一次典型飑线过程多普勒天气雷达资料分析

图 4 2002 年 8 月 24 日 08 :00 对流有效位能 (a) 、KI 指数 (b) 和抬升指数 (c) Fig. 4 CA PE(a) 、KI (b) and L I(c) at 08 :00 o n 24 August 2002
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高 原 气 象 27 卷
最大接近 10 ℃, 地面温度越高的地区 , 降温幅度越
图 1 2002 年 8 月 24 日安徽飑线过程大风实况 细线为等时线
Fig. 1 The gale of squall line case o n 24 August 2002. Thin lines are squall line passage isochrone
2 天气实况与背景场分析
2002 年 8 月 24 日安徽省自西北向东南出现了 一次飑线过程 。安徽省 79 个测站先后有 30 个站出 现 17 m ·s - 1 以上的瞬时大风 , 09 : 56 (北京时 , 下 同) 亳州最先出现大风 , 最迟是绩溪 , 为 19 :26 , 其 中最大风速达到 26 m ·s - 1 (图 1) , 与大风相伴的 还有强降水或冰雹 。 飑线影响时地面温度迅速下降 , 1 h 降温幅度
KI 指数和抬升指数均在 24 日 08 :00 表现出大气最 不稳定 , 20 :00 飑线经过后这些对流参数都一致反 映大气趋于稳定 。
国内外研究认为 , 垂直风切变对风暴的维持和 发展起着非常重要的作用 。而这次飑线在其发生前 后垂直风切变却不是很大 , 只在飑线即将影响安徽 时 (24 日 08 :00) 阜阳上空的垂直风切变达到中等强 度 , 925 h Pa 到 500 h Pa 的垂直风切变近似为 3. 0 × 10 - 3 s - 1 , 而 850 h Pa 到 500 h Pa 的垂直风切变要 略大一些 , 近似为 3. 2 ×10 - 3 s - 1 。
Fig. 2 3 h p ressure variatio ns at 11 :00 (a) , 14 :00 (b) and 17 :00 (c) on 24 August 2002. U nit : 0. 1 h Pa.
Solid lines indicate po sitive p ressure variatio n and dashed lines indicate negative one
收稿日期 : 2006206205 ; 改回日期 : 2007207231 基金项目 : 国家自然科学基金项目 ( 40575014)“基于多普勒天气雷达观测中的中国超级单体风暴研究”; 国家自然科学基金 项目
(40675001)“江淮夏季对流云合并的观测和机理研究”; 安徽省十一五科技攻关项目 (06013140B) 共同资助 作者简介 : 姚叶青 (1970 —) , 女 , 安徽枞阳人 , 硕士 , 高工 , 主要从事短期和强对流天气预报分析和研究. E2mail :zmhht @163. co m
站名
淮北 毫州 宿县 灵壁 泗县 阜阳 固镇 怀远 蚌埠 凤阳 定远 来安 滁县 合肥 肥西
舒城
六安 巢湖 和县 桐城 枞阳 芜湖 繁昌 南陵 宣城 郎汐 宁国 泾县
表 1 飑线回波和 17 m ·s - 1 以上大风的关系 Table 1 Relation bet ween squall line echo and the start time of gale with 17 m ·s - 1 and precipitation
1 引言
飑线是我国主要产生强对流天气的系统 。我国 气象科技人员对飑线等强对流天气已有过不少研 究[1 - 15 ] 。2002 年 8 月 24 日华东地区出现了一次大 范围的飑线过程 , 影响到安徽 、江苏和上海 ; 伴随 的对流天气主要为大风 、冰雹和强降水 。漆梁波 等[3] 对此次飑线移到江苏和上海时的演变情况和特 征进行了分析 。本文主要利用位于合肥的多普勒天 气雷达资料 , 对安徽境内飑线的演变和结构特征进 行了分析 。
体 (图 5 中 14 :01 圆圈内) , 这个雷暴单体位于阵风 锋的前面 , 此后又有新的雷暴单体在阵风锋前面形 成 (图 5 中 14 :50) , 由于有雷暴在阵风锋的前面新 生加上原弓形回波明显断裂 , 使得维持了几个小时 的一条完整的雷暴阵风锋出现暂时断裂 。随后 , 新 的雷暴单体成熟 , 其下沉气流与其它雷暴的下沉气 流汇合再次形成完整的阵风锋 (图 5 中 16 :09) 。随 后回波继续向东南方向移动 , 雷暴群在形态上没有 上午那样呈现典型的弓形 , 但回波强度没有减弱 , 直到 21 :00 以后才移出安徽 。
高 原 气 象 第
27 卷 第 2 2008 年 4 月
期
PL
A
T
EA U
Vol. 27 No .
