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2016年初夏一次局地强对流天气过程分析

更新时间:2009-03-28

强对流天气具有空间尺度小、生命史短、突发性强等特点,较难做出准确的预报,其监测、临近预报和预警也逐渐成为热门话题.新一代天气雷达不仅可提供降水粒子的基本反射率场、多普勒速度和谱宽场,还具有丰富的产品[1].不同性质的强对流天气,对应不同的雷达产品特征[2].廖玉芳等[3]通过统计认为,出现三体散射的雹暴几乎都伴随有大冰雹.朱君鉴等[4]、李向红等[5]研究认为,垂直累积液态含水量值对确定并辨别带有大冰雹的风暴有较好能力.梁爱民等[6]认为,与弓形回波相伴随的低仰角强速度带会产生雷雨大风.吴芳芳等[7]发现,风暴前沿的阵风锋和多单体风暴中的下击暴流都可引起雷暴大风.李淑玲等[8]研究表明,当回波强度≥50 dBz并有中气旋时,有利于产生以冰雹为主的强对流天气,外流边界的出现是灾害性大风的前兆.

豫北强对流天气频发,多引发山区山洪等地质灾害,导致国民经济和人民生命财产遭受巨大损失[9-14].王金兰等[10]、马月枝等[15]提出中尺度辐合线、雷暴外流边界及太行山脉东侧的地形作用可触发豫北强对流天气的发生.本文利用常规观测资料、区域自动站加密观测资料和郑州站多普勒雷达产品,研究了2016年6月4日新乡地区发生的强对流天气过程的环境背景和多普勒雷达产品的特征,着重分析了不同类型强对流天气对应的回波特征,为今后开展强对流天气的预报预警提供参考依据.

2.1 研究对象一般情况 根据纳入和排除标准,共 150 名失独父母纳入本研究,完成有效问卷149 份,有效率为 99.3%。研究对象的平均年龄为(62.25±4.88)岁,其中男 59 名(39.6%)、女90 名(60.4%)。

1 天气实况

2016年6月4日夜间新乡地区出现了强对流天气,影响强度大,局地性明显.19:00—20:00,辉县、新乡北部出现了以冰雹为主的强对流天气,同时局地伴有雷暴大风和短时强降雨;21:00—23:00,辉县南部、获嘉、新乡县出现了短时强降雨,部分站点伴有雷暴大风;22:00—23:00,原阳地区短时刮起大风,部分站点降下强降雨(图1(a)).这次过程中,雨量>20 mm/h的乡镇站有46个,获嘉县史庄的最大雨量达57.2 mm/h,并有10个站雨量>40 mm/h.有9个四要素站瞬时风速大于8级,最大值出现在原阳师寨镇,22:07瞬时风速达25 m/s.

40年来,云南省银行业各项存款快速增长,全省银行业金融机构的资金实力不断增强,资金转化运用效率不断提高,各项贷款持续保持了高速增长的态势,银行业金融机构对云南经济社会发展的资金支持力度进一步加大。数据显示,2017年,云南省银行业金融机构营业网点个数达5641(不包括国家开发银行和政策性银行),从业人数达78141人,资产总额合计39847亿元。

此次过程中,大部分雨量站雨量随时间呈单峰型分布,获嘉、新乡县多站过程雨量达暴雨级别,其中获嘉国家基本气象观测站的过程雨量达91 mm/h,主要降水时段为21:00—23:00(图1(b)).据统计,原阳地区多站的风速随时间变化呈双峰型分布,前期以东北大风为主,后期以西北大风为主,且后一个峰值较大.此次过程发生时恰逢夏收,给新乡地区农业造成了巨大损失,据民政部门统计,灾害造成全区65 772人受灾,农作物受灾面积5971 hm2,其中成灾面积4109 hm2,绝收面积526 hm2,直接经济损失10 550万元.

