Mesoscale Characteristics and Formation Mechanisms of a Widespread Extreme Gale Event on 14 May in Henan Province
-
摘要: 2024年5月14日夜间, 河南省出现大范围10级以上极端大风, 影响范围广、持续时间长、致灾性强。本文利用常规气象观测、地面加密资料、ERA5再分析资料以及风廓线雷达、双偏振雷达资料等多源数据, 对此次极端大风的发展演变中尺度特征与成因进行分析。结果表明：在500 hPa低槽东移、850 hPa异常强锋区与地面强冷锋共同影响的大气有利环流背景下, 强冷暖对峙形成的强斜压性决定了本次大风范围广、持续久的特征；锋生次级环流、中层干层、低层强温度直减率与高下沉对流有效位能, 为极端大风提供了有利的环境条件。此次极端大风过程可分为显著发展、维持、减弱三个阶段：显著发展阶段表现为多单体组织前向传播为主, 强下沉气流引发局地强风；维持阶段表现为阵风锋快速南下, 冷池密度流以及强变压风造成大风区南下及区域性强风；减弱阶段主要由零散弱对流移经与地形局地强迫为主。降水蒸发冷却、凝结物拖曳与冷空气南下共同形成强冷池, 冷池密度流驱动阵风锋快速南下是极端大风的主要中尺度成因；近地层动量下传进一步增强地面风速。天气尺度冷锋与中尺度冷池、阵风锋叠加, 并配合地形效应, 使强气压梯度与变压梯度长时间维持, 放大了本次极端大风强度、影响范围与持续时间。Abstract: In the night of 14 May 2024, a widespread extreme gale event with gusts exceeding Grade 10 happened in Henan Province, China, characterized by broad spatial coverage, long duration and severe disaster potential. Using conventional upper-air soundings, high spatiotemporal resolution surface observations, ERA5 reanalysis data, wind profiler radars and a network of dual-polarization radar observations, this study investigates the mesoscale characteristics and formation mechanisms of this event. Results show that, under the favorable large scale circulation of the eastward-propadating 500 hPa trough, an anomalously strong 850 hPa frontal zone and an intense surface cold front, strong baroclinicity arising from cold-warm air confrontation provided the synoptic scale foundation for the broad coverage and prolonged lifetime of the gale. Frontogenetic secondary circulation, a mid-level dry layer, a large low-level lapse rate and high downburst convective available potential energy(DCAPE)created favorable pre-convective environmental conditions. The rapid development stage was dominated by the forward propagation of organized multicell convective systems, with intense downdrafts triggering localized severe winds. During the maintenance stage, the gust front propagated rapidly southward, and cold pool density current, together with strong isallobaric winds, drove the southward displacement of the gale region and generated regional severe winds. The weakening stage was mainly controlled by the passage of scattered weak convection and local topographic forcing. Evaporative cooling, hydrometeor drag and cold air intrusion collectively formed a strong cold pool; its density current drove the gust front southward, serving as the key mesoscale driver. Near-surface momentum transport from aloft enhanced surface wind speeds. The superposition of the synoptic cold front, mesoscale cold pool and gust front, coupled with topographic effects, maintained strong pressure and isallobaric gradients, amplifying gale intensity, coverage and duration.
