聊城市雷暴大风天气气候特征及其预报
作者：王化玲
来源：《现代农业科技》2010年第04期
摘要统计分析了1971~2006年聊城市雷暴大风天气的气候规律、天气系统以及雷达回波特征,对其中20次强雷暴大风个例的相关物理量参数和能量、环境风分布进行了分析,总结出产生雷暴大风的天气系统特征及预报指标。
关键词雷暴大风;特征;预报指标
中图分类号S165+.25文献标识码A文章编号 1007-5739(2010)04-0313-02
雷暴大风是聊城市春夏季节极具破坏性的天气之一。
具有突发性、局地性等强对流天气的特点,给农业、交通、通讯以及电力等带来重大损失。
如:2005年7月12日的一次飑线过程,在短时间内自西向东先后袭击了临清、高唐、东昌府等6个县(市),突发的26.3m/s的强风,使市区局部树木连根拔起,38条高、低压供电线路中断,停电达24h,直接经济损失近亿元。
雷暴大风的形成因素是多方面的,雷暴大风的预报难度较大[1]。
该文通过统计分析聊城市雷暴大风的气候规律、天气系统特点以及雷达回波特征,找出产生雷雨大风的预报指标,以提高对此类灾害性天气的预报能力。
1聊城市雷暴大风的气候特征
选用聊城市所辖8县(市、区)1971～2006年地面观测及常规历史天气图资料,规定1d内有3站以上瞬时极大风速大于13.9m/s,且至少1站达17.2m/s以上,并伴有雷暴或其他强对流天气,作为一个雷暴大风日。
35年间共出现雷暴大风日116个,平均每年3.3次。
雷暴大风的年际差别较大,最多的是1980年,有9个,1991、1992年和1997年则没有出现。
雷暴大风最早出现在4月,最晚结束于10月,多集中在5~7月,占总日数的70%,其中以7月最多(表1)。
雷暴大风主要产生在午后到上半夜,占总日数的79%,其中16~22时最为集中。
从各站出现的次数看,临清较多,约占总次数的71%,东昌府区最少,只占12%,这可能与下垫面及冷空气路径有关。
2产生雷暴大风的天气系统特征
2.1500hPa天气系统特征
研究表明,雷暴大风多产生于高空经向环流形势下[2,3]。
以500hPa为主,统计116个雷暴大风日影响系统,依次为低槽、冷涡、横槽、西北气流和副热带高压西侧偏南气流。
其中以低槽、冷涡和横槽为主要影响系统,占86.2%(表2)。
另外,从各月分布可以看出,产生于低槽和副热带高压西侧的雷暴大风主要在7～8月,横槽和西北气流产生的雷暴大风主要在5～6月,冷涡影响出现的雷暴大风则主要在6～7月。
2.2高空主要影响系统
分析产生雷暴大风前与500hPa系统相配合的850hPa高度场主要有2种形势[4]:一种是与500hPa冷涡、横槽相对应的环流形势。
主要特点是500hPa横槽前或冷涡南侧为西西北气
流,850hPa在38～45°N,115～120°E范围内有低涡,中心多位于内蒙古东部,自低涡中心有伸至河套北部的东西向横槽,槽后有冷中心或冷槽配合,在110～115°E附近有南北向低槽,槽线呈“T”字分布。
聊城市处于槽前西南气流里,有利于低层增温、增湿。
当500hPa横槽携带冷空气南下时,偏北气流叠加在低层偏南气流之上,形成强烈的不稳定,有利于产生雷暴大风等强对流天气,此型约占59%。
另一种是与500hPa低槽相对应的环流形势。
850hPa上除内蒙古东部有低涡和低槽外,在河套地区另有一个闭合低涡,自低涡中心有伸至山东西部的东西向暖切变,山东为暖脊控制,这对水汽输送和辐合有重要作用。
500～850hPa均为偏南气流,但低槽前倾。
当500hPa槽移近山东形成上冷、下暖的不稳定层结时,低层辐合加强,触发不稳定能量释放,产生强对流天气,而且降水量多数较前者大,此型约占28%。
2.3产生雷暴大风天气前的共同特征
一是产生雷暴大风24h前,850hPa聊城处于偏南气流和16℃以上的暖脊中,且有12m/s以上的西南风急流区,并且雷暴大风前1～3d常有降水,即先兆过程,有利于前期增温、增湿。
二是在当天或前1d,低层有逆温层存在,形成阻挡层,有利于不稳定能量的形成和积聚。
三是
500~850hPa山东北部均有横槽或东北——西南向小槽东移,槽后冷平流明显,而且多数在700hPa 以下低槽前倾,500~700hPa低槽近于垂直。
四是地面上,山东均有低压或呈东西向的风向辐合带。
3能量及环境风垂直分布特征
