的位势厚度, 通过二次曲面拟合方法插值出各地面测站上空两 等压面之间位势厚度 ( 对于非探空时次的位势厚 度场则用外推法得出 ). 最后用位势厚差方法得到 [12] 高分辨不稳定能量的水平分布. 吴木贵等也用 同样的方法作了计算和应用, 指出在高分辨不稳定 能量的正高值区或其下游, 若短时内有对流回波产 生或经过, 则将会发展. 上述方法的提出对于强对 流天气的短时预报研究具有重要意义, 但计算量较 大, 特别是二次曲面拟合方程中的 6 个待定系数较 难确定. 另外, 在探空站较稀少的西部地区, 使用外 推法推导位势厚度场的变化也有较大难度. 近年来, 数值预报在我国取得了长足进步, 其 时空分辨率有了较大提高, 各级气象业务部门已能 得到大量高质量的数值预报产品, 研究如何利用这 些资料进行强对流天气的分析预报, 把这种天气现 收稿日期 :2013-07-10 基金项目 : 云南省气象局预报员专项 (YB201304). 作者简介 : 艾永智 (1972-), 男, 云南人, 高级工程师, 主要从事天气 气候预测及研究工作.E-mail:lldxt@ 163.com.

78 云南大学学报 ( 自然科学版 ) http: / / www.yndxxb.ynu.edu.cn 第 36 卷 象造成的损失降低到最低程度是十分必要的. 本文利用密度较高的地面气象资料, 结合 T639 数值模式预报资料来计算 CAPE, 将 CAPE 的空间分辨率提高到县级或更高, 将时间分辨率提高到 1 h, 并用其对 2012 年 8 月 5 6 日云南省一次强对流天气过程作了诊断和分析, 以期为强对流天气的诊断预报提供参考. 1 资料和方法本文使用的资料有 :12012 年 8 月 5 6 日云南省 125 个县级气象站及部分多要素自动站的逐时本站气压 气温和湿度资料 ;22012 年 8 月 5 ~ 6 日 FY2E 卫星黑体亮温 ( TBB) 资料及云南省闪电定位监测资料 ;32012 年 8 月 4 6 日 NCEP 2.5 2.5 温 湿度资料 ;42012 年 8 月 5 6 日 T639 数值模式预报的气温和比湿资料, 其水平分辨率为 1.0 1.0, 时间分辨率为 3 h, 垂直方向有 1 000 925 850 700 600 500 400 300 200 hpa 共 9 个层次. CAPE 的物理意义为气块在自由对流高度和平衡高度之间受环境正浮力做功而可获得的能量, 从几何意义上说,CAPE 正比于热力学图解上的正面积, 它是一种潜在的能量, 即它只是有可能转换为对流上升运动动能的一种能量, 并非一定可以转换成上升运动,CAPE 常用的表达式为 [13] : p LFC CAPE = R d (T VP - T Ve )d lnp, (1) p EL (1) 式中 p LFC 为自由对流高度,p EL 为对流平衡高度,R d 为干空气的气体常数.T VP 和 T Ve 分别为绝热上升气块和环境的虚温, 在 T - ln p 图上分别对应于状态曲线和层结曲线. 虚温的常用表达式为 [13] : T v = (1+0.61q)T, (2) (2) 式中 q 为比湿,T 为气块或环境温度. 气块的上升初始高度取为地面, 绝热上升气块在不同高度的虚温 T VP 用各地面站点的气压 气温和湿度资料根据假相当位温守恒原理计算, 其中抬升凝结高度以下的虚温采用干绝热过程计算, 抬升凝结高度以上采用湿绝热过程计算. 不同高度环境虚温 T Ve 用 T639 数值模式预报结果计算. 首先将 3 h 间隔的逐层次温度和湿度预报结果线性插值为逐时资料, 再用双线性插值法插值到各地面站点, 用 (2) 式即可计算出站点上空各 等压面的环境虚温. 由于 T639 数值模式预报的最大高度为 200 hpa, 受此限制, 在由 (1) 式积分计算 CAPE 时, 若对流平衡高度 p EL 高于 200 hpa, 则只积分至 200 hpa.cape 具体计算方法见文献 [14]. 