趙 杰，潘啟學，黃桂東

(貴州省黔南自治州氣象局，貴州 都勻 558000)

0 引言

雷暴大風是我國主要的災害性強對流天氣之一，由于它們一般空間尺度小，生命史短、突發(fā)性強及發(fā)展演變迅速，仍然是日常預報業(yè)務的難點[1]。近年來不少學者對雷暴大風進行了研究，俞小鼎等[2]提出: 雷暴大風主要由成熟階段雷暴中的下沉氣流，在近地面處水平輻散性而產生; 祝學范[3]、謝祖鎮(zhèn)[4]分析了大風與地形的關系，指出狹管效應對風速有明顯的加速作用；李國翠等[5]確定了雷暴大風的6個雷達識別指標：風暴最大反射率因子、風暴最大垂直積分液態(tài)水含量、垂直積分液態(tài)水含量隨時間的變率、風暴體移動速度、回波頂高和垂直積分液態(tài)水含量密度；吳古會[1]、李路長[6]、蒙軍[7]、張超[8]、羅曉松[9]等分別研究了貴州不同地區(qū)的雷暴大風，但是黔南地區(qū)研究相對較少。

2018年7月22日16時20分左右三都縣城出現(xiàn)大風天氣，此次大風導致三都縣城同心橋上木質結構建筑物中間部分垮塌，造成人員傷亡。此次大風局地性強、持續(xù)時間短，此類大風的預報有一定的難度，本文對此次天氣過程的環(huán)境場、前期氣象要素、雷達產品、地形等進行分析，為將來預報三都大風積累一定的經驗。

1 實況

2018年7月22日16時20分左右，三都出現(xiàn)短時大風天氣，最大風力達21.5 m/s，風向東北轉西北，具體風向與風力大小見表1。此次過程伴有降雨無冰雹，降雨時間持續(xù)11 min，累計降雨量6.5 mm；氣溫驟降，7 min內下降10 ℃。同時段縣城周邊各站點最大風速情況見表2。上述氣象監(jiān)測表明，三都縣城風速遠大于周邊站點風速，此次三都縣城大風具有局地性、短時性。

表1 16時11分至20分三都縣城風向(單位：°)、風力(單位：m/s)變化Tab.1 16∶11 to 16∶20 Sandu County wind direction (unit: °), wind (unit: m / s) changes

表2 16—17時三都周邊站最大風速(單位：m/s)Tab.2 Maximum wind speed around Sandu at 16∶00—17∶00 (unit: m/s)

2 環(huán)流背景

圖1為7月22日14時環(huán)流配置情況，500 hPa上副高位于黃淮流域到湖北陜西一帶，北部灣為熱帶低值系統(tǒng)影響，貴州主要受偏東氣流影響，氣壓梯度較小，700 hPa和850 hPa來看，貴州主要受熱帶低值系統(tǒng)北側的偏東氣流影響，風速較小，從海平面氣壓來看，貴州區(qū)域基本處于均壓場中，等壓線稀疏。我國常見大風為冷鋒后部偏北大風，高壓后部偏南大風，低壓大風，以及臺風大風和雷雨冰雹大風[10]，從大的環(huán)流背景來看，貴州主要受偏東氣流控制，地面氣壓梯度小，不具備形成前4種大風的環(huán)流背景條件，此次大風為雷雨大風。

圖1 22日14時環(huán)流配置(a:500 hPa高度場；b∶700 hPa高度場+風場；c：850 hPa高度場+風場；d：海平面氣壓場)Fig.1 At 14 o'clock on the 22nd, the circulation configuration(a: 500 hPa height; b: 700 hPa height+wind; c: 850 hPa height+wind; d: sea level pressure)

3 不穩(wěn)定能量條件及觸發(fā)條件

從對流有效位能分布來看(圖2a、2b)，08時黔南境內對流有效位能為900～1 500 J/kg，到14時全州對流有效位能為1 400～1 800 J/kg，黔南境內對流有效位能呈現(xiàn)出明顯升高的趨勢。從對流抑制(CIN)來看(圖2d、2e)，08時全州為20～50 J/kg，到14時變?yōu)?～1 J/kg，基本沒有對流抑制的存在。從對流有效位能和對流抑制的變化來看，對流有效位能升高，對流抑制減小，有利于黔南境內午后出現(xiàn)強對流天氣。

