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董保华;王咏青;徐星生;张娟娟
【摘 要】利用常规地面观测资料、卫星辐射率资料以及NCAR/NCEP再分析资料,采用中尺度数值模式WRF及其三维变分同化模块,对2009年11月9日江西的一次区域性秋季强对流天气过程进行数值模拟,探讨了此次强对流天气过程发生发展的物理机制.结果表明:(1)江西省基本均处于K指数大于36℃高值区,具备热力不稳定能量,K指数很好地反映此次过程的热力条件；(2)强的垂直风切变,为此次强对流提供发展的能量；(3)△r850-500达到26℃,具有强垂直温度梯度；(4)此次强对流过程中,对流层中高层的干侵入可以向下伸展至700 hPa高度层以下,有利于对流不稳定能量在低层的积聚,对流不稳定能量的释放可以将低层的暖湿气流向上输送至较高的层次,加强了强对流天气的发生.
【期刊名称】《气象与减灾研究》
【年(卷),期】2012(035)001
世界第一高桥北盘江大桥【总页数】8页(P21-28)
【关键词】秋季;强对流;数值模拟;干侵入
【作 者】董保华;王咏青;徐星生;张娟娟
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【作者单位】南京信息工程大学,江苏南京210044;江西省气象局,江西南昌330046;南京信息工程大学,江苏南京210044;;江西省气象台,江西南昌330046;江西省气象台,江西南昌330046
【正文语种】中 文
【中图分类】P458.1+1
强对流天气是大气对流活动强烈发展而产生的灾害性天气，具有空间尺度小、生命史短、突发性强、发展演变迅速、毁坏力大等特点，一直以来都是天气预报研究的重点和难点［1-6］。
近年来，气象工作者对春夏季强对流天气的发展演变机制以及预报预警方法研究已取得一定进展。例如，周厚福等［7］从不稳定指标和能量指标角度研究强对流天气的短时预报指
标。刘玉玲等［8］介绍了部分对流参数的意义并结合个例说明其在强对流天气潜势预测中的作用。李文娟等［9］指出冰雹产生在上冷下暖的不稳定层结中。钱传海等［10］运用卫星、雷达资料以及探空资料对2003年4月发生在江西以及福建北部的强对流天气过程进行诊断分析，指出下层暖湿、上层干冷的对流不稳定层结非常有利于强对流天气的产生，研究还表明，对流有效位能积累、释放随时间的演变过程，对于此次强对流天气过程有很好的指示意义。罗树如等［11］将闪电定位资料与雷达资料应用于强对流分析。刘勇［12］通过个例分析了急流次级环流对局地强风暴天气持续的作用。李耀东等［13］结合模式输出的探空分析，预报对流不稳定和能量的区域分布，建立了综合多指标叠套强对流天气落区预报方法。许爱华等［14］利用红外云图、常规天气图、雷电和地面危险报等资料，总结分析出与江西强对流天气发生时相对应的8种云型，并指出此8种云型特征和低槽、切变、冷空气、东风波及热带气旋、高低空急流、副热带高压等影响系统的强弱、相对位置有密切关系。许爱华等［3，15］还分别对发生在暖区、冷区内的强对流天气多个个例分析，指出各自预报着眼点，研究表明，冷空气入侵江西省后，850 hPa 23°—30°N区域存在强温度锋区且有切变或低槽，700 hPa江南有强西南急流，江西易出现冷区强对流天气；而暖区内，江南存在倒槽伸到江西，华南到江南南部850 hPa上v分量为8—11 m/