2 研究内容 2.1 天气过程概况受 2012 年第 9 号强台风 苏拉 减弱形成的低压西移和辐合区影响,8 月 5 6 日云南自东向西先后出现大范围强对流天气, 部分地区出现大风冰雹灾害, 洱源县凤羽镇 炼铁乡等地因强降水引发泥石流. 其中 8 月 5 日白天以雷暴天气为主, 大部地区降水较少.8 月 5 日夜间雷暴和强降水并存,110 E 附近出现较强降水 ( 雷电 降水分布见图 1 2).8 月 5 日 08 时至 8 月 6 日 08 时 24 h 内, 云南大监网 125 个观测站中共有 96 站出现雷暴,55 站出现中到大雨,2 站出现暴雨. 2.2 环流形势分析在 500 hpa 形势图上 ( 图略 ),2012 年 8 月 3 4 日, 西太平洋副热带高压偏北 偏西, 四川盆地 云南 贵州等西南地区大部受西伸的西太平洋副热带高压外围环流控制. 云南西侧印度半岛及孟加拉湾一带受热带低压控制. 第 9 号强台风 苏拉 于 8 月 3 日在福建登陆后持续减弱, 并在西太平洋副热带高压南侧偏东气流引导下向西南方向移动.8 月 5 日 08 时, 台风减弱形成的热带低压中心西移至两广交界 112 E 25 N 附近, 云南受此低压西侧和副热带高压外围西南侧的东北气流控制.8 月 5 日 08 时 700 hpa 和 850 hpa 形势图上, 在孟加拉湾热带低压与 苏拉 减弱形成的热带低压之间形成一个弱的滇缅高压环流, 其中云南东部边缘地区主要受 苏拉 低压西侧东北气流控制, 其余大部受上述弱高压环流东北侧的西北气流控制,2 股气流在云南与贵州 广西交界附近交汇形成辐合区 ( 图 3).8 月 5 日 20 时, 苏拉 减弱形成的低压中心继续减弱并西南移至广西东部 110 E 24 N 附近, 低层辐合区西移至云南中东部. 8 月 5 日夜间, 低压中心继续西南移, 云南中东部受低压外围偏东气流控制, 低层辐合区逐渐西移,5 月 6 日 08 时移至云南西部地区 ( 图略 ).8 月 5 6 日, 云南上空 500 hpa 持续受低压外围东北气流控制, 无明显风速或风向辐合. 此次过程中无明显北方冷空气入侵, 但西藏高原东部有一暖中心, 云南大部受此暖中心向东南方向伸展的暖舌控制, 滇中

第 Ｓ１ 期 图１ 艾永智等 高分辨对流有效位能在云南一次强对流天气中的应用分析 ７９ 云南省 ２０１２ 年 ８ 月 ５ 日 ０８ 时 ２０ 时 ａ ８ 月 ５ 日 ２０ 时 ８ 月 ６ 日 ０８ 时 ｂ 雷电分布 Ｆｉｇ １ Ｌｉｇｈｔｎｉｎｇ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｉｎ Ｙｕｎｎａｎ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ ａ ｆｒｏｍ ０８ ＢＴ ｔｏ ２０ ＢＴ Ａｕｇｕｓｔ ５ ２０１２ ｂ ｆｒｏｍ ２０ ＢＴ Ａｕｇｕｓｔ ５ ｔｏ ０８ ＢＴ Ａｕｇｕｓｔ ６ ２０１２ 图２ ２０１２ 年 ８ 月 ５ 日 ０８ ００ ２０ ００ 时 ａ ８ 月 ５ 日 ２０ ００ ６ 日 ０８ ００ ｂ 云南省降水量分布 单位 ｍｍ Ｆｉｇ ２ Ａｃｃｕｍｕｌａｔｅｄ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｉｎ Ｙｕｎｎａｎ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ ｕｎｉｔ ｍｍ ａ ｆｏｒｍ ０８ ＢＴ ｔｏ ２０ ＢＴ Ａｕｇｕｓｔ ５ ２０１２ ｂ ｆｒｏｍ ２０ ＢＴ Ａｕｇｕｓｔ ５ ｔｏ ０８ ＢＴ Ａｕｇｕｓｔ ６ ２０１２ 以西为相对弱暖平流 滇东为低压西侧的弱冷平 成的偏西气流 以下简称西部气流 