2021-05福建漳州连续2次冰雹天气过程分析.pdf

第期气 象 水 文 海 洋 仪 器N o 年月M e t e o r o l o g i c a l,H y d r o l o g i c a l a n dM a r i n e I n s t r u m e n t sJ u n 收稿日期:基金项目:漳州市气象局 年第一批气象科研项目“基于雷达产品在两种类型强降水中应用研究”()资助作者简介:林诗诗(),女,大学,工程师主要从事天气预报与预报技术研究工作 福建漳州连续次冰雹天气过程分析林诗诗,程晶晶,林辉,杨德南(福建省南靖县气象局,南靖 ;福建省漳州市气象局,漳州 )摘要:文章利用常规气象观测资料、E R A 逐小时再分析资料和多普勒雷达等探测资料,对 和 发生在福建漳州的连续次冰雹天气过程的大气环流场、环境物理场和对流单体结构特征做了综合分析,得到以下结论:受低层暖湿气流和中层干冷空气侵入影响,日午后环境位势不稳定度增加,地面辐合线为强对流天气的发生发展提供了有利的动力条件;探空层结具备发生冰雹和雷雨大风的有利条件.日由于湿度层扩展得不够深厚,且对流风暴移动速度快,没有形成大范围的短时强降水;日垂直上升运动贯穿整个对流层,湿层也更为深厚,因此冰雹和雷雨大风强度更强,并出现局地暴雨天气,造成较大经济损失.关键词:冰雹;超级单体;回波悬垂;双偏振参数中图分类号:P 文献标识码:A文章编号:X()A n a l y s i so nt w oc o n s e c u t i v eh a i lw e a t h e rp r o c e s s e s i nZ h a n g z h o u,F u j i a n i nM a yo f L i nS h i s h i,C h e n gJ i n g j i n g,L i nH u i,Y a n gD e n a n(F u j i a nN a n j i n gM e t e o r o l o g i c a lB u r e a u,N a n j i n g ;F u j i a nZ h a n g z h o uM e t e o r o l o g i c a lB u r e a u,Z h a n g z h o u )A b s t r a c t:B yu t i l i z i n gc o n v e n t i o n a lm e t e o r o l o g i c a l o b s e r v a t i o nd a t a,a n d t h e E R A h o u r b y h o u r r e a n a l y s i sd a t a a n dD o p p l e r r a d a rd e t e c t i o nd a t a,t h i sp a p e rm a k e s a c o m p r e h e n s i v e a n a l y s i so ft h ec h a r a c t e r i s t i c s o fa t m o s p h e r i cc i r c u l a t i o n f i e l d,e n v i r o n m e n t a lp h y s i c a lf i e l d a n d c o n v e c t i v em o n o m e r s t r u c t u r e i n v o l v e d i n t w oc o n s e c u t i v eh a i lw e a t h e rp r o c e s s e s i nZ h a n g z h o u,F u j i a no nM a y,a n dM a y,I t i sc o n c l u d e dt h a tb e i n ga f f e c t e db yt h e i n r u s ho f l o w l e v e lw a r ma n dh u m i da i r f l o wa n dt h em i d l e v e ld r ya