2002年4月5日江西强对流天气过程分析
刘 芳 ， 刘献耀 ， 李玉芳
(江西省环境预报中心，江西 南昌 330046)
摘 要：运用天气图、T213物理量场、卫星云图及相关的实况资料，综合分析了2002年4月5日08～23时发生在江西中北部的1次罕见的雷雨大风，并伴有局地强降水和冰雹等强对流天气的过程，从而揭示了本次过程的生消成因以及在热力、动力学等方面的基本特征。
关键词：雷雨大风 强对流 物理量场 分析
中图分类号：P458.1＋23 文献标识码：A 文章编号：1007－9033(2003)02－0014－04
2002年4月5日08～23时，一场罕见的强对流天气过程袭击了江西中北部。经统计，从上午到午夜，全省有41站次出现8级以上雷雨大风，1站次出现冰雹，21站次出现8级以上西南大风。这次过程持续近15 h，范围覆盖了中北部大部分地区。
1 大尺度环境场分析
1.1 500 hPa分析
2002年4月4～6日，江西有1次明显的南支槽过境形势；温度槽落后于高度槽，槽后冷平流明显；高空槽不断加深，移速减慢；平均移动约2个经度/12 h；4月5～6日明显受沿海高压阻挡，南支槽移速北段加快，南段减慢，呈标准的东北－西南向；高空槽前有明显的正涡度平流。
1.2 700 hPa分析
对应500 hPa高空南支槽东移，4月4～6日，700 hPa也有1个很强的斜压槽移过我省。受其影响，我省吹西南风。从湿度场分析来看，5日08时我省北部为正的24 h变温，而温度露点差却明显加大。这种前期的干暖平流为地面到低层的不稳定能量的积聚也起了一个积极的作用。从5日20时风场同时可以看出，沿两广交界、湖南南部、江西北部到江苏东部有1条西南大风速带，风速>20 m/s。这为本次过程的发生提供了充足的上升运动条件和正涡度。
1.3 850 hPa分析
从4日20时～5日20时 850 hPa连续演变图上可以看出，4日20时四川北部有1个西南低涡，从涡的中心沿长江北岸有明显的暖式切变，主要雨带位于江北。随着5日08时暖式切变逆转为东北－西南向冷式切变，西南涡快速沿切变方向移动。在切变的南侧，从广西、湖南中部、江西北部到江苏东部建立起1支最大风速值达25 m/s的强低空急流。到5日20时，这支急流有所减弱并南压至广东、江西南部到浙江西部。从5日850 hPa温度场和湿度场连续变化看，沿急流轴的方向，有一明显的暖舌和湿舌从广西东部经江西南部伸至江西东北部。这就表明，这支急流通过低层暖湿平流输送，使得沿急流轴附近的上空产生位势不稳定层结。同时在急流最大风速中心的前方有明显的强上升运动。这为5日发生在江西中北部的强西南风天气过程提供了有利的动力和热力条件。
1.4 地面分析
4月3日08时，四川北部有个1 002 hPa的低压，华北有一股冷空气沿华东沿海偏东南下，在四川大低压的东部还有一股冷空气。随着华北冷高压南伸至华东到华南沿海，4日福建东部沿海增压明显，24 h变压普遍达3～4 hPa。随着低槽和冷锋的移近，槽前四川、湖南等地降压明显，地面倒槽迅速发展。同时从4日14时～ 5日14时云图可以看到，江西中北部为一稳定的少云区，这有利于地面不稳定能量的积累。另外，江西东部增压，而西部降压明显，使得东西两侧地面气压差愈来愈大；到5日，福州与南昌的气压差基本维持在10 hPa左右。江西中北部东西两面的强气压差造成了明显的气压梯度风，是这次过程中西南大风天气发生的主要原因。
1.5 高低空急流配置分析
从5日20时200 hPa高空图我们可以发现，在广西、湖南、安徽到山东附近上空有1支明显的高空急流。同时850 hPa在广西东部、江西南部到江苏沿海附近有明显的低空急流（图1）。江西北部的强对流天气区正好发生在低空急流左侧、高空急流的右侧。因此高低空急流的耦合也表现出有利于强对流天气发生的特征。
2 总能量、稳定度和水汽条件分析
2.1 总能量场和单站总能量垂直廓线分析
强烈天气过程总是存在着能量的积累和释放。根据总温度公式[1]计算了5日08时地面、850 hPa、700 hPa能量场分布。
Tt≈Tб=T＋9.8Z＋2.5q (1)
[1]式中q为比湿，Z的单位为位势千米。通过计算结果可以看出，在对流层低层，江西中北部上空处于高能舌区（图略），未来12 h强天气过程就出现在低层高能舌区内。
空气块饱和总温度TS和干空气总温度TD的计算公式为：
Ts=T＋9.8Z＋2.5qs（T） (2)
TD=T＋9.8Z＋5×10－4V2 (3)
其中qs（T）为与温度T相对应的饱和比湿。通过公式[1]、[2]、[3]，计算了南昌单站5日08时的总温度（Tt）、饱和总温度（Ts）和干空气总温度（TD），并绘制了廓线（图2）。根据Tt的准守恒性质，令气块从行星边界层（900 hPa附近）上升，则气块的过程曲线就是由Tt900决定的铅直线（图2中的虚线）。过程曲线和Tt廓线的最高交点称为上升气块的能量平衡高度Pe。图中＊点为过程曲线与Ts廓线的首次交点，是该气块的自由对流高度；实阴影区为正超能区面积，表示了潜在不稳定能量的多少；斜线阴影区可看作对流不稳定能量大小度量；两者之和可看作是“位势不稳定能量”的度量。从图中还可以看出，400 hPa<Pe<300 hPa，整层空气比较潮湿，饱和能差小（ TD 和Tt廓线间隔大），位势不稳定能量较大，且有一定的对流不稳定能量。这种廓线对12～36 h天气的性质和强度有一定的预兆意义，南昌24 h内出现了雷雨大风和中雷阵雨，同时南昌附近的测站也出现了雷雨大风和中雷阵雨。 
