極大風(fēng)速在強對流預(yù)報中的重要意義

訾耀海

摘要 介紹極大風(fēng)速在強對流天氣預(yù)報中的重要作用，指出區(qū)域自動站在強對流天氣監(jiān)測預(yù)警中具有的優(yōu)勢，并根據(jù)多年經(jīng)驗總結(jié)了一套強對流天氣預(yù)報方法，供北方預(yù)報員應(yīng)用參考。

關(guān)鍵詞 極大風(fēng)速；強對流；對流溫度；不穩(wěn)定能量；區(qū)域自動站

中圖分類號：P45 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-3305（2018）03-066-02

DOI： 10.19383/j.cnki.nyzhyj.2018.03.027

Abstract The important role of maximum wind speed in severe convection prediction was introduced， the advantages of regional automatic station in severe convection monitoring and early warning were pointed out. According to years of experience， a set of severe convection forecasting method was summarized， in order to provide applied reference for northern forecasters.

Key words Maximum wind speed； Severe convection； Convection temperature； Instability energy； Regional automatic station

當(dāng)前數(shù)值預(yù)報快速發(fā)展，細網(wǎng)格已經(jīng)完全取代了粗網(wǎng)格資料。系統(tǒng)性過程的預(yù)報準(zhǔn)確率達到了很高程度，但在強對流預(yù)報方面的數(shù)值預(yù)報能力仍然相對不足。強對流天氣的局地性特點決定了其小尺度特點并不適合大尺度的準(zhǔn)地轉(zhuǎn)理論，尤其是局地?zé)釋α鞲y預(yù)測。目前，區(qū)域自動站基本覆蓋鄉(xiāng)鎮(zhèn)，但其資料應(yīng)用遠遠不足。自Micaps4.1的應(yīng)用以來區(qū)域自動站的大部分資料才通過CIMISS接入到Micaps4.1上，這使得區(qū)域自動站資料的應(yīng)用成為可能。其中極大風(fēng)速對強對流的預(yù)報具有重要作用。四要素和六要素區(qū)域站中均有極大風(fēng)速的要素觀測，因此極大風(fēng)速的應(yīng)用具有廣泛性。常規(guī)資料中通常使用平均風(fēng)速，往往忽略了極大風(fēng)速的重要作用。在強對流預(yù)報中平均風(fēng)速和極大風(fēng)速的應(yīng)用效果差異很大。若使用平均風(fēng)速來進行強對流預(yù)報基本無法看到明顯切變或地面輻合線，但極大風(fēng)速體現(xiàn)的就明顯很大。

1 對流有效位能的瞬變特性

其中ZLFC為自由對流高度，是（Tvp-Tve）由負值轉(zhuǎn)正值的高度；ZEL為平衡高度，是（Tvp-Tve）由正值轉(zhuǎn)負值的高度。CAPE值越大對流發(fā)展高度越高或?qū)α髟綇娏摇APE的大小隨起始抬升高度不同而存在顯著差異。在實際過程中氣塊開始抬升高度是難以確定的。在對流發(fā)生前得不到大氣層結(jié)曲線變化，就算確定起始抬升高度也無法準(zhǔn)確計算出CAPE的大小。在實際對流發(fā)生前CAPE往往有瞬間增加的趨勢，原因在于對流發(fā)生前自由對流高度會瞬間下降從而水汽開始對流上升，地面氣壓下降，氣流開始輻合，濕度迅速增加，不穩(wěn)定層結(jié)進一步增強，正反饋作用使對流快速發(fā)展形成激烈的對流天氣。

2 極大風(fēng)是對流天氣來臨前征兆

諺語“風(fēng)是雨頭”，按照普通的理解這里的“風(fēng)”就是氣象里常用的平均風(fēng)，但事實上應(yīng)該是極大風(fēng)。風(fēng)的瞬間增大必然是氣壓梯度的增大與垂直運動共同作用的結(jié)果。自從Micaps4.1應(yīng)用以后小時極大風(fēng)速得以通過CIMISS呈現(xiàn)在預(yù)報員面前，但小時極大風(fēng)不是同時出現(xiàn)的，而是出現(xiàn)在小時內(nèi)的不同時間點。事實上，不同地點的極大風(fēng)也不可能同時出現(xiàn)，是隨著系統(tǒng)移動而依次出現(xiàn)的。極大風(fēng)速的陡然增大意味著地面輻合的瞬間增強以及500 hPa動力減壓達到峰值，不過這種突增并不能維持，而是瞬間出現(xiàn)后便減小，一旦降水開始便可能變得很小或靜風(fēng)，或是雷雨大風(fēng)。因此“風(fēng)是雨頭”的“風(fēng)”不是平均風(fēng)，而是極大風(fēng)，正是雷雨來臨前征兆，這是古人長期經(jīng)驗的精辟總結(jié)。

