廣漢機場一次非典型局地強對流天氣過程的診斷分析

干全

【摘 要】利用常規觀測資料和NCEP FNL 1° X1°再分析資料，對2012年7月26日至28日廣漢機場一次典型的局地強對流天氣過程進行分析。結果表明：此次局地強對流天氣是在兩槽一脊的形勢下發生的，對流層中高層受高值系統控制而輻散，低層偏南風向盆地輸送高溫高濕氣流，且暖平流明顯。對稱不穩定是局地強對流形成的重要條件。濕位渦正壓項MPV1反映了對稱不穩定與對流不穩定共同作用的結果，斜壓項MPV2反映了低空急流維持和發展在強對流天氣形成中起到了重要作用。

【關鍵詞】條件性對流不穩定；濕位渦；雷暴

Diagnostic study on a non-typical thunderstorm in Guanghan airport

GAN Quan

（Civil Aviation Flight University of China， Ghuanghan Sichuan 618307， China）

【Abstract】Using conventional observation and NCEP FNL 1° X1° data， a typical local strong convective weather process was analyzed in the days from July 26， 2012 to 28. The results show： under the condition of high pressure system， There is a local high temperature and high humidity caused by instability. Symmetric instability is an important condition for the formation of local strong convection. Wet potential vorticity barotropic term MPV1 reflects the results of symmetric instability and convective instability of joint action， and the baroclinic term MPV2 reflects the low-level jet maintenance and development plays an important role in the formation of strong convective weather.

【Key words】Conditional symmetric instability； MPV； Thunderstorm

0 引言

強對流天氣雖然是中小尺度天氣系統的產物，但往往離不開有利的大尺度環流形勢，這類強對流過程只要掌握好大尺度環流形勢，結合天氣云圖和雷達等工具，一般能提前準確預報出，而穩定天氣形勢下形成的局地性強對流，具有時空尺度小，系統性影響不顯著，突發性強等特點，這使得這類強對流過程的預報難度大。由于強對流天氣對航空飛行安全影響較大，常造成航班延誤、取消甚至返航等，而廣漢機場屬于訓練機場，強對流天氣產生的大風、閃電等惡劣天氣現象對訓練飛機以及學生的安全影響更大，所以強對流天氣的研究對于保障飛行訓練安全等有著十分重要的意義。

近年來，利用各種誘發因子對局地性強對流天氣進行的研究已經取得諸多成果[1-4]。對稱不穩定，是指在對流穩定、水平運動慣性穩定時，空氣作傾斜上升運動時的一種不穩定現象。廣漢機場（104.22°E，30.93°N）位于川西平原中心偏北。北接秦嶺山脈，西鄰青藏高原，南面為云貴高原，川內也四周環山。機場東北面有沱江，西南面有岷江，兩江之間河流縱橫。復雜的地形環境及水汽分布為局地性天氣的產生提供了有利的下墊面，盆地盛夏多出現熱雷暴，而統計顯示廣漢機場1999年至2014年7-8月有很多局地熱雷暴的發生有著共同特點，那就是其發生與發展都與對稱不穩定的存在具有一定的必然聯系。本文選取2012年7月26日至28日廣漢機場一次典型的局地強對流天氣過程，利用廣漢機場歷史觀測資料和NCEP FNL 1° X1°再分析資料對這類天氣進行天氣診斷分析，以對局地強對流天氣的研究提供一定的參考。

1 天氣過程與形勢分析

2012年7月26日至28日在廣漢地區連續3天出現了短時局地雷暴天氣過，據廣漢機場氣象觀測顯示，雷暴過程中出現了28mm/h以上的強降水，以及瞬時風最大達到16m/s以上的大風。

