广州市南沙区一次强对流天气成因

摘 要利用天气实况图、自动站资料、多普勒天气雷达及风廓线雷达分析2011年4月17日影响广州市南沙区的一次强对流天气过程的成因.结果表明：环流系统和中尺度影响系统配合较好,多普勒雷达观测到弓形回波和超级单体风暴是这次强对流天气的主要影响系统,而风廓线雷达测得的温度及风向风速资料可以监测边界层能量堆积情况及水平风的垂直切变等现象,值得预报员关注,以提前做好预报预警工作.

关 键 词强对流天气；多普勒雷达；风廓线雷达；天气预报；广东广州；南沙区

中图分类号P41文献标识码A文章编号1007-5739（2013）06-0239-02

2011年4月17日华南一次前汛期暴雨过程中,广东省内大部分地区都出现了强对流天气,给肇庆、佛山、广州等地造成一定损失.受雷雨大风及冰雹影响,广州市南沙区多处出现工棚倒塌、树木折断、农作物倒伏、电力中断、道路阻塞等现象.该文对此次强对流天气的环流形势、影响系统及各种气象要素进行分析,以期为今后类似的极端灾害天气进行预报提供线索和思路[1-4].

1强对流天气过程概况

2011年4月17日9：30开始,一个MCS系统自广西移向广东并不断发展,受其影响,广州市南沙区于13：00后出现历史罕见的14级以上雷雨大风、局部有冰雹的强对流天气过程.南沙区26个自动气象站中有13个录得8级以上雷雨大风,录得12级以上雷雨大风的自动站有6个,其中过程最大风力达42.5m/s（14级）.南沙区珠江街录得直径达1.5cm的冰雹,降雹起止时间为13：33—13：40.13：00—20：00全区共有9个自动站录得暴雨.

2强对流天气成因分析

2.1环流形势分析

500hPa形势场上,4月17日8：00中高纬地区维持准三槽两脊的形势,孟湾小槽不断东移为华南地区带来水汽,华南地区主要受槽前偏西气流影响；850hPa形势场上,南岭山脉附近有一切变线,同时中南半岛到广东省一带的西南风也普遍有所加大,水气充沛,有利垂直上升运动的加强和对流性天气的产生；地面形势场的冷锋（等压线1012.5hPa）位置与850hPa切变线的位置配合较好,冷风前沿为偏南风,且地面变温场在广东省内大部分地区为正变温,这为强对流天气提供了触发机制.

2.2雷达图分析

多普勒天气雷达是分析和制作雷暴大风临近预报的重要工具,回波区的形态以及雷达径向速度的特征均可为预报员提供重要信息.通过分析广州多普勒天气雷达的观测资料,发现4月17日广州市南沙区的强对流天气是由一个位于弓形回波中的超级单体造成的.超级单体是对流性风暴中危害极大的风暴单体,常产生龙卷、灾害性大风、大冰雹、暴雨等强对流天气现象,因而带来的损失远远大于一般的对流性风暴所产生的灾害[3-8].

4月17日9：30风暴云团从广西进入肇庆,以约50km/h的速度向东南偏东方向移动,约3h后移出肇庆,在肇庆造成了39.3m/s的最大阵风,伴随强降水和冰雹的灾害性天气.雷达回波图显示风暴云团具有后侧入流缺口、悬垂结构、有界弱回波区和中气旋等特征.12：30左右风暴云团进入佛山,强度图中心最大值65dbz,速度图出现明显“牛眼”（强中气旋）,最大径向速度>27m/s.而后继续向东南偏东方向移动,12：54—13：18虽然速度图上中气旋有所减弱,但反射率因子图上最大强度仍可达62dbz以上,最大径向速度仍>27m/s.13：00开始弓形回波形成,且强度逐渐加强,13：18反射率因子强度进一步加强至71dbz,中气旋依然存在,风暴云团逼近广州市南沙区.

