江西两次不同季节强飑线天气过程对比分析

江西两次不同季节强飑线天气过程对比分析
陈云辉;蔡菁;马中元;郭艳
【摘要】利用常规气象观测资料、卫星云图和多普勒天气雷达资料、中尺度加密
自动站和闪电定位资料,分别对江西春季和初冬两次强飑线天气过程进行分析.结果
表明:两次飑线过程均具有江西典型强对流天气形势特征,均有地面中小尺度系统触
发和配合,多以中尺度辐合线或中小尺度涡旋形式存在,春季还伴有中尺度温度锋区；两次飑线过程物理量场对流参数均超过江西强对流天气统计发生的阈值,初冬物理
量场要弱于春季；卫星云图呈逗点云系尾部线状云系,TBB显示初冬MCS更强更
活跃；初冬飑线回波顶更高,春季飑线液态水含量更大；初冬飑线闪电频次和强度
均高于春季飑线,冰晶粒子活跃.
【期刊名称】《气象水文海洋仪器》
【年(卷),期】2011(028)002
【总页数】8页(P43-50)
【关键词】强飑线天气；中尺度系统；逗点云系尾部；雷达回波特征
【作者】陈云辉;蔡菁;马中元;郭艳
【作者单位】江西省气象台，南昌 330046;江西省气象台，南昌 330046;江西省
气象科学研究所，南昌 330046;江西省气象台，南昌 330046
【正文语种】中文
【中图分类】P458
0 引言
飑线天气是影响江西的主要灾害性天气之一。

随着经济快速发展和气候变暖,突发灾害性天气的发生在逐年增加和异常,以往春季出现的飑线天气也在初冬季节出现了。

2009-03-21和2009-11-09就是两次典型的春季和初冬飑线天气过程。

国内气象专家对强对流天气的研究很多,取得不少研究成果。

例如:许爱华等[1]分析统计了春季江西强对流的形式背景、各种物理量特征等;应冬梅、郭艳等[2-4]对强对流天气的雷达回波特征进行了研究,得到反射率因子、VIL、TBSS等有意义的预报经验指标;马中元等[5-7]对江西对流风暴的触发系统与形成机制,强飑线的卫星云图和雷达回波特征等进行了探讨。

这些研究成果主要集中在针对春季强对流天气的研究上,对于深秋或初冬季节强飑线天气的总结分析尚少。

因此,开展相关的研究具有重要的意义。

本文针对2009-03-21和2009-11-09两次典型强飑线天气过程资料,就江西春季和初冬强飑线天气的天气形式特征、物理量特征、卫星云图和雷达回波等特征进行分析,试图找出其中异同,为飑线天气的短临预报提供科学依据。

1 天气过程灾情概述
2009-03-21—22(简称“0321”),江西出现2009年首次强飑线天气,以冰雹和雷雨大风为主(图略)。

21日19:00至22日07:00,永丰、鹰潭、安义、修水等13个县市出现17～28m/s雷雨大风,修水、星子2县市出现1 h 30mm/h以上强降水天气,修水、庐山、德安、星子、南昌市等 5站出现8～20mm冰雹天气。

此次因灾伤亡8人,直接经济损失1.9亿元。

2009-11-09(简称“1109”),江西出现以短时强降水、雷雨大风为主的罕见初冬(11月7日立冬)强飑线天气。

12:00—21:00,有7个大监站、26个县市的44个中尺度站出现大于30 mm/h的短时强降水,最大雨量达59mm/h;中北部有13大监
站、60个县市的137个中尺度站出现了8级以上雷雨大风,最大瞬间风速大于40 m/s;泰和、安福两县的局部乡镇出现了冰雹。

此次过程因灾死亡7人(风灾死亡3人,雷击死亡4人),直接经济损失3.4亿元。

2 天气形势特征分析
2.1 0321强飑线天气
21日20:00 500 hPa,08:00槽线已经移到沿江到东海一带,见图1(a);20:00槽线位于河南中部到湖北中部,槽前西南气流达到28～30 m/s。

