宁夏一次强对流天气成因分析与雷达回波统计特征

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1、宁夏一次强对流天气成因分析与雷达回波统计特征纪晓玲刘庆军刘建军沈阳孔维娜 宁夏气象防灾减灾重点实验室 宁夏银川 750002 引言天气实况及灾情天气分析宁夏中尺度模式MM5数值模拟分析小结2005年3月福州 引言 2004年6月14日 15日连续两日宁夏大部地区出现了强雷阵雨天气 引黄灌区局部地区遭受冰雹袭击 本文利用常规气象资料 多普勒雷达产品等资料 对此次过程进行了天气学分析 并利用宁夏中尺度区域模式MM5预报结果对其相关物理量进行了模拟分析 同时 为了更好的了解宁夏冰雹天气发生时雷达回波特征 对2001年至2004年6月份发生在宁夏局部地区的31次雷阵雨或强雷阵雨天气过程的雷达回波特征进

2、行了统计分析 根据一般性雷雨与伴有冰雹的强雷雨天气发生时雷达回波的差异 得到宁夏发生强对流性天气的监测预警指标 对预报员在日常监测业务中提供参考依据 天气实况及灾情 2004年6月14日 15日宁夏全区大部连续出现了雷阵雨天气 其中 6月14日下午 灵武市 中卫市 青铜峡县 永宁县的十四个乡 镇 35个生产队遭受冰雹袭击 据吴忠市气象局调查 此次冰雹来势凶猛 降雹直径达30mm左右 一般如同核桃大小 最大的如同鸡蛋大小 冰雹集中地带积雹最大深度30cm 平均16cm 是近30年以来所罕见 由于冰雹密度大 持续时间长 对小麦 水稻 玉米 瓜菜 果园等农作物造成严重损失 小麦 瓜菜损失尤为严重 经

3、实地调查统计 冰雹袭击共造成农作物受灾面积达21120亩 直接损失4400万元 15日午后 银川市的贺兰县林场 石嘴山市的石炭井镇 汝箕沟 白箕沟及盐池县等地不同时间出现降雹天气 降雹持续时间在1 15min不等 冰雹约黄豆或蚕豆大小 天气分析 天气背景 500hPa亚洲为两脊一槽型 蒙古低涡中心位于蒙古国中部 冷中心温度达 17 槽线从低涡中心向南伸至河西走廊 105 E附近 新疆高压脊向北伸展 与蒙古低涡槽区形成 西高东低 环流形势 1 而贝湖东侧到我国东北一带西北东南向高压坝稳定少动 又对蒙古低涡形成明显的阻挡作用 在东西两侧两个高压脊共同作用下 蒙古低涡移动缓慢 在旋转过程中其后部不断

4、有冷空气扩散南下 地面图上 冷高压位于蒙古国中西部 冷锋移到贝湖至哈密一带 宁夏西侧有一地面风切变东移 6月14日08时500hPa 天气分析 天气背景 15日08时 环流形势比较稳定 蒙古低涡底部继续有冷空气沿新疆脊前西北气流南下 对应地面图上 冷锋在缓慢东移过程中其尾部南压到张掖与民勤之间 宁夏处于热低压前部 同时 从高低层温湿场分布来看 13日08时至15日20时 500hPa与850hPa两层的温度场在中亚地区一直处于反位相状态分布 500hPa温度槽正好对应于850hPa暖舌 13日20时 500hPa在河套北部有一T Td 16 的干中心 宁夏处于12 围区内 而700hPa显示自

5、高原东南侧有一条东北西南向湿舌向北伸展至河套北部 宁夏上空T Td 4 天气分析 T213形势场特征 从地面到200hPa高层在蒙古国中西部均有一闭合的冷性低涡 低涡东西两侧各有一高脊控制 宁夏处于低涡的东南象限 仔细分析各层低值中心位置和温压场配置 冷涡中心的垂直轴线随高度增加向西有所倾斜 冷涡的温压场也呈不对称分布 温度槽落后于高度槽 等高线与等温线有一定的交角 并随高度交角由大变小 这种高低层的耦合配置 增强了大气的斜压性和不稳定性 一方面有利于低涡后方的西北气流携带冷平流南下 另一方面有利于大气不稳定层结的建立和增强 从而产生强对流性天气 天气分析 大气层结稳定度分析 环境风场由从银川

