利用濮阳、三门峡新一代天气雷达产品,结合卫星、探空、天气图、地面雨量等资料对2006年6月25日发生在河南省北部、西部和中部的强对流风暴过程进行分析发现:(1)此次强对流风暴表现为多个处于不同发展阶段的的强对流回波单体组成长80~400km、宽40km的NE—SW向中
CINRADAR Products of Puyang and Sanmenxia combined with data of satellite, radio-sounding, synoptic chart and rainfall station were used to analyze the process of the strong convective weather such as thunder rain as well as local hailstone happened in the north, west and middle of Henan on June 25, 2006. The conclusions are: (1) This strong convection storm showed that several cells for strong convection echo during different development stage consisted to meso-
强对流风暴主要产生雷雨大风、冰雹和短时强降水等强对流天气,是河南省主要灾害性天气之一,其来势猛、强度强、生命史短、危害大,每年发生频繁,给人民群众和工农业生产带来很大危害。2001年7月19日下午郑州市雷雨大风伴随着短时强降水和局地冰雹等强对流天气曾给人民群众的生命和财产造成很大损失,在全国造成很大影响;2004年6月22日晚8时的雷雨大风强对流天气造成黄河小浪底库区特大翻船事件,造成43人死亡。新一代天气雷达的投入业务应用,为做好强对流天气监测和预警服务提供可靠的现代化探测工具。依靠新一代天气雷达等现代化探测手段,可以准确监测和预警强对流风暴,及时为公众服务,减少损失。
新一代天气雷达不但可以提供降水粒子对电磁波的基本反射率场,多普勒速度和谱宽场,而且它还具有丰富的产品,如基本反射率、组合反射率、回波定高度、垂直液态积分含水量、中气旋等[
飑线是一条活跃的雷暴线或窄带,是线状的中尺度对流系统,其水平尺度在150~300km,时间尺度在4~18小时,是一种破坏性最强和最大的中尺度天气系统,沿着飑线可以出现雷暴、大风、冰雹和龙卷等剧烈天气现象[
受华北低涡扩散南下冷空气和下滑槽的影响,2006年6月25日下午到晚上,河南省安阳、鹤壁、濮阳、新乡、三门峡、洛阳、济源、郑州、许昌等地区出现了2006年首次全省大范围的雷雨大风、局部伴冰雹和短时强降水等强对流天气。本次强对流天气过程发生在两个时段和两个区域: (1) 17—19时, 河南北部安阳地区出现了20.0~28.1m·s-1的大风,局部乡镇伴随10~20mm短时强降水;鹤壁、新乡、濮阳三地区出现14.4~18.6m·s-1大风,局部乡镇伴随30~60mm的短时强降水。(2)19—23时,河南西部中部的三门峡、洛阳、焦作、郑州、许昌等地,出现了17.1~32.9m·s-1的大风,局部伴冰雹和10mm左右的短时强降水等强对流天气。
此次强对流天气过程很具特点,北部和西部、中部的强对流天气出现时间、强天气性质和强度都是有差异的,相同的都是以雷雨大风为主,发生在西北气流中,不同的是各自伴随的强天气有所区别,西部强对流伴有冰雹,最大瞬时风速32.9m·s-1,比北部最大瞬时风速28.1m·s-1大得多,但北部的局部最大1小时乡镇雨量(卫辉西部与新乡北部交界的乡镇王坟18—19时1小时降水达69.3mm)却比西部、中部大(1小时乡镇雨量在10~34mm,最大在20—21时焦作西部的一个乡镇1小时雨量34.6mm)。为此,利用高时空分布的新一代天气雷达产品分析二者存在的共性与异性特征,为今后做好短时强降水伴雷雨大风和雷雨大风伴局地冰雹的强对流天气监测预警提供帮助。
