[科普中国]-强对流风暴

强对流风暴主要产生雷雨大风、冰雹和短时强降水等强对流天气，是主要灾害性天气之一，其来势猛、强度强、生命史短、危害大，每年发生频繁，给人民群众和工农业生产带来很大危害。

概念强对流风暴常常表现出中尺度天气的特征，常见的有飑线，它是由多单体风暴组成以及由超级单体风暴形成的龙卷和冰雹等。

强对流风暴新一代雷达产品特征分析雷雨大风伴随着短时强降水和局地冰雹等强对流天气曾给人民群众的生命和财产造成很大损失，在全国造成很大影响；2004年6月22日晚8时的雷雨大风强对流天气造成黄河小浪底库区特大翻船事件，造成43人死亡。新一代天气雷达的投入业务应用，为做好强对流天气监测和预警服务提供可靠的现代化探测工具。依靠新一代天气雷达等现代化探测手段，可以准确监测和预警强对流风暴，及时为公众服务，减少损失。

新一代天气雷达不但可以提供降水粒子对电磁波的基本反射率场，多普勒速度和谱宽场，而且它还具有丰富的产品，如基本反射率、组合反射率、回波定高度、垂直液态积分含水量、中气旋等。不同性质强对流天气，对应不同的雷达产品特征，它们在强对流天气监测预警中起到了很好的指示作用。随着全国新一代天气雷达网的建设，新一代天气雷达在灾害性天气监测和预警方面发挥了重要的作用，国内在新一代天气雷达产品分析应用方面做了很多的探讨和分析，张沛源对新一代天气雷达在临近预报和灾害性天气警报中的应用作了详细的总结和论述，对2004年7月12日上海飑线天气过程分析发现，处在上干冷、下暖湿的不稳定大气层结中，对流层上层干冷空气的侵入和边界层暖湿气流强烈辐合是飑线天气的触发机制。飑线以断续线型与后续线型相结合的回波型式形成，在对流单体的右侧不断新生单体，最终连接成弓状回波带，产生雷雨大风等强对流天气；利用新一代天气雷达产品建立了河北省冰雹、大风、强降水识别指标；对2005年北京两次城区强冰雹天气进行雷达回波分析发现，两次冰雹过程分别是有中-γ和中-β对流系统引起。对弱冰雹云结构特征进行分析明表明，虽然弱冰雹云回波强度弱无典型雹云特征，但速度特征明显，具有明显的中尺度辐合辐散特征等等。这些总结和研究为雷达产品在强对流风暴监测和预警服务中的应用提供了宝贵的经验。但对每个省的强对流风暴，因其气候特征、地形特征不同，所以表现特征也有一定差异，所以作好本地新一代天气雷达产品的分析应用很重要也很必要。

飑线是一条活跃的雷暴线或窄带，是线状的中尺度对流系统，其水平尺度在150～300km，时间尺度在4～18小时，是一种破坏性最强和最大的中尺度天气系统，沿着飑线可以出现雷暴、大风、冰雹和龙卷等剧烈天气现象。河南省2006年6月25日发生在河南北部、西部和中部的以雷雨大风为主，局部伴随短时强降水冰雹的强对流风暴过程很具代表性，北部的强对流风暴和西部中部的强对流风暴发生在两对流云团内，受中尺度对流回波带飑线影响。为了了解河南省强对流风暴与强对流天气之间的关系，利用濮阳和三门峡新一代雷达产品，结合卫星、探空、天气等资料对其进行分析，意在总结强对流风暴在新一代雷达产品上的监测预警特征，为充分发挥新一代天气雷达监测预警中小尺度强对流天气的优越性和监测预警河南强对流风暴提供依据。

过程概况和特点受华北低涡扩散南下冷空气和下滑槽的影响，2006年6月25日下午到晚上，河南省安阳、鹤壁、濮阳、新乡、三门峡、洛阳、济源、郑州、许昌等地区出现了2006年首次全省大范围的雷雨大风、局部伴冰雹和短时强降水等强对流天气。本次强对流天气过程发生在两个时段和两个区域：

(1)17—19时，河南北部安阳地区出现了20.0～28.1m·s-1的大风，局部乡镇伴随10～20mm短时强降水；鹤壁、新乡、濮阳三地区出现14.4～18.6m·s-1大风，局部乡镇伴随30～60mm的短时强降水。

(2)19—23时，河南西部中部的三门峡、洛阳、焦作、郑州、许昌等地，出现了17.1～32.9m·s-1的大风，局部伴冰雹和10mm左右的短时强降水等强对流天气。

