賀 靚，于 超，呂新民，李玉杰

（1.國家海洋環(huán)境預報中心，北京，100081；2.國家氣象中心，北京100081；3.95820部隊，北京102207；4.國家海洋局天津海洋環(huán)境監(jiān)測中心站，天津 200451）

渤海中南部海區(qū)一次雷暴大風過程分析

賀 靚1，于 超2，呂新民3，李玉杰4

（1.國家海洋環(huán)境預報中心，北京，100081；2.國家氣象中心，北京100081；3.95820部隊，北京102207；4.國家海洋局天津海洋環(huán)境監(jiān)測中心站，天津 200451）

雷暴大風過程的發(fā)生條件是位勢不穩(wěn)定層結(jié)并伴有逆溫層存在，低層有強水汽輻合，有使不穩(wěn)定能量釋放的機制—抬升氣塊到凝結(jié)高度，低空有急流存在，高空有強的風垂直切變，對流層中層有干空氣。利用天氣分析圖、衛(wèi)星云圖、雷達拼圖等資料對2007年8月26日渤海中南部海區(qū)雷暴大風過程進行綜合分析發(fā)現(xiàn)：雷暴之前渤海地區(qū)上空處于槽前，有大量暖濕氣流輸送，并出現(xiàn)了明顯逆溫層，蓄積了大量不穩(wěn)定能量是此次雷暴的先決條件,充足的水汽供應、強烈的大氣垂直運動及大氣中的不穩(wěn)定層結(jié)為此次雷暴天氣提供了必要的條件,南下的冷空氣激發(fā)了不穩(wěn)定能量是此次雷暴的誘發(fā)因素。

雷暴大風；雷暴發(fā)生條件；冷空氣；衛(wèi)星云圖；雷達拼圖

1 天氣實況概況

2007年8月26日凌晨5時到下午16時，受強對流不穩(wěn)定系統(tǒng)和地面西北路冷空氣南下的共同影響，渤海中南部海區(qū)自西向東出現(xiàn)了大范圍雷雨、大風、降溫等天氣。渤海中南部海域出現(xiàn)7級以上大風長達6～7 h，其中上午07～09時最大風力達到9～10級，并伴隨雷雨。系統(tǒng)強度自西向東移動過程中逐漸減弱，持續(xù)時間逐漸變短，其中渤海中南部海域受此次天氣系統(tǒng)影響最大、維持時間最長。由于此次天氣過程是西北路冷空氣東移和強對流不穩(wěn)定系統(tǒng)共同作用，所以來勢兇猛、強度大、突發(fā)性強。

2 天氣系統(tǒng)發(fā)生條件分析

強雷暴天氣系統(tǒng)發(fā)生的條件是：（1）位勢不穩(wěn)定層結(jié)，并有逆溫層存在；（2）低空有水汽輻合；（3）有使不穩(wěn)定能量釋放的機制—抬升氣塊到凝結(jié)高度；（4）低空有急流存在，高空有強的風垂直切變，對流層中層有干空氣。下面以此次天氣過程為例進行綜合分析。

2.1 環(huán)流形勢

500 hPa環(huán)流形勢（見圖1）天氣圖上，25日20時，貝加爾湖以西有一高空冷渦，在貝加爾湖以東分裂出一高空槽，槽后有明顯的冷平流入侵，促使該槽加深東移，渤海海域上空處于槽前，等溫線梯度較大，相對應在地面圖上有冷鋒形成。此時副高北抬，渤海海域上空受副高西北部環(huán)流影響有明顯的暖濕氣流輸送。26日08時，貝湖以東的高空冷槽進一步發(fā)展，其后部仍有明顯冷平流與之相配合，迫使槽加深南壓，在東移南壓過程中攜帶冷空氣從西北路南下，我國東北地區(qū)位于槽后，內(nèi)蒙古中部地區(qū)有較強的冷平流，渤海海域上空位于槽的底部，同時渤海海域處于暖區(qū)的控制中，有較強的暖濕氣流，充沛的冷暖空氣在渤海地區(qū)上空交匯，產(chǎn)生了較大的變壓梯度和氣壓梯度，鋒面加強，對流劇烈，發(fā)生了雷雨、大風、降溫天氣。

