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2次大范围强对流天气过程的天气形势和雷达回波对比分析
应冬梅 ， 许爱华 ， 支树林
(江西省环境预报中心，江西 南昌 330046)
摘 要：通过对4月5日和7日天气形势和物理量对比分析，以及南昌WSR－98D产品中的组合反射率(CR)、风暴相对平均径向速度(SRM)等产品的分析，得出江西省春季强对流天气过程发生时的有利天气形势、物理量场分布及多谱勒天气雷达产品特征。
关键词：天气形势 物理量 多普勒天气雷达
中图分类号：P458.1＋23 文献标识码：A 文章编号：1007－9033(2003)02－0010－04
冰雹和雷雨大风是江西省春季多发灾害性天气。历史资料统计表明，随冷锋而下的飑线是自北向南移动的,暖区的飑线通常在萍乡、宜春至抚州、上饶一带(即浙赣铁路江西段沿线附近)形成多发区。由于特殊的地理分布和地形特征，强盛的西南气流在以上地区维持和加强，午后下垫面加热，气流往往会被强迫抬升，从而造成强对流天气和引发局地洪涝、风灾等破坏性灾害。
2002年4月5日和7日，受不同天气系统的影响，江西接连出现了2次全省范围的强对流天气过程。4月5日飑线过程是随低槽自北向东南方向移动影响江西省的，而4月7日的暖区飑线过程则是自西南向东北方向移动的。
1 强对流天气过程概述
4月5日湖南至江西、浙江南部、福建北部均出现了对流性天气，在江西省则以雷雨大风为主。11时～23时，除偏南大风外，全省共出现了43站次危险天气，其中有39站次的雷雨大风(莲花站16:00最大风速达42 m/s，靖安站16:40最大风速达29 m/s)、3站次的短时强降水和1站次的冰雹。过程持续近12 h。
4月7日受南下的冷空气影响，16:30开始江西省中北部的12个县相继出现了大范围的雷雨大风、冰雹等强对流天气,其中宜春、新余、樟树、高安和波阳下了冰雹。据新闻媒体报道:最大冰雹有拳头大,重量达2.1 kg,同时高安出现罕见的龙卷风天气,造成了巨大的经济损失。回波过程从17时开始，至24时左右结束，历经7个多h。
这2次灾害性天气过程，使江西省萍乡、赣州、新余、吉安、景德镇、上饶、九江、南昌等设区市的45个县(市、区)380个乡镇遭受特大风雹灾害的袭击，所到之处的交通、水利、广播电视、通讯、电力等基础设施毁损严重，给群众的生命财产和生产、生活造成重大损失。
2 2次过程的天气形势对比
“405”(4月5日强天气过程，下同)和“407”(4月7日强天气过程，下同)2次区域性强对流天气过程是在江西省2种典型天气形势背景下发生的：“405”是高空深厚低槽叠加在地面强烈发展的暖槽中产生的强对流天气；“407”是冷锋加入到带有辐合线的地面倒槽中引发的锋前(或锋面附近)强对流天气。2次过程发生发展的有利形势：一是高层均有发展强烈的低槽东移影响我省。从图1可以看到,5日08时和7日08时500 hPa在四川东部均有南北经向度>10个纬度的低槽，槽底伸到25°N以南。低槽伸到100 hPa且坡度陡，在槽前形成了深厚的上升区。二是2次过程中低层江南均有西南急流建立，但急流走向、位置和最大风速有差异。以850 hPa为例：“405”≥20 m/s急流轴位置偏北(28°N以北)且呈近南北向，最大风速达26 m/s。407”急流轴位置偏南(25°N附近)，呈近东西向，最大风速为16 m/s。西南急流为强对流天气的发展输送了水汽和能量。三是地面江南均有倒槽发展，但发展强烈程度和位置有较大的差异。“405”过程由于江南气压下降剧烈，南昌08时P从1日1 020 hPa下降到5日1 002.8 hPa。特别是4～5日，由于高空低槽东移使湘、赣、鄂、皖气压普遍陡降4～5 hPa，我省与浙、闽地区的气压差迅速加大，南昌与福州的气压差从1.4 hPa增大到9.6 hPa，这种气压梯度的加大造成我省8时～15时10多个县市先后出现了8级以上偏南大风。