另外一股为 流 对流 层 中 低 层 无 切 变 系 统 影 响 综 上 分 析 台风 苏拉 减弱形成的低压西侧偏北气流 以下 减弱的西行台风外围气流及低层中尺度风向辐合 由西部气流提供 其中东部地区有较弱的水汽辐 合 其 水 汽 通 量 散 度 在 ０ ５ １０ ５ ｇ ２０１２ 年 ８ 月 ５ ６ 日影响云南的主要天气系统是 线 低层冷暖气流辐合为强对流天气的发生 发展 提供了辐合抬升动力条件 ２ ３ 水汽条件分析 图 ４ 是 ２０１２ 年 ８ 月 ５ 日 ０８ 时至 ８ 月 ６ 日 ０８ 时 ７００ ｈｐａ 水汽通量和水汽通量 散度合成图 可以看出 该时段内有 ２ 股气流向云 南输送水汽 一股为由孟加拉湾北上并向东偏转形 简称东部气流 ８ 月 ５ 日 ０８ 时 云南大部水汽主要 ｈｐａ ｃｍ ２ ｓ 以内 ８ 月 ５ 日 ２０ 时 滇西地区水 汽由西部气流提供 东部地区由东部气流提供 ２ 股水汽在滇中略偏东地区形成南北向辐合带 但水 汽辐合 强 度 稍 弱 水 汽 通 量 散 度 仍 在 ０ ５ １０ ５ ｇ ｈｐａ ｃｍ ２ ｓ 以内 随着低压中心西南移 东

８０ 云南大学学报 自然科学版 图３ ｈｔｔｐ ｗｗｗ ｙｎｄｘｘｂ ｙｎｕ ｅｄｕ ｃｎ 第 ３６ 卷 ２０１２ 年 ８ 月 ５ 日 ０８ 时 ａ ２０ 时 ｂ ７００ ｈｐａ 环流形势图 实线为等高线 单位 ｄａｇｐｍ 虚线为等温线 单 位 Ｆｉｇ ３ Ｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ ｃｈａｒｔｓ ｏｆ ７００ ｈｐａ ａｔ ０８ ＢＴ ｌｅｆｔ ａｎｄ ａｔ ２０ ＢＴ ｒｉｇｈｔ Ａｕｇｕｓｔ ５ ２０１２ Ｓｏｌｉｄ ｌｉｎｅ ｉｓ ｃｏｎｔｏｕｒ ｕｎｉｔ ｄａｇｐｍ ｄｏｔｔｅｄ ｌｉｎｅ ｉｓ ｉｓｏｔｈｅｒｍ ｕｎｉｔ 图４ ２０１２ 年 ８ 月 ５ 日 ０８ 时 ａ ２０ 时 ｂ 和 ６ 日 ０８ 时 ｃ ７００ ｈｐａ 水 汽 通 量 风 矢 单 位 ｇ ｃｍ １ ｈｐａ １ ｓ １ 和 水 汽 通 量 散 度 实 线 单 位 １０ ５ ｇ ｈｐａ １ ｃｍ ２ ｓ １ 合成图 阴影区为水 汽通量散度 ０ 的辐合区 Ｆｉｇ ４ Ｔｈｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｖａｐｏｒ ｆｌｕｘ ｖｅｃｔｏｒ ａｒｒｏｗ ｕ ｎｉｔ ｇ ｃｍ １ ｈｐａ １ ｓ １ ａｎｄ ｄｉｖｅｒｇｅｎｃｅ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｖａｐｏｒ ｆｌｕｘ ｃｏｎｔｏｕｒ ｕｎｉｔ １０ ５ ｇ ｈｐａ １ ｃｍ ２ ｓ １ ａｔ ０８ ＢＴ ａ ２０ ＢＴ ｂ Ａｕｇｕｓｔ ５ ２０１２ ａｎｄ ０８ ＢＴ Ａｕｇｕｓｔ ６ ２０１２ ｃ Ｔｈｅ ｆｉｌｌｅｄ ａｒｅａｓ ｉｎｄｉｃａｔｅ ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅ ｚｏｎｅ

第 S1 期 艾永智等 : 高分辨对流有效位能在云南一次强对流天气中的应用分析 81 部水汽逐渐向西推进, 水汽辐合范围逐步增大, 辐合强度增强. 至 6 日 08 时, 除滇西边缘地区由西部气流提供水汽外, 其余大部由东部气流提供, 水汽辐合中心位于滇西, 其水汽通量散度在 -2 10-5 g / (hpa cm 2 s) 以上. 以上分析表明,2012 年 8 月 5 6 日云南低层水汽由孟加拉湾北上并向东偏转形成的偏西气流和台风 苏拉 减弱形成的低压西侧偏北气流共同提供,2 股气流形成水汽辐合并自东向西移动, 为强对流天气发生提供了必要的水汽条件. 2.4 热力条件分析假相当位温 θ se 是业务中常用来分析热力条件的重要物理量, 它是把温度 气压 湿度包括在一起的一个综合物理量, 其水平分布和垂直分布与强对流天气的发生 发展密切相关. 