江西省一次强对流天气的多普勒天气雷达分析

应冬梅 , 郭 艳
(江西省环境预报中心,江西 南昌 330046)

    要:对2003年江西省4月的1次强对流天气过程的Doppler雷达资料进行分析,得出不同类型和阶段的强对流天气过程的相关特征,认为“逆风区”、VIL值的变化、弓状回波能有效地指导灾害性天气临近预报,并有一定的提前量。
  
关键词: 多普勒雷达 强对流天气 逆风区
  
中图分类号:P412.25  文献标识码:B  文章编号:1007-9033(2003)03-0020-03
1 雷达回波演变特征分析
  4月12日的强对流天气过程是受高空低槽和低层切变共同影响造成的。经分析发现,此次过程具有多单体风暴回波特征。同一时刻,有的单体风暴新生,有的单体风暴成熟,也有单体风暴趋于消亡。有7个站先后2次出现灾害性天气,弋阳站更是同时出现雷雨大风和冰雹,之后又遭受短时强降水的袭击(7~8min下了22.8 mm),这都是由于多单体风暴回波先后移近测站所致。另外1个特征是整个过程可分为2个明显的阶段:第一阶段(09:30~12:00)为一般强对流天气阶段;第二阶段(12:00~22:00)为剧烈强对流天气阶段,弓状回波为其典型特征。
1.1 第一阶段A、B多单体风暴回波演变特征
  4月12日05:00,在长沙、萍乡、九江、抚州和上饶有多对流泡发展,小块状回波直径10~20 km,并沿着西南急流(风廓线900~1 800 m西南风为10~18m/s;2 100~4 000 m为20~24 m/s)快速向东北方向移动。为便于分析,我们把3块回波分别记为A、B、C:A风暴的发源地是萍乡(图1a),B风暴的发源地是长沙东部(图1b),C风暴的发源地是湖南的益阳以西(图1c)。

  A、B 2个风暴初始阶段的小块状回波沿着西南气流快速向东北方向移动,并在移动过程中发展、加强,尤其A风暴在移动过程中不断与周围的小块回波聚集合并。至08:00,A风暴发展成西南——东北向回波带(长约150km,宽约15~20 km),中心强度达50~55 dBz;而B风暴则发展为块状,中心强度为45~50 dBz。A风暴在造成2站次的短时强降水(10:23贵溪30mm/h和10:36鹰潭32 mm/h)后减弱。而B风暴在造成1站次的短时强降水(09:50奉新30 mm/h)后继续加强,至11:27,中心强度达72 dBz,造成11:34万年出现19m/s的雷雨大风,随后减弱。A、B风暴均未产生冰雹天气。
1.2 第二阶段C多单体风暴的冰雹回波演变特征
  如图1c所示,4月12日06:00,C风暴初生时只有10 km,中心强度为25 dBz,但它发展极其迅速,至09:08已形成西南——东北向回波带(长约200km,宽约50 km),中心强度为50 dBz,位于益阳、岳阳及咸阳一带;而至12:04,回波带已长约500 km,宽约120 km,中心强度达68 dBz,顶高为14km,位于萍乡、万载、上高、奉新、安义、九江、大别山一带。随后C风暴继续发展增强,单体向东北方向移动,整体缓慢南移。这时南昌市黑云压城,白昼如夜,这在南昌市区是非常少见的现象。南昌站分别于13:06出现17m/s雷雨大风和13:59出现30 mm/h短时强降水天气,并记飑线天气。13:53~14:40,在强中心所经之处,又出现2站次短时强降水和2站次雷雨大风。回波于14:43达到最强(达79dBz,位于弋阳西10 km处),已形成典型的弓状特征(图2和图3a)。图3是14:43 4个不同仰角的反射率和对应速度场SRM图。由图3可见,在弓状回波的南端出现反射率极值区(79dBz),而这个反射率极值区对应径向速度模糊区范围约20 km左右(即强中心最大值与速度场最大值是相互配合的),79 dBz是南昌雷达建站以来发现的最大的回波极值。14:07和14:43组合反射率分别出现2次龙卷气旋(TVS)报警,这时79dBz 的强回波正面袭击弋阳、横峰和铅山,15:00~15:20上饶市出现3站次(弋阳、横峰和铅山)的冰雹天气现象。特别是弋阳,同时出现冰雹、雷雨大风,之后又遭受暴雨袭击。这3个站分别记飑线天气(表1)。尔后回波带西段南移影响吉安东部和赣州地区,17:07造成永丰出现冰雹,21:00~21:44赣州、南康分别出现冰雹天气,随后整个过程宣告结束。

