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2015年7月27日承德市强对流天气过程分析

2021-08-22 来源:保捱科技网
20 文章编号1005—8656【2016)04—0020—05 内蒙古气象 2016年第4期 201 5年7月27日承德市强对流天气过程分析 高艳春,张晓辉,彭九慧,王宏,杨杰 (承德r}『气象局,河北承德067000) 摘要 利用常规气缘资料、NCEP/NCAR 6h冉分析资料、卫 云罔及多普勒雷达资料,对2015 7月承德・次强对流人气进 仃分析。结果表明:此次强对流过 足500hPa冷满、850hPa暖湿气流、地而辐合线共『 作坩形成的。低层 南暖 气流增大,风 向风速辐介,水汽通最散度负值中心I 移,促进了低层暖 空气向J:输送,为对流云发展提供了充足的水汽。较高K指数、CAPE 值及格层l:Yt-运幼意味着此次过程具备了较好的热 、能最和动力条件。IJ晕、甫达资料揭爪低云坝亮温发展前端高梯艘 冰也 等强对流大气发 概牢较大; 强风暴发展阶段存在 ̄Jlnl波 、低层风速辐合、J 暴顶辐敞、睡 累枞液态水大值 :当低层偏 东风转为 南风并逐渐』JlJ强时,雨强达到最强,当中低层逐渐转为 北气流,降水丌始减弱。 关键词 强对流:冷涡:水汽通节敞度:{3APE;云顶亮濉 中图分类号P458 文献标识码A doi:10.14174/j.cnki.nmqx.2016.04.005 引言 降水集巾}}{现 6—8月,降水量占伞年总降水量的 70%左右,人范围强对流暴雨并不多,fH强对流人 C 造成的局地强降水,极易引发山洪、泥石流等次生灾害。 小文利用常规气象资料、NECP(1。×1。)6h 分析 强对流人 C是在有利的大尺度环流背景卜产牛 的rrl小尺度天气系统的产物 ,是华北地 夏季的 主要火害之‘,具有时 尺度小、发展速度快、持续 时间短、降水强度人 等特点,常常引发 暴、大风、 冰雹和暴雨等4种灾害性天气,极易给困民经济和 人民生命财广:造成 大损失。 近年来,许多 象 务和科研人员越来越关注强对 流天气的监测和预报,并进行了大 的研究丁作。陶涛 言[5]、沈树勤 ]、刘鑫华 、潘晓滨 工欢 、陈 力强等 研究发现强对流天气的发生、发展与人 e 资料、卫星云图及多普勒 达资料,对2015年7月27 H强对流过程发生发展机制及强降水t 环境场条件进 行诊断分析,为今后颅报此类过程提供 定参考。 1强对流天气实况 2015年7 JJ 27日下午到夜 受冷涡影响,承德 }}{现强对流天气(陶1)。伞市共有17个乡镇降雨 量超过50mm,最人降水出现在承德县的人沟镇,为 的不稳定性、垂直风切,变的强度、水汽的垂直空fHJ分 布等密切相关;陶建玲等 指 强对流的发生、发 展与湿位涡的时空演变有很好的对应关系,对流层高 低层湿何涡“正负『叉=垂直替加”的结构是强对流天气 发展的‘种有利配置:张俊兰等… 研究发现低层辐 合层和冷式切变线更低,辐合作川更强,更有利于冰 雹的出现和维持。 令等 利用风廓线雷达等多种 资料分析了突发件局地强降水的物理机制,发现对流 的发牛发展和1 km以卜的中尺度辐合中心有密切关 联:高守亭等u 把与动力一热力郜相关的里查逊数 用水判别巾尺度波动不稳定,并用十强对流发生机制 的研究;职旭等 运川螺旋度研究西南涡的移动以 及降水大值【II心与螺旋度的分布对应情况,得出螺 旋度水甲分布与强对流暴雨落区有很好的对应关系; 杨晓亮等… 在分析河北一次暴雨过程中,应川逐小 时加密自动气象站资料分析地 流场并计算地 湿静 146.2mm,降水主要集中在l6—20时,六沟镇最大阿 强达74.7mm/h。降水时伴有雷暴、短时大风、冰雹 等强对流人气,其中丰宁县西官营乡、T‘松沟、庞 营等村遭遇百年小遇的冰雹灾害,16:20左右开始降 雹,持续约1h,最大冰雹直径达50mm左右,17:44 中宁本站监测到瞬间人风。风速达29m・S。18:12 承德市 监测到瞬问大风,风速达18 rn・S~,18:07 临测到冰雹,最大冰雹直径达6mm,,18时雨强达到 30.6mm,短时间强降水造成城市内涝和低洼路段积 水,给城市交通和人们生活带来了严重/1 便。 力能,得 两老测‘夏季强对流天气的预报具有指示意 义。郑柞芳 …、李海燕等 应JIJ自动气象站资料、 风廓线雷达等时空分辨术较高的 常规探测资料分析 强对流天气,提 进‘步加强非常规观测资料 天气 分析和预报中的应川具有重要意义。 I16 Il6. 。F ll7。I II7. 。E 1I8 I lI8.3。