2013年8月内蒙古一次强对流天气过程分析

2022-11-28

雷雨大风、冰雹、龙卷或伴有强雷电的短时强降水现象统称为强对流天气, 这种灾害性天气历时短、天气剧烈、破坏性强, 主要发生在对流风暴或单体风暴中, 在水平范围十几千米至两三百千米的中小尺度天气系统触发下, 具有很大的突发性, 生命期通常仅为1 h至十几小时, 因此预报预警难度较大[1]。本文利用常规天气资料等, 对2013年8月4日内蒙古中东部大范围强对流天气进行分析, 为做好冰雹等灾害性天气预报服务提供经验和方法。

1 强对流天气过程概况

受冷暖空气共同影响, 2013年8月4日14:00左右, 内蒙古中东部大部分地区先后出现雷雨、短时大风、局地冰雹等强对流天气, 瞬间风速达到17.1 m/s, 急雨冰雹倾泻而下。降雨呈现区域分布不均特点, 其中内蒙古东北部较大, 据监测显示, 4日07:00-5日07:00, 呼伦贝尔市宜理降雨量最大, 达到了56.6 mm, 兴安盟佰斯镇馒头山、乌兰察布市岱海等地降雨量为25.3~49.9 mm, 呼和浩特市市区南部降雨量为27.2 mm, 并伴随冰雹出现, 冰雹最大直径为22 mm, 质量7 g。此次雷雨、大风、冰雹等强对流天气持续20 min左右, 致使城区多处路段出现严重积水, 给当地交通及市民正常出行造成很大影响。

2 天气形势

强对流天气出现前, 500 h Pa上, 副热带高压稳定少变, 受鄂霍次克海阻塞高压阻碍, 内蒙古北部冷空气难以扩散, 长时间积聚在内蒙古北部地区。4日08:00, 整个大气层处于斜压不稳定状态下, 对于低层强对流系统的发生发展十分有利, 从风场上可看出, 500 h Pa高空内蒙古上空位于急流入口区右侧;同时, 又处于低层急流出口区左侧, 高低层环流对峙致使大气层结形成强烈的抽吸作用, 低层暖湿空气随着上升运动带入高层, 凝结并释放出大量潜热, 促进了对流云系的发展, 这同时也是有利于形成冰雹的大气状态[2]。

3 探空图分析

3.1 T-log P图

冰雹出现在0℃和-20℃层高度适宜的条件下, 0℃等温线至-20℃等温线之间的由过冷水滴、雪花和冰晶组成的区域为冰雹生成“雹源区”。对此次呼和浩特站冰雹生成及发展情况分析, 由4日08:00, 0℃层和-20℃层高空探测资料可知, 0℃层高度位于600 h Pa附近, 有利于对流云向更高处发展, 强烈的上升运动将低层水汽输送至该高度位置, 成为冰雹生成的有利的水汽条件;同时, 雹粒增长到足够大下落时, 较高的0℃层使得雹粒维持足够大形状而不致被暖层融化;-20℃层高度位于400 h Pa以下, 与0℃层之间存在不足3 000 m的厚度, 这样, 0℃层和-20℃层厚度小、温度梯度大, 造成极不稳定的大气层结。而且, 0℃层和-20℃层高度风速均在12~20 m/s以上, 风速较大, 形成强盛的垂直风切变, 促使低层水汽不断抬升。

