江苏一次下击暴流过程致灾大风成因分析

禹梁玉; 王啸华; 顾荣直; 蒋启进

doi:10.16032/j.issn.1004-4965.2021.074

江苏一次下击暴流过程致灾大风成因分析

doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2021.074

禹梁玉^{1, 2},
王啸华^{1, 2, ,},
顾荣直¹,
蒋启进²

1.
江苏省气象台，江苏南京 210000
2.
航空气象数据融合与高影响天气预警服务实验室，江苏扬州 225236

基金项目:

国家自然科学基金 U2142203

中国气象局预报员专项 CMAYBY2018-029

中国气象局预报员专项 CMAYBY2020-045

详细信息

通讯作者:
王啸华，男，江苏省人，研究员级高级工程师，研究方向为气象学。E-mail：29947502@qq.com

中图分类号: P445
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出版历程
- 收稿日期: 2021-07-17
- 修回日期: 2021-10-18
- 网络出版日期: 2022-03-02
- 刊出日期: 2021-12-20

CAUSE ANALYSIS OF DISASTROUS GALE IN DOWNBURST EVENT IN JIANGSU

YU Liangyu^{1, 2},
WANG Xiaohua^{1, 2
, ,},
GU Rongzhi¹,
JIANG Qijin²

1.
Jiangsu Meteorological Observatory, Nanjing 210000, China
2.
Aviation meteorological data function and high-impact weather warning service laboratory, Yangzhou 225236, China

摘要

摘要: 通过天气学分析方法和雷达回波特征分析方法对发生在江苏沿淮地区一次下击暴流事件的环境条件、地面要素场特征和六次风暴单体造成的下击暴流过程进行了分析，并探讨12级致灾大风的可能成因，探寻具有较大预警提前量的下击暴流大风预警指标。结果表明：此次下击暴流事件是在具有前倾槽结构的弱风速垂直切变环境条件下由脉冲风暴等孤立对流系统的强冷性下沉气流所造成的。地面灾害性大风发生前20~40 min可在风暴单体外围识别出缓慢向外扩散的环形阵风锋，该环形阵风锋从雷暴大风预警业务角度来说可认为是下击暴流产生地面大风的“先兆信号”；风暴单体的反射率因子核、风暴质心高度以及垂直积分液态水含量(VIL)值在地面8级以上强风发生前约20 min显示出持续下降的特征。下击暴流造成的致灾大风可能是由于同时发生的两个风暴单体下击暴流辐散气流的同向叠加、强变压风、强密度流和次级环流的加强等共同作用所导致。
- 下击暴流 /
- 致灾大风 /
- 弱环境风垂直切变 /
- 环形阵风锋 /
- 垂直积分液态水含量
Abstract: To explore a downburst gale early warning index with more time leading early warning, the present study analyzed the environmental conditions, ground element field characteristics and the downburst process caused by six storm cells in a downburst event along the Huaihe River in Jiangsu Province and discussed the possible causes of disastrous gale by conducting synoptic analysis and radar echo characteristic analysis. The results show that the downburst was caused by the strong cold downdraft of the isolated convective systems, such as the pulse storms, which were triggered under the condition of weak vertical wind shear with a forward-inclined trough structure. The annular gust front with slow outward diffusion could be identified at the periphery of the storm cell 20 ~ 40 minutes before the occurrence of the ground disastrous gale, which could be regarded as the precursor signal of thunderstorm winds. The reflectivity factor core, storm centroid height and vertical integrated liquid water content of storm monomer showed the characteristics of continuous decline about 20 minutes before the occurrence of strong winds. The disastrous gale may be caused by the simultaneous superposition of the downburst and divergent air flow under the two storm cells, the strong variable pressure wind, the strong density current and the strengthening of the secondary circulation.
- downburst /
- disastrous gale /
- weak ambient vertical wind shear /
- annular gust front /
- vertical integral liquid water content

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图 1 2019年7月28日15:40(a)、16:20(b)地面自动站实况极大风风场(风向杆)和温度场(阴影)