n dc o l da i r,t h e i n s t a b i l i t yo fa f t e r n o o ne n v i r o n m e n t a lg e o p o t e n t i a l f o rt h ep e r i o df r o m M a yt o M a yb e c o m e si n c r e a s e da n dt h es u r f a c ec o n v e r g e n c el i n eh a sp r o v i d e df a v o r a b l ed y n a m i cc o n d i t i o n sf o rt h eo c c u r r e n c ea n dd e v e l o p m e n to fs t r o n gc o n v e c t i v ew e a t h e r T h es o u n d i n g l a y e rh a s f a v o r a b l ec o n d i t i o n s f o rh a i l a n dt h u n d e r s t o r mw i t hs t r o n gw i n d O nM a y,d u e t ot h e f a c t t h a t t h eh u m i d i t yl a y e rd o e sn o te x t e n dd e e p l ye n o u g ha n dt h ec o n v e c t i v es t o r m m o v e s f a s t,h e n c e,n ow i d e r a n g eo f s h o r t t e r ms t r o n gr a i n f a l l i s f o r m e d O nM a y,t h ev e r t i c a l u p w a r dm o v e m e n th a p p e n s t h r o u g ht h ew h o l ec o n v e c t i v ez o n ea n dt h eh u m i d i t yl a y e rb e c o m e sd e e p e ra sw e l l A sar e s u l t,t h ei n t e n s i t yo fh a i la n dt h u n d e r s t o r m b e c o m e sh i g h e ra n dt h er a i n s t o r m w e a t h e ro c c u r sl o c a l l y,c a u s i n gr e l a t i v e l y l a r g e re c o n o m i c l o s s K e yw o r d s:h a i l;s u p e rm o n o m e r;e c h oo v e r h a n g;d u a l p o l a r i z a t i o np a r a m e t e r s气 象 水 文 海 洋 仪 器J u n 引言漳州市地处福建省南部,据历史资料统计,漳州为少雹区,年平均降雹日在 d以下,但除了东山站外,其他台站均有冰雹历史记录.福建雹日连续期一般不超过d,就同一地而言,降雹持续时间短则只有 m i n,长则可达 m i n.冰雹由于具有突发性、局地性的特点,并常伴有雷雨大风,会对农业生产和人民生活造成严重影响,因此是漳州大部分地区的主要灾害性天气之一,主要影响漳州中北部地区,以月最为常见.年以来,漳州冰雹天气呈现明显增多趋势,连续次的冰雹天气过程在漳州地区十分少见,此次降雹冰雹直径大、降雹地区多,并伴有雷雨大风和局地强降水,经济损失巨大.天气概况受低层暖湿气流和中层干冷空气侵入影响,和 漳州连续次出现多地区降雹的强对流天气过程.