【doc】 郑州强对流天气成因分析

【doc】 郑州强对流天气成因 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 郑州强对流天气成因分析 郑州强对流天气成因分析 赵培娟,吴蓁,郑世林,席世平 (河南省气象台,河南郑州450003) 摘要:对2004年郑州出现的7次强对流天气过程的天气形势,影响系统及稳定度的分析结果表明:华北低涡和NW 气流形势下存在着低层升温,高层降温机制,使大气层结趋于不稳定,当测站高低空温差或温度平流差达到一定量值,且近 地层存在辐合系统时,易出现强对流;SW气流或高压控制时,大气高温高湿,具有较强不稳定能量,若850hPa或地面出现 辐合系统时,易产生强对流;地面湿度连续数天加大或保持在某一值域,其上空温湿24h变化呈上趋冷下趋暖或上趋干下 趋湿并达到一定量值,预示强对流的发生;700,500hPa湿度明显减小,24h温度露点差加大4?以上,或近地层? 350K,中低层?26K,8小值位于700hPa或500hPa,其厚度>12000m,易出现强雷雨大风;700hPa以下t—td?4.3?, 或连续4天850hPat—td?7oC,700hPat—td?5oC,500hPat—td?9oC,Pw?12,可预示短时暴雨的出现. 关键词:强对流;稳定度;大气对流参数 中图分类号:P458.121.1文献标识码:A文章编号:1004—6372(2005)o4—00ll一03 2004年6,8月,郑州出现了7次强对流天气.其中,2 次主要表现为雷雨大风,2次为短时暴雨,另3次风雨并存, 最强烈的一次是6月24t3,还出现了冰雹. 1天气形势 根据08时500hPa形势场,7次强对流天气分别是在华北 低涡,NW气流,高压控制和SW气流4种天气形势下产生的. 华北涡形势:500hPa在110,120.E,35—45.N区域有低 收稿日期:2005—06—02 涡或低压环流中心,700hPa有低压环流,槽或辐合线,925, 850hPa为偏西或偏北气流,地面无冷空气影响. NW气流形势:30,45.N,105,l15.E为NW气流,850— 700hPa是高压环流或偏西气流,地面多处于低压带中,对流 产生时无冷空气配合. 高压(脊)控制形势:河南上空受高压环流控制,925, 700hPa为偏南或sE气流,地面有时有冷空气配合. SW气流形势:河南及上游有大片SW气流,700hPa为脊 或偏南气流,925,850hPa为偏南气流,地面有弱冷空气影响. 另外,据自动站资料分析,6次强对流发生时地面均有中 YrI>60%起报,拟合率93%. 6使用情况 该预报系统完成后于2004年夏季进行了试运行.检验 过程由计算机按照各自的预报流程自动进行.短时暴雨漏报 1次,另外对3种强对流天气的空报率偏高.冰雹,雷雨大 风,短时暴雨3种强对流天气的预报准确率分别达到87%, 84%,73%.空报率偏高的原因是,预报指标未能细致的涵盖 物理演变过程,预报指标间的独立性不够强,暴雨预报指标中 对水汽条件的考虑偏重.这些预报指标尚需在业务实践中逐 步加以完善.今后将通过加强各种强对流天气发生发展机制 的探讨与研究,加强中尺度模式,自动站资料,乡镇雨量资料, 卫星云图,新一代雷达以及风廓线资料的综合运用,进一步提 高强对流的预报水平. Short——rangeForecastingSystemofSevereConvectiveWeatherinZhengzhou WUZhen,ZHENGShi—lin,ZHAOPei—juan,ZHANGXia (1.MeteorologicalObservationofHenanProvince,Zhengzhon450003,China;2.ZherIs~houMeteorologicalbureau,ZhengzhOI1450000,China) Abstract:Throughanalyzedmeteorologicaldatafrom1990to2000inZhengzhou,itwassummedupthatthe climaticrules,synopticsituations,evaluativecharactersofphysicalquantityfield,variationruleofmeteorologicalele- mentsatsinglestationappearedinthreesevereconvectiveweatherincludingshortrainstorm, instantaneousthunder rainandgale,andhailetc.Basedonthis,wehaveestablishedforecastingmodel,forecastingindexandcorrespond. ingforecastingequationofthethreesevereconvectiveweather,whichformed rangeforecastingsystemofse. short— vereconvectiveweatherinZhengzhou.Basedontherealtimedataat8everydaythesystemclassifiesweathertypes ,calculatesphysicalquantityandforecastingindexandjudgesforecastingequationautomatically,andeventually outputsforecastingconclusion. KeyWords:Severeconvectiveweather;Forecastingmodel;Forecastingindex;Forecastingsystem 河南气象2005年第4期?ll? 尺度辐合线(另1次缺自动站资料). 2大气层结稳定度的演变 7月9日,8月9日,8月12日的强对流,是在当日08时 指数均>t39oC,SI指数均?