碭山2010717龍卷風(fēng)暴災(zāi)害天氣過程分析

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目：碭山“2010.”龍卷風(fēng)暴災(zāi)害天氣過程分析單 位： 繼 續(xù) 教 育 學(xué) 院 專 業(yè)： 大氣科學(xué) 班 級(jí)： 08級(jí)大氣科學(xué)專升本 姓 名： 汪觀正 指導(dǎo)教師： 朱紅芳 二O 一O年 十 月 三十 日目錄提要（1）關(guān)鍵詞（1）引 言（1）1 龍卷風(fēng)暴發(fā)生前天氣形勢(shì)分析 （1）2 龍卷風(fēng)暴發(fā)生前的物理?xiàng)l件分析（2）2.1位勢(shì)不穩(wěn)定分析 （2）2.2低層水汽輻合分析 （3）（3）2.4低空急流分析 （4）（4）3 衛(wèi)星云圖分析 （4）4雷達(dá)資料分析（5）雷達(dá)基本反射率 （5）（7）徑向速度（8）（8）5小結(jié)（9）碭山“2010.”龍卷風(fēng)暴災(zāi)害天氣過程分析提要本文對(duì)2010年7月

2、17日碭山龍卷風(fēng)暴災(zāi)害天氣過程的環(huán)流特征、熱力動(dòng)力條件進(jìn)行分析，認(rèn)為在高空低槽東移，兩高之間輻合帶加強(qiáng)的有利環(huán)流背景下；高層強(qiáng)幅散，低空強(qiáng)急流，強(qiáng)的風(fēng)垂直切變，中低層低渦切變線，為地面中尺度氣旋發(fā)展為龍卷氣旋提供了較好的動(dòng)力和水汽條件。充分利用雷達(dá)圖、衛(wèi)星云圖、自動(dòng)站等實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)資料，是開展災(zāi)害天氣短時(shí)臨近預(yù)報(bào)服務(wù)的有力手段。關(guān)鍵詞：龍卷氣旋 診斷分析 衛(wèi)星云圖雷達(dá)圖地面風(fēng)場(chǎng)演變引言2010年7月17日00時(shí)-17日24時(shí)我縣普降大到暴雨，關(guān)帝廟鎮(zhèn)、李莊鎮(zhèn)、良梨鎮(zhèn)等部分村遭受雷雨大風(fēng)襲擊，其中良梨鎮(zhèn)于黃樓村突遭龍卷風(fēng)襲擊，最大風(fēng)力達(dá)到十三至十四級(jí)。此次暴雨龍卷造成1人死亡，34人受傷，全縣36萬

3、余人受災(zāi)；損毀房屋3546間，倒塌房屋1809間；各類樹木被刮倒、折斷11萬余株；農(nóng)作物大面積倒伏，水果40%被刮落，受災(zāi)面積33萬余畝；多處電力、通訊設(shè)施中斷；310國道被阻斷；。1 龍卷風(fēng)暴發(fā)生前天氣形勢(shì)分析在7月17日08時(shí)200hpa全風(fēng)速流線圖上，我縣處高空急流出口輻散場(chǎng)中且位于最大風(fēng)速急流軸線上(見圖1 a)。500hpa圖上，副熱帶高壓和青藏高壓加強(qiáng)，黃淮東部處在兩高之間輻合加強(qiáng)，東北冷渦有低槽分裂東移，我縣正處在副高邊緣加強(qiáng)的SW氣流中（見圖1b）。700hpa圖上川東到豫西有NESW向倒槽向河南東北部伸展，鄭州偏N風(fēng)速4米/秒，徐州SW風(fēng)速6米/秒、阜陽站SW風(fēng)速12米/秒，