日下午的强对流天气以冰雹和雷雨大风为主,华安、南靖、龙海和漳浦个地区共个乡镇出现冰雹,冰雹最大直径在 mm左右,据气象观测站资料统计,漳州市 个自动气象站极大风达到级及以上,以漳州站 m/s(级)为最大;日下午的强对流天气强度更强,与日相比,冰雹直径更大、雷雨大风强度更强,并出现局地暴雨天气,华安、芗城、平和和漳浦个地区共个乡镇出现冰雹,最大直径在 m m左右,漳州市 个自动气象站极大风速达到级及以上,以漳州站 m/s(级)为最大,个自动气象站h雨量超过 m m,以平和崎岭乡的 mm为最大,最大小时雨强达 mm/h,最大 m i n雨量达 mm.根据乡镇信息员冰雹实况上报和自动气象站数据统计,结合雷达回波情况订正,汇总 /漳州地区风雹情况如表所示.表 /漳州地区风雹情况出现时间发生地点最大冰雹直径/mm极大风速/(m/s):降水量/mm日:华安县(马坑乡):华安县(华丰镇):南靖县(书洋镇):龙海区(榜山镇):龙海区(石码镇):龙海区(海澄镇):漳浦县(绥安镇):漳浦县(旧镇镇)日:华安县(高安镇):华安县(沙建镇):芗城区(天宝镇):华安县(丰山镇):平和县(霞寨镇):芗城区(石亭镇):漳浦县(南浦乡)次强对流天气过程均在午后从北部县区开始影响漳州市,在傍晚时分影响南部县区.冰雹直径大,影响地区多,持续时间长,并伴有明显的雷暴大风.漳州本站极大风速最大,均为西北风,出现在:.相比而言,日强对流过程冰雹直径更大,单点出现时间更长,雷暴大风强度更强,并出现较强的短时强降水天气,造成了较大经济损失.天气过程对比分析 天气形势配置对比分析中高层大气环流及天气形势变化,月上旬欧亚地区 h P a中高纬位势高度场上为“两槽一脊”型,整体呈现出东亚槽强而乌山脊相对弱的分布形势,东北冷涡偏强、偏南,且中低纬青藏高原南支槽活跃,受槽前西南气流影响,有利于福建省强对流天气的形成和发展.日:,h P a上槽线从东北冷涡一直延伸至重庆地区,温度槽落后于高度槽,有利于槽的东移加深.伴随长江流域横槽南压,配合低涡切变东移,日夜间至日凌晨福建中北部出现一次明显飑线天气过程.日白天,福建中北部仍受低涡切变影响,不断有对流系统发展东移;午后,随着高空槽东移,福建北部的飑线逐渐东移入海,h P a转为西北偏西气流影第期林诗诗,等:福建漳州连续次冰雹天气过程分析响;此时副高南落,h P a仍有较强的西南风急流存在,飑线的南端由于风的垂直切变形势和热力条件有利于新对流的发展,因而使飑线不断向南伸长,福建中部至广东北部延伸的飑线系统快速东移影响漳州地区.日副高进一步减弱,高空仍有浅槽波动,h P a暖式切变发展北抬,华南地区受切变南侧西南气流影响(最大风速为 m/s),h P a辐合线维持在漳州中部一带触发对流系统发展;午后福建中南部地区有分散的对流单体不断发展合并,向东北偏东方向移动,:向东南方向移动,超级单体的出现给漳州地区带来强的风雹天气,给农业生产带来较大经济损失.对比次冰雹过程发现,日漳州 h P a均处于高空急流入口区右侧的辐散区,有利于加强高空“抽吸”作用;h P a副高南落,并多浅槽波动,有利于冷暖空气交汇;低层暖平流给漳州上空带来充足水汽和能量;地面辐合线为强对流天气的发生发展提供了有利的动力条件.不同之处在于日的冰雹过程是由飑线快速东移造成的以冰雹、雷雨大风为主的强对流天气过程,湿层扩展得不够深厚,没有形成大范围的短时强降水;日冰雹过程是暖式切变南侧的暖区降雹,湿层深厚,垂直上升运动贯穿整个对流层,因此冰雹和雷雨大风强度更强,并出现局地暴雨天气.物理量场对比从 h P a比湿场分析得知,日漳州本地的低层水汽条件好,大部分县区比湿维持在 g/k g,:起西北部比湿达 g/k g以上,且高湿区逐渐向东南沿海扩展,其中日:,h P a在平和南靖出现了比湿 g/k g的高值中心.从 h P a水汽通量散度分析得知,白天福建省存在水汽通量辐合,强的水汽辐合为强对流的发生提供了源源不断的水汽,特别是低层的水汽通 量 辐 合,对 降 水 强 度 的 贡 献 十 分 明 显.日水汽通量辐合达 k g/(h P ams),较日 k g/(h P ams)明显增大,湿层更厚,更利于短时强降水的产生.从垂直速度和各层散度场分析得知,低层的动力条件较弱,没有很好的低层辐合、高层辐散配合,但在 h P a有较强的上升运动.