高空冷涡形势下一次雷暴大风过程的诊断分析

李 帆 罗静静

（舟山市定海区气象局，浙江舟山 316000）

强对流天气具有影响范围小、发展速度快、持续时间短的特点，它的发生常伴有雷暴、短时暴雨、冰雹、强风（龙卷风）等灾害性天气。雷暴大风由于其突发性和剧烈程度往往给人们的生命财产造成严重危害，尤其对渔船出海作业造成重大影响。因此，雷暴大风产生机理和预警预报一直是灾害性强对流天气研究的重要内容。秦 丽等[1]、赵 瑜等[2]、杨庆红等[3]研究发现，雷暴大风的生成与层结不稳定、抬升条件触发、垂直风切变等密切相关，中高层干冷、低层暖湿、850 hPa与500 hPa温差大、低层冷空气的渗透等都可以使大气层结不稳定度加大，促使垂直上升运动加强，为强对流天气的发展提供有利条件。马素艳等[4]、曲晓黎等[5]研究发现，雷暴大风等强对流天气一般都是由中小尺度系统引发的，因而运用卫星和雷达产品更能发现天气系统的临近或短时特征，如TBB梯度最大处容易形成强对流天气。

2020年4月12日舟山出现了一次罕见的雷暴大风天气，本文利用常规观测资料和雷达产品对此次极端雷暴大风天气的触发机制、环境条件和风暴特征进行分析，以期为本地雷暴大风等强对流天气的预测预报及监测预警提供参考。

1 天气实况

4月12日19：00—22：00定海区出现了一次突发强对流过程。本次过程定海区普降3～5 mm的降水，最大为5.2 mm（千荷站）。虽然降水量不大，但全区普遍出现了10～11级雷雨大风，局部海域达到12级。过程最大风力出现在12日20：08，马目测点极大风速达 33.4 m/s，风向为 N。 20：00—21：00 为主要影响时段，定海区有1个站点出现12级风、4个站点出现11级风、4个站点出现10级风。21：00—22：00定海区仅1个站点出现9级风，之后风力进一步减弱。

2 天气形势

从图 1（a）可以看出，12 日 8：00，高空冷涡位于鄂霍次海且位置偏南，涡后有明显横槽转竖伸向江苏—安徽中部，定海区受冷涡底部西北偏西气流控制。冷涡中心对应-32℃冷中心，表明该冷涡强度大，涡后冷平流明显。温度槽落后于高度槽表明冷涡仍在发展加深，斜压性明显。从图1（b）可以看出，至12日20：00，高空冷涡进一步东移南压，发展至朝鲜海峡一带。涡后西北急流加强，高空风速加剧，定海区处在涡后的西北气流控制中。结合温度槽可知，高空冷舌呈南北走向，定海区位于冷舌控制内，等温线密集，温度梯度大。同时，温度槽仍落后于高度槽，冷平流显著。

12日8：00 850 hPa图上低涡位于海上，定海区受西北急流控制，冷中心覆盖浙江中南部、福建北部、江西东部。定海区暖平流输送明显，高层的干冷空气配合低层的暖湿空气、不稳定层结出现，有利于雷暴大风发生。由图 1（c）可知，12 日 20：00 850 hPa，低涡东移远离，伴随着冷中心东移，西北急流仍然维持，强度略有增加，暖平流维持，上干下湿结构仍然存在。同时，有小范围湿舌在舟山地区出现。

200 hPa等压面上，偏西急流强劲，20：00前定海区始终位于急流轴出口区的右侧，高空急流加强了抽气作用，辐散下沉带动高层动量下传，加强低层扰动，反作用于上升运动的加强，引导干冷空气入侵，导致不稳定层结形成。

从地面形势图上看，11日20：00地面冷锋已经南压至浙南和福建一带。12日8：00冷锋东移南压入海减弱，定海区位于地面冷高与海上低压倒槽之间。12日20：00，地面有弱冷空气补充南下，地面辐合线位于舟山一带。深入研究12日19：00地面风场图可知，此时有一条地面辐合线处在嵊泗西部海域—上海南部—嘉兴一带，与实况出现大风位置相符。由图1（d）可知，至20：00，该辐合线南压至普陀—宁波一带，对应此刻定海区的大风过程。此后辐合线进一步南压，风力逐渐减弱。

综上所述，本次突发强对流过程发生在200 hPa存在急流、500 hPa横槽转竖后引导弱冷空气补充南下并与低层暖湿气流交汇的环流形势下，地面辐合线的发展和移动触发了此次强天气的发生。