气层中 θ se 随高度降低是对流不稳定层结, 有利于强对流天气发生和发展. 图 5(a) 是用间隔 6 h 的 NCEP 2.5 2.5 的资料给出的 850 hpa 与 500 hpa θ se 差值沿 25 N 的时间剖面图. 可以看出,8 月 4 日至 6 日 θ se 850-500 均 >0, 并且 θ se 差值具有明显的日变化特征和东高西低的特征, 其中差值最大的时刻出现在 14:00 BT 前后, 最小值出现 2:00 8:00 BT.8 月 4 5 日, 云南中 东部午后 θ se 850-500 基本在 30 以上, 西部地区为 15 ~ 30. 夜间 θ se 850-500 明显下降, 其中 8 月 6 日 2:00 8:00 BT 基本降至 15 以下. 为进一步分析 θ se 的垂直分布情况, 图 6(b) 用间隔 6 h 的 NCEP 资料以滇中昆明站为代表给出 了不同高度 θ se 的时间分布, 可以看出 8 月 4 6 日昆明站大气层结为上冷下暖的不稳定状态.θ se 等值线密集区集中于 700 hpa 以下的对流层低层, 且日变化特征明显, 早晨梯度最小而午后梯度最大.700 hpa 以上等值线稀疏, 日变化也不明显. 上述分析表明在此次强对流天气发生前后, 云南上空大气处于上冷下暖的不稳定状态, 其中低层热力梯度最大, 也最不稳定, 并且具有明显的日变化特征, 白天梯度大而夜间梯度小.8 月 4 日因低层无动力抬升条件和水汽条件配合, 未出现强对流天气 ;8 月 5 6 日因西行台风外围气流影响, 水汽条件改善, 同时受低层中尺度辐合线影响, 气流辐合抬升激发了强对流天气的产生. 2.5 对流有效位能及 TBB 对比分析上述 2.4 用间隔 6 h 的 NCEP 资料分析了此次强对流天气发生前后云南上空热力条件的分布和变化特征. 可以看出, 云南由于地处低纬高原, 昼夜温差较大导致低层热力条件昼夜差异极大,08 时往往处于大气层结相对稳定的时段, 若以 08 时探空资料来分析和预测强对流天气, 则可能会与实际情况存在较大差异. 从图 5 可看出, 午后 14 时前后一般是云南大气最不稳定时段, 而该时段恰好处于探空观测空白期, 在实际业务工作中也无法及时得到 NECP 的再分析资料, 导致强对流天气预报困难较大. 为尽量弥补探空资料不足带来的影响, 在此使用可以及时得到的地面观测资料与 T639 数值模式资料相接合的方式计算高分辨 CAPE 来分析大气层结稳定度. 图 5 2012 年 8 月 4 6 日 850 hpa 与 500 hpa 假相当位温差 θ se 850-500 沿 25 N 的时间剖面图 ( a) 及昆明站假相当位温 θ se 垂直剖面图 (b)( 单位 : ) Fig.5 Time-longitude cross-section ofθ se 850-500 difference between 850 hpa and 500 hpa along 25 N (a) and the vertical distri bution of θ se over Kunming station from August 4 to August 6,2012.(unit: )