  

图1 2016年6月4日新乡强对流天气实况Fig.1 Severe convection weather of 4 June,2016 in Xinxiang

2 环流背景特征

2.1 低槽和低涡影响系统

19:00,受地面冷空气南下的影响,新乡北部地区温度显著降低,辉县、卫辉出现降水,进而在近地面形成了一个湿冷区,东北冷空气前沿出现了一条东南西北向的风速辐合线,并造成温度梯度和湿度梯度在辐合线附近显著增大.地面辐合线、冷空气侵入及干线可作为强对流抬升触发机制,冰雹、雷暴大风等强对流天气主要发生在低层高能区和干线附近靠近湿区一侧[19].从辉县西北部移入的强对流单体随引导气流东南移,并在辐合线和温湿梯度大值带发展.此时,新乡站附近有一干中心,风暴右前层的入流气流湿度较小.到19:20,低层回波中心强度超过65 dBz,并伴有较明显的三体散射回波,超过60 dBz的强中心一直伸展到6.0°的仰角,高层强回波位于低层弱回波区的上空,倾斜结构明显.低层较强的气旋性辐合对应高层较明显的风暴顶辐散,说明风暴中存在强烈的上升气流,有利于对流单体中雹胚的增长.

  

图2 高低空影响系统Fig.2 Upper-and-low-level impact systems

2.2 层结稳定度分析

2.3 人为相关性因素(personnel related) 人为相关性因素包括:不正确的洗手、未有效更换手套、未进行个人防护及耐药时使用侵袭性设备。医护人员不正确的洗手是影响性最大的人为因素,在不同患者及多重耐药患者间进行操作时未及时更换手套或采取个人防护措施,造成不同患者间的交叉感染,是VAP发生率上升的重要因素[14]。

6月4日08:00,上游地区太原站的中低层湿度条件较好,K指数为34,低层有逆温层存在,有利于不稳定能量的积累.对流抑制能量(CIN)为3.7 J/kg,自由对流高度(LFC)为894 m(图3(a)).较小的CIN和的较低的LFC易于对流发生[19].500 hPa到925 hPa的垂直风切变超过16 m/s,有利于对流有组织地加强发展.郑州站08:00热力不稳定虽较弱,但低层暖湿平流较明显.20:00,郑州站的对流有效位能(CAPE)显著增大到1309 J/kg,800 hPa附近存在一浅薄湿层,低层风随高度顺转,高层风随高度逆转(图3(b)),层结不稳定加大,中低层存在较大的垂直风切变,有利于强对流天气发生发展.4日20:00,郑州的0℃层和-20℃层分别位于600 hPa和400 hPa附近,对冰雹的增长较为有利.喇叭口形温湿廓线和底层接近干绝热递减率的温度层结,有利于雷暴大风出现.

  

图3 探空图Fig.3 Sounding graphs

3 多普勒雷达产品特征分析

3.1 北部局地冰雹

6月4日午后,由于近地面的升温作用和中低层暖湿气流的输送,山西开始产生局地对流.17:53,块状强回波移至长治南侧,中心强度超过65 dBz,经过2个体扫,中心加强到68 dBz,高度达7 km,50 dBz以上的强回波伸展到9 km以上,回波顶超过12 km.中低层出现明显的弱回波区,中高层具有悬垂结构,具有超级单体风暴结构特征.18:28,回波继续加强并出现中气旋和三体散射.18:34,强回波移入辉县北部山区,对流云继续发展,强中心伸展到8 km高度,出现有界弱回波区(BWEK)和假尖端回波.

雷暴云中强下沉冷空气在近地层强烈辐散能够引起地面大风[21].在发展成熟阶段出现的雷暴高压和冷池,可以加剧大风的发展和维持[22].20:53,雹暴对流单体质心显著下降,雷暴高压周围产生出流,南侧原温度较高,气压梯度更大,原阳附近产生大风,此类大风在反射率因子产品上不易被观测到,在径向速度场上反映较好(图4).

过程前期,500 hPa上河套西部有一西北东南向的低槽于6月3日晚上经河南移至我国北部沿海一带;对应在700 hPa上是一北槽和南涡同位向叠置成北槽南涡形势;850 hPa上位于河套地区的低涡移速缓慢,形成了不稳定前倾式的低槽冷涡.4日08:00,500 hPa高空上,豫北地区处于沿海槽后西北气流控制之下,致使豫北出现一个范围较大的24 h降温为-4℃区域(图2(a)).豫北地区强对流多发生在高空冷平流和24 h显著降温区叠加在低层暖区的形势[16-18].中低层温度暖舌逐渐伸向此区域,促使850 hPa和500 hPa层之间的气温差达26℃,豫北地区建立了上冷下暖大气不稳定层结,有利于强对流天气发生.4日20:00,850 hPa高空上,低涡移至豫西北,在豫北北部形成一条暖性切变线,建立低涡切变线形势,提供了较好的抬升条件;此时850 hPa温度由15℃增大到17℃,温度露点差(T-Td)为4℃,变得温暖潮湿,500 hPa的(T-Td)也由13℃增大到18℃,变得更干.高低层空气的冷暖干湿程度差别更为显著,加剧了大气层结的不稳定性.在高空低槽、低涡切变线和风辐合线的共同作用下,激发大气的不稳定能量释放,引发本次新乡地区的冰雹、雷暴大风和短时强降雨等强对流天气过程.

