武汉一次下击暴流天气的成因分析

武汉一次下击暴流天气的成因分析 武汉一次下击暴流天气的成因分析 第26卷第4期 2007年12月 暴雨灾害 ToRRENTIALRAINANDDISASTERS Vo1.26No.4 Dec.20o7 文章编号:1004—9045(2007)04—0369—03 武汉一次下击暴流天气的成因分析 崔讲学,张家国,王仁乔,王平 (1.湖北省气象局,武汉430074;2.武汉中心气象台,武汉430074) 摘要:对多普勒天气雷达,卫星以及高窄地面等各种探测资料进行了综合分析.结果表明:2007年7月2713发生于武 汉地区的局地强对流天气过程主要是在500hPa副热带高压边缘反气旋性弯曲的西南气流中,受午后下垫面强烈加热, 对流不稳定增强,局地中尺度辐合系统加强等共同作用下,产生的中尺度对流系统直接造成的.雷暴云中宏尺度(Macro— scale),做尺度(Micro—scale)的下击暴流在近地面形成的破坏性直线风是导致武汉地区大风灾害的直接物理原因. 关键词:下击暴流;雷达同波;中尺度系统 中图分类号:P445文献标识码:A 1引言 Fujita把下击暴流定义为地面上水平风速大于 17.9m?s,,中空气流向下,地面气流为辐散或直线型的 灾害性风,并根据外流的灾害性范围大小,又把下击 暴流分为宏下击暴流和微下击暴流I1.下击暴流因具 有强的下沉气流和强的低空风切变,往往造成大树连 根拔起,房屋倒塌,飞机坠毁等恶性事故,造成巨大的 生命与财产损失.由于其尺度小,生命史短,目前主要 靠多普勒雷达观测强风暴的发生发展来推断其发生 的可能性,预报难度很大.国内外许多研究者对下击 暴流事件进行了较多的研究.孙凌峰l3l,刘洪恩利用 数值模式模拟指出,下击暴流产生的直接原因是降水 的重力拖曳作用引起,其次是冰雹的融化和雨水蒸发 的冷却作用.俞小鼎嘲等利用我国新一代天气雷达资 料分析一个孤立的强烈多单体风暴的产生下击暴流 事件,指出反射率因子核心的逐渐降低并伴随云底以 上的速度辐合的多普勒雷达回波特征,可以用来提前 数分钟预警下击暴流的发生.另外,弓状回波是下击暴 流事件发生的主要特征.2007年7月27El下午,由 于受午后下垫面强烈加热,对流不稳定增强,低层中 尺度辐合系统加强的共同影响,一个中尺度系统在湖 北咸宁,崇阳,通山一带生成,然后向偏北方向加速移 动并不断发展加强.受其影响,武汉市,黄陂等地发生 了雷雨大风等强对流天气.这次强对流天气过程发展 快,局地性强,破坏力大,局部出现了10级以上瞬时 大风.灾情调查反映,大风灾害表现为一狭窄地带,大 风中心主要位于武汉市黄陂区.下面通过对多普勒天 气雷达,卫星以及高空地面等各种资料进行综合分析, 初步揭示其主要成因. 2成因分析 2.1天气形势分析 27El08时(北京时间,下同),副热带高压呈东西 带状,500hPa脊线位于27.N附近,鄂东处在副热带 高压边缘的西南气流中.天气尺度的低槽,切变线系统 位于四川盆地,鄂西,鄂北地区.08时,K指数30?, SI=一1.8,表明大气呈对流不稳定状态;午后受下垫面 加热影响,整个鄂东南为35?以上的高温天气,至20 时,K指数达到32?,SI=一4.0,不稳定明显加强,但中 低层风切变较小,仅有1.2x10S,,不具备发生超级单 体强风暴的动力条件.这次局地强对流天气过程主要 发生在副热带高压边缘反气旋弯曲的西南气流中,由 午后下垫面强烈加热,对流不稳定增强,局地形成的中 尺度系统所致. 2.2地面中尺度分析 地面中尺度风场分析发现,沿幕阜山东侧北上的 天气尺度南风气流,由于受北面大别山的阻挡,在九江 附近向西绕流,与沿幕阜山西侧北上沿河谷向东绕流 的南风,在鄂东南形成一条中尺度辐合线,午后下垫面 加热,对流不稳定性开始增强,对流云团在这条中尺度 辐合线附近发展起来.这种地形中尺度辐合线的动力 抬升作用是导致咸宁附近对流云团发展的主要原因之 一l}1 . 