安徽致災(zāi)大風(fēng)天氣過程分析

安徽致災(zāi)大風(fēng)天氣過程分析

2009年6月5日下午至8月，安徽省遭遇強(qiáng)降風(fēng)和陡峭天氣，如雷雨大風(fēng)和冰雹。全省43個(gè)縣市和228個(gè)市發(fā)生8級以上的風(fēng)暴，其中淮南20:53的最大及時(shí)風(fēng)速為36ms，創(chuàng)造了安徽省最大的風(fēng)速記錄。另外懷遠(yuǎn)、淮南分別出現(xiàn)直徑為8mm和10mm的冰雹。此次強(qiáng)對流天氣過程造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。據(jù)民政部門統(tǒng)計(jì),全省受災(zāi)人口482萬,因?yàn)?zāi)死亡25人,失蹤3人,受傷215人,農(nóng)作物受災(zāi)面積205.4km造成安徽省致災(zāi)大風(fēng)天氣隨季節(jié)不同主要有四種類型:一是冬半年寒潮天氣過程帶來的大風(fēng)。這種大風(fēng)天氣過程影響范圍廣,雖然平均風(fēng)力可達(dá)7級以上,但是出現(xiàn)極端瞬時(shí)大風(fēng)的可能性小,因此造成的災(zāi)害并不嚴(yán)重。二是春季颮線型或夏季局地風(fēng)暴產(chǎn)生的雷雨大風(fēng),伴有冰雹、雷電和短時(shí)強(qiáng)降水等災(zāi)害性天氣出現(xiàn),可產(chǎn)生8級以上大風(fēng),這種大風(fēng)被稱為下?lián)舯┝?。三是春季冷空氣南下時(shí)形成的雷暴天氣所產(chǎn)生的混合型大風(fēng),具有雷雨大風(fēng)和冷空氣大風(fēng)共同特點(diǎn)。四是雷暴中強(qiáng)烈下沉氣流造成的冷出流邊界或稱陣風(fēng)鋒、颮鋒而產(chǎn)生的大風(fēng)。這種大風(fēng)往往與雷雨大風(fēng)和強(qiáng)降水天氣沒有直接的聯(lián)系,會脫離雷暴母體而移動(dòng),所經(jīng)之地出現(xiàn)無降水大風(fēng)天氣,其影響范圍較第二和第三種情況要廣。此次致災(zāi)大風(fēng)過程同時(shí)屬于第二和第四兩種類型。筆者對天氣形勢、衛(wèi)星云圖、雷達(dá)回波等多種資料進(jìn)行分析,試圖找出此次大風(fēng)天氣的成因、特征與預(yù)報(bào)著眼點(diǎn),為災(zāi)害性大風(fēng)的預(yù)警、預(yù)報(bào)提供參考,以期減少災(zāi)害所造成的損失。1溫度場分布及結(jié)果5月31日起,中高緯度呈“兩槽一脊”型,槽線分別位于烏拉爾山和我國東北,脊線位于貝加爾湖。6月以來548hPa的低渦中心在東北維持并穩(wěn)定少動(dòng),表明其勢力異常強(qiáng)大。6月5日08:00500hPa圖上(圖1),我國東部沿海為一深槽,我國東部地區(qū)均受槽后西北氣流控制。溫度槽明顯落后于高度槽,同時(shí)河北南部、山東、江蘇北部地區(qū)24h變溫-1~-4℃,表明槽后存在冷平流,東北冷渦底部的冷空氣不斷沿槽后擴(kuò)散南下。850hPa圖上(圖2),山西、河南、湖北為一溫度脊,安徽省處在脊前,受西南風(fēng)的影響,存在明顯的暖平流。925hPa圖上(圖3),低槽位于河南至山東半島一線,安徽、山東、江蘇等省均處在925hPa槽前暖平流中,24h變溫為1~4℃。高空存在冷平流而低空存在暖平流是此次天氣過程的大尺度環(huán)流背景。08:00地面圖上,山東、江蘇境內(nèi)有一條干線,基本沿海岸線分布。干線靠近內(nèi)陸一側(cè)暖而干,靠近海岸一線冷而濕。山東半島有東南~東北風(fēng)的輻合線。