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    新余市渝水区雷暴大风雷达拼图回波特征分析

    时间：2023-02-24 20:05:05来源：百花范文网本文已影响人

    王爱红，马中元，陈鲍发，李欢欢，袁 春

    (1.江西省气象科学研究所，南昌 330046；
    2.新余市气象局，新余 338000；
    3.渝水区气象局，新余 338000；
    4.景德镇市气象局，景德镇 333000)

    雷暴大风属于强对流天气，常造成较大范围的风灾，给社会活动、人们生活和工农业生产等带来影响。因此，如何识别和快速预警雷暴大风的产生已经成为预报业务中的重要研究课题。

    国内学者对雷暴大风天气进行了大量深入研究，例如：俞小鼎[1，2]等应用多普勒天气雷达的原理，对雷暴大风的形成、识别和预报原理进行了深入研究，指出雷暴大风的产生是雷暴云中下击暴流的产物。另有研究指出，江西对流风暴的触发系统有冷锋、静止锋、850 hPa切变线、850 hPa能量锋、中尺度对流云团、中尺度地形辐合线、雷暴冷堆、冷出流边界和局地锋区[3]；
    外来飑线在云图上有中尺度对流云团、狭窄积云线和冷出流边界[4]；
    “弓”形回波结构有雷暴出流边界、速度图上的风速大值区等对大风的预警有明显的预示作用[5]；
    在“弓”形回波顶点处有强的速度辐合，飑线内部后侧为1个倾斜向下的冷空气入流区[6]；
    中气旋发展深厚且强盛，最大垂直涡度在1.0×10-2s-1以上[7]；
    超级单体低层反射率因子呈现明显“V”形缺口，反射率因子垂直剖面呈现典型的有界弱回波区，回波悬垂和回波墙，相应的中高层径向速度呈现出1个强中气旋，旋转速度达29 m/s，中气旋的发展和维持使得超级单体发展和维持[8]；
    超级单体风暴过程出现了中气旋、有界弱回波区及悬垂回波等典型特征，垂直累积液态含水量(VIL)在降雹前出现了跃增，且跃增时间提前10～15 min[9]；
    强回波中心强度(70 dBZ)可作为预警大冰雹的预警指标[10]；
    飑线后部存在的中尺度雷暴高压和超强冷池，造成了强冷池密度流，利于产生大风[11]；
    大风位于“弓”形飑线回波的凸起部位，负速度中心值逐渐增大至大于27 m/s且逐渐靠近雷达站预示大风天气的出现[12，13]。这些研究成果，为新余市渝水区雷暴大风天气的研究提供了理论依据。

    文章使用2017—2021年新余市渝水区自动气象站的资料、江西WebGIS雷达拼图组合反射率CR产品等资料，对70个大风个例进行分析，通过分析得出影响新余市渝水区雷暴大风天气的雷达拼图回波特征，从而提高监测预警新余市渝水区雷暴大风天气的能力。

    1.1 资料来源

    大风资料来源于新余市渝水区自动气象站，雷达拼图资料来源于江西WebGIS雷达拼图组合反射率CR产品，雷暴大风标准是风速≥17.0 m/s并伴有强回波系统。文章涉及的地图边界均是基于国家测绘地理信息局标准地图服务网站下载的审图号为GS(2017)3320号的标准地图制作。文章使用北京时间。

    1.2 雷暴大风实况

    2017—2021年，新余市渝水区共统计出大风天气70次，其中有28次由孤立强单体回波系统造成，主要发生在7—8月；
    14次由回波带上强单体回波或超级单体回波系统造成；
    7次由孤立超级单体回波系统造成；
    2次由飑线“弓”状回波带造成；
    共计51次。有18次大风出现在弱回波(层状云降水)或无回波(晴空区)情况下，属于冷空气大风或西南急流脉动造成的西南大风天气。有1次大风天气缺少雷达回波资料确认。

    经统计，新余市渝水区雷暴大风主要分布在每年的5月和7—8月，形成两个小高峰(表1)。在24 h内，雷暴大风主要受到午后太阳辐射地面增温影响，分布在14：00—19：00(表2)，该时段聚集了88.2%雷暴大风天气。

    表1 2017—2021年新余市榆水区雷暴大风月变化统计

    表2 2017—2021年新余市榆水区雷暴大风日变化统计

    2.1 孤立强单体回波特征

    图1为新余市渝水区雷暴大风孤立强单体回波，黑色曲线圈出的地区为新余市边界。可以看到，孤立强单体回波多出现在新余市西部和北部，表现为1个或多个局地对流单体回波，零散分布在新余市周围。强单体之间界线分明，并有一定距离，中心强度达50～60 dBZ。有的孤立强单体回波中心出现60 dBZ强回波点(图1a、图1c、图1d、图1e)，但强面积很小，呈点状。其他强单体回波CR强度在50～55 dBZ(图1b、图1f)。多数孤立强单体回波都有云砧形成的“前伸”弱回波结构(35 dBZ以下的弱回波)。孤立强单体回波均出现≥17.2 m/s的雷暴大风天气。

    2.2 超级单体回波特征

    超级单体回波强度更强，强回波面积更大。2017-05-11T14：40(图2a)，江西西北部有多个对流单体，有的发展成超级单体，如在新余西部的超级单体，60 dBZ以上的强回波面积大，其中大多数为65 dBZ以上的紫色回波，最强中心强度达70～75 dBZ。超级单体呈椭圆形，由西南向东北伸展，东北方向有前伸回波形成。超级单体南侧有明显强回波梯度，其中60 dBZ强回波已移至新余市区上空，受其影响，新余市区、湖泽镇、观巢镇、河下镇出现冰雹和雷暴大风(24.9 m/s)等天气。