4、三站間有中尺度NESW向切變線生成，且與東北冷渦低槽有首尾相接之勢(shì)（系統(tǒng)間相互作用，增強(qiáng)發(fā)展）。鄭州、徐州溫度差均為1，我縣處高濕區(qū)風(fēng)速和風(fēng)向的輻合帶內(nèi)（見圖1c）。850hpa圖上鄭州、徐州、阜陽之間有低渦生成，低渦中心位于河南東部，我縣處低壓中心曲率最大處SW氣流中，阜陽站SW低空急流風(fēng)速14米/秒，徐州站16日8時(shí)T-TD為11，17日8時(shí)T-TD為1，增濕顯著（圖略）。地面圖上魯南、蘇北、豫中、皖北為中尺度輻合中心，蘇皖北部有一地面靜止鋒維持，從川東到黃淮南部是東西向?qū)拸V雨帶（見圖1d）。 以上高低空、地面形勢(shì)配合，提供了我縣產(chǎn)生暴雨、強(qiáng)對(duì)流天氣有利的大尺度環(huán)流背景，同時(shí)又有中尺度系統(tǒng)

5、在此背景下關(guān)鍵區(qū)生成、發(fā)展、加強(qiáng)，為龍卷風(fēng)暴在我縣生成發(fā)展提供了有利的的熱力和動(dòng)力條件。(a) 200百帕圖 (b) 500百帕圖(c)700百帕圖（d）地面圖圖1 2010年 7月17日08時(shí)高空、地面分析圖 2 龍卷風(fēng)暴發(fā)生前的物理?xiàng)l件分析位勢(shì)不穩(wěn)定分析2010年 7月17日08時(shí)徐州站探空層結(jié)曲線呈漏斗型，低空較濕，500hpa附近有逆溫層存在，逆溫厚度60米左右，頂?shù)诇夭?，450-550hpa>m，強(qiáng)的暖平流輸送，帶來豐沛水汽的同時(shí)，也積聚了不穩(wěn)定能量（見圖2a）。鄭州站探空層結(jié)曲線顯示，整層大氣潮濕，400hpa以下T-TD小于2，濕層深厚。700-500hpa>m，有

6、不穩(wěn)定能量積聚，大氣處于條件不穩(wěn)定狀態(tài)。（見圖2b）。阜陽站探空層結(jié)曲線呈漏斗型， 850hpa以下T-TD小于2，中層430hpa T-TD達(dá)26，低空較濕，中空有干層。960hpa附近有逆溫層存在，逆溫厚度100米左右，頂?shù)诇夭?，750hpa-350hpa>m。對(duì)流層上干下濕，大氣層結(jié)極不穩(wěn)定（見圖2c）。(a) 徐州站 (b) 鄭州站 (c) 阜陽站圖2 2010年 7月17日08時(shí)TLOGP圖 層結(jié)穩(wěn)定度指數(shù)顯示（見表1），鄭州、徐州、阜陽三站K指數(shù)均達(dá)到成片雷暴指標(biāo)。徐州、阜陽兩站的se850-se500達(dá)到強(qiáng)天氣指標(biāo)。站名 物理量指數(shù) K指數(shù) SI指數(shù)CAPE（對(duì)流有效位能

7、）se850-se500徐州375阜陽36 243鄭州37 0 表1徐州站探空曲線顯示，500hpa以下T-TD等于2，700-1000hpa比濕12-20，濕層深厚。鄭州站400hpa以下T-TD小于2，700-1000hpa比濕11-20，濕層深厚。阜陽站820hpa以下T-TD小于2， 700-1000hpa比濕13-21，低層大氣接近飽和。2.3強(qiáng)的風(fēng)垂直切變分析徐州站整層大氣風(fēng)向隨高度順轉(zhuǎn)，700-500hpa SW風(fēng)速由6米/秒增至14米/秒，500-400hpa風(fēng)速減小至4米/秒，400-300hpa風(fēng)速由4米/秒增至14米/秒，風(fēng)向轉(zhuǎn)為W，風(fēng)向順轉(zhuǎn)超過45°（見圖2a

8、）。 鄭州站700hpa以下風(fēng)向逆轉(zhuǎn)，700-500hpa風(fēng)向由NE順轉(zhuǎn)為SW， 風(fēng)向順轉(zhuǎn)達(dá)180°，風(fēng)速由4米/秒增至6米/秒，500-400hpa風(fēng)速由6米/秒增至20米/秒（見圖2b）。阜陽站地面-850hpa風(fēng)向由E轉(zhuǎn)為SW，風(fēng)向順轉(zhuǎn)135°，風(fēng)速2米/秒增至14米/秒，700-500hpa風(fēng)向逆轉(zhuǎn)，風(fēng)速12米/秒減小至6米/秒，400-300hpa風(fēng)向由S轉(zhuǎn)為NW，風(fēng)向順轉(zhuǎn)120°，風(fēng)速8米/秒增至12米/秒，300-200hpa風(fēng)速12米/秒增至34米/秒（見圖2c）。阜陽站探空曲線顯示，700-850hpa風(fēng)向SW，風(fēng)速12-14米/秒，低空急流建立

