cinradsa雷達(dá)輻合線觸發(fā)強(qiáng)對流風(fēng)暴特征

中尺度輻合線觸發(fā)特征魚雷治理的生成需要三個(gè)基本條件：垂直不穩(wěn)定、蒸汽和觸發(fā)高度。觸發(fā)抬升機(jī)制與中尺度邊界層輻合線密切相關(guān)。WilsonandSchreiber許多國內(nèi)學(xué)者對陣風(fēng)鋒、海風(fēng)鋒等中尺度輻合線進(jìn)行了相關(guān)研究,探討了該類邊界的空間結(jié)構(gòu)、類型、形成機(jī)制及其對流觸發(fā)作用利用CINRAD/SA雷達(dá)探測資料,結(jié)合地面實(shí)況和環(huán)境參數(shù),對7次典型的中尺度輻合線觸發(fā)強(qiáng)對流風(fēng)暴的特征進(jìn)行了分析,在雷達(dá)反射率因子或徑向速度產(chǎn)品上可分析出明顯的觸發(fā)先兆特征,對強(qiáng)對流風(fēng)暴的臨近預(yù)警有指導(dǎo)意義。1單站降雨環(huán)境參數(shù)山東強(qiáng)對流天氣主要分為2大類,即干型強(qiáng)對流天氣和濕型強(qiáng)對流天氣。干型強(qiáng)對流天氣以雷暴大風(fēng)為主,局部伴有冰雹和短時(shí)強(qiáng)降水;濕型強(qiáng)對流天氣以強(qiáng)降雨為主,局部伴有冰雹和對流性雷暴大風(fēng)2009年6月29日下午,半島地區(qū)遭受冰雹、雷暴大風(fēng)等強(qiáng)對流天氣襲擊,最大冰雹直徑約30mm,煙臺市芝罘、萊山、萊陽、棲霞等4區(qū)(市)直接經(jīng)濟(jì)損失5730萬元,青島市即墨、萊西、平度、膠州等市15個(gè)鎮(zhèn)(街道)、294個(gè)村災(zāi)情較重,直接經(jīng)濟(jì)損失6200萬元。2012年7月26日08:00—27日08:00,山東北部和河北南部出現(xiàn)大暴雨天氣。4個(gè)國家級氣象觀測站(山東3個(gè))出現(xiàn)大暴雨,最大176.7mm,出現(xiàn)在慶云站;15個(gè)國家級氣象觀測站(山東6個(gè)站)出現(xiàn)暴雨。山東聊城、德州、濱州、東營和濟(jì)南等市有54個(gè)區(qū)域氣象觀測站(以下簡稱“區(qū)域站”)出現(xiàn)暴雨,12個(gè)區(qū)域站出現(xiàn)大暴雨,最大121.4mm,出現(xiàn)在陵縣義渡口區(qū)域站。個(gè)別站出現(xiàn)大風(fēng)天氣,沒有冰雹報(bào)告。2014年7月2日18:00前后,濟(jì)南市市中區(qū)七賢莊附近暴雨如注,造成局部嚴(yán)重積水。位于七賢莊附近的濟(jì)南大學(xué)區(qū)域站降水量達(dá)100.1mm,17:00—18:00降水量為88.3mm,沒有監(jiān)測到大風(fēng),屬于典型短時(shí)強(qiáng)降水,尺度小、強(qiáng)度大、時(shí)間短。2014年7月14日15:30左右,棲霞觀里鎮(zhèn)、楊礎(chǔ)鎮(zhèn)、寺口鎮(zhèn)、蛇窩泊鎮(zhèn)出現(xiàn)了強(qiáng)冰雹天氣,冰雹最大有雞蛋大小,降雹時(shí)間持續(xù)約半小時(shí),造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失。2015年7月14日13:00—20:00,德州、聊城、濟(jì)南、泰安、菏澤、濟(jì)寧等地出現(xiàn)雷暴大風(fēng)和短時(shí)強(qiáng)降水等強(qiáng)對流天氣,局部出現(xiàn)冰雹。