安徽省一次强对流天气过程分析

杨春雷

摘要 基于合肥新一代天气雷达产品和常规观测资料，从天气形势、不稳定能量、卫星云图、雷达回波等方面对2009年6月5日安徽省一次强对流天气过程进行了分析，揭示此类强对流天气的形成机制。结果表明，高空呈前倾槽形势且高低空具有强的垂直温度梯度，强大东北冷涡后部，贝湖阻高崩溃带来强冷空气南下；850～100 hPa呈一致的西北偏北干冷气流，河套东部上空925 hPa存在切变线；地面能量积累明显且有2条明显复合线。高低空完美配合造成此次强对流天气过程强度强、范围广、移速快、危害大。山东、江苏境内海风锋导致的地面复合线对强对流可能有触发和加强作用；前期东北冷涡活跃和华东持续高温为强对流发生积累了大量不稳定能量。分析合肥站雷达图发现，0.5°仰角反射率因子图上阵风锋出现时间与经过区域对应地面大风发生时间和发生地区有很好的指示，能提前20～30 min发布大风预警。

关键词 强对流天气；天气形势；不稳定能量；卫星云图；雷达回波

中图分类号 P458 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2018）02-0130-05

Abstract Based on the Hefei new generation of weather radar products and conventional observation data， a strong convective weather process in Anhui Province on June 5， 2009 was analyzed from the aspects of weather conditions， unstable energy， satellite cloud images and radar echoes， revealing that such strong convective weather formation mechanism.The results showed that there was an upward trough at high altitude and a strong vertical temperature gradient at high and low altitudes，strong cold air was brought south under the strong northeast cold vortex；850-100 hPa were consistent with northnorthwest dry airflow， there was a shear line at 925 hPa over the eastern part of Hetao；Ground energy accumulation was obvious and there were two obvious composite lines.The perfect combination of high and low altitude caused by the strong convective weather process intensity， wide range， fast moving speed， great harm.Ground composite lines caused by sea breeze front in Shandong and Jiangsu Province may trigger and strengthen the strong convection.Prenortheast cold vortex and continued high temperature of East China for the occurrence of strong convection had accumulated a lot of unstable energy.Analysis of the Hefei station radar chart found that the 0.5-degree elevation reflectance factor map on the appeared time and passing area of gust front corresponding to the time and place of gale occurrence had good instructions，which can issue gale warnings 20-30 minutes in advance.

Key words Strong convective weather； Weather situation； Unstable energy； Satellite cloud image； Radar echo

自然災害给人类社会的影响不断扩大，每年均会造成大量的人员伤亡和社会经济损失。其中90%的自然灾害、72.5%的死亡和75%的经济损失，均是由天气、气候以及水文灾害引起的[1]。随着经济社会的发展，特别是全球气候变暖，导致极端天气气候事件发生的频率和强度也呈增加趋势，气象灾害越来越引起人们的重视。刘彤等[2]分析了我国2004—2008年的主要气象灾害造成的经济损失，发现平均每年约有2 600人死亡，4亿人受灾，农作物受灾面积达4 100万hm2左右，绝收面积460万hm2左右，直接损失高达2 360亿元。而气象灾害中，突发性的暴雨、风雹等强对流天气事件，在短临预报预警服务方面给气象工作者带来了极大的挑战，围绕强对流天气的发生机理研究、触发机制、预报方法以及短临预警等方面的研究日益活跃起来[3-6]。如李文娟等[3]对给浙江省带来严重影响的2次雷雨大风和短时冰雹天气进行了研究，主要对其产生的大气背景场、高低空系统配置、触发机制等进行了对比分析，重点分析了2次过程的卫星云图、雷达特征的变化，试图揭示出此类天气的主要特点和可预报性。俞小鼎等[5]对2003年7月8日安徽一次强烈龙卷天气的多普勒天气雷达回波演变进行了仔细分析，并对此次龙卷的生成机制进行了探讨。笔者基于合肥新一代天气雷达产品和常规观测资料，从天气形势、不稳定能量、卫星云图、雷达回波等方面对2009年6月5日安徽省一次强对流天气过程进行了分析，揭示此类强对流天气的形成机制，以期为强对流天气的短临预报预警服务提供科学依据。