M E T EO ROL O GY
Ap ril , 2008
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文章编号 : 100020534 (2008) 0220373209
一次典型飑线过程多普勒天气雷达资料分析
3 飑线的雷达回波特征
3. 1 弓形回波与雷暴出流边界 (阵风锋) 这次飑线过程从云图上分析出早晨就开始在河 南出现 , 沿西北 —东南方向移向安徽 , 接近 09 : 00 飑线的前沿到达安徽 。进入安徽后继续以 8～11 m ·s - 1 的速度向东南方向移动 , 回波呈现典型的由 多个雷暴单体组成的弓形 (图 5 中 12 :24) , 强度达 到 45～55 dBz 。当回波逐渐靠近雷达站时 , 12 : 12 雷达开始探测到弓形回波前面约 8～12 km 处的弧 形弱回波带即窄带回波 , 强度为 20 dBz 左右 , 高度
图 3 2002 年 8 月 24 日 16 :30～18 :30 宣城气象站的风向 (a) 、风速 (b) 、气压 (c) 和温度 (d) 的自动记录 Fig. 3 Autograp hic records of wind direction (a) , wind speed (b) , p ressure (c) and temperat ure (d) at Xuancheng station f rom 16 :30 to 18 :30 on 24 August 2002
姚叶青1 - 3 , 俞小鼎4 , 张义军1 , 程 华3 , 魏 鸣2 , 李 劲3
(1. 中国气象局 中国气象科学研究院 , 北京 100081 ; 2. 南京信息工程大学 , 江苏 南京 210044 ; 3. 安徽省气象台 , 安徽 合肥 230031 ; 4. 中国气象局培训中心 北京 100081)
基本在 2. 5 km 以下 。此弧形弱回波带也叫做阵风 锋 (图 5 中 12 :24) , 即构成飑线的雷暴群中强烈下 沉气流的出流汇合在一起的冷池的前沿 。13 :00 左 右排列整齐的弓形回波出现断裂迹象 , 其东侧和西 侧的雷暴强度继续维持 , 而中间的雷暴强度减弱 , 虽然此时回波带的排列没有以前整齐 , 但其前面的阵 风锋仍为完好的弧形 , 并未出现断裂(图 5 中 13 :07) 。 14 :01 在雷达测站的西南方向另有一条边界层 辐合线 (窄带回波) , 强度也在 20 dBz 左右 , 在这条 辐合线与上述阵风锋交点附近还新生了一个雷暴单
产生大风 时间
回波主体 到达时间
阵风锋 到达时间
回波主体 产生大风
阵风锋 产生大风
备注
降水开始 时间
12 :16 09 :56 11 :42 13 :15 14 :05 11 :23 12 :20 12 :21 12 :42 12 :55 13 :32 15 :53 14 :38 15 :10 14 :37
的位置和同一时间的 3 h 变压 (见图 2) , 可以看出 飑线后部一直存在明显的雷暴高压 。同时从风 、气 压 、温度等气象要素的时间序列图上清楚地显示出 在飑线经过时气象要素出现了突变 , 风向突变 , 风 速突然加大 , 温度下降 , 气压陡升 (图 3) 。 系统影响后气象要素的急剧变化 , 存在雷暴高 压 , 以及出现大范围的大风降温 , 说明这是一次影 响范围大 , 持续时间长 , 且非常典型的飑线过程 。 飑线发生前的环境背景场如下 : 24 日 08 :00 山
2 期
姚叶青等 : 一次典型飑线过程多普勒天气雷达资料分析 3 75
