安徽致灾大风天气过程分析

安徽致灾大风天气过程分析

2009年6月5日下午至8月，安徽省遭遇强降风和陡峭天气，如雷雨大风和冰雹。全省43个县市和228个市发生8级以上的风暴，其中淮南20:53的最大及时风速为36ms，创造了安徽省最大的风速记录。另外怀远、淮南分别出现直径为8mm和10mm的冰雹。此次强对流天气过程造成了严重的经济损失和人员伤亡。据民政部门统计,全省受灾人口482万,因灾死亡25人,失踪3人,受伤215人,农作物受灾面积205.4km造成安徽省致灾大风天气随季节不同主要有四种类型:一是冬半年寒潮天气过程带来的大风。这种大风天气过程影响范围广,虽然平均风力可达7级以上,但是出现极端瞬时大风的可能性小,因此造成的灾害并不严重。二是春季飑线型或夏季局地风暴产生的雷雨大风,伴有冰雹、雷电和短时强降水等灾害性天气出现,可产生8级以上大风,这种大风被称为下击暴流。三是春季冷空气南下时形成的雷暴天气所产生的混合型大风,具有雷雨大风和冷空气大风共同特点。四是雷暴中强烈下沉气流造成的冷出流边界或称阵风锋、飑锋而产生的大风。这种大风往往与雷雨大风和强降水天气没有直接的联系,会脱离雷暴母体而移动,所经之地出现无降水大风天气,其影响范围较第二和第三种情况要广。此次致灾大风过程同时属于第二和第四两种类型。笔者对天气形势、卫星云图、雷达回波等多种资料进行分析,试图找出此次大风天气的成因、特征与预报着眼点,为灾害性大风的预警、预报提供参考,以期减少灾害所造成的损失。1温度场分布及结果5月31日起,中高纬度呈“两槽一脊”型,槽线分别位于乌拉尔山和我国东北,脊线位于贝加尔湖。6月以来548hPa的低涡中心在东北维持并稳定少动,表明其势力异常强大。6月5日08:00500hPa图上(图1),我国东部沿海为一深槽,我国东部地区均受槽后西北气流控制。温度槽明显落后于高度槽,同时河北南部、山东、江苏北部地区24h变温-1~-4℃,表明槽后存在冷平流,东北冷涡底部的冷空气不断沿槽后扩散南下。850hPa图上(图2),山西、河南、湖北为一温度脊,安徽省处在脊前,受西南风的影响,存在明显的暖平流。925hPa图上(图3),低槽位于河南至山东半岛一线,安徽、山东、江苏等省均处在925hPa槽前暖平流中,24h变温为1~4℃。高空存在冷平流而低空存在暖平流是此次天气过程的大尺度环流背景。08:00地面图上,山东、江苏境内有一条干线,基本沿海岸线分布。干线靠近内陆一侧暖而干,靠近海岸一线冷而湿。山东半岛有东南~东北风的辐合线。5日08:00山东南部、江苏大部和安徽北部3h变压ΔP3<0.5hPa,最小达到-0.5hPa,明显低于日变化值,变压造成的辐合风十分有利于雷暴发展。在雷暴发展强盛期的17:00至20:00,地面有明显的雷暴高压形成。2东北—雷暴云团发展、演变的云图特征此次天气过程虽然是在安徽省境内发展起来的,但是通过分析卫星云图发现,产生于山东半岛东部的雷暴云团不断发展并向西传播,与安徽省境内的雷暴云团合并是造成安徽境内强对流天气的主要原因。从5日临晨的卫星云图上看,由于东北冷涡底部冷空气扩散南下,华北地区有一条东北—西南走向的冷锋云带向东南方向移动。该云带不连续,由数个对流云团组成。