1 天气实况

6月5日15：00—23：00，安徽省出现了大面积雷雨、大风和冰雹等强对流天气；全省有228个乡镇出现8级以上的大风，最大风速出现在淮南潘集，为35.9 m/s（12级），是安徽省有气象记录以来所观测到的最大瞬时风速；其中淮南、怀远还分别降了直径为8、10 mm的冰雹。影响池州市时间是21：00—23：00，自东向西南过镜，然后向黄山市方向传播并逐渐消亡。21：20青阳县风力逐渐增大，21：23瞬时极大风速达25.4 m/s；21：30贵池区风力逐渐增强，21：46瞬时极大风速达19.6 m/s；之后继续影响石台县及其以南的黄山地区，但强度明显减弱，至23：00影响基本结束。

此次由东北冷涡引导冷空气南下导致的强对流过程历时8 h，横扫江苏、安徽、上海全境，死亡达20多人，直接经济损失以百千万计，间接经济损失数字更是巨大。其强度强、范围广、移速快、危害大为历史之罕见。

2 天气形势分析

苗春生等[7]将标准化东北冷涡用强度指数（NECVI）来反映其强弱，并定义：NECVI≥0.50为高指数年，NECVI<-0.50为低指数年。经分析，2009年5月20日—6月20日的NECVI指数平均为0.74，异常偏高，说明这段时间东北冷涡活动活跃，并且强度持续偏强；逐日NECVI值显示，5月29日—6月2日、4日NECVI值维持均在0.50以上，说明此次强对流天气发生前东北冷涡持续偏强，冷空气不断堆积，活动增强并开始下摆，为其发生提供了冷源和触发机制。

高空叠加图上前倾槽表现突出（图1），6月5日08：00，850～100 hPa表现为一致的西北偏西气流，925 hPa有明显的切变线存在，此次强对流发生区域与之经过区域有很好的对应关系。而许多学者研究结果也显示925 hPa輻合线位置对冷槽型强对流发生区域预报有重要参考价值[3，8]。

6月2日08：00—4日08：00高空实况图上，中高纬度呈两槽一脊型，贝湖存在明显阻塞高压，200 hPa的温压场配置与对流层中低层相反，低压中心为暖中心，高压脊为冷中心，在青藏高原北部维持有暖中心。2日20：00位于贝湖以东低槽逐渐向东移动，且不断有冷空气分裂南下；4日20：00—5日08：00暖中心控制华中和华东，华东大部地区为偏西气流，冷槽南下至河套东部，遇强大的暖中心阻挡，5日08：00贝湖冷高压崩溃，冷空气大举南下。

6月5日08：00—17：00地面复合分析显示（图2），河套东部山东和河南中北部存在中尺度地面气旋式复合线，并逐渐南移至安徽中北部；山东和江苏境内因海风锋导致一条与海岸线接近平行的地面复合带。

6月5日05：00在山东和江苏的东部地区海陆温度差异并不大，温差在2～3 ℃，这时沿海盛行东南风；天空晴朗，地面增温，13：00温差达7～9 ℃，形成了强水平温度梯度带，即温度梯度达0.22 ℃/km，对应有露点锋区生成，形成与海岸线接近平行的地面复合带。

分析5日08：00—17：00卫星云图可以看到，对流云团的发生和发展位置与皖苏地面复合区域非常吻合，并且19：00左右红外图上云顶最高时TBB≤-50 ℃区域正对应地面2条复合带交接区——怀远、固镇、淮南等地（安徽中北部地区）。