強對流的維持發(fā)展必須有豐富的水汽供應，這也是雷暴的主要來源，水汽的輻合主要由低層水汽通量輻合而成，尤其是850 hPa（見圖3）以下的邊界層，隨系統(tǒng)的發(fā)展輻合層上升，向上輸送水汽。由高空700 hPa（見圖2）和850 hPa（見圖3）圖可看出，在渤海中南部靠近陸地的地區(qū)上空出現(xiàn)高空冷渦，冷渦前部形成明顯切變，切變線前西南氣流加強，出現(xiàn)明顯暖濕空氣的向北輸送，水汽含量增加，使暖濕空氣帶不斷向北伸展，在對流層下部形成濕舌，暖濕空氣在底層不斷向北擴展，濕層厚度增加，反映了中尺度的對流擾動的作用，擾動區(qū)的對流上升運動將近地面的濕空氣向高空輸送，當濕區(qū)向東北方向移動時，與周圍干空氣混合，濕度和水汽混合比都減小，直到大尺度濕區(qū)移到另一中尺度對流擾動區(qū)時又重新加強，這樣的擾動使得高空的濕區(qū)得以形成和維持。由高空500 hPa（見圖1）圖可看出槽后有西北方向的冷空氣平流，有下沉運動，與低層暖濕空氣層的結(jié)合使得逆溫層加強，形成強位勢不穩(wěn)定層結(jié)。

圖1 500 hPa環(huán)流形勢

圖2 700 hPa環(huán)流形勢

圖3 850 hPa環(huán)流形勢

由高空各層風向風速的分布可以看出存在風的垂直切變，在切變環(huán)境中上升氣流傾斜，不會減弱上升氣流的浮力，同時可以增強中層干冷空氣的吸入，加強雷暴中下沉氣流和低層冷空氣外流，再通過強迫抬升使流入的暖濕空氣更強烈的抬升，從而加強對流。風的垂直切變還能造成一定的散度分布，有利于雷暴在順切變處不斷再生，使雷暴向前傳播。云中由于有強的湍流活動使上下層動量混合，很可能在垂直方向切變消失，成為較均勻的風分布，因而在云的前部低空有輻合，高空有幅散，產(chǎn)生上升運動，有利于雷暴單體的出現(xiàn)，而在云的后部相反，使雷暴向前傳播。

2.2 位勢不穩(wěn)定層結(jié)

圖4 26日08時垂直速度分布圖

雷暴系統(tǒng)是一種強對流現(xiàn)象，對流運動的主要作用是浮力，浮力越強產(chǎn)生的上升運動越強，雷暴的垂直發(fā)展越高，空氣上升的浮力主要產(chǎn)生在位勢不穩(wěn)定層結(jié)中。位勢不穩(wěn)定是指對流不穩(wěn)定和條件不穩(wěn)定的結(jié)合，在此層結(jié)中，只要通過抬升或降水的蒸發(fā)使其達到飽和，溫度遞減率超過濕絕熱遞減率，就會出現(xiàn)位勢不穩(wěn)定。

在強對流發(fā)生前，中低層常有逆溫層或穩(wěn)定層存在，把低空濕層與對流層上部的干層分開。此次天氣過程是發(fā)生在渤海中南部海區(qū)，沒有探空資料，但上游陸地測站資料顯示，在低空850 hPa附近高度出現(xiàn)明顯逆溫層；在逆溫層下層，露點溫度線與溫度線非常接近，空氣接近飽和，說明底層為濕層；在逆溫層上層，露點溫度線與溫度線距離很遠，空氣不飽和，說明上層為干空氣層，所以逆溫層把干濕空氣層分開，有利于強對流系統(tǒng)的發(fā)生；同時使強對流系統(tǒng)發(fā)展所需要的高靜電能量得以積聚，觀測到的對流有效位能CAPE指數(shù)在增大，說明抬升不穩(wěn)定能量在積聚；在逆溫層以下的空氣通過平流過程和地面輻射加熱變得更暖更濕，同時對流層中上層變得更冷，位勢不穩(wěn)定層結(jié)更加明顯但不被釋放。