当云带移动到山东半岛至朝鲜一线时,其他对流云团均已减弱消散,唯独山东半岛上空的云团逐渐发展(图4A),之后脱离原有的移动路径改向西南方向移动,当移动到安徽境内时与原本在局地生成的云团合并。合并后的云团(图4D)发展强烈,结构密实,呈圆形,虽然云团面积未达到典型MCC(中尺度对流辐合体)标准,但组织结构却比较完整,可以算β尺度MCC。20:00该云团达到最强盛阶段。之后继续向西南方向移动,并逐渐减弱消亡。另外在山东境内的雷暴发展的同时,江苏境内也有雷暴云团发展。在两个雷暴发展强盛阶段(17:00),2个云团连为一体,但是强中心却并未合并(图4C)。之后江苏境内的风暴逐渐分离,并向海上移动,强度逐渐减弱,这表明其并不是安徽境内雷暴强烈发展的直接因素。3风场的强能量云图分析表明,山东半岛雷暴最初是在半岛东端发展起来的,之后向西南方向移动并逐渐加强。研究发现导致该雷暴发展并加强的因素有两个:(1)5日08:00至20:00,半岛东端存在海岸锋,锋线沿海岸走向,海风向内陆汇合,形成风向辐合,这是风暴发生的触发因素;(2)山东中部存在东北—西南走向的干线,干线冷湿一侧存在逆温,为雷暴发展提供了大量不稳定能量,同时由于925hPa切变线与地面干线几乎重合,风向辐合为雷暴发展提供了抬升机制,从而使雷暴向西南方向移动的过程中不断加强。与山东境内的情况类似,安徽江苏交界处江苏一侧也存在一条南北向的干线,17:00干线两侧的温度差达到10℃。当山东境内的风暴移动到皖北后与当地生成的合并后,由于这条干线的存在,合并后的风暴强烈发展,并继续向西南方向移动,给安徽大部地区带来了大风、冰雹等严重灾害。以上分析可以看出,海风锋和干线是此次雷暴发生、发展的重要因素。海风锋是密度的不连续面,其所在位置存在风向的辐合或辐散。海风锋在近地面形成辐合还是辐散的风场与海岸线形状有关。当海岸线向海上凸起时为辐合场,当海岸线向内陆凹进时为辐散场。而山东半岛呈向海上凸起的形状,因此形成了风向的辐合,为对流天气的发生提供了抬升条件。再加上高空有冷空气影响,极易诱发对流性天气。从云图的演变来看,冷锋云系移动到山东半岛上空时发展为对流风暴,其位置和地面辐合区的位置非常一致。干线又称露点锋,是一条水平方向上的湿度不连续线。其一侧是暖而干的空气,另一侧是冷而湿的空气,垂直伸展仅达地面以1~3km。穿越干线,地面水平露点可达5℃/km以上。在冷湿空气上方通常有逆温覆盖,这种逆温通常称为“盖帽”逆温或干暖盖,起到了储存位势不稳定能量的重要作用。实况观测资料显示了逆温层的存在,5日08:00青岛地面温度为17℃,而925hPa温度为19℃,逆温十分明显。干线的成因和初夏季节的海陆风有关。5日08:00地面图上,山东、江苏沿海地区的温度较内陆地区低,温差甚至达到7~10℃,同时沿海地区的风向垂直于海岸线,风由海上吹向内陆,这是典型的海陆风的特征。进入6月,虽然是初夏,但是由于海洋的热容量比较大,海面增温的速度比陆地要低。即使在夜间陆地因为长波辐射散失的能量比海洋大,但总体来说不管是白天还是黑夜,陆地温度都高于海面。从地面实况观测资料来看,山东和江苏沿海昼夜均盛行海风,风由海上吹向陆地。由于海风冷而湿,与陆地上暖而干的气团之间形成了干线。初夏是我国东部沿海易出现干线或海风锋的季节,如果高空有冷空气南下,则出现雷暴天气的可能性大。