８２ 云南大学学报 自然科学版 ｈｔｔｐ ｗｗｗ ｙｎｄｘｘｂ ｙｎｕ ｅｄｕ ｃｎ 第 ３６ 卷 图 ６ 是云南省 ２０１２ 年 ８ 月 ５ 日 １２ １４ ２０ 时 中 低云存在 以上分析表明 ８ 月 ５ 日中午云南中 温 ＴＢＢ 分 布 情 况 可 看 出 ８ 月 ５ 日 白 天 云 南 对流天气发生可能性 但对流尚未触发 处于条件 和 ２２ 时的高分辨 ＣＡＰＥ 和 ＦＹ２Ｅ 卫星相当黑体亮 ＣＡＰＥ 分布为东高西低型 与图 ５ 所示的 θ ｓｅ ８５０ ５００ 分布一致 表明用上述方法计算的高分辨 ＣＡＰＥ 能 够正确反映大气不稳定能量的水平分布 而且在时 间和空间分布上比假相当位温精细 在业务中可以 在一定程度上弥补探空站分布稀疏及每日仅两个 时次可以得到探空资料来计算 θ ｓｅ８５０ ５００ 的不足 １２ 时 中部及以东的大部地区有 ２ ０００ Ｊ ｋｇ 以上的对 流有效位能 东部和东南部甚至存在３ ０００ Ｊ ｋｇ以 上的高值中心 而滇西和滇西南地区基本在 ２ ０００ Ｊ ｋｇ 以下 从该时刻的 ＴＢＢ 分布来看 除滇东北有 较弱的对流云团发展外 其它大部地区的 ＴＢＢ 在 １０ 以上 无明显对流云体发展 仅有一些分散的 图６ 东部有较强的对流不稳定能量存在 具有潜在的强 性不稳定状态 ８ 月 ５ 日 １４ 时前后 云南东南部及 北部开始出现一些分散的对流单体并迅速发展 东 北部对流云范围略有扩大 对流云体的中心 ＴＢＢ 值降至 ３０ 左右 图 ６ ｂ 云南中部以东 以北 地区出现弱的阵性降水 部分地区出现雷暴 上述 对流云及雷暴出现的区域与图 ６ ａ 中 ＣＡＰＥ 大值 区基本相符 ８ 月 ５ 日 １４ 时 ＣＡＰＥ 的分布与 １２ 时大至相 同 除滇东南部分地区由于对流单体发展 部分对 流有效位能释放导致 ＣＡＰＥ 下降外 其余大部分区 域仍维持在 ２ ０００ Ｊ ｋｇ 以上 滇东和滇西北地区还 有所加强 上述分析表明 午后随着气温的上升 虽 ２０１２ 年 ８ 月 ５ 日 １２ 时 ａ １４ 时 ｂ ２０ 时 ｃ ２２ 时 ｄ 云南省 ＣＡＰＥ 等值线 单位 １０３ Ｊ ｋｇ 和 ＴＢＢ 阴影 区 单位 分布 Ｆｉｇ ６ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ＣＡＰＥ ｃｏｎｔｏｕｒ ｕｎｉｔ １０３ Ｊ ｋｇ ａｎｄ ＴＢＢ ｆｉｌｌｅｄ ａｒｅａ ｕｎｉｔ ａｔ １２ ＢＴ ａ １４ ＢＴ ｂ ２０ ＢＴ ｃ ａｎｄ ２２ ＢＴ ｄ Ａｕｇｕｓｔ ５ ２０１２

第 S1 期 艾永智等 : 高分辨对流有效位能在云南一次强对流天气中的应用分析 83 然出现了分散的对流单体和局部强对流天气, 但云南大部的 CAPE 还未得到有效释放, 大气层结仍处于较强不稳定状态, 强对流天气还有大面积发生的可能. 午后随着下垫面气温的升高, 加之图 3 4 所示辐合区向西推进, 热力抬升和动力抬升综合作用进一步加强了对流云体的发展,8 月 5 日 14 时至 20 时, 滇中及以东地区出现大范围的雷暴天气 ( 图 1(a)), 部分地区还出现冰雹和大风灾害, 雷暴出现区域与图 6 ( a) ( b) 所示的 2 000 J / kg 以上 CAPE 分布区域基本一致. 对流云体由弱变强并向西偏南方向移动,8 月 5 日 20 时移至 103 E 附近, 并呈准南北向带状分布, 云带主体 TBB 值降至 -60 以下 ( 图 6(c)).103 E 以东地区由于出现雷阵雨天气, 对流有效位能释放导致 CAPE 逐步下降.8 月 5 日 20 时, 除与贵州 广西交界的边缘地区仍有 2 000 J / kg 以上的 CAPE 高值区分布外, 其余大部 CAPE 已降至 2 000 J / kg 以下 ( 图 6( c)). 此时,2 000 J / kg 以上的 CAPE 高值区呈南北向带状分布于 101.5 E 附近, 处于对流云带西侧, 其高值中心在 3 000 J / kg 以上. 20 时后, 随着辐射降温的增强,CAPE 也逐渐降低. 至 8 月 5 日 22 时,CAPE 的分布形态与 20 时基本相同, 仍呈南北向带状分布于滇中略偏西地区, 但强度已减弱, 高值中心已基本降至 2 500 J / kg 以内. 从 22 时的 TBB 分布可看出 ( 图 6(d)), 对流 云带继续向西移动, 但强度有所减弱,-60 以下 的 TBB 值范围缩小. 