东南部到河南北部有一横槽 , 对比前一个时次 500 h Pa 探空 , 河南南阳 、安徽阜阳 、江苏徐州温度下 降了 3～4 ℃, 说明中高层有明显干冷空气南下 , 同 时在 925 h Pa 江苏中部 、安徽中北部到河南南部有 一辐合线 , 低层辐合线的存在有利于触发对流的产 生 。中高层干冷空气扩散南下和低层的辐合为这次 飑线过程提供了非常有利的环境背景场 。 飑线作为强对流天气之一 , 作一些对流参数的 分析 是 非 常 有 必 要 的 。首 先 看 对 流 有 效 位 能 CA PE , 飑线发生前对流有效位能非常大 , 安徽西 北部阜阳 23 日 20 : 00 和 24 日 08 : 00 达到或接近 4000 J ·kg - 1 左右 (图 4a) , 而河南南阳 、江苏徐州 的对流有效位能 24 日 08 :00 已开始明显减小 , 此 时地面飑线系统刚刚接近南阳 、徐州等地 。 而反映大气温度 、湿度及其配置的对流参数如 KI 指数和抬升指数也同样表明大气层结非常不稳 定 , 阜阳上空 24 日 08 : 00 : KI 指数达到 44 ℃, 抬 升指数为 - 10 ℃(见图 4) 。这些值是非常极端的 , 即便在强对流天气中也是不多见的 。但与 CA PE 不同的是 , 24 日 08 :00 在飑线还未影响安徽时 , 安 徽的探空资料已显示 CA P E 值在下降 (如阜阳) , 而
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高 原 Байду номын сангаас 气 象 27 卷
图 2 2002 年 8 月 24 日 11 :00 (a) , 14 :00 (b) 和 17 :00 (c) 3 h 变压 (单位 : 0. 1 hPa) 实线为正变压 , 虚线为负变压
摘 要 : 对 2002 年 8 月 24 日发生在安徽的一次大范围飑线过程进行了分析 。该飑线影响范围大 、持 续时间长 , 产生于对流层中高层槽后干冷空气向南大范围扩散 , 低层辐合 , 大气层结非常不稳定 , 深层 大气垂直风切变中等的背景下 , 在其影响的广大区域产生大风和部分地区的冰雹和暴雨 。雷达回波呈 现弓形 , 伴有明显的雷暴出流边界 (阵风锋) , 与弓形回波相对应的多普勒径向速度明显地预示地面大 风的中层径向辐合 (MARC) 。而中气旋的存在 , 通过加速干冷空气向雷暴内的夹卷 , 加强了下沉气流 。 另外 , 弓形回波前沿中低层存在弱回波区 , 中高层存在回波悬垂 , 强回波区延伸到 - 20 ℃等温线之上 , 表明雷暴内上升气流很强 , 有利于大冰雹和强降水形成 。分析还表明雷暴出流边界与雷暴之间距离的 变化在一定程度上可以预示未来雷暴强弱的变化 。 关键词 : 飑线 ; 弓形回波 ; 中层径向辐合 (MA RC) ; 阵风锋 ; 中气旋 中图分类号 : P426. 5 + 1 文献标识码 : A
大 。如霍山 15 :00 温度为 37. 3 ℃, 16 :00 温度下降 到 27. 9 ℃, 1 h 下降了 9. 4 ℃。飑线中的雷暴云后 部的强下沉气流将相对干环境空气夹卷进去 , 导致 水滴蒸发使得下沉气流降温 , 下沉气流快速下冲到 地面 , 在地面形成以很快速度推进的冷堆 , 形成阵 风锋 。该快速推进的阵风锋除了导致地面的急剧降 温和大风外 , 还在其后部形成了明显的雷暴高压 (图 2) 。 对比图 1 中 11 : 00 , 14 : 00 和 17 : 00 大风到达