2.3 垂直速度

大氣的垂直運動對形成強對流性天氣起著相當大的作用。首先,大氣中水汽的凝結(jié)以及降水過程與大氣的垂直運動有著緊密的聯(lián)系；其次，大氣層結(jié)的不穩(wěn)定能量必須在一定的上升運動條件下才能夠釋放出來；再次，垂直運動所造成的水汽、熱量等物理量的垂直輸送也是對流性天氣產(chǎn)生的必要條件；最后，大氣中的能量轉(zhuǎn)換也主要是通過垂直運動才得以實現(xiàn)的。地面加熱和垂直運動可消除逆溫層，使不穩(wěn)定能量釋放，之后就會出現(xiàn)爆發(fā)性的強對流運動，使層積云自由的向上形成高大的積雨云。垂直抬升運動造成逆溫層上面干空氣絕熱冷卻，低層空氣飽和、濕層厚度增加。圖4為不同高度的垂直速度分布圖，正值表示大氣的下沉運動，負值則表示大氣的上升運動。可看出26日08時，山東半島、渤海中南部海域上空各高度場的上升運動速度較快，有利于逆溫層的破壞使得能量釋放，形成強對流天氣。

2.4 K指數(shù)

K指數(shù)意義：

K=[T850－T500]+Td 850－[T－Td]700

其中，第1項為850 hPa與500 hPa的溫度差，代表溫度遞減率，第2項為850 hPa的露點，表示低層水汽條件，第3項為700 hPa的溫度露點差，反映中層飽和程度和濕層厚度。K指數(shù)是反映中低層穩(wěn)定度和濕度條件的綜合指標。一般K值愈大，表明對流發(fā)生的可能性越大，會產(chǎn)生雷暴或強降水等極端天氣。一般當K指數(shù)小于33時，不容易產(chǎn)生暴雨，當K指數(shù)大于35的時候，極容易產(chǎn)生暴雨。圖5為現(xiàn)T-ln p中K指數(shù)，分別為8月25日20時、26日02時、08時的k指數(shù)分布圖，由圖可看出02點在渤海中南部海區(qū)k指數(shù)為35左右，這表明此海區(qū)的大氣層結(jié)已經(jīng)相當不穩(wěn)定。K指數(shù)表示的區(qū)域會受到當?shù)貧饬鬏椇虾洼椛l件的影響。通過對流線圖的分析可以知道,渤海中南部地區(qū)上空有較強的輻合存在，這進一步表明渤海中南部地區(qū)產(chǎn)生強對流性天氣的概率相當大。

圖6 地面分析圖

2.5 低空輻合及地面分析

對流云與低空輻合區(qū)有密切關系，冷鋒和切變線等天氣系統(tǒng)都可造成低空輻合區(qū)。鋒面可以觸發(fā)鋒前不穩(wěn)定區(qū)能量的釋放造成強烈的對流，由26日05時～26日11時地面圖（見圖6）可看出，冷空氣自西向東移動，氣壓梯度逐漸加大，有利于鋒面加強；與西南暖濕氣流匯合形成鋒面，冷鋒前后變壓梯度大，冷暖空氣溫差大，有利于鋒面加強，產(chǎn)生大風。26日凌晨冷鋒迅速南下，切入暖低壓倒槽中，高空低渦前部產(chǎn)生的局地對流不穩(wěn)定系統(tǒng)發(fā)展，大風、雷暴天氣爆發(fā)。

圖7 2007年8月26日05時～26日10時衛(wèi)星云圖

圖8 2007年8月26日05時～26日10時雷達觀測組合反射率

綜合以上氣象物理參數(shù)可以看出，25日夜間～26日凌晨，渤海中南部海區(qū)上空已經(jīng)充分具備了產(chǎn)生強雷暴天氣的基本條件：大氣中存在條件不穩(wěn)定層結(jié)；低層中有豐富的水汽；強的抬升條件。強烈上升運動將低層的水汽源源不斷地向高空輸送，為強降雨積累充足的水汽，在水汽上升的同時不斷向周圍空氣釋放凝結(jié)潛熱，促進對流更強烈的發(fā)展。同時還伴隨有西北路的冷空氣，更加強了雷暴天氣的發(fā)生概率。26日凌晨，渤海中南部海區(qū)上空大氣已經(jīng)蓄積了大量的不穩(wěn)定因素，到了05時雷暴天氣爆發(fā)。

