摘要：根据气象雷达产品、地面自动观测站数据、探空数据等资料, 观测时间为2017-05-04, 观测目标是湛江机场的一次飑线引起的强降水过程。分析上述资料, 得到以下结论:飑线过境之前, 反射率强度能达到50 d Bz, 强回波带成弓状;飑线过境之后, 反射率强度变小为25 d Bz, 并且强回波带逐渐消散;整个飑线过程持续时间短暂。飑线过境使得气象要素值发生剧烈变化, 比如温度骤降、气压涌升、风向突变和风速快速增大等。
关键词：飑线; 反射率强度; 温度; 气压;
1 概述
飑线是一种带 (线) 状的、深厚的、有组织性的对流系统, 通常伴随雷暴、暴雨、大风、冰雹或龙卷风等猛烈天气, 对航空安全危害极大。飑线经常出现在热带地区和中纬度地区, 它的出现经常会使得温度、气压、风向等气象要素值突变。早期对飑线的研究, 主要是通过常规的观测资料分析飑线发生的天气背景、触发条件等[1]。近年来, 随着技术的发展, 我国一些典型飑线系统的中尺度特征被进一步揭示[2-3]。杨成芳、朱君鉴分析了弓状回波, 表明反射率因子图上后侧入流槽口的出现是弓状回波即将形成的前兆信号[4]。
2 资料
本文主要采用湛江机场气象雷达资料、自动观测系统数据、高空资料等数据资料。湛江机场的气象雷达位于 (21°13?, 110°21?) 。本文所用时间均为世界标准时间 (UTC) 。
3 天气形势
2017-05-04, 500 h Pa受高空槽过境影响, 850 h Pa受切变线影响, 地面为低压槽形势, 天气多云间阴, 短时有雷雨。受高空槽和切变线的共同作用, 湛江机场出现持续2 h以上的雷雨天气, 其中, 最强为强雷雨天气, 阵风达到24 m/s, 00:29出现最大降水速率为3.3 mm/min, 整个过程总降水量为48.6 mm, 接近暴雨量级。
4 气象要素分析
4.1 雷达资料分析
查看23:29的雷达回波图, 如图1 (a) 所示, 在湛江本场的西北面有一条明显的弓状回波向东南方向移动, 长度超过150 km, 距离本场还有25 km, 回波强度强, 移动速度快, 云团的顶高10 km, 气象雷达图上反射率因子的强度达到15~50 d Bz, 中心带的反射率强度超过50 d Bz。系统的西面有新的对流单体生成, 预计未来1 h内会影响本场。相较于23:29的雷达回波图, 23:47的雷达回波图在飑线系统的前沿不断有新的对流系统形成, 如图1 (b) 所示。23:57的 (图略) 回波距离本场有13 km, 回波依然很强, 呈弓状分布, 由西北向东南方向移动。00:00 (图略) , 该强回波带由西向东继续移动。由00:17的雷达回波图可见, 如图1 (c) , 飑线系统已经移动到本场, 本场中心反射率强度达到45~50 d Bz。此时, 载有大量能量的积雨云已经逐渐覆盖在湛江机场的上空, 反射率强度为25~35 d Bz的强回波带分布在机场附近10~15 km。00:21 (图略) , 此时的强回波已经完全覆盖本场, 00:30 (图略) 飑线已经过境湛江机场。00:50, 从雷达回波图来看, 如图1 (d) 所示, 机场上空的反射率强度已经下降到40 d Bz。虽然此时回波带范围增大, 但强度逐渐减小、减弱, 最终消散, 进而雨势减小。
图1 雷达回波图
4.2 高空资料分析
从图2所示的雷达回波图上可以看出, 此次飑线过程从西北向东南方向移动, 飑线主体在2017-05-04T00:00左右经过湛江。本文选取了飑线前后的3个探空站点, 即北海 (59644) 、阳江 (59663) 、海口 (59758) 进行分析。2017-05-04T00:00, 飑线已经经过北海, 此时北海的层结结构趋于稳定, 对流有效位能比较小, 能量已经得到释放。飑线经过海口与湛江的时间基本一致, 此时海口正是飑线经过, 沙氏指数为-4, 对流有效位能非常大, 表现出极强的不稳定性。阳江处于飑线前, 此时飑线还未经过阳江。在阳江站900~1 000 h Pa之间出现了明显的逆温, 沙氏指数为-4, 对流有效位能比较大, 表明有充足的能量积蓄。
图2 雷达回波图
4.3 气象要素资料分析