图2 5日08日南昌的总温度、饱和总温度和干空气总温度廓线
2.2 θse场和Δθse850～500场分析
分析5日08时 850 hPa θse场（图3）我们发现，从广西、湖南到江西北部有1个θse高能舌，舌的北侧有1个东北西南向的能量锋区，南北5个纬度内相差24 K，大范围的雷雨大风天气就出现在舌区内。从Δθse850～500分布图中(图4)可以发现，在低层江南暖湿平流和中高层江北冷平流南下的共同作用下，江西北部处在强的位势不稳定区中，Δθse850～500≥9 K表明在江西中北部上空有比较明显的位势不稳定层结。
2.3 水汽条件分析 
图3 5日08时θse场发布 图4 5日08时Δθse场发布 图5 5日20时水汽通量场
对4日20时～5日20时T213 850 hPa水汽通量场和水汽通量散度场分析我们可以看到，在水汽通量场上，随着低空急流的南压，在急流的北侧水汽的输送也明显存在1个比较狭窄的输送通道。4日20时中心位于湖南南部，5日08时中心位于安徽和湖北的交界处。中心值为53 g·cm－1·hPa－1·s－1。我省北部位于中心的南侧，5日20时（图5）从江南到山东半岛南部沿海有1条明显的东北－西南向水汽输送带。江西东北部和山东半岛南部沿海分别有1个中心。这表明中低层水汽输送较强，有利于不稳定能量的积聚。
3 动力学条件分析
3.1 散度场分析
地面到200 hPa散度场分析表明：5日20时，地面到700 hPa，从广西中部、湖南南部、江西中北部为一东北——西南向的辐合带，并有3个大值中心分别位于广西中部、湖南南部、江西北部。中心值分别为－38×10－5 s－1、－42×10－5 s－1、－44×10－5 s－1。500 hPa到200 hPa江西中北部为辐散区，500 hPa中心值为20×10－5 s－1，200 hPa中心值为15×10－5 s－1。这表明在江西中北部高层辐散，低层辐合，非常有利于上升运动的发展。
3.2 涡度场分析
从5日20时地面到500 hPa的涡度场可以看到，925～500 hPa正涡度带从西南地区东部沿长江伸至长江以北，并呈现明显的后倾结构。在这种结构的槽前西南气流作用下，有正的涡度平流向江西北部输送，这有利于强对流天气的发展。
3.3 垂直运动分析
分析5日20时地面到200 hPa垂直运动发现，在江南、华南有大片上升运动区。其中在500 hPa达到最大值，我省北部中心值为－110×10－3 hPa·s－1，这表明有较强的上升运动区。
综上所述，5日在江西中北部低层有较强的辐合区，中高层有辐散区配合，中低层有明显的正涡度带，这些致使江西中北部维持一较强较深厚的上升运动区，是非常有利于产生强对流天气的动力条件。
4 卫星云图特征分析
4日20 时～5日02时常德、新干出现槽前的风速辐合产生的对流云，5日02时再次北抬到南阳、汉口，以后继续快速北抬。快速北抬反映槽前西南风极强，这时高空南支槽云系已东移到西安、宜宾、巴塘沿线。从云场上看，除了3日18时因东部日本、朝鲜冷锋南压使江陵附近的切变云系稍南压，形成逗点云加强以外，槽前暖区对流云系2次北抬减弱，特别是5日02时以后的北抬速度极快，说明南支槽前西南风极强。从对流发展旺盛的5日17时红外云图(图6)，并配合天气图可以看出，南支槽很深，与北方扩散南下的冷空气结合，在华北形成高空槽前盾状云系，而在江南则形成明显的东北—西南向的较强斜压叶状云系，从而引发强对流天气。 
图6 5月17时红外卫星云图 5 结语
（1） 这次江西大范围强对流天气过程是在有利的天气形势背景下发生的。500 hPa低槽后冷平流与中低层的暖平流形成了对流不稳定区，为中小尺度天气提供了环境场。另外江南倒槽发展旺盛，东南沿海增压，使福建与江西北部的强气压差维持，这是造成西南大风发生的主要原因。
（2） 高低空急流的耦合，一方面提供高低空冷暖空气的差动平流，另一方面提供低层辐合、高层辐散的强垂直切变。
（3） 大气能量场分布具有高能舌特征，对强对流天气的产生有较强的指示意义。单站的总能量廓线也很好地反映了南昌附近属于中等对流型。
（4） 卫星云图上，高空南支槽云系呈盾状，江南出现较强斜压叶状云系，表现出明显的斜压性，有利于强对流天气的发生。
参考文献
1 曹晓岗.江西区域性强暴雨的动力和热力条件诊断分析[J].气象，1996，22(4)：37～40.
2 许爱华，张瑛，刘献耀.江西“暖区”强对流天气的热力条件和动力条件诊断分析[J].气象，2001，27(5)：31～34.
3 朱乾根，林锦瑞，寿绍文.天气学原理和方法[M].北京：气象出版社，1981，535.
4 丁一汇.现代天气学中的诊断分析方法[M].北京：气象出版社，1984，204.
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收稿日期：2003年01月22日 改回日期：2003年02月10日
第一作者简介：刘 芳（1978－），女，助理工程师，主要从事短期天气预报工作。