25日08时,500hPa在42~44°N有横槽,此槽深厚,抬高到200hPa仍存在,山西到河南省黄河以北地区有明显冷平流,河南省处于一致NW气流里;700hPa上横槽存在,河套底部陕西境内有下滑槽东南移;850hPa北部山西河北境内有NE风与SE风切变线,地面有冷锋配合。地面流场上(图略),中尺度辐合线明显,温度梯度密集带随中尺度辐合线南压,20时位于河南省民权、许昌到卢氏一线。
分析25日08时24小时变温(图略)知道:高层(500hPa)降温明显,-3℃中心在郑州,低层(850hPa)增温明显,+6℃中心在南阳,说明大气层结是上冷下暖的不稳定层结。
分析郑州25日08、20时探空可知:郑州的
分析2006年6月25日15—23时卫星云图发现,15时在冷锋云带尾部前侧的不稳定区内河北南部与河南北部有对流云团A发展,三门峡西部的山西陕西交界有对流云团B生成发展;16时A已逼近河南西北部, B在山西与陕西交界处发展;17时有一小对流云团在A前侧生成影响安阳地区(
2006年6月25日影响河南的两个对流云团
由于对流云团B明显比A强,所以产生的对流天气也比较强。可见,在实际业务值班中,要特别注意冷锋云带尾部前侧的对流云团生成和发展,强的对流天气常在此发生发展。
濮阳位于河南省东北部,利用濮阳新一代雷达分析25日17—19时发生在河南北部安阳、鹤壁、新乡、濮阳等地的雷雨大风、局部伴短时强降水等强对流天气,其雷达产品特征分析如下:
14时产生在山西境内的强对流回波,发展成NE—SW向的中尺度对流回波带,向东南移动,回波带上有波动。16:21开始逼近河南北部地区,已影响林县,回波继续发展东南移,回波强中心强度在55~63dBz,16:57和17:04强中心均在林县东部达最强(63dBz),此后一直维持在58dBz,直到19时后回波东移出省。
其中对流回波带的北段由于低层比较强的NW风,在17:52发展成弓形带状回波区;由于后侧比较大的NW风,18:17弓形带状回波向前弯曲更厉害,前侧产生明显的雷暴出流边界,北端的回波呈逗点螺旋状,最强回波中心在其逗点状的涡旋处;18:35弓形带状回波后侧弱回波区面积扩大,说明冷空气已下来影响面积增大;18:53雷暴出流边界远离强对流风暴主体,预示着风暴将减弱(
2006年6月25日基本发射率图上北部弓形带状回波和其前侧雷暴出流边界
分析每6分钟回波顶高度产品可知:北部安阳等地强对流天气过程回波顶高度在9~14km,16:57—8:35回波顶高度发展最高达14km,安阳地区的雷雨大风天气就出现在此时段内。
分析间隔6分钟的速度产品可知:(1)在北部雷雨大风强对流开始发生前16:33,对应45~58dBz的强回波区,速度场上有气旋性辐合区存在,此后一直维持;16:51发展成一条NE—SW向的中尺度辐合线,维持到18:05;整个安阳和濮阳地区处于气旋性辐合流场中。(2)测站低层(0.5km)一直有很强NW风,18:11—18:41测站NW和SE部的负正速度中心分别达-27m·s-1和+27m·s-1,说明低空有比较强的NW急流,且正位于中尺度强对流回波带后侧,使得强对流回波形成弓形带状回波;(3)速度场上,17:52在带状回波带前沿生成一弧线窄带速度线,位于带状回波的前侧,可能是风暴前侧的出流造成的。在随后的间隔6分钟的三个时次,该弧线窄带速度线表现明显,且测站低层的NW风在加强(
与
影响北部的中尺度强对流回波带上,18:11以前其上垂直液态含水量强中心在38~48kg·m-2(
2006年6月25日北部飑线回波带北段(a)和南段(b)最大垂直液态含水量演变
从
