一次成都一次局地强对流天气分析

一次成都一次局地强对流天气分析

天气天气背景及资料说明脉冲风暴是一种快速发展的强风暴，发生在不利的垂直风切割环境中。同时，环境具有较厚的砂质粘土层和不稳定性。脉冲风暴的生命史通常小于30分钟。强对流的主相器主要包括短程风暴、小冰峰和弱龙卷。本文选取2014年7月23日午后成都主城区一次局地的强对流天气过程(局地短时强降水并伴有雷电、冰雹和强风),利用多普勒天气雷达、地面自动站、风廓线仪等高时空分辨率观测资料和NCEP1×1°再分析资料以及常规观测资料,对此次成都市区发生的由脉冲风暴引起的局地强对流天气的天气背景、环境条件、触发机制和雷达观测特征进行研究和探讨。1强对流天气影响2014年7月23日16:00,成都城区出现了一次伴有雷电、冰雹的局地短时强降水天气,给城市正常运行带来了较大的影响。图1(彩页)显示局地强对流天气主要位于成都市区西北部,最大雨量在青羊区苏坡乡达42.5mm,伴有明显的雷电和局地的冰雹;风监测显示,在金牛区水管站和强降水中心的苏坡乡都测到13m·s2初现形势及分析高空地面中尺度分析显示(图2,彩页),2014年7月23日08:00台风“麦德姆”沿台湾海峡北偏西方向向福建移动,西太平洋副热带高压(以后简称“副高”)588dagpm线位于成都上空,天气晴好,利于太阳辐射地面升温,青藏高压稳定在青藏高原中部,青藏高原东部及四川西部处于两高之间的鞍形场中;高空低槽、切变偏北东移;700hPa有由台风北侧的水汽通道向四川盆地输送暖湿水汽,此时成都850hPa比湿达16g·kg大气背景场显示,成都及盆地西部地区都有利于对流风暴的生成,但实况只在都江堰(龙门山山区)和成都市区西北部出现了明显的强对流天气,这与地形和下垫面热力分布有密切的关系。成都城区的局地强对流成因将在本文进行探讨。3通过分析脉冲风暴的发展条件和触发机制，我们3.1不稳定层的关闭23日08:00温江探空近地层有明显的逆温层和对流抑制能量,对流不易发展。但,假相当位温θ3.2sei条件08:00温江探空虽然整层大气的相对湿度较小(小于80%),但地面到2km高度的比湿在16~18g·kg3.3成都平原西部下海拔高度的变化下垫面分布不均匀易引起局地热力差异,进而形成地面中尺度辐合线,是对流发生的一个抬升触发条件。成都城区下垫面状况与周边郊区差异大,在晴空少云情况下,太阳辐射使得城区温度升高较周边地区快,形成城市热岛效应(成都城区及周边县市位于成都平原,海拔高度差很小,海拔高度对温度的影响可以忽略,因此用本站温度直接进行比较分析)。23日15:00产生强对流天气的城区西部北部地区加密自动站的温度在37~40℃之间,较强对流天气不明显的城区东部及周边市县温度(34~38℃)高出2~3℃(图4a,彩页),这种温度差在城区西部北部形成了。明显的地面中尺度热中心。局地的热力分布不均匀,会引起局地风场的变化,在15:00地面风场图上(图4b,彩页)有一条由偏南风与偏北及偏东风形成的中尺度辐合线,辐合线西段所在位置与脉冲风暴出现的区域基本重合。城市热岛效应产生的地面中尺度热中心和辐合线有利于低层抬升作用的增强。3.4阵风锋55阵风锋作为雷暴下沉冷空气的出流边界,具有冷锋的一些特征,过境时会带来温度骤降、气压陡升、风向巨变等现象。因此,阵风锋能够在其移动前方激发出新的对流系统。图5为成都多普勒天气雷达0.5°仰角反射率因子图上阵风锋自北南下的过程(为了消除低仰角地物杂波的影响,本文在使用时已进行杂波抑制处理),阵风锋表现为反射率因子强度在15~30dBz之间的弧状窄带回波。15:02(图5a)阵风锋经过彭州时,在(104.02°E,30.95°N)附近激发出对流单体A,在20min时间内出现了23.8mm的强降水;15:25(图5b)阵风锋接近成都市区时在其前方的城区(104.10°E,30.75°N)激发出对流单体B,15:39随着阵风锋移过成都市区在阵风锋与城市热岛效应形成的中尺度热中心和辐合线叠加,不稳定能量剧烈释放,脉冲风暴在短时间内迅速发展。