9、（見圖2c）。阜陽站探空曲線顯示，700-400hpa風(fēng)向SW-SE逆轉(zhuǎn)，風(fēng)速12米/秒減小至6米/秒，中空有冷平流， 430hpa附近形成干區(qū)T-TD達(dá)26，對(duì)流層上干下濕，大氣層結(jié)極不穩(wěn)定（見圖2c）。3衛(wèi)星云圖分析圖32010年 7月17日08時(shí)、10時(shí)水汽云圖 圖4 2010年 7月17日08時(shí)、14時(shí)、20時(shí)6小時(shí)雨量圖2010年7月17日8時(shí)水汽云圖顯示，強(qiáng)對(duì)流雨團(tuán)雨量中心和850hpa的低壓中心位置相對(duì)應(yīng)。10時(shí)云圖顯示西側(cè)低槽云系和東側(cè)副高邊緣對(duì)流云系結(jié)合成“人”字形云系后，低槽云系卷入對(duì)流云系向NE方向增強(qiáng)發(fā)展，對(duì)應(yīng)14時(shí)6小時(shí)雨量中心向NE方爭(zhēng)強(qiáng)擴(kuò)展。（見圖3、圖4）增強(qiáng)發(fā)

10、展歷時(shí)4小時(shí)后，12時(shí)后對(duì)流云系減弱。16時(shí)云圖在河南東部距我縣70公里SW方向，有增強(qiáng)發(fā)展，圖中黑點(diǎn)即為對(duì)流發(fā)展最強(qiáng)處。隨即歷時(shí)短短3個(gè)小時(shí)發(fā)展成為超級(jí)單體龍卷風(fēng)暴（見圖5），給我縣造成強(qiáng)風(fēng)、暴雨、龍卷等災(zāi)害天氣。19時(shí)30分后減弱，向NE方向移出我縣。 圖5 2010年 7月17日16時(shí)、17時(shí)、18時(shí)水汽云圖4雷達(dá)資料分析 雷達(dá)基本反射率2010年 7月17日15時(shí)雷達(dá)基本反射率顯示，河南東部有中尺度低渦生成，類似臺(tái)風(fēng)的螺旋云系特征顯著。渦旋中心為弱回波區(qū)，大于30DBZ回波強(qiáng)度的面積約200*200KM2，最大回波強(qiáng)度62DBZ。16時(shí)低渦的二、四象限各有大于45DBZ的強(qiáng)回波窄帶發(fā)展

11、、加強(qiáng)，17時(shí)回波面積、強(qiáng)度進(jìn)一步加大增強(qiáng)，第四象限有超級(jí)單體風(fēng)暴強(qiáng)回波形成，最大回波強(qiáng)度65DBZ，回波頂高超過14KM，并以50KM/小時(shí)的時(shí)速向東北方向移動(dòng)（見圖6）。圖62010年 7月17日15時(shí)、16時(shí)、17時(shí)雷達(dá)基本反射率拼圖18時(shí)阜陽雷達(dá)基本反射率圖上，低渦一、四象限回波強(qiáng)度顯著加強(qiáng)，大于50DBZ的強(qiáng)回波帶長(zhǎng)度超過50KM，呈“弓形”回波，最大強(qiáng)度68DBZ。在“弓形”回波帶左側(cè)是弱回波區(qū)BWER，此時(shí)超級(jí)單體風(fēng)暴已經(jīng)發(fā)展成龍卷風(fēng)暴，在龍卷母云中不斷有中氣旋生消發(fā)展（見圖7a）。此時(shí)給亳州西部鄉(xiāng)鎮(zhèn)，造成短時(shí)強(qiáng)降水。18時(shí)31分“弓形”回波分裂成3個(gè)20*40KM的橢圓形超級(jí)單