s，500或700 hPa中低纬度有低槽东移影响江西，上升运动中心位于江西或湖南，最大值≤-16×10-3hPa/s，易发生暖区内强对流天气。刘献耀等［16］利用1960—2007年江西省87个地面气象常规观测资料，对江西强对流天气气候特征统计分析，指出强对流天气有明显月际变化，冰雹站次峰值在3—4月，占总数的79.1%，雷雨大风站次有2个峰值，分别在7—8月和4—5月，分别占总数的44.3%和31.7%。然而对不同大气环流背景下不同初始状态的秋季强对流发生机制研究甚少，了解并掌握此类型强对流天气发生的条件及预报预测方法是十分有必要的。
文中运用常规观测资料、卫星辐射率资料以及NCAR/NCEP再分析资料，采用中尺度数值模式WRF及其三维变分同化模块，对2009年11月9日发生在江西的一次区域性强对流天气过程进行分析，探讨了此次秋季强对流天气过程发生发展的物理机制，为今后此类强对流天气的分析和预报提供参考。
2009年11月9日，江西省出现了一次区域强对流天气过程，主要的降水落区位于江西省的中北部地区，降雨带呈东北—西南向分布，强降水中心位于抚州境内。江西省有85个县（市）出现雷暴；有7个国家级自动气象站、26个县（市）的44个区域自动气象站出现大
于30 mm/h的短时强降水，最大1 h雨量达59 mm；中北部有13个国家级自动气象站、60个县（市）的137个区域自动气象站出现了8级以上雷雨大风，最大瞬间风速大于40 m/s；泰和、安福两县局部乡镇出现了冰雹。
此次强对流天气过程为江西典型的暖区强对流，形势特征为“西来低槽-锋面”型。分析各层形势（图略）发现，8日20时的500 hPa高度层上，乌拉尔山附近维持高压脊，北支锋区维持在35°—42°N附近，锋区上有冷空气分裂南下，青藏高原东侧不断有短波槽东移，槽后有弱冷空气扩散，槽前暖湿气流加强北伸。700 hPa高度层上，切变线南侧的低空西南急流风速为14—18 m/s，低空急流将暖湿空气输送到江南地区北部，为强对流天气的发生发展提供了充足的水汽条件和不稳定能量。850 hPa高度层上，在长江中下游一带形成了低涡切变线形势，低涡中心位于贵州西北部，暖式切变线基本沿长江中下游一线，这是典型的江西“暖区”发生强对流的天气形势［3］。9日08时，高层200 hPa有辐散，500 hPa高度层有大于10个纬度的低槽东移，850 hPa高度层有江淮气旋沿长江流域东移，江西中北部地面倒槽强烈发展，长江以北有冷空气南下影响，有利于促使槽前的气旋进一步发展。9日08时，地面图上有一条冷锋，08—20时冷锋从北到南快速影响江西，随着冷锋的快速移动，沿着冷锋移动的路径，在锋前江西省自北向南出现强对流天气。到9日20时，随着冷
空气南下，系统东移南压，江西省的强对流天气也逐渐减弱消散。
选取2009年11月8—10日每隔6 h的NCEP/NCAR资料（水平分辨率为1°×1°）和同时段的常规地面观测资料、探空资料、飞机报、船舶浮标资料以及卫星辐射率资料，采用中尺度数值模式WRFV3.3及其三维变分同化模块对本次强对流天气过程进行模拟，从2009年11月8日20时（北京时，下同）起积分30 h。模式水平方向采用双层嵌套网格（D1，D2），具体嵌套网格参数设置见表1。模式垂直方向取28层，顶部设为50 hPa。关闭双向反馈，两层嵌套网格选用相同物理参数方案，均采用WSM6云微物理方案、YSU边界层方案、NOAH陆面过程、RRTM长波方案、Goddard短波方案和MM5的Kain-Fritsch积云对流方案。文中分析数据均采用D2网格区域的输出结果。
分析实况降水落区图（图1a）可知，本次强对流天气过程，主要的降水落区位于江西省的中北部地区，降雨带呈东北—西南向分布；强降水中心位于抚州境内，日降水量达到了59 mm。模拟结果显示：此次过程雨量的落区（图1b）主要位于江西省东北部和中部地区；强降水中心在抚州和上饶地区。由此可知，模式较好地模拟了雨带的落区走向与强度，其中抚州强降水中心的位置与实况非常的一致。因此，模拟结果可以用于对本次强对流天气过程的分析。