16個(gè)國家級氣象觀測站和127個(gè)區(qū)域站出現(xiàn)17.0m·s2015年7月30日13:00開始,濰坊市昌邑、寒亭、坊子、昌樂、臨朐五縣市區(qū)部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)先后出現(xiàn)冰雹(最大直徑30mm)、大風(fēng)、暴雨天氣過程。至19:00,18個(gè)區(qū)域站出現(xiàn)50mm以上降水,其中4個(gè)站出現(xiàn)100mm以上降水,分別是昌樂的喬官(143.8mm)和紅河(108.1mm)、昌邑的朱里(140.1mm)和宋莊(138.0mm),15:00—16:00朱里降水量達(dá)100.4mm。有7個(gè)區(qū)域站出現(xiàn)17.2m·s2016年6月21日16:00,濟(jì)南東北部局地發(fā)生強(qiáng)降水天氣,同時(shí)伴有冰雹,沒有監(jiān)測到大風(fēng)。降雨強(qiáng)度大、范圍小,造成局部馬路嚴(yán)重積水。根據(jù)水文數(shù)據(jù),義和莊區(qū)域2h降雨量達(dá)144mm。7次強(qiáng)對流實(shí)例的環(huán)境參數(shù)見表1。CAPE2陣風(fēng)鋒的測定對流風(fēng)暴成熟階段的冷性下沉氣流,在近地層向外擴(kuò)散,與周邊環(huán)境低層暖濕空氣交匯而形成的邊界,稱為陣風(fēng)鋒。較強(qiáng)雷暴的出流邊界,在一定距離范圍內(nèi)的雷達(dá)反射率因子上常表現(xiàn)為窄帶回波,不僅伴有陣性大風(fēng),而且也可能觸發(fā)新的對流,使得風(fēng)暴持續(xù)較長時(shí)間,產(chǎn)生持續(xù)性的災(zāi)害性天氣。2.1風(fēng)暴主體2015年7月14日雷暴大風(fēng)為主的干型強(qiáng)對流具有新生對流單體右向傳播為主的演變特征,陣風(fēng)鋒觸發(fā)的雷暴首先出現(xiàn)在弧狀窄帶回波頂點(diǎn)的右側(cè)(陣風(fēng)鋒來向),并逐漸向陣風(fēng)鋒右端延伸,風(fēng)暴主體先后影響聊城、濟(jì)南西部、泰安西部及菏澤、濟(jì)寧一帶。圖1是2015年7月14日濟(jì)南和濮陽雷達(dá)反射率因子產(chǎn)品。11:38在河北南部棗強(qiáng)至武邑一帶有對流回波生成并快速發(fā)展,12:01發(fā)展成西南—東北向、長度約80km的回波帶,向東南方向移動(dòng)。12:13,0.5°仰角反射率因子出現(xiàn)弧狀窄帶回波即陣風(fēng)鋒(圖1a,1.5°仰角反射率因子沒有窄帶回波),影響到德州市區(qū)及武城一帶,窄帶回波所處高度約1.2~1.8km,此時(shí)區(qū)域站監(jiān)測到的極大風(fēng)速為12m·s該次過程首次識別出陣風(fēng)鋒約1h后,陣風(fēng)鋒觸發(fā)出新的對流單體。2.2強(qiáng)降雨帶引發(fā)的響應(yīng)2012年7月26日短時(shí)強(qiáng)降雨為主的濕型強(qiáng)對流具有新生對流單體后向傳播為主的演變特征。前期強(qiáng)降水風(fēng)暴產(chǎn)生的陣風(fēng)鋒西南方向移動(dòng)過程中不斷觸發(fā)雷暴,并演變成具有“列車效應(yīng)”的強(qiáng)降雨帶,導(dǎo)致局地大的累積降水量。