5日08:00山東南部、江蘇大部和安徽北部3h變壓ΔP3<0.5hPa,最小達(dá)到-0.5hPa,明顯低于日變化值,變壓造成的輻合風(fēng)十分有利于雷暴發(fā)展。在雷暴發(fā)展強(qiáng)盛期的17:00至20:00,地面有明顯的雷暴高壓形成。2東北—雷暴云團(tuán)發(fā)展、演變的云圖特征此次天氣過程雖然是在安徽省境內(nèi)發(fā)展起來的,但是通過分析衛(wèi)星云圖發(fā)現(xiàn),產(chǎn)生于山東半島東部的雷暴云團(tuán)不斷發(fā)展并向西傳播,與安徽省境內(nèi)的雷暴云團(tuán)合并是造成安徽境內(nèi)強(qiáng)對流天氣的主要原因。從5日臨晨的衛(wèi)星云圖上看,由于東北冷渦底部冷空氣擴(kuò)散南下,華北地區(qū)有一條東北—西南走向的冷鋒云帶向東南方向移動(dòng)。該云帶不連續(xù),由數(shù)個(gè)對流云團(tuán)組成。當(dāng)云帶移動(dòng)到山東半島至朝鮮一線時(shí),其他對流云團(tuán)均已減弱消散,唯獨(dú)山東半島上空的云團(tuán)逐漸發(fā)展(圖4A),之后脫離原有的移動(dòng)路徑改向西南方向移動(dòng),當(dāng)移動(dòng)到安徽境內(nèi)時(shí)與原本在局地生成的云團(tuán)合并。合并后的云團(tuán)(圖4D)發(fā)展強(qiáng)烈,結(jié)構(gòu)密實(shí),呈圓形,雖然云團(tuán)面積未達(dá)到典型MCC(中尺度對流輻合體)標(biāo)準(zhǔn),但組織結(jié)構(gòu)卻比較完整,可以算β尺度MCC。20:00該云團(tuán)達(dá)到最強(qiáng)盛階段。之后繼續(xù)向西南方向移動(dòng),并逐漸減弱消亡。另外在山東境內(nèi)的雷暴發(fā)展的同時(shí),江蘇境內(nèi)也有雷暴云團(tuán)發(fā)展。在兩個(gè)雷暴發(fā)展強(qiáng)盛階段(17:00),2個(gè)云團(tuán)連為一體,但是強(qiáng)中心卻并未合并(圖4C)。之后江蘇境內(nèi)的風(fēng)暴逐漸分離,并向海上移動(dòng),強(qiáng)度逐漸減弱,這表明其并不是安徽境內(nèi)雷暴強(qiáng)烈發(fā)展的直接因素。3風(fēng)場的強(qiáng)能量云圖分析表明,山東半島雷暴最初是在半島東端發(fā)展起來的,之后向西南方向移動(dòng)并逐漸加強(qiáng)。研究發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致該雷暴發(fā)展并加強(qiáng)的因素有兩個(gè):(1)5日08:00至20:00,半島東端存在海岸鋒,鋒線沿海岸走向,海風(fēng)向內(nèi)陸匯合,形成風(fēng)向輻合,這是風(fēng)暴發(fā)生的觸發(fā)因素;(2)山東中部存在東北—西南走向的干線,干線冷濕一側(cè)存在逆溫,為雷暴發(fā)展提供了大量不穩(wěn)定能量,同時(shí)由于925hPa切變線與地面干線幾乎重合,風(fēng)向輻合為雷暴發(fā)展提供了抬升機(jī)制,從而使雷暴向西南方向移動(dòng)的過程中不斷加強(qiáng)。與山東境內(nèi)的情況類似,安徽江蘇交界處江蘇一側(cè)也存在一條南北向的干線,17:00干線兩側(cè)的溫度差達(dá)到10℃。當(dāng)山東境內(nèi)的風(fēng)暴移動(dòng)到皖北后與當(dāng)?shù)厣傻暮喜⒑?由于這條干線的存在,合并后的風(fēng)暴強(qiáng)烈發(fā)展,并繼續(xù)向西南方向移動(dòng),給安徽大部地區(qū)帶來了大風(fēng)、冰雹等嚴(yán)重災(zāi)害。