有意思的是, 图 6(c) 所示东部 边缘 CAPE 高值区又有对流云团加强和发展, 此对 流云团在向西南方向移动过程中快速减弱. 为进一步分析此次强对流天气过程中 CAPE 与 TBB 的演变关系和变化特征, 图 7 给出了 2012 年 8 月 5 日 10 时至 8 月 6 日 08 时 24 ~ 25 N 平均 CAPE 和 TBB 时间演变图. 可以看出,CAPE 的分布 为中东部高而西部低, 与图 5( a) 所示的 θ se 850-500 分布特征一致, 云南中东部地区在对流发生前 CAPE 较高, 对流发生后因不稳定能量释放而迅速 降低, 与强对流天气发生前后不稳定能量的天气学 变化规律一致, 也与 θ se 850-500 时间变化一致, 表明用 上述方法计算的高分辨 CAPE 能够正确反映热力 条件的分布和变化. 在此次强对流天气个例中, CAPE 及 TBB 在 空间和时间分布上具有较大差异, 其中 CAPE 2 000 J / kg 的区域位于 100 E 以东地区, 而 100 E 以西地区的 CAPE 在整个过程中基本都在 2 000 J / kg 以下,TBB - 32 的分布区域与对流发生前 CAPE 2 000 J / kg 的区域基本相符.24 ~ 25 N 范围 先后在 103.2 ~ 104.5 E 101 ~ 102 E 及 105 E 附近 出现 3 个 CAPE 高值中心. 随着时间的推移, 在上 述 CAPE 高值中心附近出现 3 个 TBB 低值中 心,TBB 值由大变小的初始阶段范围与 CAPE 高 图 7 2012 年 8 月 5 日 10 时 6 日 08 时 24~ 25 N 平均 CAPE( 等值线, 单位 :J / kg) 和 FY2E 卫星 TBB( 填色区域, 单位 : ) 时间剖面图 Fig.7 The time distribution of the CAPE (contours,unit:j / kg) and the TBB (filled areas,unit: ) averaged along 24~ 25 N, form 10 BT August 5 to 08 BT August 6,2012

84 云南大学学报 ( 自然科学版 ) http: / / www.yndxxb.ynu.edu.cn 第 36 卷 值中心基本一致, 但有随时间向西移动和发展的趋势. 从动态卫星云图看 ( 图略 ), 对流云实际是向西南方向移动, 与 500 hpa 引导气流方向一致. 从图 7 可看出,CAPE 高值区较 TBB 低值区提前出现, 对强对流天气的短时临近预报有一定指示意义, 但由于强对流天气的发生还受动力抬升条件等其它因素影响, 因此各地时间提前量并不一致. 若以 2 500 J / kg 划分 CAPE 高值, 以 - 32 划分 TBB 低值区, 则 103.2 ~ 104.5 E 的区域于 8 月 5 日 11 时前后最早出现 CAPE 高值分布, 该区域于 8 月 5 日 15 时前后出现 -32 的 TBB 分布,CAPE 高值较 TBB 低值提前 4 h 出现 ;101 ~ 102 E 的区域于 8 月 5 日 15 时前后出现 CAPE 高值分布, 于 8 月 5 日 20 时前后出现 -32 的 TBB 分布,CAPE 高值较 TBB 低值提前 5 h 左右出现 ;105 E 附近于 8 月 5 日 18 时后出现 CAPE 高值分布, 于 8 月 5 日 21 时前后出现 -32 的 TBB 分布,CAPE 高值较 TBB 低值提前 3 h 左右出现. 综合以上分析可得出,2012 年 8 月 5 日白天至夜间, 云南上空大气处于上冷下暖的不稳定状态, 特别是中 东部低层热力梯度大, 有较强的对流不稳定能量存在. 