由露点温度差分析,在沿江有一个明显的干线,水汽饱和区随系统侵入干区,湖北上空有冷温槽逐渐入侵江西,江南24 h变温2～3℃。

21日20:00,700 hPa和850 hPa,存在明显的西南急流带,风速大于16m/s,见图
1(b)、(c)。

500 hPa槽超前低层0.5到1个纬距,属前倾结构。

从温度露点差分析,700 hPa江西东南地区为明显的干区,而以西以北则为饱和湿区,这与500 hPa 干线位置对应。

21日20:00,地面有江淮气旋存在,江西温度强烈上升,达到30℃以上,气旋东移入海,北方有冷空气南下,特别有利于江西出现强对流天气,见图1(d)。

2.2 1109强飑线天气
9日 08:00 500 hPa,南支槽东移至 111°,在湖北、安徽、河南交界处形成涡旋结构,东南侧江西上空为强盛的西南气流风速大于24 m/s,北部横槽断裂东部一支逐渐转竖,引导冷空气南下,冷暖交汇,见图2(a)。

9日08:00 700 hPa,湖北和湖南交界处存在低涡,江西处于涡的东南象限,辐合力量强,利于强天气的发生。

西南气流明显加强,由14 m/s加大到18m/s,最大风速达24m/s,见图2(b)。

从24 h变温分析,江南是一个明显的负变温区,温度普遍下降3～5℃,表明中层有冷平流。

9日 08:00 850 hPa,在湖南北部有低涡存在,并沿长江东移入海,东南侧西南气流达
到12m/s低空急流强度,见图2(c)。

对比三层低涡位置,上下位置接近重合,湖南南部到江西北部有温度脊存在,低层增温。

9日08:00地面图上,赣中北有倒槽剧烈发展,北方有冷空气南下,见图2(d)。

地面暖槽迎接冷空气的形式,特别有利于江西出现强对流天气。

3 地面中尺度系统分析
强对流天气是在有利的天气背景条件下,由中小尺度天气系统触发产生[5]。

通过分析地面加密资料,可以有效揭示这两次过程中小尺度系统活动。

图1 2009-03-21T20:00天气形势图(虚线表示21日08:00槽线或切变线位置)(a)500 hPa;(b)700 hPa;(c)850 h Pa数值表示T500～T850;(d)地面图
图2 2009-11-09T08:00天气形势图(虚线表示8日20:00槽线或切变线位
置)(a)500 hPa;(b)700 hPa;(c)850 h Pa数值表示T500～T850;(d)地面图“0321”强飑线过程,从13:00开始,有一中β尺度温度锋区在江西北部至湖北南部一带积聚加强,在17:00达到最强温差达到了10℃/50 km然后向东南方向爆发,从地面加密资料风场分析,有一条水平尺度150 km的中尺度切变线和温度锋区相对应,见图3(a)。

随着温度锋区的东南压,中尺度切变线随之向东南方向移动。

温度锋区和中尺度切变线自西北向东南偏东方向移动,并迅速演变为飑线,横扫赣北,造成所经之地的多个测站出现8级以上雷雨大风和冰雹等强对流天气。

“1109”强飑线过程,从08:00开始不断有中尺度系统产生,不断使天气得到发展,出现强对流天气。

尤其以14:00在余干、进贤、丰城、崇仁、乐安一带形成一条水平尺度达120 km的中尺度切变线为最明显,该中尺度切变线维持达到3 h,位置少动,由于其强烈的辐合作用,在其生命史中使丰城、崇仁、余江、鹰潭、金溪、贵溪 6时县市出现了8级以上雷雨大风,进贤、崇仁、万年3县市出现30 mm/h以上短时强降水,见图3(b)。

图3 地面中尺度系统出现为中尺度切变线(a)2009-03-21T 17:00粗线为中尺度切
变线,细线为等温线;(b)2009-11-09T 14:00粗线为中尺度切变线,细线为流场
4 物理量场参数分析
物理量场的对流参数是表征强对流是否发生的一个重要指标。