3.2 V-3θ图

当V-3θ图上存在较清晰的冰雹等强对流天气结构特征时, 可看出, 强烈的非均匀结构θ线表现出与T轴成钝角或近似垂直于T轴, 露点位温线θsed和饱和假相当位温线θ*与T轴形成了较大的钝角, 说明大气垂直方向不稳定状态, 而且呈现出非均匀的强烈性水汽分布, θsed与θ*形成明显的上干下湿的“大肚子”或上下湿度小、中间湿度大的“蜂腰”图像面积;而且对流层300~100h Pa的中上层有超低温现象, 这种超低温结构可用于天气预报时对高空大气结构是否利于深对流发展的判断;同时垂直风上存在顺滚流现象, 这种不连续指数 (切变指数) 能反映出台站上空整体滚流性质及其转折性变化的预测, 当北半球700 h Pa以下中低层为偏南风或临近海洋的东风时, 500 h Pa以上高层大气表现为西到西北风, 可体现出冷空气入侵时大气低层到高层的风场配置。呼和浩特站850~500 h Pa上θ线与T轴几乎为直角, 意味着期间大气层中有冷平流侵袭, 而θsed与θ*与T轴成钝角关系, 说明垂直方向上大气呈现出不稳定层结, θsed与θ*在850~700 h Pa微尘“蜂腰”状面积结构, 可见存在有上下干、中间湿的水汽配置, 且850~700 h Pa水汽充沛。风场上, 850 h Pa风速为2 m/s的东南风逐渐转为250 h Pa风速为30 m/s的西北风, 存在着垂直方向的“顺滚流”现象, 同时300 h Pa高空有超低温结构。由此可见, 呼和浩特站上空存在明显的表征冰雹等强对流天气发生的特征现象。

4 中尺度分析

700 h Pa上, 河套地区中部存在一切变线, 同时850h Pa切变线又位于河套西部地区, 再加上500 h Pa高空槽形势分析, 可看出此次强对流天气为一次明显的前倾槽天气过程, 天气系统垂直结构十分陡峭, 有利于局地强对流上升运动的产生和发展;由水汽条件分析, 500 h Pa及700 h Pa上空分布存在温度露点差>15℃的干区, 850 h Pa则是露点温度差<5℃的湿区;再加上高低空冷暖空气的配合配置, 内蒙古大部分地区被控制在冷槽暖脊交汇的锐角区域内。同时, 内蒙古上空呈现出高层辐合、低层辐散的高低空配置, 冷、暖空气剧烈的交汇形成较强的辐合上升运动, 且形成了上冷下暖的强烈的不稳定层结, 有利于不稳定能量的释放, 在内蒙古中东部地区上空不断有中尺度的对流云团生成、发展和维持, 在内蒙古中东部地区造成大范围的强降水和局部冰雹等强对流天气。

5 结语

(1) 鄂霍次克海阻塞高压及其后部槽稳定发展使得内蒙古中高纬度环流径向加大, 且冷平流入侵高空是此次强对流天气形成的环流背景, 高空槽的持续维持发展是强对流天气的主要影响系统。

(2) 0℃层高度有利于对流云向更高处发展同时将低层水汽输送至该高度位置, 成为冰雹生成的有利的水汽条件, 并使得雹粒在降落过程中维持足够大形状而不致被暖层融化;0℃层和-20℃层厚度小、温度梯度大, 造成极不稳定的大气层结, 而且风速较大, 形成强盛的垂直风切变, 促使低层水汽不断抬升。呼和浩特等地区上空K指数较大, 处于热力不稳定状态, 有利于冰雹等强对流天气的出现。而且在呼和浩特站上空存在明显的表征冰雹等强对流天气发生的特征现象, 与该站出现冰雹天气对应。

(3) 此次强对流过程中水汽、动力和热力等条件都与天气过程有很好的对应关系, 中尺度的对流云团生成、发展和维持, 形成大范围强对流天气。

摘要：2013年8月4日, 内蒙古中东部地区受高空槽影响, 出现了大范围的强对流天气, 其中呼和浩特市等地出现局部冰雹。通过天气形势、中尺度及探空图等方面分析, 鄂霍次克海阻塞高压及其后部槽稳定发展、冷平流入侵是强对流天气的环流背景, 高空槽的持续维持发展是主要影响系统, 水汽、动力和热力等条件都与天气过程有很好的对应关系。

关键词：强对流,冰雹,高空槽,中尺度对流云团,探空图