图3描述了各种气象要素在2017-05-04的日变化。从雷达图分析可知, 飑线系统从00:00开始过境湛江机场。从00:00—07:00, 我们可以发现, 各个气象要素都经过了剧烈的变化。00:00之前 (飑线到来之前) , 气温约为25℃, 露点也处于高位 (约25.5℃) 。这意味着大气承载水汽的能力较强, 所以, 此时大气湿润 (相对湿度最大值接近98%) , 风以东南风为主。当飑线过境时, 东南风转变为西北风, 这是因为飑线本质上是中尺度对流系统 (Mesoscale Convective System, MCS) , 风向的转变代表局地对流的形成。一方面, MCS有利于地面水汽蒸发, 地面液态水相变吸收大量热使得气温从00:00—02:00持续下降;另一方面, MCS使气压下降, 从而使得露点降低, 最终导致抬升凝结高度 (Lifting Condensation Level, LCL) 降低。LCL下降直接导致大气水汽过饱和, 引起降水。降水所引起的潜热释放使得地面温度在02:00—06:00出现回升。此时, 虽然大气中水汽的绝对含量减少, 但是, 较低的LCL使得相对湿度有所回升。这种相对湿度的回升随着飑线离开而减缓也是因为LCL逐渐升高所致。飑线过境过后, 各个气象要素逐渐恢复平稳。
00:00, 自动观测观测站资料显示, 00:13本场西面第一次闻雷, 此时风向30°, 风速2 m/s, 与00:00的情况相比, 水平能见度10 km, 总云量为满天云覆盖, 5个碎雨云240 m, 3个积雨云900 m, 温度为27.0℃, 修正海平面气压为1 011.8 h Pa, 与00:00的情况相比, 风向转为了偏北风, 风速变化不大, 修正海平面气压增加1 h Pa, 发布00:13的特殊天气报告SPECI ZGZJ 040013Z03003MPS340V0909999 TS BKN008 SCT030CB27/25Q1011 NOSIG=。00:15天气现象为小阵雨, 并伴有雷暴。00:17狂风暴雨, 乌云密布, 天空阴暗, 使得00:18主导能见度急速下降到1 000 m, 天气现象为强阵雨, 伴有雷暴, 风向330°, 风速比00:13报文增加5 m/s, 修正海压比上一时次上升了2 h Pa, 云量状况为5个碎雨云240 m, 3个积雨云900 m, 5个层积云9 0 0 m, 发布特殊天气报文S P E C I Z G Z J040018Z33008MPS1000 R34/P2000+TSRA BKN008SCT030CB BKN03027/25Q1013 NOSIG=。00:19, 风速为24 m/s, 风向为330°, 00:30, 大风继续存在, 天气现象为强雷雨, 天空犹如黑夜般, 温度比上一份报文下降6℃。此时, 回波已经完全覆盖本场, 00:33阵风降至17 m/s以下。飑线系统过境。01:00, 风向为110°, 偏东风, 风速降为2 m/s, 能见度也逐渐转好, 强雷雨转为中雷雨, 对流云的量也减少。01:05 (回波图) 天气转为小阵雨, 能见度5 000 m, 从回波图中可以看出, 云团逐渐消散, 强雷雨解除。
图3 各种气象要素在2017-05-04的日变化
5 结论
飑线沿线天气非常剧烈, 沿线会出现暴雨、冰雹、龙卷等天气。由湛江机场2017-05-04的这一次飑线天气过程可见, 飑线过境时给本场带来了狂风暴雨, 乌云密布, 多项气象要值的改变达到了特殊发报标准。在飑线过境的过程中, 温度和露点都出现了骤降, 气压涌升, 风向转变, 风速快速增大, 与过去观测的快速移动副热带飑线一致。08:21本场温度为24.4℃, 08:22本场温度变为21.1℃, 08:00修正海平面气压为1 010.6 h Pa, 08:30修正海平面气压1 014.6 h Pa。由飑线的雷达回波图可见, 飑线过境之前, 反射率强度能达到50 d Bz, 强回波带成弓状;飑线过境之后, 反射率强度变小, 并且强强回波带逐渐消散, 整个过程持续时间短, 但在雷达回波图上却明显。飑线过境能够给气象要素值带来剧烈变化, 从而飑线内积蓄的能量也大量释放, 带来狂风暴雨。
参考文献
[1]丁一汇, 李鸿洲, 章名立, 等.我国飑线发生条件的研究[J].大气科学, 1982, 6 (1) :18-27.
[2]梁漆波, 陈春波, 刘强军.弱窄带回波在分析和预报强对流天气中的应用[J].气象学报, 2006, 64 (1) :121-127.
[3]刘淑媛, 孙健, 杨引明.上海2004-07-12飑线系统中尺度分析研究[J].气象学报, 2007, 65 (1) :84-93.
[4]杨成芳, 朱君鉴.一次弓状回波和超级单体过程分析[J].气象科学, 2008, 28 (04) :409-414.