從16時區(qū)域站10 min平均風速(圖2c)可以看出，在三都縣北部地區(qū)都勻南部地區(qū)存在地面輻合線，地面輻合線的存在提供抬升觸發(fā)條件，有利于能量的釋放。從08時探空圖(圖2f)看出貴陽上空中高層特別干，低層較濕，有利于不穩(wěn)定層結的維持，中層干冷空氣有利于加強雷暴中的下沉氣流，有利于地面大風形成，同時對流溫度為25.9 ℃。08時位于三都南側的河池探空(略)也呈現(xiàn)出低層濕度大，中高層濕度低的特征，對流溫度為31.4 ℃，當天三都最高氣溫達36.0 ℃，有利于午后熱對流的出現(xiàn)。

綜合來看，在大風發(fā)生前，三都地區(qū)有著較強的不穩(wěn)定能量條件，地面輻合線的觸發(fā)與熱力抬升作用使得能量釋放，有利于雷暴大風的形成。

圖2 08時與14時CAPE、CIN分布、16時地面風場以及08時貴陽探空圖(a：08時CAPE分布；b：14時CAPE分布；c：16時區(qū)域自動站10 min平均風速；d：08時CIN分布；e：14時CIN分布；f：08時貴陽探空圖)Fig.2 The distribution of CAPE and CIN at 08∶00 and 14∶00, the ground wind at 16∶00, and the sounding map of Guiyang at 08∶00(a: CAPE distribution at 08∶00; b: CAPE distribution at 14∶00; c: 10 minutes average wind at regional automatic station;d:CIN distribution at 08∶00; e:CIN distribution at 14∶00; f: sounding map of Guiyang at 08∶00)

4 要素分析

4.1 氣溫

圖3a為三都縣城7月的氣溫變化，可以看出三都縣城7月最高氣溫17日開始超過35 ℃，直到22日最高氣溫基本維持在35 ℃以上，期間19日最高氣溫略低為34.7 ℃，此時段最高氣溫基本為7月最大區(qū)間。從平均氣溫來看，17日開始平均氣溫明顯升高，在21日平均氣溫達到最大值29.1 ℃，雖然19日最高氣溫略有降低，但是平均氣溫相比前幾天有所升高。總的來看，在大風發(fā)生前(22日前)三都縣城持續(xù)5 d以上的高溫天氣(最高氣溫超過35 ℃，平均氣溫超過27 ℃)。大風發(fā)生當天最高氣溫為近3 d的最大值，由于強對流天氣的影響，氣溫下降，平均氣溫在大風發(fā)生前1 d達到最大值。

4.2 氣壓

圖3(b)為三都縣城7月10—30日海平面氣壓及與周圍站點海平面氣壓差的變化，從圖可以看出，從16日開始三都縣城海平面氣壓呈降低的趨勢，在22日氣壓值降至最低值1 001.4 hPa，往后海平面氣壓值開始升高。從三都與周圍站點的氣壓差可以看出，在21日三都與荔波、都勻的氣壓差之開始增大，19日與平塘的氣壓差開始增大，到22日三都與周圍站點氣壓差均為正值，23日后氣壓差值減小?？偟膩砜?，大風發(fā)生前5 d三都氣壓呈現(xiàn)降低的趨勢，大風當日氣壓值達到最低值，大風發(fā)生前1 d三都與周圍站點氣壓差值開始增加，大風當天三都縣城與周圍站點氣壓差均為正值。

圖3 三都縣城7月氣溫(a)、海平面氣壓以及與周圍站點海平面氣壓差(b)的變化Fig.3 Changes in temperature (a), sea level pressure and sea level pressure difference (b) from Sandu County in July