圖1 2012年7月26-28日平均的500hPa和850hPa位勢高度場（等值線，單位：gpm）以及風場（風向桿，單位：m/s）

從大尺度環流形勢來看（圖1），此次雷暴過程是發生在，500hPa中高緯兩槽一脊的環流背景下，兩槽分別位于巴爾克什湖和貝加爾湖，兩湖之間為高脊控制。在副熱帶地區，西太平洋副熱帶高壓脊線位于34°N，5880線西伸至110°E一帶，盆地位于副高西側邊緣，受西南風控制，環流呈輻散形勢。在對流層低層850hPa，從南海到四川盆地為一致的偏南氣流，這有利于高溫高濕氣流的輸送，并且盆地受東南風控制，從低層到中層風場呈順時針旋轉，表明有暖平流，這進一步有利于盆地對流不穩定的發展。而26日前兩日的連續晴好天氣，造成了盆地內高溫高濕環境特征，此次雷暴過程是一次典型的“高值雷暴”天氣過程。

2 大氣層結特征

2.1 對流參數分析

由于對流參數可以較好地反映強對流天氣過程中大氣低層的溫濕狀況和不穩定度，因此參數估計成為了強對流潛勢預報中的重要依據。表1給出了26日08時廣漢機場（104°E，31°N）的常用對流不穩定指數值。從表中可見，SI、K、A、TT均明顯反映了層結的不穩定性，但CAPE、CIN、LI值卻為0，反映大氣層結是穩定的。這種層結構特征很容易使預報員產生疏忽，在局地性強對流天氣的預報工作中出現漏報。

表1 2012年7月26日08時廣漢機場的對流參數

2.2 假相當位溫和M-θ分布

圖2 2012年7月26日等M面（a）和等θse面沿114°E經向剖面圖（b）（虛線表示M線，實線表示θse線）

由圖2a可見，在102°E以西為假相當位溫的高值區，表明該區域儲存有很高的能量，這就是青藏高原熱源區，而在104°E附近800hPa以下假相當位溫等值線呈垂直狀且分布非常密集，表明該地區存在能量鋒區。由于800hPa以上對流較為穩定，成都站T-lnP圖中（圖略），狀態曲線始終不與層結曲線相交，能量參數對流有效位能CAPE、對流抑制能量CIN和抬升指數LI的值為零。這種層結結構反映了盛夏季節廣漢機場在高值系統控制下，下墊面強烈的溫濕度分布不均勻的特性。在高值天氣系統下低層的高能氣團是否受到擾動而被抬升則是局地強對流天氣預報的關鍵點。

圖2b給出了7月26日08時沿104°E絕對動量面M（M=ug-fy）和等位溫面？墜？茲se的剖面圖。在31°N南北兩側分別存在一個？茲se的高值中心，31°N附近在750hPa以下？茲se線陡立，說明層結是弱穩定或者中性的（？墜？茲se/？墜p≈0），并且700hPa以下等M面斜率明顯小于等？茲se面斜率，由此可判斷對稱不穩定的存在。

3 濕位渦（MPV）分析

3.1 MPV1的時空分布及演變

濕位渦不僅僅代表了大氣熱力和動力屬性，還考慮了水汽作用[7]，其由正壓項MPV1和斜壓項MPV2兩項組成，正壓項MPV1代表慣性穩定性和對流穩定性的作用，當大氣為不穩定時，？墜？茲e/？墜p>0，MPV1<0。

從這次過程中02至20時各時次的MPV1剖面圖（圖3a-d）可以看出，雷暴發生前（圖3b）08時，廣漢機場（104°E，31°N）850hPa至600hPa附近為MPV1正值，而其它層次MPV1均小于0，這種分布形勢表明本場地區處于弱的對流穩定，而在上游一帶有對流不穩定在發展。

14時，MPV1中-0.4PVU已向上伸展至600hPa，對流層低層的MPV1由-0.8顯著增長至-1.2PVU。機場上游750hPa以上為垂直對流區，機場750hPa以下則出現了一強度小于-0.4pvu的傾斜對流區，該區明顯向冷區傾斜。通過前面分析可以認為，此處應是條件對稱不穩定作用的結果。在對流不穩定和對稱不穩定的共同作用下，促使了這次局地強雷暴發生，雷暴落區在MPV1正負梯度密集帶的正值一側。