中气旋产品是用来显示与三种方位切变类型的识别有关的信息,与基本反射率配合分析比较有用。分析可知在北部雷雨大风出现前23分钟,17:04在安阳市西南部出现一个三维相关切变,17:16开始在安阳地区出现2个中气旋,一直维持到18:11,对应安阳地区17:25—18:05出现了20.0~28.1m·s-1大风,中气旋提前9分钟出现;18:17和18:23无中气旋出现,到18:29和18:35又在安阳地区东北部和濮阳地区北部的内黄出现两个中气旋;这些中气旋均出现在≥45dBz强回波区的前侧或前侧的入流槽口,只有极个别时出现在强回波区后侧的入流槽口出,弓形带状回波北端逗点状回波处的,且大多在逗点头部弯曲的沟前沿(
2006年6月25日濮阳雷达基本反射率与中气旋产品叠加图
三门峡位于河南西部,利用三门峡新一代雷达产品分析19时以后影响三门峡、洛阳、济源、郑州等地区的雷雨大风伴局地冰雹和短时强降水等强对流天气。
基本反射率和组合反射率上,此次强对流风暴表现为典型中尺度对流回波带即飑线回波带,强度在53~65(>65)dBz,高度在14~16km,比影响北部的对流回波带强和高,有冰雹产生的渑池、宜阳、洛宁、济源、沁阳、博爱等地,回波强度均达60dBz以上(图略)。组合反射率上回波强度达65dBz,对应渑池20:19雷雨大风和冰雹在20:13和20:25组合反射率上强度最强达65dBz,对应宜阳降雹的组合反射率上的对流回波单体前侧出现入流缺口。
分析6分钟回波顶高度图可知:19:30强对流回波带位于山西境内时高度就达9~12km,19:48回波带东南移到山西平陆与三门峡交界处,回波顶高度增加到14km,随后到20:55回波顶高度一直维持在14km,影响三门峡、济源、博爱、焦作、渑池等地;20:25—20:49回波高度一直维持16km,20:55降到14km;焦作等地回波高度在20:49也达到16km,维持了6个时次;其余回波顶高度一直维持在14km,到21:38降到11km。可见对流比北部发展旺盛,所以产生的对流风暴比较强。
强过程发生期间,速度图上一直有中尺度系统扰动,(
2006年6月25日19:54-20:37三门峡雷达速度场
虽然对应强对流回波和对流风暴发生期间有中气旋相对应,但对比速度场,其中气旋产品的虚警率高,且位置有偏差,这是今后在使用新一代天气雷达产品时要注意的问题。
分析间隔6分钟的三门峡新一代雷达产品可知:影响西部、中部的雷雨大风伴局部冰雹和短时强降水天气时段内,对应的垂直液态积分含水量一直维持在28~65kg·m-2之间,强中心在53~65kg·m-2之间(
2006年6月25日西部飑线回波带最大液态含水量演变
为了分析不同性质的强对流天气在雷达产品上的区别,选取以下三站分析。
汤阴和安阳两站以大风为主, 伴少量降水, 为雷雨大风天气,其中汤阴17:27—17:40瞬时大风21.0m·s-1, 14—20时降水7mm; 安阳17:25—17:38瞬时大风28.1m·s-1,14—20时降水8mm。
汤阴、安阳两站基本反射率(1.5°)、回波顶高、垂直液态含水量及速度场特征等与强天气对应关系
汤阴 | 安阳 | ||||||||
时间 | 强度/dBz | 顶高/km | 垂直液态含水量/kg·m-2 | 速度场特征 | 时间 | 强度/dBz | 顶高/km | 垂直液态含水量/kg·m-2 | 速度场特征 |
17:16 | 8 | 3 | 17:16鹤壁与 |
17:10 | 28 | 8 | 8 | 17:22速度场 |
|
17:22 | 13 | 11 | 8 | 17:16 | 33 | 8 | 18 | ||
17:28 | 48 | 11 | 18 | 17:22 | 43 | 14 | 43 | ||
17:34 | 43 | 7 | 28 | 17:28 | 53 | 8 | 43 | ||
17:40 | 38 | 7 | 8 | 17:34 | 53 | 8 | 28 | ||
17:46 | 23 | 7 | 3 | 17:40 | 48 | 8 | 13 | ||
17:52 | 23 | 7 | 8 | 17:46 | 33 | 7 | 8 | ||