5 雷達回波分析

圖4為大風發(fā)生前的雷達演變。在15時43分(圖4a)開始有回波發(fā)展，到16時09分(圖4b)回波發(fā)展成熟，并影響三都地區(qū)，回波為孤立積云降水回波，周圍無層狀云降水回波。初始回波發(fā)生于較高仰角(4.3°)，范圍較小，發(fā)展較快。從垂直剖面來看，反射率因子核心初始高度位于4.5～6 km高度(圖4c)，到16時09分(圖4d)回波強度加強，反射率因子核心高度位于3～6 km高度，回波頂高在9 km以上，到16時15分(圖4e)，反射率因子核心高度繼續(xù)下降至3 km以下，具有明顯的反射率因子核心下降的特征。從速度剖面來看(圖4f)，在16時09分回波發(fā)展成熟時，在3 km上下存在明顯的徑向輻合，為中層徑向輻合(MARC),有利于地面大風的發(fā)生[2]?？偟膩砜?，反射率因子生成于較高的高度，大風發(fā)生前有明顯的反射率因子核心下降與中層徑向輻合，有利于地面大風的發(fā)生。

圖4 雷達回波演變(反射率因子仰角為4.3°)(a:15時43分反射率因子；b：16時09分反射率因子；c：15時43分反射率因子剖面；d：16時09分反射率因子剖面；e：16時15分反射率因子剖面；f:16時09分速度剖面)Fig.4 Radar evolution(Reflectivity factor Elevation angle is 4.3°)(a:Reflectivity factor at 15∶43；b:Reflectivity factor at 16∶09；c:Reflectivity factor profile at 15∶43；d:Reflectivity factor profile at 16∶09；e:Reflectivity factor profile at 16∶15；f:speed profile at 16∶09)

6 地形與下墊面分析

同心橋周圍地形如圖5所示，可以發(fā)現(xiàn)同心橋西側為地勢開闊的城區(qū)，東側為山地，整個地形呈現(xiàn)出明顯的“喇叭口”形狀，同心橋處于地形變窄位置。由表1，在大風發(fā)生前風向由東北轉向西北，結合地形可知，當風向為偏東風時，風由地形狹窄的山區(qū)吹向寬闊的城區(qū)，對風速無明顯的影響，當風向為偏西風時，風由寬闊的城區(qū)吹向狹窄的山區(qū)，此時由于“狹管效應”風速明顯增大。同時由于下墊面的不同，城區(qū)氣溫較高，河面氣溫較低，這樣的氣溫分布將會在河面與城區(qū)之間生成局地的熱力對流，熱力對流在河面的下沉支將會使得風速加大，并且河面摩擦力比城區(qū)小，因此下墊面的分布將會導致河面風力大于觀測站點的風力。綜合地形和下墊面因素可知，在雷暴大風生成后，經過地形的加速和下墊面的影響，使得在風向轉為西北風后形成大風，并造成同心橋的垮塌。

圖5 三都縣同心橋周圍地形(箭頭所指為同心橋)Fig.5 Topography around the Tongxin Bridge in Sandu County (arrows refer to Tongxin bridges)

7 結論與討論

①此次過程大形勢不具備形成冷鋒后部偏北大風，高壓后部偏南大風，低壓大風以及臺風大風的條件，大風發(fā)生前黔南能量較高，地面輻合線位于三都北部地區(qū)，午后氣溫升高，熱對流的發(fā)展及地面輻合使得能量釋放，此次大風是午后熱對流形成的雷暴大風。

②此次大風發(fā)生前三都縣城持續(xù)5 d以上的高溫天氣(最高氣溫超過35 ℃，平均氣溫超過27 ℃)，大風發(fā)生當天最高氣溫為近3 d的最大值，平均氣溫在大風發(fā)生前1 d達到最大值。大風發(fā)生前5 d三都氣壓呈現(xiàn)降低的趨勢，大風當日氣壓值達到最低值，大風發(fā)生前1 d三都與周圍站點氣壓差開始增加，當天氣壓差均為正值。但是當氣溫與氣壓出現(xiàn)上述變化時，是否會出現(xiàn)大風還有待進一步的研究。

③此次大風雷達回波生成于較高層次，在大風發(fā)生前出現(xiàn)了較為明顯的反射率因子核心降低和中層徑向輻合，有利于地面大風的出現(xiàn)，同時地形“狹管效應”與下墊面的影響使得河面上風力加大。