以上分析可以看出,海風(fēng)鋒和干線是此次雷暴發(fā)生、發(fā)展的重要因素。海風(fēng)鋒是密度的不連續(xù)面,其所在位置存在風(fēng)向的輻合或輻散。海風(fēng)鋒在近地面形成輻合還是輻散的風(fēng)場與海岸線形狀有關(guān)。當(dāng)海岸線向海上凸起時(shí)為輻合場,當(dāng)海岸線向內(nèi)陸凹進(jìn)時(shí)為輻散場。而山東半島呈向海上凸起的形狀,因此形成了風(fēng)向的輻合,為對流天氣的發(fā)生提供了抬升條件。再加上高空有冷空氣影響,極易誘發(fā)對流性天氣。從云圖的演變來看,冷鋒云系移動(dòng)到山東半島上空時(shí)發(fā)展為對流風(fēng)暴,其位置和地面輻合區(qū)的位置非常一致。干線又稱露點(diǎn)鋒,是一條水平方向上的濕度不連續(xù)線。其一側(cè)是暖而干的空氣,另一側(cè)是冷而濕的空氣,垂直伸展僅達(dá)地面以1~3km。穿越干線,地面水平露點(diǎn)可達(dá)5℃/km以上。在冷濕空氣上方通常有逆溫覆蓋,這種逆溫通常稱為“蓋帽”逆溫或干暖蓋,起到了儲存位勢不穩(wěn)定能量的重要作用。實(shí)況觀測資料顯示了逆溫層的存在,5日08:00青島地面溫度為17℃,而925hPa溫度為19℃,逆溫十分明顯。干線的成因和初夏季節(jié)的海陸風(fēng)有關(guān)。5日08:00地面圖上,山東、江蘇沿海地區(qū)的溫度較內(nèi)陸地區(qū)低,溫差甚至達(dá)到7~10℃,同時(shí)沿海地區(qū)的風(fēng)向垂直于海岸線,風(fēng)由海上吹向內(nèi)陸,這是典型的海陸風(fēng)的特征。進(jìn)入6月,雖然是初夏,但是由于海洋的熱容量比較大,海面增溫的速度比陸地要低。即使在夜間陸地因?yàn)殚L波輻射散失的能量比海洋大,但總體來說不管是白天還是黑夜,陸地溫度都高于海面。從地面實(shí)況觀測資料來看,山東和江蘇沿海晝夜均盛行海風(fēng),風(fēng)由海上吹向陸地。由于海風(fēng)冷而濕,與陸地上暖而干的氣團(tuán)之間形成了干線。初夏是我國東部沿海易出現(xiàn)干線或海風(fēng)鋒的季節(jié),如果高空有冷空氣南下,則出現(xiàn)雷暴天氣的可能性大。4高空和風(fēng)向垂直切變的影響此次風(fēng)暴移動(dòng)有一個(gè)典型特征,就是其移動(dòng)方向與引導(dǎo)氣流的方向不一致,而是垂直于引導(dǎo)氣流的方向并偏向于右側(cè),是一個(gè)典型的“右移風(fēng)暴”。該風(fēng)暴生成于山東半島東部,向西南方向移動(dòng)了數(shù)百千米并影響安徽,其右移的機(jī)理值得探討。雷暴云的傳播方向受高空風(fēng)速垂直切變及風(fēng)向垂直切變的影響很大。當(dāng)環(huán)境風(fēng)速隨高度增大時(shí),假定對流云內(nèi)風(fēng)速上下一致,這樣就會在云的前部低空產(chǎn)生輻合,高空產(chǎn)生輻散。于是有利于在云的前部有上升運(yùn)動(dòng)發(fā)展,因而有新的雷暴單體產(chǎn)生。而云的后部則相反,有利于下沉運(yùn)動(dòng)發(fā)展,使原來的雷暴單體消散。總的效果是使人們看到云體向前方傳播。風(fēng)向的垂直切變影響著云體的傳播方向。當(dāng)?shù)蛯訛槟巷L(fēng),高層為西風(fēng)時(shí)(即風(fēng)向隨高度順轉(zhuǎn)),在雷暴前進(jìn)方向的右側(cè),低空有輻合,高空有輻散,有利于新的雷暴的形成。這種情況往往造成雷暴云整體不斷向其原來運(yùn)動(dòng)方向的右側(cè)傳播。