一2oC,SWEAT均t>242即较强的 大气不稳定条件下产生的;6月16,6月21和7月11日的强对 流,当日08时指数?29oC,且其中有两次s,?2oC,这表明 此时大气的不稳定性并不是太强,不利于强对流的产生. 弱不稳定条件下出现的强对流,都是在500hPa华北涡 影响或NW气流控制下产生的.华北低涡影响或NW气流控 制下的强对流,大气不稳定性有一个增强的过程. 6月16日08时300hPa上(图1),河套西北部(38.N, 106.E)有一44?冷中心,35—40.N,100—109.E为大片风速 t>20m/s的西北风,冷中心与郑州的温度差达到7?.20时 冷中心沿SE方向移至延安,郑州西北上游仍为一致的NW气 流.这种温度场与风场的配置,表明从08—20时该层一直有 冷平流向郑州输送.500hPa形势场(图2)与300hPa极为相 似,08时一15?的冷中心位于河套地区,大片14—20m/s的 NW气流将冷空气向下游的郑州输送,20时河套地区仍为? 20m/s的西北气流,故郑州站高层一直持续较强的冷平流输 送.700hPa与高层不同,该层虽然也为大片的NW气流,但 郑州风场上游是等温区或高温区,温度平流图没有显示明显 的温度平流输送.08时850hPa和925hPa两层均没有温度 平流输送.因此,高层持续的冷平流输送加大了郑州站上空 的温度直减率,使大气层结对流不稳定加强. 0010410e112116120.E E 百 图216日08时500hPa形势图 6月21日的情况与之类似.08时300hPa图上(图略), 30—40.N,105—115.E均为NW气流,一40?的冷中心位于 华北和河套地区,有冷平流向郑州输送.500hPa与300hPa 形势相似.700hPa以下均有暖平流输送. ? 12? 7月11日08时300hPa上(图略),内蒙与山西交界处有 闭合低涡,郑州处于该涡中心伸向陕西的低槽前部SW气流 中,直到20时.从300hPa高空图上温度场与风场的配置很 难定性判断温度平流的情况,但温度平流图上显示有较强的 冷平流输送(图3).500hPa图上,低涡位置与300hPa相同, 但在河套的北部有一10?的冷中心,34—40.N,105—110.E 为偏北气流,与6月16,6月21非常相似.700hPa及以下各 层有冷平流,但没有高层明显. 图37月11日08时300hPa温度平流 郑州站6月16日08时高低层最大温度平流差值达11 ?,20时仍持续上趋冷下趋暖的趋势.6月21日08时,300 hPa温度平流达到一10X10一oC?s,,850—700hPa为暖平 流,最强达N4oC,高低层最大温度平流差达14?.7月11 日08时,虽然925—300hPa都是冷平流,但自下而上趋冷的 程度不同,高低层最大温度平流差也达到了14?. 2004年郑州的7次强对流中只有这3次具有温度直减 率明显加大的特点.因为NW气流与华北涡形势下,郑州上 空受NW气流控制,常常是晴空少云的天气,有利于低层升 温,而高层强NW气流将河套地区的冷空气源源不断送向郑 州,使郑州逐渐形成了高空越来越冷,低层越来越暖或高空趋 冷强于低层的情形,从而加强了大气层结的对流不稳定性. 虽然08时的大气层结不利于强对流的发生,但是随着温 度平流的影响,气温直减率逐渐增大,不稳定性逐渐增强.上 述3次强对流天气并不是产生在08时,而是分别产生在不稳 定性增强后的20—22时,21时和23—24时. 3动力触发机制 强对流的发生不仅需要大气层结不稳定,还需要具有一 定的动力抬升条件.上述3次强对流都是出现在21—23时, 因此分析距强对流发生最为接近时刻20时的影响系统. 6月16日20时850—500hPa郑州附近均可分析出低 槽,切变等影响系统.6月21日20时,郑州附近925—850 hPa能够分析出浅槽,切变线.7月11日20时,在500hPa和 850hPa上有低涡或切变.另外通过自动站的加密观测资料 分析,从6月16,6月21,7月11日逐时地面图上,可以发现 强对流产生时均有中尺度辐合线伴随.由此看出,这3次强 对流天气的产生高空至少有一层有天气尺度的辐合系统,地 面有中尺度辐合线,共同起到触发作用.从垂直速度场来看, 6月16日20时,郑州附近整层均为上升运动,其数值自下而 上(925—300hPa)分别达到一5,一8,一7,一l5,一l9,一10X 10Pas,.6月21日20时,郑州附近整层均为上升运动,其 河南气象2005年第4期 数值自下而上(925,300hPa)分别达到一1,一2,一5,一11, 一l2,一8×10.Pas, .7月11日20时,上升运动仅限于 700hPa以下,且数值不大,自下而上(925,700hPa)分别为 一 2,一6,一5×10.Pas,.但是从7月11日20时郑州附近 整层的涡度分布来看,自下而上数值分别达到2,9,11,40, 5l,81×10s,,说明该处是具备上升运动条件的. 7月9日,8月9日的强对流天气出现在下午,这两日08 时500hPa受高压控制或受SW气流影响,整层无低值影响系 统,缺少动力抬升机制.但20时,850hPa郑州附近可分析出 准低涡或切变线,说明从08—20时该层出现了有利强对流发 生的辐合系统.同时这两日逐时地面图上也可分析出中尺度 辐合线.垂直速度计算表明:这两日08时郑州附近整层均为 下沉气流,20时有一定的层次转为上升运动,说明08,20时 郑州上空有一个从下沉运动向上升运动转换的过程.而强对 流很可能就出现在最强上升运动产生时刻.8月12日凌晨 的短时强降水,与7月9日,8月9日不同之处,在于触发机制 非高空系统而是地面较强冷空气. 以上分析说明,850hPa以下低层辐合在强对流发生发展 中起着不可忽视的作用. 4单站要素特征 4.1单站要素 对7次强对流进行统计发现,对流发生前,地面湿度通常 表现为:连续3天08时地面相对湿度_厂?88%;或地面l4时 水汽压e连续4天呈升高趋势,升幅?9.9hPa;或者地面l4 时水汽压e,连续4天大于某一临界值,如6月e,?26.3 hPa,7月?25.4hPa,8月?30.3hPa(6,7,8月I临界值的确 定,取决于该月的背景情况).