6、站风场垂直剖面图可以看出 13日08时和15日08时 850hPa为西南风 而700 500hPa为西北风 对流层中低层风向随高度呈顺时针旋转 14日08时 850hPa 700hPa吹偏东风或东北风 500hPa为西南风 而高层则吹较强的偏西风 风向随高度呈顺时针旋转 850 500hPa风速差值为6m s 从风向风速垂直分布来看 高低层存在明显的垂直风向风速切变 14日08时尤为明显 这种分布有利于增加低空的水汽和启动抬升机制 促使强对流爆发 天气分析 大气层结稳定度分析 大气层结指数从13日20时至15日20时大气一直处于不稳定层结状态 且为增强的趋势 尤其是14日08时和15日08时

7、Si指数分别为 1 7和 2 0 潜在不稳定指数分别为10 7和6 1 基本达到了几天来的极值或次极值 从0 和 20 高度来看 H 20 层高度平均在425hPa 且H 20 随时间在降低 H0 平均在518hPa左右 两层之间的高度差 H平均为185hPa 有关研究表明 0 和 20 两层之间的高度差越小 说明高层冷平流越明显 使H 20 降低 低层暖平流使H0 升高 造成中空大气越不稳定 对流发展旺盛以致降雹 天气分析 大气层结稳定度分析 假相当位温从假相当位温各层水平分布来看 13日20时至14日08时 850hPa至700hPa在青藏高原东南侧有一近东北西南向高能舌 通过河套向贝湖东

8、侧伸展 尤其在850hPa上 在河套西侧有高能中心形成 14日08时位于104 E 40 N附近 中心值为333 2K 宁夏处于高能区控制 而500hPa上 蒙古国中部至河西走廊有能量锋区缓慢东移 15日08时 500hPa能量锋区已东移南压至宁夏中南部 而850hPa至700hPa仍为向北伸展的高能舌控制 垂直分布显示 14 15日 宁夏中北部地区上空 se 500 850 及 se 700 850 基本上均小于0 上述分析表明 由于高层冷平流低层暖舌的作用 使得700hPa以下 se增大 而高层 se减小 导致大气不稳定性增强 不稳定能量得以大量积蓄 随着对流的发展 雷雨大风和冰雹天气的相

9、继产生 不稳定能量得以释放 不稳定层结变薄 强度也逐渐减弱 6月14日08时500hPa a 与850hPa b 假相当位温分布 单位 K 天气分析 卫星云图 对应卫星云图上 在蒙古国有涡旋云系发展 其东南方在河套西侧有一条较完整的东北西南向切变线云系 沿高空引导气流向东北方向缓慢移动 由于地面接受太阳辐射增温和贺兰山地形抬升作用 切变线云系移至河套地区上空时发展加强成为亮白色对流云团 结构密实 受其影响 中午前后宁夏局部地区开始出现强雷雨天气 天气分析 卫星云图 对应卫星云图上 在蒙古国有涡旋云系发展 其东南方在河套西侧有一条较完整的东北西南向切变线云系 沿高空引导气流向东北方向缓慢移动 由

10、于地面接受太阳辐射增温和贺兰山地形抬升作用 切变线云系移至河套地区上空时发展加强成为亮白色对流云团 结构密实 受其影响 中午前后宁夏局部地区开始出现强雷雨天气 天气分析 卫星云图 对应卫星云图上 在蒙古国有涡旋云系发展 其东南方在河套西侧有一条较完整的东北西南向切变线云系 沿高空引导气流向东北方向缓慢移动 由于地面接受太阳辐射增温和贺兰山地形抬升作用 切变线云系移至河套地区上空时发展加强成为亮白色对流云团 结构密实 受其影响 中午前后宁夏局部地区开始出现强雷雨天气 天气分析 卫星云图 对应卫星云图上 在蒙古国有涡旋云系发展 其东南方在河套西侧有一条较完整的东北西南向切变线云系 沿高空引导气流向

11、东北方向缓慢移动 由于地面接受太阳辐射增温和贺兰山地形抬升作用 切变线云系移至河套地区上空时发展加强成为亮白色对流云团 结构密实 受其影响 中午前后宁夏局部地区开始出现强雷雨天气 雷达回波统计特征 6月份是宁夏冰雹天气高发生期 2001年至2004年6月份发生在宁夏局部地区的31次雷阵雨天气过程 其中一般性雷阵雨天气18次 伴有冰雹的强雷雨天气13次 的雷达回波特征进行了统计分析 结果表明 一般性雷阵雨与伴有冰雹的强雷雨天气发生时 雷达回波存在有明显的差异 伴有冰雹的强雷雨天气发生时 回波强度 高度普遍在40dBz 9km以上 较一般性雷阵雨平均回波强度强6 8dBz 高度高2km 强中心回波