2.3雷达回波分析 对雷达观测的组合反射率产品分析可以看出,这 收稿日期:2007—08—25;定稿日期:2007—09—30 基金项目:中国气象局新技术重点推广项目"长江中游气象水文预报与服务系统 研究"(CMATG2006Z08)资助 作者简介:崔讲学,男,1958年生,高级师,湖北省气象局局长E— mail:hbqxzdq@126.com 370暴雨灾害第26卷 次强对流天气开始主要表现为分散对流回波.通过聚 集合并成为对流单体集中的回波团,尔后团状回波演 变成具有弓形的雷暴短带,在其下方形成各种尺度的 下击暴流,产生了破坏性的地面直线风. 图l是武汉多普勒雷达观测的组合反射率产品, 从图中可以看出,7月27日下午16时武汉多普勒雷 达开始观测到有对流回波从江西向鄂东南地区移动, 17,18时在成宁,崇阳,通山和大冶等地聚集并组织成 对流回波团.之后团状同波减弱,在地面有中尺度 的冷堆形成,雷暴短带住冷堆前沿阵风锋附近形成, 并向北加速移动.19时雷暴带在武汉南部断开为东西 两段,西段向西北方向移动,东段向东北方向移动,武 汉处在两块同波的中间,仅有一小块对流回波.从整 体上看同波强度明显减弱,然而当同波移动到武汉市 附近时迅速发展加强,回波强度为50dbz,这块强对 流回波加速向北移动,自南向北影响武汉,黄陂等地. 回波移至武汉附近加强,可能与城市热岛效应,城市 图1武汉多普勒雷达组合反射率因子图 (a]18:13;(b)9:08;(c)19:44 高大建筑形成的下垫面阻挡效应有一定的关系.从对 流回波垂直剖面分析风暴结构特征来看,对流风暴均 为普通单体雷暴. 图2是武汉多普勒雷达观测到的这次强对流天 气过程速度图演变过程.从速度场上可以看出,在带 状回波断裂的时候,19:02和19:25速度图上鄂东南 地区大部分为15m?s的径向风,其中在三个位置还 出现了20m?s以上的径向风,尺度仅有几公里到十 几公里,这里称之为大风核.大风核与减弱的雷暴带上 的几个相对强的对流单体位置一致.当雷暴在移出武 汉雷达站后,大风核有所扩大,径向风有所加强.与大 风灾害实况比较,大风灾害与这些宏,微尺度的大风核 有密切关系,而这些宏,微尺度的大风核就是雷暴云中 的下击暴流在近地面形成的破坏性的直线风的反映. 图2武汉多普勒雷达速度图下击暴流速度特 征和演变(a)19:02;(b)19:25;(c)19:56 2.4卫星云图分析 从卫星云图上看,这次强对流天气过程是由一个 第4期崔讲学等:武汉一次下击暴流天气的成因分析371 p中尺度对流云团引起的.27日下午14时以前,卫星 云图上鄂东地区一直为晴空少云天气,14,17点鄂东 对流云逐渐增多,】8:30在鄂东南地区有一个中尺度 的对流云团,尺度仅100km.此时云团发展到最旺盛 阶段,云顶最低温度达到一85,云团为对称的圆状. 20时大于一80云面积明显萎缩,云团开始明显减 弱,最冷云顶位于云团前界北,东北位置:21:30云团 明显处于消亡期. 3预报难点分析 (1)这一次过程发生在副热带高压边缘西南气流 当中,当天早晨的指数,沙氏指数表明对流不稳定并 不强,低层风切变较小,不具备发生超级单体强风暴 的动力条件,短期预报难度较大. (2)雷暴带形成的宏,微尺度下击暴流是造成地 面大风的主要天气系统,往往产生地面破坏性直线风. 在多普勒速度图上,反映宏,微尺度的下击暴流的大 风核仅有4-10km,生命史仅有30rain左右,由于尺 度小,生命史短,短时预警相当大的难度. (3)明显减弱的一个对流单体在移近武汉市后突 然迅速加强,其原因和物理机制尚不清楚.可能与城 市热岛效应,城市高大建筑形成的下垫面阻挡效应有 一 定的关系,需要进一步深人研究,这也是造成当前 预报难点之一. (4)风暴靠近雷达站时,由于观测盲区的存在,雷 达数据有所失真,雷达回波强度有些减弱,也增加了 预报难度. 4结论与讨论 这次局地强对流天气过程主要是在副热带高压 边缘反气旋性弯曲的西南气流中,受午后下垫面强烈 加热,对流不稳定增强,在局地中尺度辐合加强等系 统的共同作用下,产生的p中尺度对流系统(MCS)直 接造成的.MCS生成后向偏北方向移动,雷暴云中宏, 微尺度的下击暴流在近地面形成的破坏性直线风是 导致武汉地区大风灾害的直接物理原因.