3 探空分析

分析12日8：00杭州站探空图可知，700 hPa以上开口较大、湿度较小、整层较干，700 hPa以下存在弱湿区，湿度差相对大，存在明显的上干下湿结构。低层风向随高度顺转有暖平流，高层风向随高度逆转存在冷干流，这表明大气潜在不稳定度加大，有利于强对流天气的发生。从8：00对流参数看，DCAPE值为274.7 J/kg，对流抑制有效能值为0 J/kg，0～3 km垂直风切变达到18 m/s。以上条件均有利于雷暴大风的出现。用14：00杭州站实况温度、露点温度订正探空图（图2）后可知，CAPE值为510.8 J/kg，有一定能量条件。这与夜间定海区降水量不大、过程主体为干雷暴相对应。观察12日20：00杭州站探空图可知，中层湿度加大，而700 hPa以下湿度随高度降低迅速减弱，600 hPa以上湿度随高度增加迅速减弱，这种上下层干、中层湿的典型喇叭口结构对雷暴大风的产生十分有利。观察水平风的垂直分布，0～6 km垂直风切变达到27 m/s，属于强风切变环境。风切变主要集中在0～3 km，垂直风切变高达25 m/s，十分有利于风暴运动的发展和发生。同时，低层暖平流、高层冷平流的形势仍然存在，不稳定结构也为强天气的发生提供了有利条件。此外，抬升凝结高度较高、CAPE值较小、温度露点差较大均对强降水的发生不利，但DCAPE值增加到400.7 J/kg，对雷暴大风有一定的指示作用。风场垂直分布时间剖面图见图3，可以看到，高空动量向低层传递是本次大风发生的重要原因。

4 物理量分析

4.1 动力条件

观察4月12日垂直速度分布情况可知，20：00 700 hPa以上定海区受上升气流控制，低层则存在着较强烈的下沉气流。对比14：00的垂直速度可知，20：00的下沉气流速度更快、强度更大。强烈的下沉运动对高空动量的下传有显著的增强作用，这与此刻的大风有较好的对应。另外，从涡度平流图上可以看出，浙北一带20：00负涡度平流随高度减弱，也表征了下沉运动的发生。

4.2 温度平流

温度平流不仅可以造成大气层结不稳定，而且还可以产生垂直运动。8：00温度平流图见图4（a），可以看出，500 hPa安徽、江苏、浙江中北部冷平流显著，冷中心强度大；850 hPa对应位置存在暖平流，形成上冷下暖的叠加区，为强天气创造了不稳定条件，与晚上强天气落区相对应。至20：00 500 hPa冷平流依然强盛，700 hPa冷平流加剧，高空冷平流向下扩散。从图4（b）可以看出，850 hPa江苏、浙江北部区域的暖平流被冷平流所取代，地面气压快速增大，地面风速激增。

4.3 变压

本次过程冷空气强度较弱，上游虽然存在一定的3 h负变压，但变化强度不大，3 h负变压的移动方向与雷暴过程相契合。19：00，3 h负变压来到江苏、上海一带，上游出现大风。20：00，3 h负变压南压至舟山—宁波一带，定海区出现大风。另结合地面24 h变压图可知，安徽、江苏地区有明显的负变压区，同时定海区西南侧有明显的正变压区，两者之间的区域存在强烈的变压梯度，这有利于地面大风的迅速出现。

5 雷达分析

从雷达反射率因子图上看，12日傍晚有回波南压至江苏南部—上海一带。此后回波继续南移，至19：00回波到达上海—嘉兴一带，强中心位于上海，最大强度达48 dBZ。19：06嵊泗滩浒站出现11级大风。此后回波入海，强度迅速加强，至20：00已出现59 dBZ的回波影响嵊泗海域，定海区开始出现大风。至20：30，回波不断东移南压，强度维持在60 dBZ左右，回波前沿影响定海区。此后回波强度略有减弱，主体掠过定海区继续东移南压，21：00后过程趋于结束。本次过程大风的发生与强回波中心并无对应、有较明显提前量及回波入海加强迅猛等都为预报带来了难度。

从雷达径向速度图（图5）可以看出，19：00上海嘉兴处在风速大值区，嘉兴南部出现速度模糊，上游大风实况出现。此后风速大值区不断扩大南压，至20：00来到定海区前沿。此时上海西南部存在新的速度模糊，定海区开始出现大风。随着大值区不断南压，定海区大风过程持续。20：30后，风速大值区开始减弱、范围缩小，21：00后对定海区影响趋于消失。结合径向速度图的风速大值区与上游实况进行分析，对本次过程的短临预报有重要意义。

6 结论

分析结果表明，本次过程发生在200 hPa存在急流、500 hPa横槽转竖后引导弱冷空气补充南下并与低层暖湿气流交汇的环流形势下，地面辐合线的发展和移动是本次过程的触发机制。上下干、中层湿对雷暴大风十分有利，强风速切变对强天气有触发作用。在CAPE值不大、抬升条件一般的情况下，依然存在雷暴大风可能，DCAPE值有一定指示意义。高空动量下传是本次大风发生的关键。温度平流带来上冷下暖的不稳定层结，冷平流向下渗透带来能量的传递。大风的发生与强回波未必对应，可能存在提前量，将径向速度图与上游实况结合分析有助于短临提前预警。