分析实况雷达回波（图略）可知，回波形态呈混合型降水回波特征，是江西区域强对流天气的典型回波类型。9日09时左右开始，强中心的各项参数均比较高，反射率因子最大值都大于60 dBz，回波顶高在12 km以上，垂直积分液态含水量也超过50 kg/m2。尤其到了午后，随着对流的发展，速度场上多处在不同仰角出现了中气旋特征，部分雷暴已经发展成了超级单体。对比分析模拟与实况，模式基本模拟出了雷达回波的形态以及回波移动的方向。9日08时（图2a），回波已经开始强烈发展，最大反射率因子已经超过了45 dBz。回波主体从东北向西南方向缓慢移动，上午时段回波主要位于江西省北部地区，造成该区域强对流天气的出现。9日12时（图2b），回波进一步发展，但是整体强度相对于实况还是偏弱，移动速度较实况偏快。9日16时（图2c），对流强烈发展，部分已经达到了超级单体，模式很好地模拟了这一特征。在江西省的中南部地区，雷达回波具有明显的中气旋特征，对应了16时抚州地区对流天气的强烈发展。总体而言，模式基本模拟出雷达回波的演变情况，进一步证实模式资料的可靠性。
峨眉山地图高清版江西省区域性强对流天气的发生绝大多数都和高空低槽、切变线和地面冷锋、静止锋、气旋波、辐合线及热带低值系统有关［14］。11月9日08时的天气形势为“西来低槽-锋面”型，是江西省“暖区”强对流天气的一种典型系统配置。
两日游适合去哪里旅游1）不稳定层结
由于前期天气连晴地面回温明显，边界层积聚了大量不稳定的能量。从层结稳定条件分析，江西的经验指标指出Δt850-500＞26℃，层结即具有不稳定潜势。模拟的结果9日08时（图3a），Δt850-500＞26℃的大值区主要位于江西省的北部地区，此时北部地区上下层的温度直减率大，气块具有很强的对流不稳定能量，层结具有不稳定的潜势。9日12时（图3b），江西省北部地区基本转为Δt850-500＜26℃区域，说明9日12时江西省北部地区不稳定能量已经逐步释放，逐渐转为稳定的层结；而此时江西省其他地区仍然为Δt850-500＞26℃的大值区，层结很不稳定，与12—18时强对流发生的落区基本吻合。9日16时（图3c），不稳定能量已经基本释放，全省转为Δt850-500＜26℃，强对流过程基本结束。
2）K指数
分析K指数的分布可知，从9日08时（图4a）开始，江西省基本均处于K＞36℃高值区，具有很强的对流不稳定能量。K指数具有明显的日变化，至9日12—16时（图4b、4c），在江西省的抚州地区出现K＞40℃的高值区，说明此次过程中K指数是反映热力条件的重要条
件。春夏季江西省“暖区”强对流天气发生的预报着眼点之一是，江南为强的位势不稳定区，江西大部地区K≥34℃，江西中南部K≥36℃［14］。本次过程K指数较春夏季强对流天气时更强。
1）风垂直切变
分析风垂直切变的分布看到，850—500 hPa的垂直风切变矢量非常大，在北部地区达到15 m/s（图5a）。9日12时（图5b），风垂直切变大值区范围扩大，强的风垂直切变中心也逐渐东移有所南压。9日16时（图5c），风垂直切变大值中心位于抚州地区，强度达到了20 m/s，对应16时在抚州地区超级单体的生成发展。这样的垂直风切变有利于增强中层干冷空气的吸入，使流入的暖湿空气更强烈的上升，导致对流加强［12］。强对流是在强的垂直风切变环境中生长起来的，强的垂直切变的环境风提供对流发展的能量，促使对流加强发展。