    2018-04-03T14：40(图2b)，江西西部多为晴空区，在新余南部有一个孤立超级单体，中心回波强度达60～65 dBZ，回波南侧、东南侧有明显的强回波梯度，超级单体近似圆形，由西向东伸展，并在东部形成15～35 dBZ前伸回波。与图2(a)相比，没有强度超过65 dBZ以上的强回波核，60～65 dBZ面积偏小，出现雷暴大风(20.9 m/s)天气，但未记录到冰雹。

    2021-05-10T16：10(图2c)，江西西部、北部有多个强对流回波发展，其中在新余东南部有1个超级单体，60～65 dBZ的强回波面积大，几乎覆盖了新余市东南部，并在其中有较大面积的65～70 dBZ的强回波核。60～65 dBZ的强回波呈椭圆形，并在其北部、西北部有明显的强回波梯度，受其影响，罗坊、姚圩、鹄山出现冰雹，并伴有雷暴大风(23.4 m/s)等天气。

    2021-05-14T15：20(图2d)，江西西北部有多个对流回波单体呈西北—东南走向分布，其中新余中部超级单体，中心强度达60～65 dBZ，且60～65 dBZ的强回波面积较大，在超级单体的西北部有明显的强回波梯度，受其影响，操场、高岗、水北、良山、珠珊出现冰雹，并伴有雷暴大风(24.2 m/s)等天气。

    由此可见，与孤立强单体相比，超级单体回波强度更强，强回波中心强度达60～65 dBZ或以上；
    强回波面积也更大，60～65 dBZ的强回波覆盖新余市一定的面积，有的伴有70 dBZ的强回波核。超级单体一般伴有冰雹和雷暴大风。从雷暴大风的强度看，与孤立强单体相比，超级单体的雷暴大风强度总体上更强。

    2.3 回波带上强单体和超级单体回波特征

    回波带上强单体2018-08-11T13：40(图3a)，在新余市附近有强对流回波活动，强对流单体合并，在新余市北部形成东西走向短带，短带回波强度多达50～55 dBZ，且结构密实，有的达55～60 dBZ，但范围很小。受其影响，回波带上出现雷暴大风(24.9 m/s)，并没有出现冰雹。

    回波带上强单体2020-07-04T13：40(图3b)，对流回波仍出现在新余市附近，其中在新余市南部、东南部多个对流单体排列成东西走向短带回波，短带在新余市区西南方向的回波强度达60～65 dBZ，但没有出现65 dBZ以上的更强回波。受其影响，回波带上出现雷暴大风(20.9 m/s)，并没有出现冰雹。

    回波带上超级单体2019-03-21T06：30(图3c)，在江西北部有1个东北—西南向强回波带，强回波带后部有大范围35～40 dBZ及以下强度的层状云回波。强回波带由45 dBZ以上强回波构成，有2个强回波中心，略向东南方向凸起，中心强度达60 dBZ或以上，其中西南方向的强回波中心位于上高市南部至新余市西北部，强回波中心强度达65～70 dBZ，且60～70 dBZ强回波面积大，并在新余与上高交界处形成明显的强回波梯度。受其影响，欧里、观巢、双林镇出现冰雹，并伴有雷暴大风(23.4 m/s)。

    回波带上超级单体2020-03-22T11：10(图3d)，从樟树南部经新余中北部至宜春市有1个东西向带状强回波，强回波带北部为大范围35～40 dBZ及以下层状云降水回波。强回波带在新余境内的回波中心强度达65 dBZ以上，且60～65 dBZ强回波面积大，覆盖了新余中部的大部分地区，并在回波带偏南方向有明显的强回波梯度。受其影响，洋江、双林、欧里、下村、马洪等地出现冰雹，并伴有雷暴大风(20.3 m/s)。

    由此可见，带上强单体、带上超级单体、强回波短带也会导致雷暴大风天气，其回波强度多达55～60 dBZ或以上，结构密实，并在移动的一侧有明显的强回波梯度；
    回波带上超级单体当60～65 dBZ强回波面积足够大时，还可能伴有明显的冰雹。

    2.4 飑线弓状回波带特征

    飑线弓状回波带是造成雷暴大风的重要回波形态，2018-03-04T14：40(图4a)，西北—东南走向的弓状回波带以60～70 km/h向东北方向快速移动，新余西南部位于弓形强回波带上，回波强度达50～55 dBZ，造成新余市31.4 m/s雷暴大风。

    2020-05-05T03：20(图4b)，有1个东北—西南走向的弓状飑线，向东南方向以60～70 km/h迅速移动，新余市正位于弓状回波的“头”部，回波强度50～55 dBZ，造成新余市24.9 m/s雷暴大风。

    图4 新余市渝水区雷暴大风飑线弓状回波特征(a)2018-03-04T14：00；
    (b)2020-05-05T03：20

    由此可见，快速移动的飑线弓状回波带易造成雷暴大风，特别是弓状回波的“头”部，此时回波中心强度达50～55 dBZ或以上，最强的雷暴大风多发生在此类飑线中。

    文章使用2017—2021年新余市自动气象站的雷暴大风资料，从雷达回波形态进行了分类讨论，从讨论结果可以看到，雷暴大风多由孤立的强单体造成，此时往往地面受热不均，当强回波单体强度发展至50 dBZ以上时，就可能出现雷暴大风。但有的回波单体、带状回波强度达50 dBZ以上时仅出现强降水，并没有大风出现，给大风预警带来困难。从经验来看，如实况已出现雷暴大风的强回波移近，或地面增温明显时，50 dBZ以上强回波发展时要警惕大风产生。同时，大风与温度直减率大、对流层中高层(700～400 hPa)有明显干层、700 hPa和400 hPa平均风较大等环境场特征有关，实际业务中要综合考虑。

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