E ll 9 Ii 承德市地处燕山腹地,属 山地季风气候, 图1 2015年7月27 IJ 08时 28 f1 08 n.J 承德降水鲢分布 2016年第4期 2强对流天气背景分析 内蒙占气象 21 27日14时500hPa(图略),欧亚火陆高纬地 区呈现经向环流形势,IrJJ挝尔…、雅库茨克和我国东 北地区各有一低压活动,贝加尔湖附近有阻塞高压向 北发展强盛,同时乌拉尔山附近不断分裂冷空气补 地区,17时移动到承德市 ,强对流天气的落 位 于地而辐合线附近,即地面辐合线触发了强对流天 气的发牛。 3卫星云图资料分析 气象 星资料给出的云顶亮温(TBB)能够反映 出云的发展高度、上升气流的强弱以及云的过冷层 厚度 。冷云盖间围TBB等值线疏密所反映的云顶 温度梯度对冰雹云的发展有很好的指示意义 。 27口l4时(图略),承德f 北部有东北西南向低 充南下,在 加尔湖两南侧逐渐形成一个低压巾心。 我市处十东北冷涡后部,受到冷涡旋转下摆的冷 气 影响。850hPa陶卜(图略),23—26日我市均受暖 气闭控制,温度较高,降水较少,}j{『期积累了较多的 不稳定能量。27 R仍然受新疆地区向东延伸的强暖 云顶亮温区逐渐向东南方向移动,与雷达回波、地 呵辐合线相对心。16:15(图2a),承德北部TBB达 一气团控制,14时暖巾心强度达35℃,/f 断向东输送 暖 流至承德地区。 50℃,上升气流发展强盛,位 低TBB区发腱前端 从7月27日08时巾尺度分析图L町以看}}{(罔 略),500hPa有冷温度槽与850hPa暖温度脊 承德 北部上空叠加,使得承德上空850hPa与500hPa温度 筹达到26℃以上,利于不稳定层结的形成和不稳定 能量的集聚:承德大部地 850hPa温度露点筹小丁 4 0C,水汽近r饱和;14时地面辐合线位于承德北部 等值线密集区的丰宁东部两官营等乡镇出现冰雹灾 害。18:15(罔2b)低TBB区池围扩人到整个承德中 北部区域,强降水范围也随之扩人,此时位于低TBB 区发展前端高梯度区的承德本站监测剑冰雹和瞬时 大风。可见,低TBB 等值线密集处是冰雹等强对 流天气发生概率较大的区域。 图2 16:15(a)和18:15(b) 顶毙温分布 4雷达资料分析 产品 示低层0.3~1.2km偏东风转为西南风,最 人风速达14m・S~,低层暖湿气流不断向高层输送, 27口15时卞宁西北部有对流单体发展,回波最 强达到60dBz,以25km・ ‘的速度向东南方向移动, 该回波的右后方还不断有小对流单体发展(图略)。 16:18该对流单体移动到丰 两官营乡附近,从雷达 0.5。仰角发现有弱 波发展,同一位置6.0。仰角 波 发展强盛,强回波质心较高,11.5km处最强回波达到 65dBz,说明低层 在弱回波 :从速度图(图略)} 发现,0.5。仰加 在弱风场辐合区,同一位置6.0。 仰角存在强风暴顶辐散,这样的环境有利 强对流人 气产生;此时乖直累积液态水含鼍达到55kg・m-2, 18:48丁F始中低层逐渐转为西北 -c流,降水开始减弱。 5物理量场诊断分析 5.1水汽条件 大气比湿足指一团由干空气和水汽组成的湿空 气巾的水汽质量与湿 气的总质量之比 。比湿住 ‘定程度卜町以表示大气的潮湿度。比湿越大,说明 e 空 e中水汽含量越高 。从低层比 和风场可以看 出,27 f_I O8时(图3a)保定至承德上空均受 流控制,承德上空比湿为5~6g・kg,西南上游的 保定上空宵一比湿大值中心,中心值为8g・kg;l4 时(图3b)两南气流风速逐渐增大,输送条件增强, 将保定卜 水汽源源不断输送到承德地区,比湿大值 中心向西、向J匕扩人,承德人部比 达剑7g・kg, 同时仃在风向、风速辐合,促进了低层暖湿空 e的向 丰 j 县两官营等乡镇 现冰雹天气。17:48对流 .休 继续东移后,与降化西部局地,上成的块状回波合并, 逐渐形成带状强回波:与此H时平泉中东部与承德县 中部变界处不断有强回波发展西移,最强回波达到 65dBz,移经六沟商奔承德市 ,18:10左右承德市站 监测到了冰雹和18m-S 的瞬fHJ短时大风;此时VwP 上输送和此次强对流天气的发牛。 22 内蒙古气象 2016年第4期 o {0 图3 27}{O8时(a)、l4时(b)700hPa比湿与850hPa风矢量图 充足的水汽供应,不但要求低层大气的水汽充沛, 而且要求湿层发展深厚、水汽的输送、辐合量丰富。 通过对相对湿度和水汽通虽敞度的时间~高度剖面(图 4a、4b)进行分析得}}{,降水开始前(08_l4时), 湿度场呈现卜湿上干的结构特征,水汽通量散度负中 15时降水开始后,低层700hPa以下西南气流显著加强, 整层湿度都明显增大,湿度大值区也不断向700hPa以 上高层发展扩大,最大值达到100%,下湿上干的结构 逐渐被打破,湿层发展深厚:强辐合中心上移至700 ~500hPa,最大水汽通量散度值达一15g・hPa- ・cm- 心位于900~700hPa,最大水汽通量散度值为-lOg・ hPa- ・c ・S_ ,说明低层水汽充沛,且存在水汽辐合。 ” 蝎 ¨ 拍 ¨ N N N N N N N N Nl ・s~,大量水汽在中高层辐合积聚,促进了暖湿气流 的向上发展,为对流云的强盛发展提供了充足的水汽。 N N4 26日08时至28日20时六沟镇(118.16。E、40.56。N)比湿(a)、水汽通量散度(b)的时间一高度剖面 5.2 能量条件 K指数用作对流性天气的一个指标,它既考虑了垂 直温度、梯度,又考虑了低层水汽,还间接表示了湿层 的厚度,一般j(值越大表示层结越不稳定。从27日14 时j(指数分布来看,承德位于内蒙地区向东延伸的高能 区内,全区 指数均在34"C以上,最大值达38"C,说 明对流开始前本地人气处于层结不稳定状态(见图 5a)。对流有效何能( 雎) 是单层的指数,属垂 直积分稳定度参数,是分析强对流天气过程能量变化 最有效最为常用的物理员。对图5bNCEP/NCAR资料计 算得出的CAPE值分析发现,降水开始前,在北京及 承德南部存在一高值中心,中心值为2700J・kg一, 且CAPE值从承德东南向西北方向迅速递减,变化梯 度较大,而承德中南部地区对流相对更强,这意味着 CAPE值越大的地区,大气中蕴藏的不稳定能量越多, 越有利于强对流天气的发展。 图5 27 F1 14时K指数(a)、CAPE(b)分布 2016年第4期 内蒙古气象 23 假相当位温(0 。)的垂直分布可以很好地反 映大气的对流不稳定性,本文沿降水最大点六沟镇 (118.16。E、40.56。N)作0 时间一高度剖面(图 6)得出,降水开始前(08—14时),从近地面层到 600hPa附近0 。随高度增加迅速减小,达到324K的 最低值,等0 线分布较密集,大气处于不稳定状态; 600hPa以上0 随高度增加而增大,大气层结处于 稳定状态。15时降水开始后,600hPa以下等0。。线 分布更为密集,0 。垂直变化梯度增大,大气层结处 于强不稳定状态,强对流天气迅速发展。 图6 26曰08时至28日20时六沟镇0 时间一高度剖面 综上所述,较高的 指数和 阳值意味着大气 中蕴藏了较强的不稳定能量,中低层0 。垂直梯度 的增大,促进了大气的不稳定层结,激发了此次强对 流天气的产生。 5.3动力条件 垂直速度(该垂直速度未经落速订正,所以降水 时代表了空气的垂直运动和降水粒子的下沉运动的 总和)是正速度表示随高度为上升运动,而负速度 表示随高度为下沉运动。由垂直速度时间一高度剖 面图可以看出(图7),降水开始前(08一l4时), 700 hPa以上垂直速度为正值(下沉运动),正速度 中心位于600 hPa附近,中心值为0.4Pa・S~,低层 垂直速度为负值(上升运动),中心位于850hPa附近; 15时降水开始后,整层垂直速度均为负值,从低层到 高层表现为一致的强上升运动,负速度中心位于850~ 700hPa和500~200hPa,中心值达到一1Pa・ ,为降 水提供了有力的动力条件。 0 6 —0= 0 图7 26日08时至28日20时六沟镇垂直速度的时间一高度剖面 6结论 利用常规气象观测资料、NCEP/NCAR再分析资料, 对2015年7月27日承德出现的强对流天气进行诊断 分析,得出结论如下: (1)此次过程500hPa处于东北冷涡后部,受 到冷涡旋转下摆的干冷空气影响,850hPa受新疆地区 向东延伸的强暖脊控制,这样高层强冷平流与低层暖 湿平流在承德上空叠加,造成了大范围的位势不稳 定,地面辐合线的出现和移动触发了此次强对流天气 的产生和发展。 (2)卫星资料揭示低云顶亮温发展前端高梯度 区冰雹等强对流天气发生概率较大。雷达资料分析显 示,在强风暴发展阶段存在弱回波区、低层风速辐合、 风暴顶辐散、垂直累积液态水大值区。分析vwP产 品发现,当低层偏东风转为西南风、并逐渐加强时, 雨强达到最强,并伴有雷暴、瞬时大风、冰雹:当中 低层逐渐转为西北气流时,降水开始减弱。 (3)降水开始前,低层西南气流风速逐渐增大, 将水汽源源不断输送到承德地区,比湿达到7g・kff , 且存在风向、风速辐合,促进了低层暖湿空气的向上 输送。降水开始后,整层湿度都明显增大,下湿上干 的结构逐渐被打破,湿层发展深厚,强辐合中心上 移发展至700~500hPa,最大水汽通量散度值达一1 5 g・hPa- ・cm ・S,大量水汽在中高层辐合积聚, 为对流云的强盛发展提供了充足的水汽。 (4)CAPE值分布呈现由西北一东南向逐渐增大 的形势,这与承德此欢强对流降水西北小,东南大的 分布一致。