“G”表示具有辐散形势的风场特征，数字标注为大风出现位置和极大风风速。

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图 2 2019年7月28日08时(a)、20时(b)高空500 hPa高度场和风场(其中*标注为下击暴流发生区)，28日08时(c)、20时(d)高空天气形势分析

棕色线为带标注层的槽线，红色双实线为850 hPa切变线，红色和灰色箭头实线分别为850 hPa和925 hPa显著流线，绿色锯齿线为700 hPa和850 hPa显著湿区，红色圈线区域为K指数≥35 ℃区，蓝色圈线区域为Si指数≤-2 ℃区。

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图 3 2019年7月28日08时(a)、20时(b)射阳探空分析

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图 4 风暴E5的0.5 °仰角反射率因子和风暴信息

a.14时59分反射率因子图；b.15时42分反射率因子图，风暴H5的0.5 °仰角反射率因子和风暴信息；c.15时28分反射率因子核和质心高度演变图；d.15时51分反射率因子VIL值演变图，风暴C4的0.5 °仰角反射率因子和风暴信息；e.15时17分反射率因子图；f.15时39分反射率因子图。a和b中☆为出现22.3 m/s(9级)强风的兴化周奋乡观测站点，c和d中☆为出现8~9级强风的盐都区观测站点，e和f中☆为出现36.1 m/s(12级)强风的亭湖环保园观测站点。

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图 5 反射率因子核和质心高度演变(a、c、e、g、i、k)、VIL值演变(b、d、f、h、j、l)

a、b. 风暴E5；c、d. 风暴H5；e、f. 风暴C4；g、h. 风暴N4；i、j. 风暴Z5；k、l. 风暴J6。

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图 6 盐城雷达基本径向速度和径向速度剖面

a. 15时39分0.5 °仰角；b. 15时34分2.4 °仰角；c. 15时39分VCS；d. 15时39分2.4 °仰角。

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图 7 2019年7月28日15:30(a)、15:40(b)地面自动站要素场(温度：等值线，风：风向杆)与雷达回波反射率因子(阴影)，28日15:00(c)、15:30(d)地面散度场(等值线)与雷达回波反射率因子(阴影)

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图 8 2019年7月28日15时40分地面自动站要素场

温度-红色填值，3小时变压-等值线，虚线表示负变压。“☆”表示致灾大风发生地点，“+”表示正变压中心。

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表 1 2019年7月28日沿淮地区的下击暴流大风天气实况

下击暴流大风出现地点	出现时间	极大风风速/(m/s)	极大风方位(风向)	风暴单体
亭湖环保园	15:39	36.1(12级)	52 °(NE)	C4
盐都盐龙街道	16:18	22.9(9级)	242 °(SW)	H5
盐都北龙港	15:56	21.8(9级)	247 °(SW)	H5
盐都大纵湖镇	15:51	21.2(9级)	261 °(WSW)	H5
盐都龙冈镇	16:06	20.8(9级)	278 °(W)	H5
宝应广洋湖镇	15:41	22.6(9级)	221 °(SW)
江都邵伯镇	16:03	21.2(9级)	217 °(SW)	J6
射阳临海农场	16:20	22.6(9级)	188 °(S)
兴化周奋乡	15:46	22.3(9级)	268 °(W)	E5
宝应射阳湖镇	15:42	19.4(8级)	270 °(W)
宝应黄塍新丰	15:18	19.3(8级)	208 °(SSW)
盐都北蒋街道	16:10	19.4(8级)	228 °(SW)
盐都秦南镇	15:55	18.5(8级)	281 °(W)
兴化大邹镇	15:54	15.7(7级)	243 °(WSW)	N4
江都真武镇	16:23	16.4(7级)	191 °(S)
高邮周三镇	15:01	11.3(6级)	108 °(ESE)	Z5

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表 2 各风暴产生下击暴流时雷达回波特征属性变化时间及提前量