20時到02時，垂直對流區和傾斜對流區MPV1逐漸減弱，強對流過程結束。由于本次雷暴過程發生在高值區內，并沒有出現較明顯的系統性動力因子，因此過程僅僅持續了不到兩小時，可預報性較差。在14時到20時雷暴過程結束之后，MPV1負值強度仍然維持，表明雷暴過程僅發生在對流不穩定增長的過程中。20時本場天氣出現多云的高值系統天氣特征，上游700hPa以下任然維持較強的不穩定，表明了條件性對稱不穩定在本次強對流過程發展中的重要性。

此次雷暴過程中還存在著弱的干冷空氣從高空向下入侵的特征，對流層中高層的正值MPV1區對應低層負值MPV1區，以往的研究表明，這種“垂直疊加”形勢十分有利于低層的對流不穩定能量釋放以及發展。

圖3 7月26日02時—20時每6小時MPV1（a-d）沿114°E經向剖面圖（單位：PVU）

3.2 MPV2的時空分布及演變

斜壓項MPV2表示風的垂直切變和相當位溫水平梯度的貢獻，MPV2負值越強，大氣斜壓性越強。從圖4中MPV2的剖面圖可以看出26日08時MPV2剖面圖，在650hPa以下MPV2存在一中心強度大于0.12pvu的正值區，表明此處大氣斜壓性較為穩定。由于在近地轉條件下，濕位渦的水平分量必為負值[8]，而在這里卻出現了正值，說明此處并不滿足地轉平衡，大氣是不穩定的。由前面對稱不穩定分析可知，此處大氣對流穩定并且慣性穩定，因此此處的不穩定可能為對稱不穩定。MPV2的正值中心表明了700hPa高度低空急流的作用，即風的垂直切變和低層暖濕氣流的輸送，這與圖1顯示的廣漢機場東北部為明顯的偏南風急流，中心風速達到16m/s相一致。14時，MPV2在800hPa以下出現了由正值轉為負值的區域，表明大氣的斜壓性明顯增強。大氣的濕斜壓性的增強，導致垂直渦度的顯著性發展，使局地對流得到加強并出現雷暴。

20時以后，MPV2負值中心向下游移動，800hPa以下MPV2發展為正值，大氣的斜壓性開始減弱。到27日02時，本場上空MPV2在800hPa形成一大于0.2pvu的正值中心，低空急流重新建立。這種低空急流的破壞與重建過程在26日、27日、28日重復出現，導致本場連續出現3天局地性雷暴天氣過程，直到28日20時后，700hPa低空急流消失，本場上空正值MPV2中心消散，天氣過程才結束。由此可見，低空急流在本次天氣過程中起到了重要的作用。

圖4 7月26日02時—20時每6小時MPV2（a-d）沿114°E經向剖面圖（單位：PVU）

4 結論

對2012年7月26日-28日高值系統控制下廣漢機場連續雷暴的天氣形勢及對流不穩定參數等進行了診斷分析，結論如下：

（1）通過M-θ分析了這次局地強對流過程中，在高壓系統條件下，大氣水平方向慣性穩定，垂直方向上對流穩定，但仍然存在對稱不穩定。

（2）濕位渦分析中，MPV1顯示對稱不穩定形成的傾斜上升運動將低層的高溫高濕大氣帶到中高層，與上游的對流不穩定共同作用，加劇了對流不穩定的發展。在強對流天氣結束期間對流不穩定仍維持較高數值，顯示了對稱不穩定在強對流天氣形成中起到了重要作用。MPV2正值反映了低空急流的活動，中低層MPV2由正值轉為負值，加強了大氣的斜壓性，有利于對流不穩定發展。低空急流的減弱與重建導致了26日至28日連續性局地強對流天氣的發生。

【參考文獻】

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[責任編輯：王楠]