圖2是2012年7月26日濟(jì)南雷達(dá)反射率因子產(chǎn)品。強(qiáng)降雨開始前期,雷達(dá)低層反射率因子上出現(xiàn)明顯的近乎南北向的窄帶回波(圖2a、b),即所謂云街,是由大氣低層的對流卷構(gòu)成的一條條積云線這次強(qiáng)降雨過程從雷達(dá)上識別,有2個(gè)觸發(fā)因素,首先是云街,其次是陣風(fēng)鋒。反射率因子最強(qiáng)云街的北端有對流觸發(fā),同時(shí)云街與陣風(fēng)鋒交匯區(qū)域有對流觸發(fā),后期云街消失,陣風(fēng)鋒持續(xù)觸發(fā)對流,使得對流降水持續(xù)較長時(shí)間。3冷鋒分析和對流單體冷鋒南壓過程中,在一定條件下,雷達(dá)低層反射率因子上有時(shí)呈現(xiàn)窄帶回波,并觸發(fā)對流風(fēng)暴。就山東而言,多見于渤海西部及南部沿岸地區(qū)。圖3是2009年6月29日煙臺雷達(dá)反射率因子和平均徑向速度產(chǎn)品。12:30前后,0.5°仰角反射率因子出現(xiàn)冷鋒形成的兩條窄帶回波(圖3a),一條位于海上,距離雷達(dá)較近(40km左右),徑向速度上對應(yīng)區(qū)域零速度線具有明顯折角,呈典型冷鋒特征。另一條位于龍口海岸附近,徑向速度上看不出輻合現(xiàn)象(圖3b)。位于海上的弱回波帶或者窄帶回波逐漸向雷達(dá)靠近,陸上的弱回波帶逐漸向內(nèi)陸移動(dòng)(圖3c),14:40前后基本呈一條東西向的弱回波帶(圖3d)并經(jīng)過雷達(dá)站點(diǎn),低層徑向速度上呈現(xiàn)鋒面經(jīng)過雷達(dá)站的典型特征(圖3e)。14:04組合反射率產(chǎn)品顯示,雷達(dá)西偏南150km處出現(xiàn)第一個(gè)對流單體(圖3f),對比14:00地面風(fēng)場資料,新生對流單體位于地面鋒面上,也就是對流單體由冷鋒觸發(fā),由于距離較遠(yuǎn),雷達(dá)無法探測到遠(yuǎn)處的窄帶回波。第一個(gè)對流單體迅速發(fā)展成強(qiáng)風(fēng)暴,17:23消散,歷時(shí)3h20min,該長壽命孤立風(fēng)暴主要影響青島地區(qū),旺盛階段長時(shí)間出現(xiàn)旁瓣回波(圖3g、h),地面出現(xiàn)大冰雹。同時(shí),首次觸發(fā)雷暴的左側(cè)(窄帶回波來向?yàn)閰⒖?窄帶回波上相繼出現(xiàn)多個(gè)對流單體并迅速發(fā)展,產(chǎn)生冰雹、雷暴大風(fēng)等強(qiáng)對流天氣(圖3g、h),主要影響煙臺地區(qū)。2009年6月29日半島強(qiáng)對流天氣由冷鋒觸發(fā),對流首先出現(xiàn)在東西向窄帶回波的右端(窄帶回波的來向),后繼的雷暴在其左側(cè)不斷激發(fā),形成對流回波帶。識別出冷鋒約1h30min后激發(fā)出第一個(gè)對流風(fēng)暴。4強(qiáng)陣風(fēng)鋒演變特征海風(fēng)鋒是指由海面向內(nèi)陸推進(jìn)的海風(fēng)的前沿,實(shí)際上是來自海上的濕冷氣團(tuán)與內(nèi)陸的暖干氣團(tuán)之間形成的類似鋒面性質(zhì)的氣團(tuán)交界面圖4是2014年7月14日煙臺雷達(dá)反射率因子和平均徑向速度產(chǎn)品。