一次区域性雷暴大风的特征分析.pdf
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1、第 40 卷第 2 期2023 年 6 月黑 龙 江 气 象HEILONGJIANG METEOROLOGYVol.40No.2Jun.2023文章编号院员园园圆原圆缘圆载穴圆园23雪园2原园园01原园6收稿日期院 圆园23原3原1第一作者简介院周奕含(1989-)袁女袁黑龙江省哈尔滨市人袁成都信息工程学院袁本科生袁工程师.周奕含袁吴迎旭袁王深义渊黑龙江省气象台袁黑龙江 哈尔滨 150030冤一次区域性雷暴大风的特征分析摘要院2021 年 8 月 23 日午后黑龙江省西南部地区出现了一次区域性雷暴大风天气遥 本文利用常规观测资料和 ERA5 再分析资料对此次过程进行了特征分析遥 结果表明院该过
2、程是在冷涡背景下袁低层暖湿输送强迫形成的区域性多类型雷暴大风天气袁强垂直风切变尧中层干层尧大的对流有效位能提供了有利的环境条件遥 地面辐合线触发在暖锋锋生区内产生了下击暴流和多单体风暴袁造成了局地的雷暴大风和低质心强降水曰线状对流系统中的弓形回波其前侧入流缺口尧后侧弱回波区尧高反射率因子梯度大值区尧超过 60 dBz 的强中心不断生消及其 V 型缺口袁都对雷暴大风和冰雹有很好的预警指示曰 冷池的面积与冷源强度同雷暴有明显的对应关系且对流的发展和冷池加强也形成了反馈机制遥关键词院多类型风暴曰下击暴流曰线状中尺度对流中图分类号院P458.1+23文献标识码院ACharacteristic Anal
3、ysis of a Regional Thunderstorm GaleZHOU Yi-han,WU Ying-xu,WANG Shen-yi渊Meteorological observatory of Heilongjiang province,Heilongjiang Harbin 150030冤Abstract:In the afternoon of August 23,2021,a regional thunderstorm and gales occurred in the southwest re鄄gion of Heilongjiang Province.In this pape
4、r,the characteristics of this process are analyzed using conventionalobservation data and ERA5 reanalysis data.The results show that the process is a multi-type thunderstorm galeweather formed by the warm and wet transport force at low level under the background of cold vortex.The fa鄄vorable environ
5、mental conditions are provided by strong vertical wind shear,middle dry layer and large convec鄄tive effective potential energy.The ground convergence line triggered the downburst and multiple individualstorms in the warm front frontogenesis area,resulting in local thunderstorm gale and low core heav
6、y precipitation.The bow echo in linear convection system has a good warning indication for thunderstorms,gales and hail,in鄄cluding the inlet notch in front,the weak echo area in back,the large value area of high reflectance factor gradi鄄ent,the continuous generation and dissipation of the strong cen