4月17日13：00以后,雷达反射率进一步增强,由图1、2可知,该时间的雷达回波最大强度达74dbz,这是由于弓形回波可以单独出现或作为线型波状回波（例如飑线回波带）的一部分,其形成后,相应的中尺度风场和对流结构特征将进一步加强灾害性大风时间的强度.在弓形回波的头部（认为弓形回波的南端强度最大处）南侧出现倒“V”型缺口.这是由于对流云中大冰雹、大水滴等大粒子对雷达回波的强衰减作用,雷达探测时电磁波不能穿透主要的大粒子（冰雹区）,在大粒子（冰雹）区的后半部形成所谓的“V”型缺口.13：24的径向速度图中,出现典型的下击暴流特征：沿径向排列的、有正负度中心的速度偶,指向雷达的负速度位于靠近雷达中心一侧,而离开雷达的正速度位于远离雷达的一侧.13：25—13：46南沙区大部分自动站录得10级以上大风,13：33南沙气象探测基地观测到有冰雹.13：42径向速度图中的下击暴流形势减弱近乎消失.对流云团进一步东南移动,至13：48对流云团强度中心移出南沙区,进入东莞境内[9-10].

2.3风廓线资料分析

在一定的大气热力条件下,水平风场的垂直切变特征对强对流活动有重要影响,利用风廓线雷达可以获得高时空分辨率的水平风资料,监测水平风的垂直切变及其发展.从图3可以看出,南沙区12：00—12：30在地面至3700m高度层次上存在明显偏南风与西北风的水平风垂直切变.13：01对流云团已经移近南沙区,3000m高度以上风速出现突增,由15min以前的15m/s直接加大到35m/s左右,3200～3700m高度风速维持在30m/s以上.13：10在地面至2400m层次内风向风速不连续性非常明显.13：13在2000m以上风速随高度明显增大,最大风速（54m/s）出现在3000m高度.13：25南沙区开始出现10级以上大风,从13：01已探测到高层的30m/s以上大风来看,风廓线雷达对高空风动量下传至低层有较好的指示作用,提前时间约30min.13：30大风进一步带动低空风速,300m处风速比18min前增大10m/s.此外,12：00—13：10在地面至700m层次上风向随高度顺时针转,表明：从地面到边界层低层有强烈的暖平流,结合其他的环境要素利于强对流的发生发展.风廓线仪测得的温度随时间和高度的分布廓线对强对流天气的预报预警能提供一定依据,因为强对流天气发生前往往会在边界层中出现不稳定层结和逆温等现象.

图4为2011年4月17日9：55—13：25温度垂直廓线分布图,其中横坐标代表温度,左侧纵坐标代表高度,右侧纵坐标表示不同时间.从13：25的温度廓线可以明显看出边界层500m范围以下出现了逆温.低空逆温层阻止了近地面空气中的暖湿气流向高层扩散,使能量大量聚集在边界层中.

从垂直温度分布情况来看,12：55—13：25,200m以上虚温迅速增加2～3℃,这与暖平流的能量堆积有关.图5为4月17日的温度随时间—高度直方图,其中横坐标表示时间,左侧纵坐标表示高度,右侧纵坐标表示温度对应的颜色,温度的高低以方块的颜色表示.该图也在一定程度上反映了南沙区强对流过程发生前能量堆积的情况,9：30近地面层约300m高度以下的温度较高,随着时间推移,高温区厚度逐渐增加,温度也逐渐上升；在13：30高度700m以下都是29℃左右的高温区,堆积的能量达到最大.强对流过程结束后,能量释放,温度下降,且边界层温度达到最大值和下降与强降水的开始和结束时间是一致的.

3结语

（1）此次强降水的主要影响系统明显,850hPa切变线和地面冷锋相配合,并出现了超级单体风暴,500hPa引导气流使对流云团从西北向东南移动,造成这次强对流天气.

（2）此次强对流天气中,强风暴的多普勒雷达特征十分明显,表现为：反射率因子图上的弓形回波、后侧入流缺口、三体散射和径向速度图上的中气旋、中层径向辐合.超级单体是造成这次雷雨大风及冰雹的主要成因.

（3）从风廓线雷达资料可以看出,强对流发生前能通过水平风随高度的变化判断温度平流的大小,当低层存在明显的暖平流时能为强对流天气的发生积累不稳定能量,强降水发生前边界层中存在逆温现象及高温区域,这对强降水的临近预报有较好的指示意义.

（4）风廓线雷达对水平风速有很强的中尺度探测能力,当高空有动量下传的趋势时,预报员应该提前结合环境要素,判断雷雨大风的发生并提前做好预报预警.

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