-
Key words:
- extreme gale /
- gust front /
- intense downdraft /
- cold pool density current /
- momentum downward transport
-
图 2 2024年5月14日20时500 hPa(a)、850 hPa(b)高空分析图及850 hPa位势高度及距平(c, 单位：hPa)；15日00时850 hPa气温及异常度(d, 单位：$ {}^{\circ} \mathrm{C}、\sigma $)
图 5 2024年5月14日23时30分(a)、15日01时(b)、01时30分(c)、02时(d)、03时(e)、04时(f)、05时(g)、06时(h)组合反射率(阴影, 单位：dBZ)。
图 6 2024年5月15日00时24分郑州双偏振雷达组合反射率(a, 单位：dBZ)及沿黑线的反射率因子(b, 单位：dBZ)、径向速度(c, 单位：m·s-1)、差分反射率因子(d, 单位：dB)的剖面
图 7 2024年5月14日20时-15日08时樊庄站气象要素的时间剖面(阴影：相对湿度, 单位：%；红色等值线：温度, 单位：℃；黑色等值线：垂直速度, 单位：$ \mathrm{pa} \cdot \mathrm{s}^{-1} $)
图 9 2024年5月15日00时700 hPa(a)、03时850hPa(b)和15日01时(c)沿樊庄站纬向剖面(等值线：$ \partial u/\partial p $, 单位：$ 10^{-4} \mathrm{~m} \cdot \mathrm{~s}^{-1} \cdot \mathrm{hPa}^{-1} $；阴影：$ \omega $, 单位：pa ⋅ s-1), 樊庄站14日14时—15日14时时间—高度剖面图(d, 等值线：水平风速, 单位：$ \mathrm{m} \cdot \mathrm{s}^{-1} $)
表 1 所有站逐小时极端大风出现站数和最大风速
时间 00时 01时 02时 03时 04时 05时 06时 07时 08时 站/个 16 45 64 48 28 19 8 6 4 风速/$ \left(\mathrm{m} \cdot \mathrm{s}^{-1}\right) $ 30.0 34.2 35.6 34.8 35.5 38.1 34.9 32.1 31.4 
下载: 导出CSV
表 2 2024年5月14日20时郑州站、邢台站探空物理量
探空站/对流参数 CAPE $/\left(\mathrm{J} \cdot \mathrm{kg}^{-1}\right) $ BLI/℃ DCAPE600/($ \mathrm{J} \cdot \mathrm{kg}^{-1} $) VV $ T_{85}/{}^{\circ} \mathrm{C} $ 0~6 km垂直风切变/$ \left(\mathrm{m} \cdot \mathrm{s}^{-1}\right) $ 郑州站 996.4 -1.1 1590.5 35.5 29 11.1 邢台站 742.9 -6.5 714.7 24.1 31.2 13.4
下载: 导出CSV
-
[1] GB/T 35224-2017地面气象观测规范天气现象[S]. [2] 王婷婷, 朱文剑, 姚凯, 等. 2021年吉林中部一次极端雷暴大风的中尺度成因分析[J]. 气象, 2023, 49(10): 1215-1226. [3] 李彩玲, 蔡康龙, 黄先香, 等. 桂林一次强下击暴流成因分析[J]. 气象, 2021, 47(2): 242-252. [4] 郑永光, 何迪, 李典南, 等. 2025年4月11-13日我国大范围极端大风天气过程特征和成因[J]. 暴雨灾害, 2025, 44(4): 421-430. [5] 高梦竹, 陈耀登, 章丽娜, 等. 对流移入杭州湾后飑线发展机制分析[J]. 气象, 2017, 43(1): 56-66. [6] 汤浩, 陆汉城, 储长江, 等. 天山峡谷穿谷急流触发强下坡风暴的中尺度特征分析[J]. 气象, 2020, 46(11): 1450-1460. [7] 刘畅, 胡宁, 李昱薇, 等. 山东一次春季冷空气10级大风的天气成因[J]. 海洋气象学报, 2024, 44(1): 52-64. [8] Pryor S C, Conrick R, Miller C, et al. Intense and extreme wind speeds observed by anemometer and seismic networks: an eastern U.S. case study[J]. Journal of Applied Meteorology and Climatology, 2014, 53(11): 2417-2429. [9] Booth J F, Rieder H E, Lee D E, et al. The paths of extratropical cyclones associated with wintertime high-wind events in the northeastern United States[J]. Journal of Applied Meteorology and Climatology, 2015, 54(9): 1871-1885. [10] Coniglio M C, Corfidi S F, Kain J S. Environment and early evolution of the 8 may 2009 derecho-producing convective system[J]. Monthly Weather Review, 2011, 139(4): 1083-1102. [11] 彭霞云, 章丽娜, 刘汉华, 等. 冷涡底部对流引起的杭州湾极端大风形成机制分析[J]. 气象, 2022, 48(6): 719-728. [12] 杨新林, 孙建华, 鲁蓉, 等. 华南雷暴大风天气的环境条件分布特征[J]. 