对2000年以来出现1站以上风速≥20m/s的12次强雷暴大风临近时次的济南探空资料统计并合成平均,分析其能量和环境风垂直分布特征。
产生雷暴大风前济南上空不稳定能量面积较
大。
地面能级高,平均74 4℃,最大83.0℃,比中层平均高17.2℃,存在明显的对流不稳定性。
中低层饱和能差大,850hPa平均18.4℃,最大25.5℃,700hPa平均12.3℃,最大22.2℃。
自由对流高度(PF)较高,平均在720hPa附近。
自由对流高度以上潜在不稳定较大,Tσ500~850平均-2.4℃,最大负值为-7.3℃。
平均能量高度(Pe)在250hPa附近。
这种垂直方向的能量分布,说明产生雷暴大风当天,高空已具备了产生强对流天气的大气环境条件和产生雷暴大风的能量分布特征[3]。
由于自由对流高度高,一般的启动机制难以形成强对流,但由于能量较大,一旦受到较强的外来系统冲击,就会使潜在不稳定能量得以暴发,产生强烈的对流天气。
环境风垂直分布为:5km以下和
5.5~7.0km风向随高度顺转,且5km以下有较强的暖平流。
5.0～5.5km和7km以上风向随高度
逆转,有弱的冷平流,这种下层暖、中高层冷的温度平流分布,是形成大气不稳定的重要条件。
风速的垂直分布为,自地面到250hPa风速随高度明显加大,尤其在250~500hPa之间增大迅
速,250hPa最大平均风速达200m/s,高空已存在明显的西偏北风急流。
垂直风切变平均2.3×10-
3/s,最大为3.8×10-3/s,有利于高空辐散加强和上升运动的发展。
大气稳定度特征为,大气垂直运动的动能均由大气中所储存的不稳定能量转化而来,一次雷暴大风过程也是一次大气不稳定能量的形成、积聚、释放过程。
计算12次强雷暴大风前12h 的稳定度参数:沙氏指数(SI)为-4.6～-0.1℃,平均-1.9℃,层结不稳定。
表示大气潜在不稳定度的位势稳定度I指数在-18.8~-12.0℃,平均为-9.9℃。
Δθse850~500值为4.3～18.7℃,平均11.3℃,说明大气层结为上冷干、下暖湿的垂直结构。
4雷达回波特征
雷暴大风是一种中小尺度天气现象,利用天气雷达监测雷暴大风是预报雷暴大风等强对流天气的重要手段。
利用聊城雷达回波资料,统计分析59次雷暴大风及其中12次强雷暴大风的
雷达回波特征为:①强回波中心强度平均为54.8dBz,最大可达79dBz,其中≥50dBz占77%;强雷暴大风的强中心平均为573dBz。
②强回波中心最大顶高平均为13.3km,最高达18km,≥10km占93%,一般顶高8.7km;强雷暴大风强中心最高顶高平均15.2km,并且均在12km以上,一般顶高
9km。
③由于雷暴大风多半是由飑线产生的,因而伴有雷暴大风的强对流天气回波形状多呈带状,占61%,其中7%同时含“V”形回波。
39%是块状回波;强雷暴大风的雷达回波中,带状回波占75%,均为飑线回波,块状回波只占25%。
④回波带路径多由西向东南或偏东方向移动,占50%,自西向东以及自西南向东北移动的各占18%和9%,自北向南移动的占11%;另有7%是局地生成的块状回波,5%为回波带移入本地后与局地生成的块状回波合并发展。
强雷暴大风的雷达回波有67%是西北路径,其余路径所占比例相近。
可见西北路径比其他路径回波的雷暴大风要强。
5结语
(1)在高空有利于产生雷暴大风的天气形势下,低层要素场分布有着明显的前期特征[4]。
大气底层暖湿,中高层冷干的垂直分布,对于判断有无雷暴大风天气有明显的指示性。
(2)沙氏指数SI43℃,反映了雷暴大风前,有较强的大气不稳定。
(3)大气中是否有逆温层和潜在不稳定能量储存,并且自由对流高度和能量平衡高度较高,是判断雷暴大风产生的重要指标。
(4)风速垂直切变平均23×10-3/s以及200～300hPa的偏西风急流,有利于强对流系统发展。
(5)伴有雷暴大风的强对流天气雷达回波强度越强,回波高度越高,产生的雷暴大风越强,其回波形状多呈带状,移动路径以西北路径为主。
6参考文献
[1] 朱乾根,林锦瑞,寿绍文.天气学原理和方法[M].北京:气象出版社,1983.
[2] 雷雨顺,能量天气学[M].北京:气象出版社,1986.
[3] 曹钢峰,张善君,朱官忠.山东天气分析与预报[M].北京:气象出版社,1988.
[4] 谭志华,赵从兰,杨晓霞.山东中西部地区雷暴大风天气气候特征[J].山东气象,2001(4):14-16.。