4高空和风向垂直切变的影响此次风暴移动有一个典型特征,就是其移动方向与引导气流的方向不一致,而是垂直于引导气流的方向并偏向于右侧,是一个典型的“右移风暴”。该风暴生成于山东半岛东部,向西南方向移动了数百千米并影响安徽,其右移的机理值得探讨。雷暴云的传播方向受高空风速垂直切变及风向垂直切变的影响很大。当环境风速随高度增大时,假定对流云内风速上下一致,这样就会在云的前部低空产生辐合,高空产生辐散。于是有利于在云的前部有上升运动发展,因而有新的雷暴单体产生。而云的后部则相反,有利于下沉运动发展,使原来的雷暴单体消散。总的效果是使人们看到云体向前方传播。风向的垂直切变影响着云体的传播方向。当低层为南风,高层为西风时(即风向随高度顺转),在雷暴前进方向的右侧,低空有辐合,高空有辐散,有利于新的雷暴的形成。这种情况往往造成雷暴云整体不断向其原来运动方向的右侧传播。最新研究成果表明,水平温度梯度的加强,有利于低空垂直切变的加强5出流边界及阵风锋此次雷暴天气过程最典型的特征就是地面风速大,影响范围广,破坏力强。找出大风的成因对于今后预报类似的天气过程具有十分重要的意义。大风和阵风锋有很好的对应关系,天气雷达能够探测到阵风锋回波,因此可以间接探测到大风。阵风锋的形成过程是在雷暴成熟和消散阶段,由于雷暴中强烈的下沉气流把中空干冷空气带到地面,向四周辐散冲击,这种下沉的干冷空气和环境场的上升暖湿空气形成一个不连续面(称为雷暴的出流边界或阵风锋),由于不连续面处温度、湿度梯度较大,导致大气折射率的改变,引起电磁波的散射,被雷达所接收形成窄带回波。阵风锋的雷达回波特征表现为位于雷暴移动方向前沿的一条狭长的弧状窄带回波,强度20~30dBz,宽度2~5km左右,长度不等。此次天气过程中合肥、阜阳、蚌埠等地的雷达均探测到阵风锋,由于阜阳雷达所处观测位置较佳的原因,阵风锋在阜阳雷达上表现十分清晰。由图5可知,图中西北—东南走向的细线即为阵风锋回波,回波北部位于河南周口附近,南部影响到了六安,长度达到了近300km,其尺度之大十分罕见,表明大风影响的范围十分广泛。阵风锋的一个显著特点是可以脱离母体风暴而单独移动,所经之地仅出现大风而无明显降水。由图5可知,阵风锋回波位于强雷暴回波前方大约30~50km处,根据阵风锋回波移动的速度可以大致估计出地面风速,从而估计出大风的破坏程度。雷达探测到阵风锋的事实表明,此次强对流所伴随的大风正是由于雷暴中强烈的下沉气流造成的。下沉气流温度比地面温度低,其到达地面后,在地面形成了冷性的雷暴高压,雷暴高压与周围低压区之间存在较大的气压梯度,因此存在较强的梯度风。强大的梯度风加上下沉气流到达地面后向四周扩散时所具有的动量,使得地面瞬时风力极大,破坏力极强,带来的灾害也非常严重。6近地面大风的雷达回波影响(1)东北冷涡是我国东部地区初夏强对流天气发生的主要影响系统。在东北冷涡影响的天气形势下,低层辐合将有利于雷暴的产生。(2)山东半岛的干线和海风锋形成的地面辐合线使对流风暴加强并形成右移风暴,风暴移入安徽后与当地生成的风暴合并,合并之后的新风暴强烈发展,其强烈的下沉气流造成了地面雷暴高压,该雷暴高压与周围低压区之间的存在较大的气压梯度,强大的梯度风造成了近地面大风。(3)阵风锋前沿边界造成大气折射率改变,多普勒天气雷达可以从反射率和速度场上探测到这种不连续面的窄带回波。阵风锋的雷达回波与地面大风有着较好的