此次强对流天气过程很具特点，北部和西部、中部的强对流天气出现时间、强天气性质和强度都是有差异的，相同的都是以雷雨大风为主，发生在西北气流中，不同的是各自伴随的强天气有所区别，西部强对流伴有冰雹，最大瞬时风速32.9m·s-1，比北部最大瞬时风速28.1m·s-1大得多，但北部的局部最大1小时乡镇雨量(卫辉西部与新乡北部交界的乡镇王坟18—19时1小时降水达69.3mm)却比西部、中部大(1小时乡镇雨量在10～34mm，最大在20—21时焦作西部的一个乡镇1小时雨量34.6mm)。为此，利用高时空分布的新一代天气雷达产品分析二者存在的共性与异性特征，为今后做好短时强降水伴雷雨大风和雷雨大风伴局地冰雹的强对流天气监测预警提供帮助。

大尺度环流背景25日08时，500hPa在42～44°N有横槽，此槽深厚，抬高到200hPa仍存在，山西到河南省黄河以北地区有明显冷平流，河南省处于一致NW气流里；700hPa上横槽存在，河套底部陕西境内有下滑槽东南移；850hPa北部山西河北境内有NE风与SE风切变线，地面有冷锋配合。地面流场上，中尺度辐合线明显，温度梯度密集带随中尺度辐合线南压，20时位于河南省民权、许吕到卢氏一线。

分析25日08时24小时变温知道：高层(500hPa)降温明显，一3℃中心在郑州，低层(850hPa)增温明显，+6℃中心在南阳，说明大气层结是上冷下暖的不稳定层结。

不稳定能量分析分析郑州25日08、20时探空可知：郑州的K指数、SI、θse(500一850)分别由25日08时的19℃、-0.8℃、-9.0℃，到20时分别迅速增加到31℃、-8.5℃、-18.5℃。说明在25日08时大气层结已处于对流不稳定状态，20时比08时更加不稳定，随着强对流天气的爆发(郑州地区21:30—23:00出现了雷雨大风和短时强降水的对流天气)，26日08时又分别下降到28℃、-0.5℃、-5.0℃，说明不稳定能量得到了释放。

卫星云图分析分析2006年6月25日15—23时卫星云图发现，15时在冷锋云带尾部前的不稳定区内河北南部与河南北部有对流云团A发展，三门峡西部的山西陕西交界有对流云团B生成发展；16时A已逼近河南西北部，B在山西与陕西交界处发展；17时有一小对流云团在A前侧生成影响安阳地区，随后向东南移与A合并影响河南北部地区，出现了雷雨大风、伴随局地强降水的强对流天气，19时移出河南到山东境内。西部对流云团B在17—18时发展并缓慢东南压，19时逼近河南西部济源、三门峡、焦作等地区；20时影响三门峡、洛阳、济源等地区，后继续东移先后影响郑州、开封、许昌等地区，出现雷雨大风局部伴冰雹和短时强降水等强对流天气，23时减弱结束。由于对流云团B明显比A强，所以产生的对流天气也比较强。可见，在实际业务值班中，要特别注意冷锋云带尾部前侧的对流云团生成和发展，强的对流天气常在此发生发展。

研究结论（1）此次强对流风暴的影响系统是高空深厚的横槽，地面是冷锋和中尺度辐合线，大气层结为上干下暖的不稳定层结，强对流风暴发生在冷锋云带尾部前侧的不稳定区内，是受冷锋尾部扩散下的冷空气和河套底部下滑槽东移所致。

（2）不同性质的强对流天气，新一代雷达产品表现出不同特征，为监测预警强对流天气预警提供了重要参考依据。

（3）飑线回波带上，在单体发展旺盛时有雷暴出流边界、前侧人流槽口等典型特征，对应的速度场上有中气旋、弧线窄带速度线、中尺度辐合线、辐合系统、逆风区等中尺度系统存在，雷暴出流边界与速度图上的弧线窄带速度线对应，随着雷暴出流边界远离强对流风暴主体，该弧线窄带速度线也远离大片的速度区，并逐渐消失。

（4）在强对流风暴发展旺盛时期，均有中气旋对应，中气旋在对流回波前侧或前侧人流槽口处，早于大风出现，大风在强回波的后侧，这是一个比较有使用价值的监测预警指标。

（5）雷雨大风为主的强对流天气，其回波顶高发展比以短时强降水为主的强对流天要高，前者在强天气发生后迅速降低且有中气旋对应，后者维持时间较长(与短时强降水发生时间比雷雨大风长有关)，且有逆风区对应，但两者都可以对应辐合区或辐合线。1