根据郑婧等[8]的分析,4-6月江西强对流天气发生的对流参数经验阈值为:CAPE ＞632 J/Kg、K ＞
34 ℃、Si＜0 ℃、Li＜0 ℃、TT＞43 ℃、SSI＞58 ℃。

表1中,“0321”物理量场除了K指数外(700hPa过于干燥所至),其他的参数均大
于经验阈值。

“1109”CAPE低于远低于强对流发生的阈值,而其他参数均大于阈
值或超出很多,说明在08:00 CAPE虽然较小,但其他参数条件满足时,初冬仍可发生
强对流天气。

表中 SSI均达到260,远远超过平均值,预示着强对流天气发生的概率
很大。

近地层CIN都存在数值小于500 J/kg,有利于不稳定能量的积累。

表1 两次过程物理量对流参数时间台站CAPE(J/Kg) CIN(J/Kg) SSI/℃ K/℃ Si/℃ Li/℃ TT/℃0321 20:00 南昌站 1 137.7 235.6 缺 -2 -6.55 -7.43 57 0321 20:00 赣州站 343.2 489.1 286.3 30 -4.61 -2.79 51 1109 08:00 南昌站 299.5 492.2 266.7 38 -3.21 -2.04 52 1109 08:00 赣州站 156.4 315.2 缺 34 -0.15 -1.56 46 这两次过程,除K指数外,其他的指数“0321”均强于“1109”,说明初冬强对流天
气发生对物理量场的要求低于春季。

从风随高度的变化看,“1109”从 925 hPa、2m/s到500 hPa、30m/s,风速切变
达到28m/s,垂直切变强。

“0321”从925 hPa到500 hPa风速切变达18 m/s。

由层结曲线和露点曲线可以得到“1109”500 hPa以下均为湿层,有利于短时强降
水的产生,不利于出现较大冰雹;而“0321”700 hPa以下为湿层,以上为深厚的干层,呈现明显的喇叭状开口,有利于雷暴大风和大冰雹的产生。

5 卫星资料分析
5.1 “0321”过程
17:00前,赣北上空均没有云系,利于短波辐射加热,地面增暖温度达30℃以上,为强
对流的发生提供了热力条件。

17:00,在湖南西北部有对流云团形成,见图4,云顶亮温小于-15℃。

18:00向东北方向发展成长约300 km,宽约30 km的线状云系,云顶亮温中心达-30℃以下,位于九江西北部和湖南西北部。

线状云系向东南方向移动,19:00发展为长350 km,宽70 km的飑线对流云系,最低云顶亮温达-40℃以下,高于“1109”过程的云顶亮温-65℃。

该飑线云系继续向东南偏东方向移动,横扫九江、宜春南昌、上饶等地区,飑线云系过境时造成上述地区出现冰雹、雷雨大风的强对流天气。

22:00飑线云系扩散破坏,形成团状云系,强对流活动随之减弱。

图4 “0321”TBB分布图
5.2 “1109”过程
13:00前,有一对流云团在湖南北部和湖北南部交界处形成,逐渐向东偏北方向移动,并迅速发展至涡旋状对流云系。

在其西南侧湖南西部有孤立的弱对流云团随之东移。

13:00,孤立的对流单体逐渐发展,移至涡旋状云系底部,并与之结合形成逗点云系,见图5。

13:00逗点状云系主体位于安徽、江苏、浙江,在其尾部一条东北-西南向直
线上,有很多孤立弱对流云团被触发,云顶亮温高于-35℃。

统计经验表明江西的暖
区强对流天气落区往往位于逗点的尾部,本次过程也不例外。

尾部孤立弱对流云团
快速发展,随着范围的扩大,云团之间合并,使得对流云团进一步发展。

15:00(a)、(b)、(c)发展合并形成新的对流云团(f),云顶亮温从-35℃降低至-65℃以下。

(f)云顶亮温低于-55℃达到10 000 km以上,结构演变为椭圆形的MCS。

随MCS-f继续发展,向东北偏东方向移动影响抚州北部、鹰潭、上饶,触发了上述地区出现强对流天气。

单体(d)、(e)发展,17:00吉安地区上空合并成MCS-g,云顶亮温从-30℃发展为-55℃以下,低于-50℃达到8 000 km以上,横扫吉安、抚州中南部,使得上述地区出现了
强对流天气。