最新研究成果表明,水平溫度梯度的加強(qiáng),有利于低空垂直切變的加強(qiáng)5出流邊界及陣風(fēng)鋒此次雷暴天氣過程最典型的特征就是地面風(fēng)速大,影響范圍廣,破壞力強(qiáng)。找出大風(fēng)的成因?qū)τ诮窈箢A(yù)報(bào)類似的天氣過程具有十分重要的意義。大風(fēng)和陣風(fēng)鋒有很好的對應(yīng)關(guān)系,天氣雷達(dá)能夠探測到陣風(fēng)鋒回波,因此可以間接探測到大風(fēng)。陣風(fēng)鋒的形成過程是在雷暴成熟和消散階段,由于雷暴中強(qiáng)烈的下沉氣流把中空干冷空氣帶到地面,向四周輻散沖擊,這種下沉的干冷空氣和環(huán)境場的上升暖濕空氣形成一個(gè)不連續(xù)面(稱為雷暴的出流邊界或陣風(fēng)鋒),由于不連續(xù)面處溫度、濕度梯度較大,導(dǎo)致大氣折射率的改變,引起電磁波的散射,被雷達(dá)所接收形成窄帶回波。陣風(fēng)鋒的雷達(dá)回波特征表現(xiàn)為位于雷暴移動(dòng)方向前沿的一條狹長的弧狀窄帶回波,強(qiáng)度20~30dBz,寬度2~5km左右,長度不等。此次天氣過程中合肥、阜陽、蚌埠等地的雷達(dá)均探測到陣風(fēng)鋒,由于阜陽雷達(dá)所處觀測位置較佳的原因,陣風(fēng)鋒在阜陽雷達(dá)上表現(xiàn)十分清晰。由圖5可知,圖中西北—東南走向的細(xì)線即為陣風(fēng)鋒回波,回波北部位于河南周口附近,南部影響到了六安,長度達(dá)到了近300km,其尺度之大十分罕見,表明大風(fēng)影響的范圍十分廣泛。陣風(fēng)鋒的一個(gè)顯著特點(diǎn)是可以脫離母體風(fēng)暴而單獨(dú)移動(dòng),所經(jīng)之地僅出現(xiàn)大風(fēng)而無明顯降水。由圖5可知,陣風(fēng)鋒回波位于強(qiáng)雷暴回波前方大約30~50km處,根據(jù)陣風(fēng)鋒回波移動(dòng)的速度可以大致估計(jì)出地面風(fēng)速,從而估計(jì)出大風(fēng)的破壞程度。雷達(dá)探測到陣風(fēng)鋒的事實(shí)表明,此次強(qiáng)對流所伴隨的大風(fēng)正是由于雷暴中強(qiáng)烈的下沉氣流造成的。下沉氣流溫度比地面溫度低,其到達(dá)地面后,在地面形成了冷性的雷暴高壓,雷暴高壓與周圍低壓區(qū)之間存在較大的氣壓梯度,因此存在較強(qiáng)的梯度風(fēng)。強(qiáng)大的梯度風(fēng)加上下沉氣流到達(dá)地面后向四周擴(kuò)散時(shí)所具有的動(dòng)量,使得地面瞬時(shí)風(fēng)力極大,破壞力極強(qiáng),帶來的災(zāi)害也非常嚴(yán)重。6近地面大風(fēng)的雷達(dá)回波影響(1)東北冷渦是我國東部地區(qū)初夏強(qiáng)對流天氣發(fā)生的主要影響系統(tǒng)。在東北冷渦影響的天氣形勢下,低層輻合將有利于雷暴的產(chǎn)生。(2)山東半島的干線和海風(fēng)鋒形成的地面輻合線使對流風(fēng)暴加強(qiáng)并形成右移風(fēng)暴,風(fēng)暴移入安徽后與當(dāng)?shù)厣傻娘L(fēng)暴合并,合并之后的新風(fēng)暴強(qiáng)烈發(fā)展,其強(qiáng)烈的下沉氣流造成了地面雷暴高壓,該雷暴高壓與周圍低壓區(qū)之間的存在較大的氣壓梯度,強(qiáng)大的梯度風(fēng)造成了近地面大風(fēng)。(3)陣風(fēng)鋒前沿邊界造成大氣折射率改變,多普勒天氣雷達(dá)可以從反射率和速度場上探測到這種不連續(xù)面的窄帶回波。陣風(fēng)鋒的雷達(dá)回波與地面大風(fēng)有著較好的