2 雷达回波速度场的特征
  由10:09南昌多谱勒雷达观测得到的风暴相对平均径向速度场图可见,雷达站的西北部有大片的负速度区,-21 m/s的区域在逐渐增大;到10:51,在这片负速度区内出现了1块小正速度区,并有明显的零速度线环绕,即出现了逆风区。逆风区的出现表明此处风向发生了剧烈的变化,产生了强的风切变,具有明显的辐合和辐散。而C风暴正处于这块逆风区内,所以发展更加旺盛,这时的逆风区随西南气流快速地向东北方向移动(整体缓慢南压),随着地面冷空气逼近,可见速度场中测站西北风加大-21m/s。13:24在南昌站东南28 km171°、35 km~74°、28 km 处,即强回波的前沿出现21 m/s正速度中心图4 。这个正速度中心呈西南——东北向的带状,长约50~60 km,宽约6~10 km。与之相邻的负速度中心为-11m/s,这是1个风速的辐合区,这个风速辐合区在向东南移动的过程中逐渐缩小。在这一段时间内,南昌分别于13:06和13:59出现17 m/s的雷雨大风和30 mm/h的短时强降水,余干于13:53出现19m/s的雷雨大风。由此可见,从速度场上可以更早地得到对流风暴将发展加强的信息,从而提前预报出灾害性天气。这次速度场预报提前量达30 min以上但该时刻回波强度及垂直积分液态水含量还未达到最强。
  14时正速度中心的南端在东乡北20 km处出现针尖形的速度模糊区,即正速度最大值里出现了负速度的最大值(为31 m/s),之后速度模糊区范围逐渐加大,对应的基本反射率值也进一步增强至70dBz以上,致使余干、万年、贵溪出现短时强降水和雷雨大风天气。基本反射率极值与平均径向速度极值长时间相伴(14:00~17:18),并且在15:00~15:20这段时间内,回波极值所经地(横峰、铅山、弋阳、上饶和贵溪)都分别记有飑天气现象。其中横峰、铅山、弋阳3站还出现了冰雹天气。

3 雷达垂直积分液态水含量(VIL)分析
  分析发现,产生短时强降水和雷雨大风的VIL小于降雹的VIL,产生短时强降水和雷雨大风的VIL值一般为40~60 kg/m2 。分析降雹前的VIL发现有明显的跃增:14:07雹云的VIL值就开始从45~50kg/m2 增至60 kg/m2,继而至65 kg/m2 ;在14:31~15:36增至70 kg/m2 ,最大极值达72 kg/m2 。这表明VIL值的跃增可以反映冰雹粒子在生长区碰并增长的事实。其水汽来自低层向上输送,反映了雹云已处于酝酿之中。因此,VIL值的变化可以很好地预测降雹的可能性。
4 雷达风廓线(VWP)分析
  分析风廓线产品(图5),可以发现在10:57本站上空有一致的西南风,风速随高度的增加而增加;2 700~4 300 m为20 m/s的急流区,且风随高度呈明显的气旋性旋转,从而形成了强的多单体风暴,造成了较大范围的强对流天气。12:40地面转北风,随着时间增加地面转北风的高度逐渐增加,风向逆时针旋转,为冷平流,说明冷空气已侵入本站上空。在2100 m有风向的切变,在2 100 m以上西南气流随高度仍在增加,加上冷空气的扰动,从而有利于本站强对流的加强发展。

5 结语
    (1) 本次灾害性天气过程是受多单体风暴影响所致。其中A、B风暴造成一般的灾害性天气;而C风暴形成了飑线,并产生了严重冰雹天气。
   (2) 当飑线回波有“逆风区”配合时,回波发展速度极其迅速,回波单体更加旺盛,不仅会造成灾害性大风、短时强降水,而且会产生冰雹天气。
   (3) C风暴的强盛阶段出现了弓状回波特征,在弓状回波南端出现反射率极值,17 min后地面出现冰雹大风天气。
  (4) 飑线回波具有反射率极值和径向速度极值长时间相伴的特点,这可作为识别飑线的1个重要指标。
  (5) 产生冰雹的云中垂直积分液态水明显高于只产生雷雨大风和短时强水的垂直积分液态水,回波顶高也是前者高于后者,这说明前者的对流发展更加旺盛。
  (6) 从速度场上可更早地得到对流风暴将发展加强的信息,从而提前预报出灾害性天气。对这次灾害性天气,速度场预报提前量可达30 min~1 h。

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