较高的K指数和CAPE值意味着大气中蕴 藏了较强的不稳定能量,中低层0 。垂直梯度的增大, 促进了大气的不稳定层结,激发了强对流天气的产生。 (5)降水开始前,700hPa以下为上升运动, 700hPa以上为下沉运动;降水开始后,整层垂直速 度均为负值,从低层到高层表现为一致的强上升运 动,中心值达到一1Pa・S,为降水提供了有力的动 力条件。 承德地处燕山腹地,降水局地性特征明显,预报 难度较大,尤其是夏季的强对流天气,降水强度和 落区的预报更是难以把握。面对此类过程,预报员 在加强短时临近预报预警的同时,还要多进行物理量 场的诊断分析,总结出适合本地特征的强对流指标, 为以后的中短期预报工作提供有价值的参考。 参考文献 [1]孔燕燕,沈建国.强雷暴预报[M].北京:气象出版社,2001: 37-45. 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Analysis of a Strong Convective Weather Process in Chengde on July 27.2O15 Gao Yanchun,Zhang Xiaohui,Peng Jiuhui,Wang Hong,Yang Jie (Chengde Meteorological Bureau,Hebei Chengde 067000) Abstract Based on the routine observational data,NCEP/NCAR 6h l l reanalysis data,satellite images and Doppler radar data,a strong convective weather OCCurred on the evening of July 27,2015 in Chengde areas was analyzed.The results showed that:The cold eddy in 500hpa,Warm and humid air in g50hpa and ground convergence line role in the formation of the strong convection process;Low—level southwest walqIl and humid air increasing,wind direction and speed convergence,the moisture flux divergence negative center shifting, facilitate low-level warln air upward transportation for the development of convective clouds providing adequate moisture.Higher K index, CAPE value and he wholte layer of Upward motion means that he process thas good heat,energy and power conditions.Satellite,radar data revealed a greater probability of severe convective weather n tihe TBB hi【gh gradient region[3 Strong storm development stage presence weak echo area,the lower wind speed convergence,storm top divergence,vertical integrated liquid water lrge valaue area;When the low-level easterly winds turned southwest and raduallgy strengthen,the rain intensiy reached tthe strongest,which is turning into he ltower northwest low,precifpitation began to weaken. Key Words srong convecttion;cold vortex;moisture lfux divergence;CAPE;TBB 

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