之后,对流云团逐渐移出江西,强对流天气减弱。

图5 “1109”TBB分布图
6 雷达资料分析
6.1 “0321”过程
17:29,有多个直径小于10 km的孤立对流单体在九江以北,湖北境内生成,强中心35 dBz。

单体迅速发展,18:00,回波南压东移影响九江西部和宜春北部,最强达62 dBz,并排列成一条东北西南向的回波带。

19:30,回波发展成飑线,呈东北西南向,长约300 km,宽约 30 km,并呈现弓形结构。

飑线回波快速向西南偏西方向移动,影响九江、宜春、南昌、上饶、鹰潭,使得上述地区出现了雷雨大风和冰雹等灾害性天气。

6.2 “1109”过程
07:00,在安徽省及九江北部出现大片的对流回波。

09:00左右在宜春等地开始出现点状的对流单体,10:10在湖南益阳等地出现带状回波,并不断发展,向东北方向移动,最大反射率因子为61 dBz,具有弓形回波特征。

12:00弓状飑线回波带开始影响江西,并造成铜鼓等地大风。

12:49在吉安有新的对流回波生成,并与东移过来的带状回波合并,回波进一步加强,有多个大于60 dBz的小单体镶嵌于带状回波中。

14:00形成南北长达250 km回波带,强度迅速增强,东移影响抚州、鹰潭、上饶、南昌南部,并造成了多个地区出现雷雨大风和短时强降水等灾害性天气。

由此可见,这两次过程均出现了弓形回波特征,并与地面大风对应很好。

不同的是“0321”过程飑线回波宽度只有30 km而且移动的速度快,对某一地区的影响时间短,主要以影响时间短的大风和冰雹天气为主,而“1109”的带状回波宽度大,移动速度慢,影响某一地区的时间较长,有利于出现短时强降水。

6.3 雷达回波速度场分析
(1)“0321”过程
从19:00开始,在飑线的东部德安到湖口一线,正速度为靠近雷达一侧,负速度远离一侧,形成一条水平尺度超过100 km的中尺度辐合线。

辐合线镶嵌有明显的正负速
度对,表明有中气旋存在,造成庐山、德安、星子、南昌先后出现冰雹,德安、安义、余干、万年出现8级以上雷雨大风,星子出现31 mm/h的短时强降水。

19:43演变为垂直径向方向的正负速度对,见图6(a),速度最大差值30 m/s,维持了4个体扫,为较强的中气旋,表明单体发展成为超级单体。

此期间造成了修水县城出现18m/s的雷雨大风、直径15 mm的冰雹和31 mm/h的强降水等灾害性天气。

图6 南昌雷达径向速度图(0.5仰角)(a)“0321”19:43;(b)“1109”14:08
(2)“1109”过程
14:08,正速度中心呈西南—东北向的带状,长约200～300 km,宽约6～10 km,与地面中尺度切变线对应,见图6(b)。

同时在临川附近负速度区内出现了1块小正速度区,并有明显的零速度线环绕,即出现了逆风区。

逆风区的出现表明此处风向发生了剧烈的变化,产生了强的风切变,具有明显的辐合或辐散,14:33丰城出现极大瞬间风19 m/s。

辐合带、逆风区随西南气流向东北方向移动,在移动过程中,辐合带逐渐消失。

14:45在南昌附近、余江、贵溪等地出现了逆风区。

之后,余江15:46出现18m/s 的雷雨大风,15:49万年出现31 mm/h强降水、鹰潭、金溪、贵溪先后出现了雷雨大风。

6.4 雷达回波VIL分析
(1)“0321”过程
奉新上空VIL从20:38的30 kg/m2到20:50见图7(a),突然增加到50 kg/m2,然后20:56下降到30 kg/m2,随后奉新出现20 m/s大风。