21:33,强降水回波前沿出现了一条弓形阵风锋,产品上主要表现为低层出现弱反射率因子和较强的速度辐合.阵风锋附近有较好的动力热力条件,往往对对流风暴的未来发展趋势有较好的指示意义,且主体离阵风锋越近的区域发展越剧烈[23].此后,随西北部冷空气主体南下,强回波东南向发展并在阵风锋北端迅速加强,逐渐发展成较为典型的大风弓形强回波.22:00—23:00,强回波自西北向东南移过原阳,原阳各站出现西北向大风.

3.2 西部局地短时暴雨

随着冷空气南下,20:20,温度梯度大值区和风向辐合线南压到新乡县,前期雷暴经过新乡东北地区,造成露点温度显著增高,底层水汽条件变好.此时雹暴对流已移入延津,强度明显减弱,雷暴高压周围产生的出流加强了新乡南部地区的东北风,增强了底层的辐合抬升,新乡县、获嘉南、原阳北部首先出现了局地零散对流.21:05,上游强回波区随引导气流东南移近辐合线,较强冷空气有利于形成北侧下沉、南侧上升的垂直环流圈,并在零散弱对流附近强烈发展,强回波中心超过了60 dBz,强中心主要集中在5 km左右的中低层,风暴顶都在10 km以下,具有短时强降水雷达回波特征.雷暴群有组织的东南西北向带状排列,组成风暴复合体结构,有利于各个对流风暴的维持和发展,并随高空西北向引导气流形成“列车效应”影响新乡南部各县市,导致暴雨的产生.

暴雨的出现往往由高效率的降水和较长的维持时间所致.20:18,上游山西省南部有3个块状强回波相连,中心强度50~60 dBz,50 dBz以上的强回波主要集中于5 km以下,回波顶在10 km左右,有利于短时强降水的发生[20].

3.3 南部局地短时大风

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综上所述,在糖尿病骨折患者的围手术期中,运用针对性护理干预,不仅可以减少并发症,还能缩短切口愈合时间,提高患者满意度,值得推广。

  

图4 郑州雷达0.5°仰角径向速度Fig.4 Radar 0.5°elevation radial velocity images of Zhengzhou

4 结论与讨论

1)此次天气过程是一次华北冷涡下的强对流过程,不稳定前倾式的低槽冷涡结构有利于高层冷涡后干冷空气与低层槽前暖湿区叠置,造成层结不稳定.低层切变线和风速辐合线提供了大尺度的抬升条件.

2)高低层温度平流差动可造成层结不稳定度增加,较大的垂直风切变有利于强对流的维持和发展.上干冷下暖湿的喇叭口层结和适宜的0℃层高度为风雹天气提供了良好的环境背景条件.

3)造成此次强对流天气的对流风暴大部分属于移入型.移入型风暴沿地面中尺度辐合线和温湿梯度大值区强烈发展,地面场温湿分布可以影响其生消和发展.前期入流气流较干,以降雹天气为主,后期转暖湿,造成短时强降水.

4)雷暴出流边界不仅可作为抬升触发机制,当一条出流边界与辐合线或其他出流边界相遇时,有利于对流单体的爆发性增长.后期地面偏北风加强,增强了地面辐合作用,同时形成北侧下沉、南侧上升的垂直环流圈,加强暖湿空气的抬升,利于强对流维持和发展.

5)原阳前期雷暴大风是由雷暴云中强下沉冷空气在近地层强烈辐散引发的,后期雷雨大风由阵风锋发展的弓形回波造成.回波中心增强、强中心高度升高、上升气流增强、POH增加等对局地冰雹预警预报有较好的指示意义,而辐合线加强维持及列车效应有利于形成暴雨.

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段中夏
《河南科学》 2018年第04期
《河南科学》2018年第04期文献

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