强阵风发生地点	发生时间	反射率因子核开始下降时间 (提前量)	质心开始下降时间 (提前量)	VIL开始下降时间 (提前量)	阵风锋出现时间 (提前量)	阵风锋移速/(m/s)
兴化周奋乡	15:46	15:20(26 min)	15:25(21 min)	15:20(26 min)	15:22(24 min)	9
盐都盐龙街道	16:18	15:40(38 min)	15:40(38 min)	15:46(32 min)	15:34(42 min)	6
盐都北龙港	15:56	15:22(34 min)	15:22(34 min)	15:28(28 min)	15:28(28 min)	6
盐都大纵湖镇	15:51	15:22(29 min)	15:22(29 min)	15:28(23 min)	15:28(23 min)	6
盐都龙冈镇	16:06	15:40(26 min)	15:40(26 min)	15:46(32 min)	15:34(42 min)	6
亭湖环保园	15:39	15:31(8 min)	不明显	15:37(2 min)	15:17(22 min)	6

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参考文献(17)

[1]	FUJITA T T. Objectives, operation, andresultsof project NIMROD//The 11th Conference on Severe Local Storms[C]. Kansas City, MO: American Meteorology Society, 1979: 259-266.
[2]	POTTS R. Microburst precursons observed with Doppler radar//24^th Conference on Radar Meteorology[C]. American Meteorology Society, 1989: 158-162.
[3]	WILSON J W, SCHREIBER W E. Initiation of convective storms by radar-observed boundary layer convergence lines[J]. Mon Wea Rev, 1986, 114(10): 2 516-2 536.
[4]	ROBERTS R D, WILSON J W. A proposed microburst nowcasting procedure using single-Doppler radar[J]. J Appl Meteor, 1989, 28(4): 285-303.
[5]	EILTS M D, JOHNSON J T, MITEHELL E D, et al. Damaging downburst prediction and detection algorithm for the WSR-88D//18^th Conference on Severe Local Storms[C]. San Francisco: American Meteorology Society, 1996, 541-545.
[6]	KESSINGER C J, PARSONS D B, WILSON J W. Observations of a storm containing misocyclones, downbursts, and horizontal vortex circulations[J]. Mon Wea Rev, 1988, 116(10): 1 959-1 982.
[7]	HJELMFELT M R. Strcture and life cycle of microburst out-flows observed in Colorado[J]. J Appl Meteor, 1988, 27(8): 900-927.
[8]	俞小鼎, 张爱民, 郑媛媛, 等. 一次系列下击暴流事件的多普勒天气雷达分析[J]. 应用气象学报, 2006, 17(4): 385-392.
[9]	石磊. 一次宏下击暴流的雷达回波特征分析[J]. 气象研究与应用, 2009, 30(3): 16-19.
[10]	刁秀广, 赵振东, 高慧君, 等. 三次下击暴流雷达回波特征分析[J]. 气象, 2011, 37(5): 522－531.
[11]	王楠, 刘黎平, 仲凌志. 一次下击暴流天气的多普勒雷达资料分析[J]. 南京信息工程大学学报, 2009, 1(3): 273-278.
[12]	窦慧敏, 丁治英, 沈新勇, 等. 东北冷涡下一次飑线和MCV的形成与水平涡度的关系[J]. 热带气象学报, 2019, 35(5): 709-720.
[13]	MERRITT M W. Automated detection of microburst windshear for terminal Doppler weather radar[C]. Digital image Processing and Visual Communication Technologies in Meteorology. Cambridge, 1987: 91-102.
[13]	张钢, 潘运红, 柳畅. 下击暴流区域特征提取和识别算法[J]. 计算机工程与应用, 2011, 47(28): 185-187.
[14]	陶岚, 戴建华. 下击暴流自动识别算法研究[J]. 高原气象, 2011, 30(3): 784-797.
[15]	WOLFSON M M, DELANOY R L, FORMAN B E, et al. Automated microburst wind shear prediction[J]. Lincoln Lab J, 1994, 7(2): 399-426.
[16]	SMITH T M, ELMORE K L, DULIN S A. A damaging downburst prediction and detection algorithm for the WSR-88D[J]. Wea Forecasting, 2004, 19(2): 240-250.