另外,02,l4时逐时次24h变 温At>0?;或者l4时Atz4>9.7?,也是特征之一. 大多数强对流的发生,单站温,湿变量的垂直分布有一定 的指示作用.4次雷雨大风的出现都伴随着700hPa或者 500hPa24h温度露点差加大4?以上,说明中层增干在雷雨 大风产生中的重要作用. 此外,850,500hPat—td连续数天小于某一数值,也预 示着短时暴雨可能出现.如8月9日,8月11日850hPa连 续5天t—td?7?,700hPa连续4天t—td?5?,500hPa连 续4天t—td?9?.700hPa以下各层t—td均?4.3?,说明 湿层厚对短时暴雨的出现有指示意义. 4.2大气对流参数 近年来大气对流参数越来越多的运用于强对流的分析与 预报.从2004年郑州市7次强对流发生前该站的大气对流 参数中可以看出,同一参数在不同对流日有差异,有的差别还 比较大,如Ic.总体看,这些参数对预报有一些指示意义. 根据统计.BRN?17,MDCI?37,MDPI?1,MK?34,PW?9 cnl,SWEAT~>181,TT~>40时,将有助于强对流发生.雷暴大 风指数,对流有效位能,对流稳定度指数,风暴相对螺旋度,能 量螺旋度等参数对这几次强对流的指示性不够理想. 4.3,的分布特征 6月21日和24日是5次雷雨大风中最强的两次,瞬时风 力分别为23和26m/s.这两次08时0的垂直空间分布十 分相象(图略):近地层值较大,均达到350K,小值区位于中 层且保持>2000nl的厚度,近地面0…与中层0…之差? 26K.这反映了下层暖湿,中层干冷的大气垂直分布特性. 在这种温湿层结中,出现强对流天气的可能性很大,尤其是强 烈的瞬时大风.因为中层干冷,可加速下沉降水物的蒸发,使 下沉气流变冷和加大,从而形成强烈的地面大风. AnalysisoftheFormingofSevereConvectiveWeatherinZhengzhou ZHAOPei—juan,WUZhen,ZHENGShi—lin,XIShi—ping (MeteorologicalObservationofHenanProvince,Zhengzhou450003,China) Abstract:Throughanalyzingsynopticsituation,influencingsystemanddegreeofstabilityofsevenseverecon- vectiveweatherprocessesin2004inZhengzhou,weindicatethat:InthecurrentsituationofNorthChinalowvortex andNorthwestcurrentthereisamechanismoftemperaturerisingatlowlayer,temperaturefallingathighlayer, whichmakestheinstabilityofatmosphericstratification.Whenthetemperaturedifferencebetweenhighlevelandlow levelorthermaladvectiondifferencereachestoacertaintyvalue,thereisconvergencesystemnearsurface,severe convectiveweatherwillappear;WhenSouthwestcurrentorhighpressuredominates,hightemperatureandhighhu- midityoccur,andinstabilityenergyincreases.Ifthereisconvergencesystemat850hPaorsurface.severeconvec- tiveweatherwillappeareasily;Whenthesurfacehumidityincreasesincontinuousdaysorkeepsonacertainvalue field,andthatthetemperatureandhumidityaboveitvaryin24hourspresentsaplumbconfigurationofgettingcold athighlevelandgettingwaiq’lqatlowlevelorgettingdryathighlevelandgettingwaterishatlowleveltoacertainty value,itforeshowsthatsevereconvectiveweatherwilloccur;Whenthehumidityof700—500hPadecreasesevident. 1y,thedifferencebetweentemperatureanddew—pointin24hoursrisestoexc eed4~C,ornearsurface0~>350K, middleandIowIeveIAO?26K,smal10Iiesin700hPaor500hPaanditsthickness?2000m,theseverethunder rainandgalewillappeareasily;Whenunder700hPat—td?4.3~C,orcontinuo us4days850hPat—td?7?,700 hPat—td?5?,500hPat—td?9? andPW?12,itforeshowsthatlittlerainstormwillappear. KeyWords:Severeconvection;Degreeofstability;Atmosphericconvective parameters 河南气象2005年第4期-l3?