同时在鄂东南气旋波生成东移，强对流天气随气旋波发展向东偏南方向移动。7日08时地面倒槽位置偏南， 27°N附近形成了1条东西向辐合线。当高空低槽引导地面冷锋加入辐合线上时，冷暖空气辐合力量大，触发了对流产生发展，在锋前出现雷雨大风、冰雹。四是2次过程强对流发生前4～9 h内(08时)我省有强位势不稳定,Δθse500～850≤－9°K，K指数从08时～20时有大幅度增加。五是物理量特征均显示有利对流发展(图 2)：低层都有θse高能舌自西(或西南)伸向江西，并有强位势不稳定，当高空低槽的正涡度中心和强上升区逼近时，在θse高能舌北部和前部产生强对流。不同的是“405” K≥35 ℃的区域比“407”大很多，“405”θse高能舌比“407”走向更陡，强对流天气的分布和θse高能舌走向相似。另外，“407”的上升运动和中低层正涡度的值均比“405”大,这可能是“407”的对流天气比“405”更剧烈的原因之一。
图1 “405”和“407”过程的地面、850hPa、500hPa天气形势图
图2 “405”和“407”过程的物理量发布图
3 2次过程回波强度对比
图3和图4是4月5日和7日强回波发展演变的过程。由图可见，4月5日的回波从11时开始，经历了由单单体风暴向超级单体风暴演变的过程，对流单体由点逐渐串成线，最强时形成了明显的“人”字形飑线(如16:40图)，其宽度仅10几km左右，而长度则跨越达300～400 km，所经之处形成了连片的雷雨大风和短时强降水，而在人字形回波的顶部(对应靖安站)出现了29 m/s的雷雨大风天气。
图3 4月5日12:17～17:04组合反射率图
图4 4月7日17:04～22:36组合反射率图
对比发现，5日和7日的灾害性天气过程表现出的回波形态炯然不同：5日影响江西全省的对流回波呈线状，其初生期即表现出线形特征，在向东南方向移动过程中不断发展，最终形成强飑线和雹暴带，造成连片的灾害性天气；而7日则主要是孤立对流单体随低空急流向东偏北方向移动，并不断发展成超级单体风暴，但其发展速度相当快，强度也较5日的对流单体强很多，13:18 CR上指示出的最大强度甚至超过了70 dBz；属性表显示探测出了龙卷涡旋特征(TVS)和很多中气旋(Mesocyclone)，而5日则没有探测到TVS。实况显示4月7日探测出TVS的地方即高安市出现了龙卷和大雹、樟树市出现了大雹。
4 2次强对流天气过程的速度产品分析
由于SRM(风暴相对平均径向速度)是减去了风暴移动速度，可用来探测被风暴运动掩盖掉的切变区域，它对快速移动的风暴更为有效，因此在探测切变区域时，SRM对判断风暴的旋转和移动很有用。
4.1 4月5日过程的速度场分析
4月5日发生在江西全省大范围的强对流天气是位势不稳定大气在从低层到中高层一致的西南急流影响下造成的，随着低槽移近，槽前降压明显，大范围的西南风从湖南经江西一直延伸到闽北和浙西南地区，风速普遍在20 m/s以上，南昌站风速达28 m/s，这说明上升气流的强度在加强，易产生严重的灾害性天气。图5～6分别是部分造成灾害性天气前后的相对平均径向速度产品图。图5是14:00距RDA 140 km处的SRM产品，可以看出，在大片正速度中包含了小块封闭的负速度区，也即在正速度区中产生了“逆风区”。实况资料显示：13:53“逆风区”处(即对应的瑞昌市)出现了雷雨大风。该“逆风区”的位置刚好和灾害性天气发生区域完全对应，时间也十分吻合。图6中1处左下方也包含了“逆风区”。值得注意的是：1处为负速强中心，速度达－21 m/s；2处则为正速强中心，速度超过15 m/s。正负强中心呈径向对称分布，且负速区更远离RDA，即具辐合特征，因此可以判断该处有气旋式辐合存在；因其尺度小，强速度中心距离短，旋转强烈，因此可进一步判断出该处有中气旋存在，位置刚好和灾害性天气发生区完全对应，时间也十分吻合。