从 h P a散度场分析得知,日和日午后漳州西北部有明显的辐合支持对流发展,傍晚强辐合中心有所南落,与强对流单体发生发展的落区比较一致,且日的辐合强度较日更强,范围更大.选取漳州站附近(N,E)做相对湿度、垂直速度和假相当位温沿时间高度剖面,综合显示了日水汽、动力和热力条件的差异.日以来,漳州地区近地面午后均有能量积蓄,假相当位温达 K以上,而日的高能舌向上延展至 h P a,地面高温高湿最为明显.日 h P a存在一定的上升运动,但湿层较为浅薄,对流系统移动速度快,因此并未出现较强降水.而日垂直上升运动贯穿整个对流层,湿层也更为深厚,水汽、动力和热力条件配合较好,因此冰雹和雷雨大风强度更强,并出现局地暴雨天气.探空层结对比分析从厦门站探空资料可知,日和日闽南地区抬升凝结高度和自由对流高度均在k m以下,层和 层适宜冰雹的产生,k m垂直风切变达 m/s左右,较强的不稳定能量十分有利于风雹类强对流天气的产生.日湿层主要在 h P a以下,h P a附近为干区;:K指数达到 ,S I指数达到 ,C A P E(对流有效位能)值经:气温订正后达,Jk g,具有不稳定 层结;h P a以下 存在暖平流,h P a有弱的冷平流,有利于对流不稳定.而日 h P a以下湿度接近饱和,h P a以上温度露点差增大,存在“上干下湿”特征;:K指数达到 ,S I指数达到 ,订正后C A P E值达,Jk g,层结更加不稳定;:S I指数转 为 正 值,C A P E值 减 小 至 Jk g,h P a以下湿度明显减小,层结逐渐稳定.综合对比表明,日与日的探空均具有较强的对流不稳定,风垂直切变明显,配合热力不稳定条件,有利于强对流系统组织化发展,具备有利于发生冰雹和雷雨大风的层结条件.其中日的K指数和C A P E值均强于日,与对流发展强度有较好匹配.多普勒雷达资料特征分析 反射率因子特征分析日:芗城区天宝镇出现直径大于c m的大冰雹.从雷达回波分析来看,:回波单体在南靖县龙山镇附近生成,在降雹过程中,最强回波反射率达 d B Z;在 仰角可看到弱的三体散射特征和较明显的旁瓣回波特征,:回波强度明显增强,并且从 仰角可看到强回波即将触地;:低仰角的强回波强度增强、范围增大,南部反射率梯度大,并开始进入天宝镇与沙建气 象 水 文 海 洋 仪 器J u n 镇交界处(漳州天宝山).从:反射率因子剖面可知,d B Z的反射率因子垂直扩展到 等温线以上,最强达到 k m高度,并出现“假尖顶”现象,d B Z的强回波中心位于k m高度附近,且在k m高度以下存在低层有界弱回波区,满足超级单体风暴发生、发展特征;:剖面出现明显的中高层回波悬垂特征.对影响芗城区的超级单体风暴的属性追踪进行分 析 后 得 出,:冰 雹 指 数 均 达 ,最大反射率达 d B Z以上,持续 个体扫.强回波高度出现次明显下降,分别对应天宝和石亭的降雹.:强回波高度降至地面,说明冰雹落地,但此时质心高度不降反升,表明回波单体仍在发展.从垂直液态水含量(V I L)来看,:V I L出 现 跃 增,m i n增 加 了 k g/m,:风暴再次加强发展,V I L从 k g/m增长至 k g/m,随 后 迅 速 下 降 k g/m.由 此 可 见,V I L在降雹前 m i n有跃增现象,降雹过程伴随V I L的递减.:以后V I L降至 k g/m以下,最大反射率减弱至 d B Z以下,此超级单体逐渐消亡.双偏振参数分析根据龙岩双偏振雷达资料分析,日:超级单体结构偏振特征如图所示,圆圈内对应漳州芗城区附近的差分反射率因子(ZD R)、相关系数(Cc)和差分传播相移率(KD P),这些参数可以反映降水粒子的形状、尺寸大小、相态分布和空间取向等信息,从而识别粒子的相态.差分反射率因子(ZD R)反映的是水平偏振的反射率因子和垂直偏振的反射率因子之比,与粒子的形状(非球形)有关,粒子越扁平数值越大.图(b)圆圈中间的数值小于d B,表明有大冰雹存在,而随着冰雹尺寸和雨加雹混合度的增加,ZD R的数值也随之增加.零滞后相关系数(也称斜相关系数)对于粒子的椭率变化、倾斜角、形状不规则性以及相态比较敏感,在雨和冰雹的混合性降水中,Cc能 降到.图(c)圆圈中的数值明显小于周边数值,甚至出现了Cc 的非气象回波误判,表明此时云层中水凝物相态的多样性和形状的多样性引起了相关系数的显著减小.