一次强对流风暴的新一代天气雷达特征分析新一代天气雷达是全国布网建设的天气雷达，该雷达具有大发射功率、大动态范围、高灵敏度、多普勒测速功能和强地物对消能力，它不但提供准确可靠的数据产品，而且为预报人员提供丰富的具有明确预报意义的导出产品。随着越来越多的地区装备了新一代天气雷达，全国在整体上对强对流天气的监测和预警能力大大加强。雷达在强对流天气探测和预警方面的应用愈来愈受到重视并取得了诸多研究成果。对发生在皖北地区的一次典型的超级单体风暴过程进行了详细的分析，揭示了超级单体的有界弱回波区、“V”字型缺口等结构特征；对发生在山东东阿附近一次冰雹风暴发生、发展各阶段的反射率、平均径向速度等产品的演变过程以及风暴的中气旋特征进行了分析；对在中国首次探测到了三体散射(TBSS)和龙卷式涡旋特征(TVS)的雷达回波特征进行了分析；详细分析一次夏季飑线的环流背景、回波发展演变过程和多普勒特征。

2005年5月30日下午，一强对流风暴在甘肃张掖以东以南各地，其中甘南、庆阳、定西、武威、平凉、临夏等市州的13个站出现了冰雹，这次冰雹天气范围之广，强度之大实属罕见。在13:30—18:30期间，定西市安定区所辖葛家岔、青岚、鲁家沟、石泉、李家堡、宁远、石峡湾、白碌等9个乡镇先后遭受罕见的特大冰雹灾害。这次冰雹天气强度大，密度高，持续时间长，造成9个乡镇45个村197个村民小组部分群众农作物及家庭财产损失严重。电力线路多处被打断，1名群众遭冰雹打断的低压电线触电身亡，受灾区80%的群众房屋瓦片全被打破，屋面顶部全部被破坏。

兰州新一代天气雷达架设在兰州南面的皋兰山顶(36°0’36”N，103°51’6”E)，雷达型号为CINRAD/CC，天线海拔高度2189.6m。该雷达观测到了这次冰雹强对流天气过程的发展演变过程及超级单体特征。研究对观测到的雷达产品进行详细分析，试图找出这些产品在冰雹预报中的应用规律以及黄土高原上冰雹风暴、超级单体的结构特征。利用CINRAD/CC观测到超级单体风暴也较少见。

环流形势背景和不稳定条件分析（1）环流形势背景

5月30日08～11时地面图上，甘肃河西走廊的民乐、山丹、民勤、永昌之间有一切变线，且沿东南方向移动；08时500hPa天气图上，蒙古中部为一低涡，甘肃兰州以西处于蒙古低涡的底部、新疆脊前西北气流中，定西至甘肃陇南有一条NE—SW向的切变线，青藏高原上有短波槽发展东移。这是一次较典型的不同平流型降雹形势，这种形势西北地区东部多强对流天气，回波常呈带状(飑线)或中尺度对流云团，多出现灾害性大雹且中心雨量较大。

（2）卫星云图特征分析

飑线是一种带(线)状的中尺度对流系统，是非锋面的或狭窄的活跃雷暴带。它是一种深厚的对流系统，其水平尺度通常为几百km，典型生命期约6～12h，远大于雷暴单体的生命期。它包括雷暴以及非对流(层状)的降水区。镶嵌在飑线中的强雷暴常常引起局地地面风向突变，风速骤增，气压跃升，温度剧降，并伴有雷暴天气，有时还出现冰雹、龙卷等灾害天气。

图1是30日15时至22时的红外云图，可以很清楚地看到引起这次强对流天气的中尺度天气系统是飑线，自蒙古中部经河套地区至甘肃中部，有数个雷暴单体侧向排列成有组织的东北一西南走向的线状回波带，持续时间约9h，西北地区东部大范围的强对流天气是该飑线的一部分。

（3）不稳定条件分析

5月30日08时温度平流场显示，甘肃省河东地区低层(3km以下)为暖平流，增温、增湿，高层(3～10km)为深厚的冷平流，降温、降湿。说明08时层结已不稳定，为强雷暴的发生提供了有利条件。

T—InP图是一种预报强对流天气的重要工具，雷达此次观测到的区域在榆中、平凉、陇南3个探空站所围的区域内。图2为甘肃榆中和平凉2个探空站的层结曲线图，给出了30日08时2个站的探空曲线和自地面绝热上升的气块的状态曲线。温度层结曲线和状态曲线在低层的交点处为自由对流高度，在高层的交点为平衡高度，位于自由对流高度和平衡高度之间的红色区域面积大小代表对流有效位能CAPE的数值。2个站都有红色区域面积，但面积较小；陇南站CAPE数值为零。08时单探空站的CAPE值难以判断下午发生强对流天气的强度，主要原因在于探空站的时空分辨率太低，其空问间距约为200km，时问间隔为12h，而大气对流稳定度的时空变化很大，尤其是对大气对流稳定度有很大影响的水汽的时空变率也很大。在大气边界层内滚轴状对流的上升和下沉区，虽然相隔只有20～30km，但由于其湿度相差较大，相应的CAPE值可以相差很远。因此08时CAPE值判断强对流天气是不够的。