之后阵风锋继续南下,移出成都城区后城市热岛效应消失,只有一些弱的对流系统生成。利用地面加密自动站气压、温度及成都新都风廓线雷达资料分析可得,阵风锋过境前后,金牛区水管站本站气压和地面温度(图6a)有明显的变化,地面温度由16:00的38.1℃下降到17:00的24.3℃,温差达13.8℃,本站气压由944.3hPa升高到945.3hPa升高了1hPa,表明阵风锋后有明显的冷池存在。同时,地面至1km风场(图6b)也由阵风锋过境前的东南风,转为东北风。近地层阵风锋前的东南风与阵风锋后的东北风对吹,利于形成辐合上升运动,阵风锋后的冷池与成都城市热岛效应形成的中尺度热中心相遇增大了温度梯度利于近地层不稳定性和辐合上升运动的增加。阵风锋与城市热岛效应共同作用使得城区脉冲风暴剧烈发展。当阵风锋移出成都城区后,所经过地区由于没有局地的中尺度热中心及辐合线,也有对流风暴生成,但发展不明显,持续时间也很短。上述分析显示,成都已具备对流发生所需的不稳定层结、水汽、抬升这3个有利条件,而订正后的14:00温江探空显示其自由对流高度为0.9km,城市热岛效应及其地面中尺度辐合线使地面抬升作用增强,当阵风锋及其后的冷平流移近时,对流风暴剧烈发展。需要注意的是08:00温江探空地面至6km高度大气垂直风切变为2.8m·s4脉冲风暴的回波特征利用绵阳和成都多普勒天气雷达基本反射率因子、径向速度、垂直液态水含量等产品,分析此次脉冲风暴的结构特征。脉冲风暴发展最强盛时(15:56)绵阳雷达1.5°、2、4°和3.4°仰角的反射率因子见图7a、b、c,在此距离对应的高度分别约为3.5km、5km和7km。3个仰角反射率因子图上,随着仰角的增大回波中心反射率强度逐渐增强(由1.5°上55dBz增加到3.4°上63dBz),强回波中心的范围也增大,高层强回波中心叠加在低层弱回波区之上,此时次反射率因子垂直剖面图(图8b)有明显的悬垂回波和有界弱回波区等强对流风暴的回波特征,雷电监测垂直液态水含量达75kg·m沿图7c中虚线路径的反射率因子和径向速度剖面图(图8,自东北向西南),脉冲风暴发展初期的15:46(图略),48dBz的反射率因子中心高度在9km,到15:51(图8a)随着脉冲风暴的发展,反射率因子中心强度增大到61dBz,55~61dBz强中心的高度在6~9km之间。此时的径向速度垂直剖面图上(图8c中黑色椭圆区域)在3~5km之间有明显的中层径向辐合,表明脉冲风暴中有由前向后的强暖入流急流和后侧冷的出流急流,剧烈的上升运动使得冰晶等大颗粒物质维持在6~9km,形成了强反射率因子中心。同时,后侧冷出流急流到地面向风暴移动方向扩散,强迫环境暖湿空气抬升形成明显的阵风锋。到15:56反射率因子剖面(图8b)上出现了明显的强对流单体的回波特征(悬垂回波和有界弱回波区),此时反射率中心强度(63dBz)和面积明显增大,但其大于60dBz强中心高度也下降到5~8km之间,径向速度垂直剖面上的中层径向辐合仍然存在(图8d中黑色椭圆区域),但强度明显减小,强回波中心开始下降,脉冲风暴将由强烈发展阶段逐渐减弱消亡。16:01—16:06的反射率因子剖面图(图略)表现出脉冲风暴反射率中心强度降到55dBz,范围也减小,高度下降至2~5km,垂直液态水含量显著减小(40kg·m5成都城市热岛效应—结论通过对2014年7月23日16:00成都主城区西部北部出现的脉冲风暴产生的大尺度环流形势、有利条件、触发机制和多普勒雷达回波特征进行分析,得出的主要结论有:(1)副高反气旋环流控制,天气晴好,地面升温明显气层不稳定性增强,低层偏南、偏东风的暖湿水汽输送,水汽获得积累;成都城市热岛效应形成中尺度热中心和地面辐合线,增强了近地层的抬升作用。大尺度背景场和成都局地的热力分布使的成都城区具备了强对流发生的不稳定层结、水汽和抬升条件,加之环境垂直风切变弱,对流风暴将为脉冲风暴。(2)阵风锋携带的冷池和风场扰动进入高能不稳定和低层辐合抬升作用明显的成都城