7、ter over 60dBz and the V-shaped notch.The areaof the cold pool and the intensity of the cold source have an obvious correspondence with the surface wind,andthe development of convection and the strengthening of the cold pool also form a feedback mechanism.Key words:Multi-type storm曰 Downburst,曰Linea
8、r mesoscale convection1引言雷暴大风一般是指伴随强雷暴天气出现的强烈大风袁具有持续时间短袁破坏力强的特点遥 区域性雷暴大风常常会伴随短时强降水或冰雹的发生袁 给人民生命安全袁农业尧经济方面造成重大损失遥 因此从预报的角度对雷暴大风的研究就变得更为重要遥 雷暴大风产生的原因主要有两种院 一是雷暴出流形成的地面大风曰二是雷暴入流形成的地面大风1遥 许多学者对于雷暴大风分别从环境条件袁机理研究袁结构特征等方面进行了细致的分析2-5遥 郑永光6指出雷暴产生的强下沉气流通常出现在对流层中层的明显干层及对流层中下层的较大的垂直减温率的环境下遥图 12021 年 8 月 23 日渊a冤
9、14-19 时雷暴大风分布渊单位院m/s冤和渊b冤14-15 时降水量(单位院mm)第 40 卷黑龙江气象王秀明7提出在中低层相对干的环境下强风由对流单体下沉辐散气流叠加在冷池密度流上造成遥 近些年来袁 随着新一代多普勒天气雷达在短临天气中的广泛应用袁观测表明袁弓形回波袁中层径向辐合袁低层径向速度的大值区对雷暴大风的预报预警有较好指示作用8-9遥孙密娜10指出中层强辐合和风暴顶辐散产生强下沉气流袁 地面最大风出现在中气旋发展阶段和冷池合并阶段遥康岚11在对极端大风的研究中发现弓形回波中高反射率因子连续下降袁 显著增加了大风强度遥本文选取了 2021 年 8 月 23 日出现在黑龙江省西南地区一
10、次区域性的强对流天气过程袁 此天气过程主要以雷暴大风为主袁 并局地伴有冰雹和短时强降水的出现袁而由于不同时段受影响的系统不同袁该过程出现了下击暴流尧 多单体风暴及线状对流系统等区域性多类型的风暴遥 利用常规观测资料袁欧洲数值预报中心分辨率为 0.25毅伊0.25毅的 ERA5 再分析资料袁哈尔滨和绥化的 CA 多普勒天气雷达资料对该过程不同阶段的雷暴大风演变进行分析遥2实况特征2021 年 8 月 23 日午后至傍晚袁黑龙江西南部地区自西向东出现了一次强对流天气遥 其中哈尔滨尧大庆尧绥化分别出了 8 级以上的区域性雷暴大风袁局部多个站点伴随冰雹及短时强降水天气渊图 1冤遥根据雷暴类型及时空分布
11、分为两个阶段袁 第一阶段大庆及绥化西部主要以局地强对流为主袁14-15 时绥化肇东市内四方山农场出现了 24.6 m 窑 s-1的 10 级大风袁13-16 时大庆市区及肇源县也出现了直径超过 2 cm 的冰雹天气袁 市区北部喇嘛甸该时段降水量为 82.9mm袁出现了短暂的城市内涝曰第二阶段为区域性强对流天气主要影响哈尔滨西部及绥化南部袁17-18 时哈尔滨市双城区尧呼兰区均有超过 9 级风的站点袁市区以雷雨大风为主伴有冰雹天气袁 雨量较第一阶段减弱遥3强对流形成的环境条件3.1天气背景此次天气过程是一次冷涡背景下发生的典型强对流天气遥8 月 23 日 08 时袁500 hPa 贝加尔湖至鄂霍