12、高3 3km 天气分析 雷达回波 从此次过程雷达回波情况演变来看 与上述统计分析特征基本相吻合 图中距离圈为50km 12 00 在距离本站100km 方位2100处 即中宁以北20km 有一块状对流云团快速发展 回波强度在46dBz以上 顶高8 7km以上 回波及地 系统深厚而强 并缓慢向东偏南方向移动 12 20 中宁北部的冰雹云回波逐渐减弱为强雷阵雨回波 而贺兰山沿山的苏峪口 小口子 石炭窑等地有新生单体生成 并与中宁北边的强对流单体回波 大武口地区的多单体对流回波组成一条呈南北向的带状回波东移 天气分析 雷达回波 天气分析 雷达回波 同时 在161 距离本站87km即吴忠以南10km处

13、有对流单体已发展为超级单体回波 回波强中心强度47dBz以上 高度10km以上 且回波顶呈单锋结构 云砧明显 说明高空风速切变大 此时 冰雹指数反映 该单体降雹概率为40 强冰雹出现概率为10 20分钟后 降雹的概率增大为90 降强雹的概率增大为20 天气分析 雷达回波 同时 在161 距离本站87km即吴忠以南10km处有对流单体已发展为超级单体回波 回波强中心强度47dBz以上 高度10km以上 且回波顶呈单锋结构 云砧明显 说明高空风速切变大 此时 冰雹指数反映 该单体降雹概率为40 强冰雹出现概率为10 20分钟后 降雹的概率增大为90 降强雹的概率增大为20 天气分析 雷达回波 同时

14、 在161 距离本站87km即吴忠以南10km处有对流单体已发展为超级单体回波 回波强中心强度47dBz以上 高度10km以上 且回波顶呈单锋结构 云砧明显 说明高空风速切变大 此时 冰雹指数反映 该单体降雹概率为40 强冰雹出现概率为10 20分钟后 降雹的概率增大为90 降强雹的概率增大为20 天气分析 雷达回波 同时 在161 距离本站87km即吴忠以南10km处有对流单体已发展为超级单体回波 回波强中心强度47dBz以上 高度10km以上 且回波顶呈单锋结构 云砧明显 说明高空风速切变大 此时 冰雹指数反映 该单体降雹概率为40 强冰雹出现概率为10 20分钟后 降雹的概率增大为90

15、降强雹的概率增大为20 天气分析 雷达回波 同时 在161 距离本站87km即吴忠以南10km处有对流单体已发展为超级单体回波 回波强中心强度47dBz以上 高度10km以上 且回波顶呈单锋结构 云砧明显 说明高空风速切变大 此时 冰雹指数反映 该单体降雹概率为40 强冰雹出现概率为10 20分钟后 降雹的概率增大为90 降强雹的概率增大为20 天气分析 雷达回波 由于新生单体的东移并入 13 19 整个回波表现为两条南北向带状回波 一条在汝萁沟 苏峪口 小口子 采石场 石炭窑 另一条在石沟驿 磁窑堡到内蒙的上海庙 带状回波结构密实 强度大于45dBz 高度大于9 0km 且移动缓慢 天气分析

16、 雷达回波 由于新生单体的东移并入 13 19 整个回波表现为两条南北向带状回波 一条在汝萁沟 苏峪口 小口子 采石场 石炭窑 另一条在石沟驿 磁窑堡到内蒙的上海庙 带状回波结构密实 强度大于45dBz 高度大于9 0km 且移动缓慢 天气分析 雷达回波 由于新生单体的东移并入 13 19 整个回波表现为两条南北向带状回波 一条在汝萁沟 苏峪口 小口子 采石场 石炭窑 另一条在石沟驿 磁窑堡到内蒙的上海庙 带状回波结构密实 强度大于45dBz 高度大于9 0km 且移动缓慢 天气分析 雷达回波 13 33分 贺兰山沿山 中宁一带的带状回波分成两部分 其中 北段回波继续向东北方向移动 而南段回波向东偏南方向移动 与吴忠附近强回波合并 使这一带的回波进一步增强 回波顶高达11km以上 整个云体粗大 高耸 陡直 发展极为迅速和旺盛 受其影响 青铜峡 灵武 吴忠等市出现强雷阵雨天气 局部地区遭受冰雹袭击 天气分析 雷达回波 13 33分 贺兰山沿山 中宁一带的带状回波分成两部分 其中 北段回波继续向东北方向移动 而南段回波向东偏南方向移动 与吴忠附近强回波合并 使这一带的回波进一步增强 回波顶