分析图2探空图上风的垂直变化，榆中站自地面向上到700hPa，西风逆转为西南风，风速变化不大。700hPa向上至400hPa，风向顺转为西北风，风速增大，400hPa以上风向逆转为西风，风速继续增温度/℃(a)大。平凉站风速随高度持续增长，自地面向上至400hPa，风向从东北风顺转为西北风，400hPa以上逆转为西西南风。2个探空站风场的配置说明大气在400hPa以下有暖平流，在400hPa至对流层有较强冷平流，有利于对流的进一步发展。统计分析表明，环境水平风向风速垂直切变的大小往往和形成风暴的强弱密切相关。在给定湿度、不稳定性及抬升的深厚对流中，垂直风切变对对流性风暴影响最大，中等到强的垂直切变有利于风暴气流的发展，有利于形成强的对流风暴，如多单体风暴合并发展成超级单体风暴。

多普勒雷达产品分析图3是根据雷达的连续扫描资料点出的风暴的位置、生消和移动路径。图中圆点表示风暴中心回波最强的位置，相应标出了风暴发生的时间及16时15分、16时31分、16时57分3个时次0．50仰角的最大回波强度，图中很清楚地反映出这次强对流风暴的移动、发生、消亡情况。引起这次强对流天气的主要有2个风暴，其中又以风暴1发展最旺盛、持续时间最长，它是造成这次冰雹天气的主要中尺度天气系统。风暴2发生在风暴1发展最强盛的16时26分至17时08分，在风暴1移动方向的右前侧，与风暴1相比无论是强度还是范围都弱得多，最大回波强度在45—50dBZ之间，风暴1、2都是沿东南方向移动。

对流风暴的超级单体特征分析雷达气象学界将局地对流风暴划分为普通单体风暴、多单体风暴、超级单体风暴和飑线。作为局地对流风暴发展的一种最猛烈的形式，超级单体风暴一直吸引着气象学家的注意，大量观测事实表明，超级单体风暴大多由多单体风暴发展而来，且只有极少数多单体风暴能发展成超级单体风暴。超级单体风暴作为一个强烈发展的对流单体特征除了其稳定状态外，一个重要的雷达回波特征是存在一个弱回波区WER(WeakEchoRegion)或有界弱回波区(BoundedWeakEchoRegion)，弱回波区或有界弱回波区代表上升气流区，由于上升气流强烈以至大的降水粒子无法进入其中造成的；随着20世纪70年代多普勒天气雷达在研究中的使用，超级单体风暴的旋转性特征被充分揭露出来。

研究结论这是一次较典型的不同平流型降雹形势，引起这次强对流风暴的中尺度天气系统是飑线，飑线尾部的强风暴于15时左右生成，沿东南方向移动，风暴历经单体风暴、多单体风暴等阶段，并在16时15分至17时03分多单体风暴加强合并为超级单体风暴，并呈现出人字型回波、带状回波特征。此次超级单体南边出现2条明显的出流边界(阵风锋)，一条位于钩状回波的西南，一条位于钩状回波的东南。超级单体左前方的低层反射率因子呈现明显的倒“V”字型结构，最大的回波强度出现有界弱回波区之上，其值>70dBZ，相应径向速度图呈现出成熟的中气旋特征。

在整个风暴过程中，VIL有2次跃增高值区，第1次为2个对流单体合并加强成小型对流超级单体时，VIL值由39kg·m-2以增大到63kg·m-2；第2次发生在超级单体形成持续时，VIL值始终>63kg·m-2，在16时15分增大到70.8kg·m-2，持续高的VIL值对识别超级单体有重要的指示意义。

分析回波顶高ET与反射率因子关系发现，ET值>16km时，反射率因子值往往>60dBZ，在风暴的初生和发展阶段(15时12分至16时57分)，ET值始终稳定在15km以上，最强在15时54分，ET值达到18km，对流十分强烈。需要指出的是，由于观测站点稀疏，冰雹、大风等强对流天气的强度、时空分布等实况观测资料难以满足分析要求，许多强对流天气的雷达特征缺乏有效的实况资料支持。另外可能由于C波段雷达观测能力欠缺，在对中气旋的观测上不尽如意，使得本次分析仍存在一些不足，需在以后的工作中加强，进一步研究探讨。2

本词条内容贡献者为:

胡芳碧 - 副教授 - 西南大学