10:11雷達(dá)0.5°仰角反射率因子產(chǎn)品顯示,在海岸線附近出現(xiàn)弱回波帶(圖4a),10:47雷達(dá)站西側(cè)弱回波帶更加清晰(圖4b),沿著海岸線形成的弱回波帶逐漸向內(nèi)陸推進(jìn)(圖4c),12:34前后在弱回波帶的西側(cè)距離雷達(dá)站約45km處出現(xiàn)首個(gè)對流云團(tuán)1(圖4d)。之后,海風(fēng)鋒窄帶回波上對流云團(tuán)1初始位置左側(cè)、右側(cè)相繼出現(xiàn)對流單體(圖4e、f),持續(xù)向兩側(cè)傳播、發(fā)展。影響棲霞的強(qiáng)風(fēng)暴強(qiáng)盛階段最大反射率因子在62dBz以上,最大69dBz,有持續(xù)的明顯三體散射(TBSS)特征(圖4g、h)。海風(fēng)鋒對應(yīng)的徑向速度圖上并沒有輻合現(xiàn)象(圖4i、j),與窄帶回波的位置或雷達(dá)探測方向有關(guān)。對流單體首先出現(xiàn)在海風(fēng)鋒向內(nèi)陸推進(jìn)速度較快的區(qū)域,說明該區(qū)域的輻合強(qiáng)度或者海風(fēng)鋒強(qiáng)度較強(qiáng),利于風(fēng)暴的觸發(fā),同時(shí)后繼觸發(fā)雷暴向左右兩側(cè)傳播。識別出海風(fēng)鋒約1h15min后開始激發(fā)對流風(fēng)暴。5對流單體傳播特征冷鋒、海風(fēng)鋒和出流邊界在同一次強(qiáng)對流過程中均出現(xiàn),并相互作用,觸發(fā)系列對流風(fēng)暴,產(chǎn)生范圍較大的對流天氣。圖5是2015年7月30日濰坊雷達(dá)反射率因子和平均徑向速度產(chǎn)品。11:36雷達(dá)0.5°仰角反射率因子產(chǎn)品顯示,其北部識別出近似東西向的弱回波帶(圖5a)并逐漸南壓,該弱回波帶由冷鋒形成,12:50前后在弱回波帶的中間區(qū)域首次出現(xiàn)對流風(fēng)暴(圖5b),對應(yīng)的徑向速度上可分析出輻合現(xiàn)象(圖5c),同時(shí)在雷達(dá)站東南方向約100km處存在另一條弱回波帶,是由海風(fēng)鋒所致。13:52,首次激發(fā)對流單體的左側(cè)(窄帶回波來向?yàn)閰⒖?相繼出現(xiàn)多個(gè)雷暴,同時(shí)冷鋒弱回波帶和雷暴出流邊界基本合為一體,海風(fēng)鋒弱回波帶右端(海風(fēng)鋒來向?yàn)閰⒖?與冷鋒弱回波帶左端逐漸靠近,同時(shí)海風(fēng)鋒在平度東側(cè)觸發(fā)對流單體(圖5d)。14:10,海風(fēng)鋒與弱冷鋒在平度西部交匯,14:39激發(fā)對流單體。14:39、15:05、15:44、16:15和16:50幾個(gè)時(shí)次可明顯看出,出流邊界和海風(fēng)鋒在平度西南部交匯,約30min后,交匯區(qū)域有對流激發(fā),新生對流單體向西南方向傳播,而對流風(fēng)暴移動(dòng)方向基本是東北向,兩種邊界的合并,使得新生雷暴沿合并區(qū)向西南方向傳播,具有后向傳播特征(圖5e、f、g、h、i)。同時(shí),還可以明顯看出,冷鋒觸發(fā)的對流風(fēng)暴加強(qiáng)發(fā)展,形成雷暴帶并逐漸南壓,在昌樂—昌邑一帶產(chǎn)生冰雹、大暴雨和雷暴大風(fēng)天氣,強(qiáng)風(fēng)暴下沉氣流也形成清晰的出流邊界,但出流邊界并沒有產(chǎn)生地面大風(fēng)。16:15徑向速度上陣風(fēng)鋒輻合明顯(圖5j),同時(shí)激發(fā)新的對流單體,向西偏南方向傳播,形成后向傳播演變特征,影響濰坊西南部及淄博、臨沂一帶。