由于它的尺 度小,生命期短,突发性强等特点,预报此类微尺度强 天气,目前国际上还没有切实有效的办法.分析表明, 对p中尺度,风暴尺度对流系统的雷达跟踪监测,对 推断,估计这类天气出现会有一定的帮助;多普勒雷 达径向风速场的演变对监测宏,微尺度下击暴流的形 成有一定的指示意义.但这类天气外推时效也仅有十 几分钟到30分钟左右 综上所述,在目前现有的技术条件下,对"下击暴 流"等微尺度的天气系统的识别,预警难度较大.今后 有必要对此类天气形成的物理机制进行深人的科学 研究,以便进一步揭示其发生发展的演变规律,为预 警预报提供有益的帮助. 参考文献 【11FujitaTT,ByersHR.Spearheadechoanddownburstsinthecrash ofallairlinerlJ1.MonWeaRev.1977,105:129—146. [2JFujitaTTheDownburst.SMRPResearchPaper210NTISPB一 148880[R].Chicago:UniversityofChicago.1985:1—122. 『31孙凌峰,郭学良,孙立潭,等武汉"6?22"空难下击暴流的三维数值 模拟研究lJ1.大气科学,2003,27(6):1077—1092. [4】刘洪恩.微下击暴流的特征及其数值模拟….气象,2001,59(2): 183一】95. [51俞小鼎,张爱民,郑媛媛,等.一次系列下击暴流事件的多普勒雷达 分析….应用气象,2006,17(4):385—392 『6]毕旭,罗惠,刘勇.陕西中部一次下击暴流的多普勒雷达回波特征 lJJ.气象,2007,33(1):70—73. 【71刘峰,李萍华南一次典型MCC过程的成因及天气分析lJI.气象, 2007,33(5):76—82 【81张家国,廖移山,李德俊,等.鄂东连续特大暴雨的中尺度分析(一) lJ1.气象科学,200I,21(2):I70—176. AnalysisonaDownburstEventsOccurredinWuhanArea CUIJiang—XUe.ZHANGJia-guo (1.HubeiProvirwialMeteorologicalBureau,Wuhan430074;2. ,WANGRen—qiao,WANGPing. WuhanCentrdMeteorologicalObsen:atory,Wuhtm430074) Abstract:Dopplerradar,satellite,upperairandsurfacedataareanalyzed,andtheresultsshowt hat,undertheconditionof weakdownflowattheedgeofthesubtropicalhigh.thelocalsevereconvectiveweatheroeeulTC(1inWuhanonJul272007was induceddirectlybyameso— f3-sealeconvectivesystemcausedbythestrongheatingforcingofunderlyingsurfaceintheaf ternoon, increaseoftheconvectiveinstabilityandthedevelopmentofsurfacemesosealeconvergence system.Thedestructivewindcausedby themaerosealeandmircroscaledownburstinthunderstormwasthedirectphysicalcauseofgaledisasterinWuhanarea. Keywords:Downburst;Dopplerradarechocharacteristic;Mesoscaleconvectivesystem