此次强对流发生和发展区域与地面图上维持的复合线及925 hPa切变线经过之地有很好的对应关系，是这次强对流天气的主要影响系统。

3 不稳定能量分析

地面图上，6月4日08：00—5日08：00的24 h变温苏皖两省均是5～10 ℃的正变温；5月31日—6月5日逐日最高气温安徽、江苏大部分站点均为30 ℃以上，因此低层能量积累十分明显。

位势不稳定是产生强风暴的重要因素。在这次风暴天气产生之前，在华东地区上空有大范围的逆温层结存在，并有强烈温度垂直梯度（图3）。6月5日08：00探空图上（图3），皖苏上空850 hPa以上为一致的干冷气流，T850-T500的温差达30～35 ℃；且925～850 hPa存在有暖平流并沿偏西气流东移北上逐渐影响安徽、江苏；白天高空冷空气下沉逐渐加强使850 hPa温度逐步降低；另外由于太阳辐射使地面增温显著。因此，上、下层温差进一步增大，形成强烈的垂直温度梯度。

6月5日08：00皖苏K指数在20～39 ℃，其中安庆站上空K指数达39 ℃；安庆和南京站θse850-θse500值分别为12.8和6.9 ℃，其值高于阜阳和徐州；沙氏指数分别为-3.7和-0.7 ℃，而阜阳和徐州站沙氏指数都大于0。表明皖苏中南部地区大气层结不稳定度高，极不稳定。0 ℃层高度在600 hPa，-20 ℃在450 hPa附近，具备了产生冰雹天气的不稳定能量和高度。而这次位势不稳定的建立没有低空急流和大的低层湿度，皖苏大部地面T-Td值都在4～8 ℃。

徐爱华等[9]研究结果表明，3—6月，江西省南昌市存在强垂直温度梯度下（△T≥27 ℃），当有低槽和切变线时，北方有冷空气南下，利于强对流天气发生。经分析，这次过程与该研究结果有很好的吻合。

4 卫星云图特征分析

从图4可以看到有明显3条云系：脊后高空辐散云带、冷锋云系和急流云系。水汽图暗区（对流层上部暗区，水汽少且干冷）是下沉气流运动区，暗区指示该地区有能量堆积，是预报强对流要注意的重要地区。脊前强冷空气经过内蒙中东部、河套东部迅速南下影响山东、河南、安徽和江苏等华东大部分地区。中尺度对流云团不断产生于冷锋尾部，即925 hPa切变线经过具有高能量积累的华东地区，得到发展并南移发展加强。5日白天水汽云图暗区变化显示冷空气下沉明显加强，预示冷空气加强向下侵入逐渐增强。红外云图表现：从阜阳生成的中尺度云团南移与山东境内生成南移的云团在5月18：00左右于苏皖中北部上空合并并发展加强，19：00左右达到最强，云顶亮温（TBB）达到最低，且其西北侧温度梯度非常大，对应皖苏中北部发生龙卷、冰雹和强风等强对流天气，23：00云团已明显减弱。

5 雷达回波资料分析

此次强对流天气过程主要路径基本与高空冷空气移动路径一致，主体向东南移动，在安徽表现向南传播。合肥站雷达图上表现为：5日18：00左右，阜阳上空生成南移的云团与山东上空生成南移的云团在皖苏中北部即地面2条复合带交接处合并发展加强，然后呈扇形扩展传播影响安徽，这与地面各站极大瞬时风速出现时间段顺序非常一致（表1和图5）。此次强对流天气过程持续时间8 h，5日23：00左右在皖南部逐渐消亡。

从表1可看出，沿淮各站自东向西、江淮之间自北向南逐渐出现极值瞬时大风，且凤台、霍邱、肥西以及无为站出现在同一时间段呈扇形排列；沿江江南与江淮之间表现一样。这与0.5°仰角反射率因子雷达图（图5a）阵风锋回波出现与发展传播路径表现非常一致。

