2016年6月5日河南省大范围强对流天气特征

2016年6月5日河南省大范围强对流天气特征

河南强对流天气智慧化应用存在的问题近年来，主要的预测和报警技术发展迅速。综合来看，局地强风暴的研究成果对实际预报预警业务具有较好的借鉴作用。河南省强对流天气复杂多样，时常出现不同类型灾害性天气并存的现象，然而，目前关于河南地区大范围、混合型强对流天气的研究仍不多见。本文对2016年6月河南省一次大范围、混合型强对流天气过程的成因进行深入分析，旨在为河南地区强对流天气的精细化预报预警提供参考。1数据和方法1.1对流系统综合发展分析选用中国气象局国家气象信息中心下发的Himawari-8卫星原始分辨率资料(中心波长为11.2μm，分辨率为2km×2km，间隔10min)和河南省雷达监测及3km雷达拼图资料分析对流系统的发展。此外，研究中还应用了常规观测资料、区域自动站资料和欧洲中期天气预报中心(ECMWF)的ERA-Interim再分析资料(分辨率为0.125°×0.125°，间隔6h)。1.2学习方法根据相关研究成果2结果分析2.1弓形回波与对流单体的关系2016年6月5日14时至6日00时(北京时，下同)河南省(简称豫)出现了大范围强对流天气，灾害天气落区具有明显的差异。5日14—18时栾川(14:43)、三门峡(17:14)出现了局地冰雹，直径分别为0.5cm、0.9cm(图1a)。5日19时至6日00时为强对流天气主要影响时段，19—23时(图1b)豫西南发生了大范围雷雨大风，5个国家级气象观测站、28个区域自动站风力达8级以上，其中镇平、南阳本站最大风速为25m·s卫星监测表明，5日下午到夜里河南境内先后出现了MMMM综上，灾害性天气发生于MCS剧烈发展、合并加强及成熟期，大范围短时强降水主要分布于TBB低值中心附近，MCS前侧TBB梯度大值区、MCS合并区易发生局地强降水;MCS前侧TBB梯度大值区与风雹天气有较好的相关性。同期3km雷达拼图和洛阳、南阳雷达均观测到中小尺度对流系统的发展与合并。13:46—14:10洛阳雷达2.4°仰角反射率因子及垂直剖面显示，栾川附近单体强度达65dBz、强回波扩展到-20℃层以上，并出现TBSS特征，回波悬垂结构维持了近30min后栾川观测到冰雹。16:42洛阳雷达2.4°仰角反射率因子及剖面显示，三门峡附近的单体强度达65dBz，也具有明显的强回波悬垂结构，此特征维持近20min后三门峡出现冰雹(图略)。20时(图3a)带状回波d(对应云团D)由3段回波构成，d1、d2为β中尺度弓形回波，d3为结构松散的混合型降水回波、质心偏低。21:00—21:30(图3b和图3c),d1东移与e(对应云团E)合并，发展为强弓形回波，雷暴大风区位于弓形顶附近。由南阳雷达1.5°仰角反射率因子图可见，20:13(图3d),d1前侧不稳定区内存在分散性对流单体，d1东移与单体合并后持续加强，形成向东南凸起更明显的弓形回波;21:02—21:33(图3e和图3f),d1出现了V型缺口(与风暴后侧入流急流有关)、阵风锋，弓形回波发展到成熟阶段，阵风锋北端与d1相连并不断将前侧暖湿气流抬升、输送至系统中，为弓形回波的持续发展提供能量。同时，γ尺度对流单体在阵风锋作用下加强，随后并入d1，促使d1持续发展。20:37—22:28弓形回波、阵风锋快速东移，速度约为75km·h综上，强单体产生了冰雹，弓形回波导致豫西南发生了雷暴大风。强单体的TBSS、强回波悬垂特征和弓形回波的阵风锋、后侧入流急流特征对预警冰雹、雷暴大风有一定提前量。2.2云传播环境2.2.1日8—环流背景与探空环境2016年6月4—5日欧亚中高纬度为两槽一脊形势，河南受华北低涡后部西北气流控制。由高空分析(图4a和图4b)可知，5日08—20时500hPa黄淮地区西北风速为16—20m·s2016年6月5日14时南阳(图5a)自由对流高度(LFC)接近地面，说明稍有触发就会产生对流天气，500hPa至地面的温度递减率达9℃·km分析对流参数可知(表2),5日14—20时南阳K指数增至38℃、SI指数降至-2.56℃，对流发生前(14时)CAPE达1583.3J·kg2.2.2能量和干湿性质对豫西南风雹的影响由假相当位温θ分析逐小时CAPE、CIN发现，13时(图7a)豫西南的西部、豫中和豫南CAPE>1000J·kg分析大气可降水量(PW)发现(图略)，5日14时豫东存在一PW高值区，中心值达46mm，豫中处于湿区内，PW>40mm;陕西省东南部有一18mm的干中心，栾川、三门峡PW<30mm，处于干空气向湿空气侵入的交绥区。20时高湿区西南移，豫中、豫南处于40mm的高湿区内，位于陕西省的干中心略加强，豫西南PW梯度显著增加，表明此处为干湿气团剧烈交绥区。可见，不同温湿性质气团剧烈交绥是豫西南出现风雹天气必不可少的条件。综上，豫西南位于高能区、能量锋区，不稳定层结深厚，中高层干冷空气侵入和干湿气团剧烈交绥有利于产生风雹;豫中、豫南位于PW大值区，易出现强降水。2.2.3动区地震波场特征散度和垂直速度叠加图显示，2016年6月5日14时850hPa(图8a)上升运动区位于豫西山区东侧，栾川位于上升运动区内辐合中心附近，垂直速度、散度值分别为-0.3Pa·s可见，局地对流云发展为深对流产生了冰雹;“低层辐合、高层辐散”的深厚上升运动有利于MCS持续加强，对流系统后侧下沉辐散气流有利于产生大范围的雷暴大风。2.3中等尺度制的触发和维护2.3.1形成冷区，持续降水分析逐小时区域自动站资料可知，2016年6月5日上午豫中、豫北持续弱降水，形成较大范围冷区。11—13时(图9a)冷空气南下，在栾川附近形成直径约为50km的冷池(本文采用-3℃为冷池的界限2.3.2阳雷达剖面结果2016年6月5日13:16—13:52洛阳雷达经栾川附近强单体做径向速度剖面显示(图略)，单体上空2—6km为辐合区，7km以上为辐散区，低层正负速度差达15m·s3mcs回波特征(1)华北冷涡、高空弱冷平流形势下，低层暖脊的强烈发展为MCS形成、发展提供了不稳定能量。局地环境条件的差异造成了不同类型的强对流天气，豫西南处于高能区、干湿气团交绥区，中高层强干冷空气侵入、中等偏强的0—6km垂直风切变、中层以下干绝热递减率有利于强风暴的形成与维持;豫中、豫南处于PW大值区，深厚的湿层、低抬升凝结高度、较小的0—6km垂直风切变为形成低质心的强降水回波提供了可能。(2)地面辐合线、冷池是MCS触发、发展的动力机制。豫西南具有“低层辐合、高层辐散”的深厚上升运动，雷暴高压引发的变压风和中小尺度动力辐合增强了抬升条件，有利于中尺度对流系统有组织化的发展。豫中、豫南地面辐合线持续抬升饱和湿空气，有利于大范围强降水的形成。(3)MCS处于剧烈发展、合并加强和成熟期时，其前侧TBB梯度大值区易出现风雹，也是局地强降水的高发区，大范围强降水多发于TBB低值中心、MCS合并区。强对流单体产生了冰雹;中小尺