2.6 衛(wèi)星云圖及雷達回波圖

25日14時衛(wèi)星云圖上，內(nèi)蒙古中部地區(qū)上空有大片的鋒面云系形成，呈東北一西南向，15時開始，由于冷暖氣流的混合，鋒面云系加強，逐步東移影響內(nèi)蒙古東部、河北、東北等地區(qū)。26日04時的云圖所示（見圖7），在天津地區(qū)形成對流云團，05時發(fā)展并開始影響渤海中南部海區(qū)，06時的雷達回波圖（見圖8）也能清晰地看出渤海中南部海區(qū)的反射率最大，系統(tǒng)從06～09時開始覆蓋整個渤海地區(qū)并達到最強，最大風力發(fā)生在對流云團之后，07～09時，渤海中南部海區(qū)最大風力達到9～10級。11時以后對流云系有所減弱，冷鋒云系仍向東移動影響整個渤海。

3 小結(jié)

通過天氣圖、探空資料以及氣象衛(wèi)星、雷達拼圖等資料的綜合應用，可以較直觀方便地對雷暴大風天氣過程進行分析，此次雷暴天氣過程之前渤海中南部地區(qū)蓄積了大量不穩(wěn)定能量是此次雷暴天氣過程的先期準備，同時充足的水汽供應、強烈的大氣垂直運動及大氣中的不穩(wěn)定層結(jié)為此次雷暴天氣過程提供了必要的條件，而西北路的冷空氣激發(fā)了不穩(wěn)定能量是此次雷暴天氣過程的誘發(fā)因素：

（1）此次大風過程是冷空氣伴隨有強對流不穩(wěn)定系統(tǒng)所產(chǎn)生的，大風和降水的發(fā)生、強度和落區(qū)受高空西南暖濕氣流和地面西北路冷空氣南下的共同影響；

（2）高空濕區(qū)配合為此次暴雨提供了充足的水汽資源，高空不斷補充的冷空氣配合低空副高頂部西南暖濕氣流，在地面形成冷鋒。高低空配合，為這次天氣過程的發(fā)展提供了有利的高、低空環(huán)流的條件；

（3）大氣層結(jié)不穩(wěn)定為強降水提供了強烈的上升運動，空氣的強烈不穩(wěn)定加之充足的水汽配置是產(chǎn)生本次雷暴的根源；

（4）大氣的不穩(wěn)定度的加強和低空逆溫層受到冷空氣的沖擊從而引起強對流天氣的爆發(fā)，同時冷暖空氣交匯使對流云團得以進一步發(fā)展加強；

（5） 強的冷暖氣流交匯產(chǎn)生較大的變壓梯度和氣壓梯度，有利于鋒生加強，從而產(chǎn)生大風，并且冷高壓的不斷發(fā)展使得大風持續(xù)時間較長。

最后通過本此天氣過程的綜合分析可以看出，運用多途徑分析方法對這種短時中小尺度強對流天氣過程進行分析比起單用某一兩種方法更可以得到全面準確的天氣信息，從而更好地監(jiān)視、總結(jié)和預報強對流天氣的發(fā)生發(fā)展。

[1]馮桂力,王俊,牟容,劉冬霞.一次中尺度雷暴大風過程的閃電特征分析[J].氣象,2010,(4):70-76.

[2]劉冬霞,郄秀書,馮桂力.華北一次中尺度對流系統(tǒng)中的閃電活動特征及其與雷暴動力過程的關系研究[J].大氣科學,2010,34(1):95-104.

[3]孫明輝.對流參數(shù)在雷暴預報中的分析和應用[C]//中國氣象學會2007年年會天氣預報預警和影響評估技術(shù)分會場論文集,2007:995-998.

[4]黃艷芳.2004年初春武漢機場臨近的兩次強雷暴天氣過程分析[J].暴雨災害,2007,26(1):73-76.

[5]朱乾根,林錦瑞,壽紹文等.天氣學原理和方法[M].北京:氣象出版社,2000,411-425,441.

[6]丁一匯.高等天氣學[M].北京:氣象出版社,2005.

P732

A

1003-0239（2011）01-0019-06

2009-06-02

賀靚(1983-)，女，助理工程師，從事海洋氣象預報工作。E-mail:xiyuliang@163.com.