图7中也包含了“逆风区”，而该“逆风区”中又包含了更小的“逆风区”。图的左半部为负速区，右半部为正速区，中间形成了1条长长的辐合线(带)， 辐合线附近形成了连串的中γ～中β尺度的辐合性气旋和反气旋。实况显示：“逆风区”处永修县出现了短时强降水，辐合线附近产生了大片雷雨大风。另外，在大片负速区中有1个强中心，中心处风速超过－15 m/s，正速区中的强中心风速也超过15 m/s，气旋式辐合十分明显，负速中心沿径向上甚至产生了类似“三体散射长钉”样的突出部分,说明此处强对流极旺盛。实况是此处对应的靖安县刚好在16:40出现了29 m/s的强风，靖安和附近的永修县接连出现了雷雨大风和短时强降水。
图5 SRM（14:00）
图6 SRM（16:08）
图7 SRM（16:40）
总之，4月5日大范围的强对流天气过程主要是十分有利的天气形势下不断产生发展的“逆风区”及辐合带的移动造成的，局地还生成了中气旋，从而形成了大范围雷雨大风、短时强降水甚至冰雹天气。
图8 SRM（19:52）
图9 SRM（20:58）
图10 SRM（21:18）
4.2 4月7日过程的速度场分析
图8～10分别是19:52～21：18的强对流天气发生区域的风暴相对经向速度图。可以看出，造成7日强对流天气的主要回波表现是“逆风区”，测站附近风速超过了21 m/s，低空急流表现得十分明显。图8中1处为负速区中出现的正速“逆风区”，图9中的1和2处、图10中的1处均为正速区中的负速“逆风区”，这也显示出了对流从弱到强不断发展的过程。图9 1、2处显示，“逆风区”较狭长，且周围还有更小的“逆风区”新生和发展。这样很多的幅合交错、成群地发生，很多地区形成了风切变，非常有利形成强对流天气。而且此回波区内还存在着很多绕流运动，从而加剧了气团的不稳定，进一步促成了强对流天气的发生。图10中1处还形成了长度为20～30 km的宽阔的辐合带，且“逆风区”已经和低空急流相当接近，可以认为低空急流对“逆风区”产生了“牵引”，加剧了强对流的程度。实况显示21:18和“逆风区”位置吻合的高安市和附近的樟树市产生了拳头般大小的冰雹。和4月5日的速度产品特征对比后发现：
(1) 造成2次强对流天气过程前和灾害性天气发生时低层大气都存在着风速超过16 m/s的急流，而低空急流对强对流天气的产生和发展是极为有利的，这一点在VWP上的表现相当明显。
(2) 2次过程中，和灾害性天气相对应的速度产品上均表现出了“逆风区”，即至少存在风向的突变，这是造成2次灾害性天气的最明显和直接的表现。
5 结语
(1)“405”和“407”2次区域性强对流天气过程是在江西省2种典型天气形势背景下发生的，它们相同的影响系统是：深厚的高空低槽、强西南急流、江南倒槽、锋面，但强度和位置及结构上表现有差异。和“405”相比,“407”过程携带更强冷空气的冷锋与辐合线2个系统叠加是非常有利的触发条件，是造成更严重冰雹天气的重要原因。在物理量场上也有相似的分布，“407”的上升运动、中低层正涡度的值和θse高能舌锋区均比“405”强,这可能也是“407”的对流天气比“405”更剧烈的原因之一。
(2) 2次大范围强对流天气回波的最大反射率在55 dBz以上，且“407”过程单体回波强度>“405”，但强回波的空间尺度更小。
(3)在速度产品上，雷雨大风和冰雹天气都和具有强辐合的“逆风区”相对应，但“405”过程中的中气旋更明显，而“407”则不明显。
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收稿日期：2002年12月17日
改回日期：2003年03月26日
第一作者简介：应冬梅（1953－），女，高级工程师，主要从事短时天气预报工作。 |