气象, 2017, 43(7): 769-780. [13] 侯淑梅, 李昱薇, 张鹏, 等. "4·29" 山东近海10级以上雷暴大风的成因分析[J]. 气象, 2022, 48(10): 1242-1256. [14] Brown A, Dowdy A, Lane T P, et al. Types of severe convective wind events in eastern Australia[J]. Monthly Weather Review, 2023, 151(2): 419-448. [15] Fujita T T. Tornadoes and downbursts in the context of generalized planetary scales[J]. Journal of the Atmospheric Sciences, 1981, 38(8): 1511-1534. [16] 王秀明, 俞小鼎, 费海燕, 等. 下击暴流形成机理及监测预警研究进展[J]. 气象, 2023, 49(2): 129-145. [17] 郑永光, 朱文剑, 姚聃, 等. 风速等级标准与2016年6月23日阜宁龙卷强度估计[J]. 气象, 2016, 42(11): 1289-1303. [18] 吴海英, 孙继松, 慕瑞琪, 等. 一次强对流过程中两种不同类型风暴导致的极端对流大风分析[J]. 气象学报, 2023, 81(2): 205-217. [19] 王秀明, 俞小鼎, 周小刚, 等. "6.3"区域致灾雷暴大风形成及维持原因分析[J]. 高原气象, 2012, 31(2): 504-514. [20] Xu X, Ju Y Y, Liu Q Q, et al. Dynamics of two episodes of high winds produced by an unusually long-lived quasi-linear convective system in South China[J]. Journal of the Atmospheric Sciences, 2024, 81(8): 1449-1473. [21] Wilson J W, Wakimoto R M. The discovery of the downburst: T.T. Fujita's contribution[J]. Bulletin of the American Meteorological Society, 2001, 82(1): 49-62. [22] 孙建华, 郑淋淋, 赵思雄. 水汽含量对飑线组织结构和强度影响的数值试验[J]. 大气科学, 2014, 38(4): 742-755. [23] 沈杭锋, 方桃妮, 蓝俊倩, 等. 一次强飑线过程极端大风的中尺度分析[J]. 气象学报, 2019, 77(5): 806-822. [24] 段中夏, 朱枫, 万夫敬. 河南一次极端雷暴大风的中尺度特征及成因分析[J]. 气象科技, 2025, 53(6): 854-868. [25] 孙继松, 戴建华, 何立富, 等. 强对流天气预报的基本原理与技术方法中国强对流天气预报手册[M]. 北京: 气象出版社, 2014. [26] Falk N M, van Den Heever S C. Environmental modulation of mechanical and thermodynamic forcing from cold pool collisions[J]. Journal of the Atmospheric Sciences, 2023, 80(2): 375-395. [27] 杨波, 孙继松, 刘鑫华. 两类不同风灾个例超级单体特征对比分析[J]. 气象学报, 2019, 77(3): 427-441. [28] 万夫敬, 孙继松, 孙敏, 等. 山东半岛海风锋在一次飑线系统演变过程中的作用[J]. 气象学报, 2021, 79(5): 717-731. [29] 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): 385-393. [30] 钱卓蕾, 严佩文, 沈晓玲, 等. 浙江一次梅雨期飑线演变和极端大风影响因子分析[J]. 热带气象学报, 2025, 41(3): 310-321. [31] Sherburn K D, Bunkers M J, Mose A J. Radar-based comparison of thunderstorm outflow boundary speeds versus peak wind gusts from automated stations[J]. Weather and Forecasting, 2021, 36(4): 1387-1403. [32] 黎玥君, 马昊, 勾亚彬, 等. 冷涡影响下杭州湾一次区域性极端大风的演变和机制分析[J]. 气象, 2024, 50(1): 71-83. [33] Chien F C, Chang C W, Teng J H, et al. A case study on wind speed oscillations offshore the west coast of central Taiwan[J]. Journal of Applied Meteorology and Climatology, 2024, 63(2): 283-304. [34] 陈涛, 张芳华, 符娇兰, 等。2014年5月8-9日引发珠江口区域强降水的两个长生命史MCS特征分析[J]. 气象, 2020, 46(4): 449-461. [35] 俞小鼎, 王秀明, 李万莉, 等. 雷暴与强对流临近预报[M]. 北京: 气象出版社, 2020. -
点击查看大图
图(11) / 表(2)
计量
- 文章访问数: 0
- HTML全文浏览量: 0
- PDF下载量: 0
- 被引次数: 0
粤公网安备 4401069904700003号