在0.5°仰角雷达图上（图5），5日18：00左右合并加强的云团呈扇形发展加强，在滁州至定远一带有10～20 dBz强度的弱回波窄带，并且高度在1.0～2.1 km，即阵风锋。19：51，阵风锋回波带增长，从颍上至肥西含山一线呈弧形，且其外围巢湖南部有新单体生成发展；20：15，巢湖单体受阵风锋抬升加强并且西边与阵风锋结合，东侧连接主体强回波区呈 “V”型；20：45，“V”型回波前沿到达铜陵，阵风锋回波更加明显；21：14，阵风锋回波西达河南商丘，中段接近霍山、桐城，南侧接近池州市上空，但青阳上空无阵风锋回波；21：20，青阳出现大风，风力逐渐增大，并在21：23达极值25.4 m/s；池州21：30左右风力逐渐增大，在21：46达极值19.6 m/s，而回波主体在21：50才到达池州市区东北边上空，21：56覆盖池州，地面大风较回波主体提前，而阵风锋回波较地面大风极值出现时间早30 min以上。分析0.5°仰角径向速度的雷达图也能明显看到阵风锋窄回波带特征，边界清晰；5日18：51距离雷达站6.0 km处0.2 km的高度上明显出现大的负速度中心（-27～-20 m/s），出流面积大于入流面积，表明低层气流辐散，19：51负速度中心出现模糊现象（<-27 m/s），0速度线呈反 “S”型，说明实际风速>27 m/s，一直到21：00模糊现象消失，风力减弱，且在1.5°仰角0.4 km高度上空也能明显看到这种特点。因此，强风出现与回波主体到达时间上基本一致，但可通过0.5°仰角的雷达阵风锋回波带出现时间，以及0.5°仰角和1.5°仰角径向速度雷达图表现低层气流辐散，低层实际风速>27 m/s，可以提前发布大风预警信号；且距离雷达站150 km范围内阵风锋回波表现明显，指示作用较好，池州上空阵风锋回波表现较弱，可能与主体云团对流强度减弱，阵风锋回波带减弱消散有关，或雷达回波与距离雷达站较远回波表现不明显。而阵风锋回波在1.5°仰角反射率因子雷达图上表现不清晰。此次过程黄山雷达资料阵风锋回波表现不明显，与其本身站点海拔较高有关。

6 强对流天气联防的重要性

由东北冷涡带来冷空气南下造成大范围的强对流天气并不多见，而强对流天气强度和落区本身就是短期预报的难点。这次强雷暴天气发展迅速、移动快、过程强，前期天气晴朗，雷达回波表现不明显，易被忽视，当上游有大风天气出现时才引起预报员的注意，故加强特殊天气时期上、下游联防和责任区雷达联防显得尤为重要。

7 结论

（1）此次强对流过程特征突出：中高纬呈两槽一脊型，高空呈前倾槽形势且高低空具有强的垂直温度梯度，强大的东北冷涡后部，贝湖阻高崩溃带来强冷空气南下；850～100 hPa呈一致的西北偏北干冷气流，河套东部上空 925 hPa存在切变线；地面能量积累明显且有2条明显复合线。高低空完美配合造成这次对流过程强度强、范围广、移速快、危害大。

（2）山东、江苏境内海风锋导致的地面复合线对强对流可能有触发和加强作用；前期东北冷涡活跃和华东持续高温为强对流发生积累了大量不稳定能量。关于东北冷涡变化规律及其诱发中东部地区强对流机制有待进一步认识和研究。

（3）在这次强对流过程中，综合分析0.5°仰角雷达徑向速度图和反射率因子回波图，说明阵风锋能很好地提前指示地面大风。池州站、青阳站出现大风较雷达回波主体提前10～20 min；安徽中部大多数站点，阵风锋出现时间均提前于地面瞬时极值大风出现时间。可见仔细分析雷达图，标出阵风锋位置，以尽可能提前发布大风预警信号。而池州站和青阳等站距离合肥雷达站较远，阵风锋雷达回波表现不明显或不显示，造成指示盲区，出现这种情况与上游台站保持及时联防，了解上游实况资料利于该站进行有效服务，也是防御灾害性天气的一种重要手段。

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