当V IL突破60 kg/m2时,则预示着冰雹的发生,19:43德安北部V IL从前一个体扫的50 kg/m2迅速增加到60 kg/m2,最大达67 kg/m2并维持3个体扫,观测发现德安20:00出现冰雹,最大直径为20mm。

图7 南昌雷达VIL分布图(a)“0321”20:50;(b)“1109”16:29
(2)“1109”过程
11:30回波在湖南境内V IL最大值为30～35 kg/m2,12:00回波带在移至宜春境
内时,VIL增大到40 kg/m2,12:55强度减弱,13:50回波移至丰城到吉安一线时,强
度再次增强,达到46 kg/m2,并呈逐渐增大趋势,14:07增大到57 kg/m2,14:32又
一次短暂时间减弱,减至41 kg/m2,14:38再度增强到50 kg/m2,15:21减弱至41 kg/m2,16:29当回波移至上饶境内时,VIL值跃增至64 kg/m2,16:35又突然减弱,
见图7(b)。

由以上分析可以看出,回波强度变化存在强弱交替的现象,这段时间正是大风出现的
时间,垂直积分液态水含量由高到低的突然减弱,预示着大风的发生。

从ET分析发现,回波单体均发展到12 km以上,有部分单体顶高突破了15 km,最强为13:50在
丰城附近顶高突破了17 km,表明上升运动强对流发展旺盛,回波已经突破了对流层到达了平流层。

7 闪电资料分析
强对流天气的发生都伴有闪电,闪电致灾是强对流灾害的一个重要方面。

一般来说,
闪电越强,强对流天气也越剧烈。

从表2中可以看到,“1109”过程在闪电发生的集中时段,闪电频次和闪电强度均大于“0321”过程,表示“1109”过程对流发展的更为剧烈,且冰晶粒子更加的活跃。

从正负闪比例分析“1109”为0.0472,而“0321”为0.0815,正负闪比例“0321”是“1109”的两倍,表明“0321”更接近于雹云的闪电特征,更有利于出现冰雹。

表2 “1109”闪电集中时段13:00-18:00时和“0321”闪电集中时段18-23时
闪电特征时间总闪/个正闪/个负闪/个最大正闪强度/kA 平均正闪强度/kA
最大负闪强度/k A 平均负闪强度/kA 1109 16036 723 15313 171.1 17.1 -52.7 -6.4 0321 3905 294 3611 62.9 16.8 -39.8 -6.0
8 结论
通过分析春季“0321”和初冬“1109”强飑线过程,得出以下结论:
(1)春季和初冬强飑线天气发生在高空辐散,中层有槽线,低层存在切变、低涡、西南急流,具有前倾结构,地面是锋前倒槽或气旋波动等天气形势背景下。

春季和初冬强
对流天气的不同点是:春季高层负变温不明显,低层正变温明显;初冬高层负变温明显、低层正变温不明显。

(2)春季和初冬强飑线过程都有地面中小尺度系统配合,多以中尺度辐合线和涡旋形
式存在,春季还伴有中尺度温度锋区。

(3)物理量场参数指标要超过江西强对流发生的对流参数阈值,但初冬强对流物理量
场的CAPE等参数要求低于春季。

春季和初冬强飑线天气均发生在强的垂直环境
风切变场中,近地面层均有弱的逆温层存在。

春季呈现上干下湿状态典型强对流发
生的层结状态,而初冬对此要求较低。

(4)卫星云图上春季和初冬均表现为强对流天气的云系特征,为逗点云系尾部、线状
云系,TBB显示云顶亮温初冬低于春季,初冬云系更易产生MCS。

(5)春季和初冬强飑线天气的雷达回波特征均呈现为:强反射率因子、高回波顶、垂
直液态水含量高和有中气旋等典型回波特征。

初冬回波顶达到的高度更高,而春季
液态水含量更大。

(6)初冬强对流天气闪电频次和强度均高于春季,冰晶粒子更活跃,更易发生雷电灾害。

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