12、次克海为宽阔的气压槽袁 其中两个低涡中心分别位于贝加尔湖南侧和黑龙江省北部渊图 2a冤遥 位于黑龙江北部至内蒙古东部的东侧槽线与等温线的夹角近乎垂直袁冷平流明显袁冷涡后部不断有冷空气向南渗透遥 河西走廊至东北地区为平直的西风急流袁将干冷空气不断向东输送至吉林与黑龙江交界遥850 hPa渊图2b冤 上黑龙江省西南部至吉林西部交界能分析出一个中尺度低涡袁 从低涡中心至内蒙古东部形成了近乎东西向的切变袁有利于此处对流云的产生和发展遥切变南侧能分析出中尺度西南急流袁 为黑龙江南部地区输送水汽和能量遥 此处也形成了比湿超过 12 g 窑kg-1的湿度大值中心袁为强对流的发生提供丰沛的水汽供应遥 跃16
13、益的暖脊伸向东北地区中部袁并在黑龙江南部与吉林交界处形成风速和水汽的辐合遥 整体上袁 中层干冷低层暖湿的配置有利于此次强对流天气的发生遥哈尔滨 23 日 08 时的探空上 渊图 3冤袁 低层 925hPa 上有逆温层存在袁此时哈尔滨探空的 Ls渊干暖盖指数冤为-32 益袁 有利于不稳定能量和水汽在此处聚集遥 哈尔滨站 08 时地面温度和露点分别为 21 益和20 益袁 到了 14 时显示为 28 益和 21 益遥 午后地面明显增温袁 利用 14 时哈尔滨的温度尧 露点和气压订正 08 时的探空袁 CAPE 较订正前增大至 2754 J 窑kg-1袁增加了午后强对流暴发的可能性遥 0 益湿球温度
14、高度在 3.3 km袁1000-500 hPa 的垂直风切变为 19.1m 窑 s-1袁接近强垂直风切变的范围袁有利于组织化的对流出现遥 不太高的融化层高度尧强的垂直风切变和大的对流有效位能为冰雹的产生提供了有利的环境条件12遥雷暴大风产生的强下沉气流主要因素是冷却负浮力袁气块在绝热下沉增温中能够保持负浮力袁取决图28 月 23 日 08 时(a)500 hPa 时天气图和(b)850 hPa 天气图渊阴影区院比湿渊单位院g 窑 kg-1冤2图 32021 年 8 月 23 日 08 时渊实况订前后冤哈尔滨站探空曲线周奕含,等院一次区域性雷暴大风的特征分析第 2 期于对流层 700-400 h
15、Pa 的干层袁08 时哈尔滨站的干层强度指数 Hdry Max 渊700-400 hPa 平均温度露点差冤为 34 益袁干层明显遥500 hPa 和 850 hPa 温度差为26 益袁600 hPa 以下层结曲线与露点曲线呈现上干下湿的野喇叭口冶形状袁600 hPa 以上干层明显增大袁这种高低空上冷下暖袁 上干下湿的天气配置有利于雷暴大风及冰雹等强对流天气的发生遥3.2中尺度物理量特征根据雷达两个阶段对流类型对分时中尺度物理量进行特征分析袁13 时沿 125.0毅E 渊多单体和下击暴流位置冤做物理量的纬度-气压的剖面袁在 45毅N 有从地面至 800 hPa 向北延伸的暖湿平流袁跃12伊10-
16、6K 窑 s-1的暖中心位于 850 hPa袁 暖中心南侧 800 hPa 有相对湿度约70%的弱冷平流入侵袁 能量锋区向北延伸至47毅N袁随着高度增加而减小袁斜压性加强袁兹se 等值线密集带所控制区域对应的强暖湿平流迫使对流在该区域抬升发展遥 17 时沿 126.5毅E 的纬度-气压剖面渊图 4b冤袁随着午后持续的增温袁低层的暖平流不断增强袁哈尔滨西部地区渊45-46毅N 范围冤近地面至中低层呈现暖平流袁900 hPa 在 46.5毅N 上空有暖中心达到48伊10-6K 窑 s-1的强暖平流袁垂直方向上 800 hPa 为冷平流袁 而在呼兰北侧由于前期受到消散积云带的影响袁地面至中层呈弱冷平
17、流袁冷平流中心位于 46.5毅N的 925 hPa 附近袁因此在呼兰附近有低层冷暖平流的交汇袁 哈尔滨西部地区由于强暖平流的强迫形成了有组织性的强对流天气遥4雷达回波特征分析8 月 23 日午后袁 在哈尔滨和绥化天气雷达产品上能够清晰的观察出此次区域性雷暴大风的演变过程袁主要分为两个阶段遥 在 16 时之前影响大庆东部和绥化西南部地区出现雷暴大风和局地冰雹天气的对流系统主要为北侧的多个多单体风暴和南侧的下击暴流曰16-20 时出现在哈尔滨中西部地区和绥化南部的区域性强雷暴大风主要是合并的线状中尺度对流系统造成的遥4.1下击暴流阶段4.1.1风暴演变特征此阶段出现的下击暴流是由于风暴单体演变而成
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