17:52 | 28 | 7 | 3 |
卫辉以短时强降水为主,14—20时降水34.0mm,18:18伴有14.4m·s-1的瞬时大风,
卫辉站基本反射率(1.5°)、回波顶高、垂直液态含水量及速度场特征等与强天气对应关系
时间 | 强度 |
顶高 |
垂直液态含 |
速度场特征 |
卫辉18:18大风14.4m·s-1;14—20时降水34.0mm | ||||
17:46 | 0 | 10 | 17:46—18:05和 |
|
17:52 | 18 | 10 | 13 | |
17:59 | 53 | 10 | 23 | |
18:05 | 53 | 14 | 23 | |
18:11 | 48 | 10 | 28 | |
18:17 | 48 | 10 | 18 | |
18:23 | 48 | 10 | 18 | |
18:29 | 53 | 10 | 18 | |
18:35 | 43 | 10 | 13 | |
18:41 | 43 | 10 | 13 | |
18:47 | 28 | 10 | 13 | |
18:53 | 18 | 7 | 13 | |
19:00 | 8 | 7 | 13 |
对比
(1) 西部中部的雷雨大风伴有冰雹,在强度上明显强于北部雷雨大风伴局部强降水无冰雹;
(2) 都呈NE—SW向中尺度对流回波带即飑线回波带,北部的回波强度在53~58dBz、回波顶高度9~12km,而西部、中部的回波强度都在53~65dBz,回波顶高度11~17km,明显强于北部的飑线回波带。
(3) 两者在风暴前侧都有雷暴出流边界,北部由于地面强NW风使得中尺度对流回波带北段形成近似弓形的带状回波,且其北段出现逗点状涡旋回波,并与中气旋对应。
(4) 速度场上测站低层均有强的NW风,中尺度辐合线、辐合系统、逆风区,西部中部的飑线回波带在其前侧对应出流边界有一弧线窄带速度线。
(5) 北部和西部、中部在强对流天气发生期间均伴有中气旋,中气旋出现在对流回波前侧入流槽口处,对应实况是雷雨大风。
(6) 影响西部中部的飑线回波带,其垂直液态含水量53~63kg·m-2,而北部以雷雨大风为主的飑线回波带北段垂直液态含水量43~58kg·m-2,以短时强降水为主的南段其垂直液态含水量为kg·m-2。可见在垂直液态积分含水量上,表现为有降雹的明显高于无降雹的,以雷雨大风为主的明显低于以短时强降水为主的。
(7) 分析VWP产品可知:三门峡雷达的风廓线上风的垂直切变比濮阳的大,且底层高层的冷暖平流也比濮阳要明显得多,说明降雹天气比不降雹对流天气需要更大的垂直切变和不稳定能量。
(1) 此次强对流风暴的影响系统是高空深厚的横槽,地面是冷锋和中尺度辐合线,大气层结为上干下暖的不稳定层结,强对流风暴发生在冷锋云带尾部前侧的不稳定区内,是受冷锋尾部扩散下的冷空气和河套底部下滑槽东移所致。
(2) 不同性质的强对流天气,新一代雷达产品表现出不同特征,为监测预警强对流天气预警提供了重要参考依据。
(3) 飑线回波带上,在单体发展旺盛时有雷暴出流边界、前侧入流槽口等典型特征,对应的速度场上有中气旋、弧线窄带速度线、中尺度辐合线、辐合系统、逆风区等中尺度系统存在,雷暴出流边界与速度图上的弧线窄带速度线对应,随着雷暴出流边界远离强对流风暴主体,该弧线窄带速度线也远离大片的速度区,并逐渐消失。
(4) 在强对流风暴发展旺盛时期,均有中气旋对应,中气旋出现在对流回波前侧或前侧入流槽口处,早于大风出现,大风出现在强回波的后侧,这是一个比较有使用价值的监测预警指标。
(5) 雷雨大风为主的强对流天气,其回波顶高发展比以短时强降水为主的强对流天要高,前者在强天气发生后迅速降低且有中气旋对应,后者维持时间较长(与短时强降水发生时间比雷雨大风长有关),且有逆风区对应,但两者都可以对应辐合区或辐合线。
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