該次強(qiáng)對流過程首先由南移冷鋒激發(fā)對流,且在首次激發(fā)對流單體的左側(cè)不斷有新生對流相繼觸發(fā),產(chǎn)生冰雹和短時(shí)強(qiáng)降雨。半島南部海風(fēng)鋒北移過程中,首先與冷鋒弱回波帶交匯,約30min后激發(fā)對流,之后又與陣風(fēng)鋒邊界交匯,30min之后又激發(fā)對流,形成具有后向傳播特征的對流云帶。雷暴出流邊界南壓過程中與冷鋒弱回波帶合為一體,先與海風(fēng)鋒交匯激發(fā)對流,之后陣風(fēng)鋒西南方向移動(dòng)過程中,又激發(fā)新一輪具有后向傳播特征的強(qiáng)降雨帶。識別出冷鋒窄帶回波約1h20min后開始出現(xiàn)對流單體。6輻合線與對流單體低層中尺度環(huán)境風(fēng)場輻合,在合適的環(huán)境條件下,在雷達(dá)低層徑向速度上表現(xiàn)為清晰的線性徑向速度的輻合,尺度在20~50km之間,這種單純的線性徑向輻合也可激發(fā)強(qiáng)對流風(fēng)暴。最典型的是濟(jì)南市區(qū)的兩次局地強(qiáng)降雨天氣,即2014年7月2日和2016年6月21日,線性徑向輻合長時(shí)間維持并移動(dòng)緩慢,導(dǎo)致強(qiáng)降雨風(fēng)暴也具有移動(dòng)緩慢特征。2014年7月2日濟(jì)南局地強(qiáng)降雨由移動(dòng)緩慢的孤立強(qiáng)降雨風(fēng)暴造成。15:30前后,1.5°仰角徑向速度上可以識別出清晰的輻合線(圖6a),之后輻合線基本在原地維持(圖6b),16:24在輻合線東側(cè)有對流生成發(fā)展,但維持時(shí)間較短,40min后消亡。七賢鎮(zhèn)北側(cè)的輻合現(xiàn)象逐漸加強(qiáng)(圖6c),16:43觀測到對流單體(圖6e)。強(qiáng)降水風(fēng)暴維持期間,其低層輻合也一直存在(圖6d),風(fēng)暴強(qiáng)度基本在55~58dBz之間(圖6f),基于單體的垂直積分液態(tài)含水量(C-VIL)在25~30kg·m2016年6月21日濟(jì)南局地強(qiáng)降雨也是由移動(dòng)緩慢的孤立強(qiáng)降雨風(fēng)暴造成。14:00前后,1.5°仰角徑向速度上強(qiáng)降雨區(qū)的南部可以識別出50km左右的輻合線(圖7a),之后輻合線緩慢向西北方向移動(dòng)(圖7b、c)且輻合更加明顯。15:07在輻合線后部有對流單體2生成(圖7e),單體1是14:38生成的弱單體的減弱階段,之后,單體2逐漸發(fā)展,16:17最大反射率因子達(dá)53dBz,至17:44一直維持在50dBz以上,16:40—16:57達(dá)到最強(qiáng)階段,最大反射率因子在65~66dBz之間(圖7f)。強(qiáng)降水風(fēng)暴維持期間,其低層輻合存在氣旋性輻合(圖7d),強(qiáng)降水期間風(fēng)暴強(qiáng)度基本在55~66dBz之間,基于單體的垂直積分液態(tài)含水量(C-VIL)在30~60kg·m7輻合線下發(fā)生的強(qiáng)對流實(shí)例分析1)陣風(fēng)鋒、海風(fēng)鋒和冷鋒等邊界層輻合線在雷達(dá)低層反射率因子產(chǎn)品上能反映出的主要特征是窄帶回波,在低層平均徑向速度產(chǎn)品上表現(xiàn)特征各不相同。某些尺度較小的輻合線在反射率因子產(chǎn)品上不能得到任何有用信息,但在低層徑向速度上可識別出