3 極大風(fēng)速的陡增是上升運動的前兆

眾所周知，降水的形成必須要有上升運動，還要有觸發(fā)機制。言外之意，上升運動需要有個開始，并且必須持續(xù)一段時間才能達到觸發(fā)條件，從而實現(xiàn)自由對流形成降水或?qū)α鳌＿@個開始和持續(xù)的時間就使預(yù)報成為可能，只不過這不是數(shù)值預(yù)報的模式預(yù)報，而是監(jiān)測預(yù)報，因為強對流的預(yù)報時間為1～3 h。數(shù)值預(yù)報賦初值計算出來就需要數(shù)小時，而且數(shù)值預(yù)報的地面風(fēng)預(yù)報的均為平均風(fēng)，且根據(jù)準(zhǔn)地轉(zhuǎn)理論近地面風(fēng)是摩擦層，誤差是最大的。因此地面區(qū)域自動站監(jiān)測要素的作用突顯出來。極大風(fēng)速的陡增恰恰是上升運動的前兆。極大風(fēng)速的陡增正是觸發(fā)條件的開始，直到降水形成、觸發(fā)完成，使水汽抬升到自由對流高度，不穩(wěn)定能量大部分釋放，降水開始意味著水汽開始自由對流，大氣狀態(tài)轉(zhuǎn)為中性層結(jié)，上升運動占主體，繼續(xù)發(fā)揮作用源源不斷提供水汽，抽吸作用成為主要動力維持因素。

4 極大風(fēng)速的陡增監(jiān)測是強對流天氣預(yù)報中最敏感的要素

風(fēng)是天氣預(yù)報中最敏感的要素，但具有價值的不是平均風(fēng)速，而是極大風(fēng)速。它能夠直觀快速地反映氣壓梯度的瞬間加大，氣壓的快速減小，高空正渦度對地面造成的動力性減壓的峰值。風(fēng)預(yù)報對強對流預(yù)報來講意義微乎其微，有預(yù)報價值的風(fēng)是風(fēng)速的陡增，而這一風(fēng)速變化只能通過監(jiān)測來實現(xiàn)。極大風(fēng)速的陡增監(jiān)測就成為強對流預(yù)報中最敏感的要素。需要強調(diào)的一點是，這里提到的是極大風(fēng)速的陡增，沒有談到風(fēng)向。根據(jù)已有經(jīng)驗強對流前極大風(fēng)風(fēng)向與預(yù)報關(guān)系并不大。因此只需要關(guān)注極大風(fēng)速的增加而不必過多考慮風(fēng)向的影響，不可以按照傳統(tǒng)理論必須是西南風(fēng)才會產(chǎn)生低空急流激發(fā)強對流。主要考慮的是測站所處的位置與對流發(fā)生的輻合中心無法確定。處在輻合中心不同方位出現(xiàn)的風(fēng)向也是不同的。

5 區(qū)域自動站資料的突出應(yīng)用優(yōu)勢

區(qū)域自動站大多布設(shè)在鄉(xiāng)鎮(zhèn)或鄉(xiāng)村，個別國家站也有布設(shè)在鄉(xiāng)鎮(zhèn)的。隨著科技進步這些自動站數(shù)據(jù)直接傳送到省級數(shù)據(jù)中心入庫，再上傳到中國氣象局，通過CIMISS接入到Micaps4.1上，供預(yù)報員調(diào)閱使用。調(diào)閱的區(qū)域自動站數(shù)據(jù)均為小時數(shù)據(jù)，對強對流預(yù)報來說，預(yù)報時效很短，10 min極大風(fēng)速無法從Micaps4.1上監(jiān)測到，只有在縣級的地面?zhèn)鲌筌浖喜庞羞@些更精細的時間分辨率更高的數(shù)據(jù)顯示。一般強對流發(fā)生的范圍只有幾個村或幾個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，因此縣級氣象局在強對流監(jiān)測預(yù)警方面具有很大優(yōu)勢，也符合區(qū)域自動站監(jiān)測中小尺度系統(tǒng)的建設(shè)初衷?？h級氣象臺理所當(dāng)然地成為強對流預(yù)報的最前沿?？h級氣象局也最有條件用好區(qū)域自動站資料，從而做好災(zāi)害性天氣預(yù)報預(yù)警。

6 強對流天氣的監(jiān)測與預(yù)報

強對流預(yù)報是氣象預(yù)報中的難點，時間短、致災(zāi)性強、尺度小是其主要特點，利用好現(xiàn)有的數(shù)據(jù)及工具仍然是可以進行預(yù)報的。強對流天氣的監(jiān)測與預(yù)報是一個系統(tǒng)工程，根據(jù)多年經(jīng)驗筆者總結(jié)了一套預(yù)報方法，供北方預(yù)報員應(yīng)用參考。

分析08：00 T lnP圖，主要分析不穩(wěn)定趨勢及不穩(wěn)定能量大小并進行訂正，讀出對流溫度。訂正要素選用本站氣壓、露點、當(dāng)天最高氣溫，再對CAPE、對流溫度進行重新計算。如呼和浩特探空訂正數(shù)據(jù)為08：00氣壓減少1 hPa、露點15℃及當(dāng)天最高氣溫預(yù)報。此外，要根據(jù)集合預(yù)報最大不穩(wěn)定能量區(qū)用Micaps4.1進行模式探空，大致了解不同區(qū)域的不穩(wěn)定能量及對流溫度大小，再根據(jù)最高氣溫預(yù)報是否超過對流溫度來判斷對流發(fā)生的可能性大小。隨后逐小時進行最高氣溫和極大風(fēng)速陡增的監(jiān)測，同時配合1.25 km高分辨率可見光衛(wèi)星云圖輔助確定對流發(fā)生區(qū)域。

參考文獻

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責(zé)任編輯：鄭丹丹