受西行台风外围偏东气流与滇缅高压外围偏西气流形成的自东向西移动的中尺度辐合线影响激发了对流的产生, 在 CAPE 高值区先后出现强对流天气. 其中 8 月 5 日白天由于水汽辐合稍弱 以雷暴天气为主, 降水强度总体偏弱. 夜间水汽辐合加强, 雷暴与强降水并存. 比较图 1 2 和图 4 6 7 可看出, 在 8 月 5 日夜间至 6 日清晨, 在水汽辐合最强的滇西南地区由于缺少较强的不稳定能量配合, 该区域并没有出现明显强降水和雷暴天气. 3 结果与讨论 (1) 此次强对流天气过程是在大气层结处于上冷下热的不稳定状态背景下, 云南大部存在较强的对流不稳定能量, 受西行台风减弱形成的热带低压外围东北气流与滇缅高压环流外围西北气流交汇形成的中尺度辐合线影响下造成的. 其中白天水汽辐合稍弱, 以雷暴天气为主, 降水强度较小, 夜间水汽辐合加强, 出现强降水天气. (2) 使用地面气象资料和 T639 数值模式预报资料计算的高分辨 CAPE 能够正确反映热力条件的分布和变化, 并能够给出逐时具有较高空间分辨 率的不稳定能量分布, 对强对流天气的落区预报有一定指示意义. 个例分析表明,CAPE 高值区较对流云团提前 3 ~ 5 h 出现, 对强对流天气的短临预报有一定指示意义. (3) 在此次强对流天气过程中, 雷暴和强降水主要发生在 CAPE 2 000 J / kg 的区域, 滇西南地区虽然水汽辐合较强, 但由于缺少较强的不稳定能量配合, 没有出现明显的雷暴和强降水. (4) 在计算高分辨 CAPE 时, 上升气块在不同高度的温度 ( 相当于 T-lnp 图上的状态曲线 ) 使用地面实测资料计算, 与常规计算 CAPE 方法一致. 但不同高度的环境温度 ( 相当于 T-Inp 图上的层结曲线 ) 使用的是 T639 数值模式预报结果而非实测资料计算, 因此, 所计算的 CAPE 不可避免会与实际情况存在误差, 其误差将随数值模式预报准确度的提高而减小. 另外, 由于在此仅对一个强对流天气个例进行了分析, 难以全面总结出高分辨 CAPE 对强对流发生 发展的作用和特征, 今后将使用多个个例进行跟踪分析, 进一步总结出高分辨 CAPE 在强对流天气发生前后的变化特征, 以期为强对流天气的短时预报提供更有价值的预报依据. 参考文献 : [1] 彭治班, 刘建文, 郭虎, 等. 国外强对流天气的应用研究 [M]. 北京 : 气象出版社,2001: 89 95. [2] BLAN D O, 彭治班. 对流有效位能垂直分布作用的评价 [J]. 气象科技,2000(2):34 40. [3] 江玉华, 刘娟, 何跃, 等. 一次伴随冰雹的超级单体风暴特征 [J]. 气象科技,2011,39(2):172 181. [4] 张林, 杨洪平, 张涛, 等.ROSE 系统在沈阳一次强冰雹过程分析中的应用 [ J]. 气象科技,2013,41 ( 2): 242 249. [5] 张琳娜, 郭锐, 何娜, 等. 北京地区冰雹天气特征 [ J]. 气象科技,2013,41(1):114 120. [6] 张俊兰, 罗继. 新疆天山南麓一次冰雹天气成因分析 [J]. 气象科技,2012,40(3):436 444. [7] 孙继松, 陶祖钰. 强对流天气分析与预报中的若干基本问题 [J]. 气象,2012,38(2):164 173. [8] 张俊兰. 南疆柯坪强雷暴天气的分析 [ J]. 气象,2011, 37(7):880 888. [9] 徐宏, 李洪勣. 高分辨的不稳定能量分析方法在短时预报中的应用 [J]. 气象,1986,12(10):11 16. [10] 徐宏, 李洪勣. 用不稳定能量对稳定度的高分辨诊断 [J]. 气象,1985,11(7):14 17. [11] 张杰. 中小尺度天气学 [ M]. 北京 : 气象出版社,

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