差分相移(D P)对较大尺寸的降水粒子群有非常好的对应关系,而KD P去掉了D P的累积效应影响,表示单位距离的D P变化率,和粒子扁平程度(水滴大小)以及粒子数密度(大水滴含量)密切相关,KD P正值越大,雨滴尺寸和粒子浓度越大.图(d)圆中的数值明显高于周边数值,说明此时漳州芗城的降水粒子的尺寸和浓度都很大.但由于目前KD P的计算与Cc有关,Cc小于 被认为是非气象回波,并不计算KD P的值.图日:龙岩双偏振雷达特征可见,冰雹区的组合反射率因子CR高,对应差分传播相移率KD P大,差分反射率因子ZD R和相关系数Cc较低,此特征可作为湿冰雹的预报依据.结束语文章通过分析福建漳州 连续次冰雹天气过程,得出以下结论:)月日漳州处于副高边缘,受低层暖湿气流和中层干冷空气侵入影响,午后环境位势不稳定度增加,地面辐合线为强对流天气的发生发展提供了有利的动力条件.日由于湿度层扩展得不够深厚,且对流风暴移动速度快,没有形成大范围的短时强降水;日垂直上升运动贯穿整个对流层,湿层也更为深厚,水汽、动力和热力条件配合较好,因此冰雹和雷雨大风强度更强,并出现局地暴雨天气.)月日闽南地区抬升凝结高度和自由对流高度均在k m以下,层和 层高度适宜冰雹的产生,风垂直切变明显,配合热力不稳定条件,十分有利于风雹类强对流天气的产生.(下转第 页)气 象 水 文 海 洋 仪 器J u n 高低空急流耦合及中、低空切变辐合系统垂直叠置为大暴雨发生提供了动力条件;长时间的水汽和热量输送、积聚,使高能、高湿舌东移至阴山南麓和乌拉山西段形成的位势不稳定;阴山南麓山脉迎风坡形成的地形抬升作用叠置在不稳定区上空,是增强强对流爆发的抬升条件,也是此次大暴雨的主要成因.)预报着眼点:综合M i c a p s数据、卫星云图和雷达回波资料分析,日:日:是高层与中低层系统垂直配置的最佳时间,也是强降水发生时间.所以,h P a短波槽是否能与中低层切变辐合系统垂直叠置,是大暴雨预报的着眼点.参考文献:白肇桦,徐国昌中国西北天气M北京:气象出版社,朱乾根,林 锦 瑞,寿 绍 文,等天 气 学 原 理 与 方 法M北京:气象出版社,孙颖姝,王咏青,沈新勇,等一次“大气河”背景下东北冷涡暴雨的诊断分析J高原气象,():孔祥伟,杨建才,李红,等河西走廊西部干旱区一次极端暴雨天气的水汽特征分析J气象,():陶健红,孔祥伟,刘新伟河西走廊西部两次极端暴雨事件水汽特征分析J高原气象,():赵庆云,宋松涛,杨贵名,等西北地区暴雨时空变化及异常年夏季环流特征J兰州大学学报(自然科学版),():张端禹,徐明,汪小康,等华南前汛期持续暴雨环流特征分析J暴雨灾害,():施望芝,毛以伟,王建生,等台风降水云区中单站强降水诊断分析和预报J气象科学,():张端禹,王飞洋,叶金桃 年登陆热带气旋“温比亚”影响中国黄淮中部强降雨分析J气象与环境学报,():韩经纬,吴学宏,宋桂英,等 年春季内蒙古久旱转雨过程分析J气象科学,():云静波 年内蒙古地区一次暴雨过程的特征分析J内蒙古气象,():万占鑫,肖万有,王窈英,等河西走廊西部一次暴雨过程的水汽特征分析J内蒙古气象,():,董祝雷内蒙古东部地区夏季降水年代际突变及其可能成因J内蒙古气象,():刘炜东北冷涡气候特征及其对内蒙古降水的影响J内蒙古气象,():(上接第 页)高悬的强反射率因子核、宽广的有界弱回波区,三体散射和旁瓣回波的出现是冰雹出现的雷达回波特征.强风暴顶辐散和中层径向辐合是雷雨大风出现的雷达回波特征.V I L在降雹前 m i n有跃增现象,降雹过程伴随V I L的递减.风暴趋势对监测冰雹发展和落地具有很好的指示作用.冰雹区的组合反射率因子CR高,对应雹区的差分传播相移率KD P大,差分反射率因子ZD R和相关系数Cc较低,此特征可作为降雹或强降水的预报依据.参考文献:林新彬,刘爱鸣,林毅,等福建省天气预报技术手册M北京:气象出版社,华珊,张涛,张宸 年月大气环流和天气分析J气象,():黄美金,郭弘,李婷婷,等一次斜压锋生类飑线及飑前强烈降雹大风天气过程分析J海峡科学,():李珊梅,黄美金,王贤梅福建省一次典型的暖区对流过程分析J海峡科学,():