12、體，左側(cè)穹窿呈現(xiàn)為圓錐形的弱回波區(qū)BWER，指示在強(qiáng)上升氣流中有圍繞垂直軸的強(qiáng)烈旋轉(zhuǎn)存在，這是和地面中尺度氣旋相對(duì)應(yīng)的強(qiáng)烈環(huán)流（見圖7b）。19時(shí)東南側(cè)的超級(jí)單體風(fēng)暴移至我縣境內(nèi)，形狀由橢圓形演變成近似圓形，尺度15*15KM，內(nèi)部結(jié)構(gòu)類似臺(tái)風(fēng)，是一個(gè)小型低壓，中心區(qū)回波較弱，四壁回波強(qiáng)烈。此時(shí)電話聯(lián)防，夏邑短時(shí)強(qiáng)降水已超過70毫米。其后它給我縣良梨等鄉(xiāng)鎮(zhèn)造成龍卷大風(fēng)、暴雨等災(zāi)害影響（見圖7c）。19時(shí)30分雷達(dá)基本反射率圖上呈現(xiàn)一大一小兩個(gè)“弓形”回波帶（見圖7d）。這是影響我縣的龍卷風(fēng)暴移速加快，渦旋結(jié)構(gòu)前部加強(qiáng)分離，呈現(xiàn)較小尺度“弓形”回波，其后部與另外兩個(gè)超級(jí)單體風(fēng)暴強(qiáng)回波帶相接相連，

13、呈現(xiàn)較大尺度“弓形”回波，在這兩個(gè)“弓形”回波帶上，發(fā)生了數(shù)十個(gè)中小氣旋生消彼長(zhǎng)（見圖8）。 （a） (b)（c）（d）圖7 2010年 7月17日18時(shí)、18時(shí)31分、19時(shí)、19時(shí)35分阜陽雷達(dá)基本反射率圖圖82010年 7月17日19時(shí)-20時(shí)徐州雷達(dá)中尺度氣旋追蹤圖2010年 7月17日19時(shí)30分徐州雷達(dá)風(fēng)廓線圖顯示，18時(shí)30分地面到1KM低空風(fēng)向順轉(zhuǎn)達(dá)到90°，-4KM高空有14-20米/秒SW急流，直到對(duì)流層頂10KM處維持16-24米/秒SW風(fēng)。隨后對(duì)流層整層強(qiáng)烈的SW急流不斷加強(qiáng)，強(qiáng)風(fēng)暴強(qiáng)烈發(fā)展，動(dòng)量下傳，低空急流進(jìn)一步加強(qiáng)-4KM高空SW急流增強(qiáng)到20-24米/

14、秒，低層風(fēng)速增強(qiáng)到10-16米/秒（見圖9）。強(qiáng)的垂直風(fēng)切變有利加強(qiáng)風(fēng)暴尺度的旋轉(zhuǎn)和動(dòng)力抬升力。一方面促使強(qiáng)風(fēng)暴維持?jǐn)?shù)小時(shí)生命史，一方面是強(qiáng)風(fēng)暴分裂，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，發(fā)生龍卷的原因。圖92010年 7月17日19時(shí)30分徐州雷達(dá)風(fēng)廓線圖徑向速度2010年 7月17日徐州雷達(dá)徑向速度圖顯示，19時(shí)速度圖上有一對(duì)正負(fù)閉合等值線圈沿著雷達(dá)距離圈排列，這是中尺度氣旋特征，正負(fù)速度中心最大值分別是/秒、35米/秒。19時(shí)30分速度圖上中尺度氣旋加強(qiáng)，正負(fù)速度中心最大值分別是/秒、/秒，且正速度區(qū)出現(xiàn)兩個(gè)大值中心，且各有負(fù)速度中心相伴，說明在中氣旋中又產(chǎn)生了兩個(gè)較小尺度中氣旋。19時(shí)48分速度圖上，正負(fù)速度中心

15、最大值分別是/秒、/秒，較小尺度中氣旋基本移出我縣（見圖10）。圖10 2010年 7月17日19時(shí)、19時(shí)30分、20時(shí)徐州雷達(dá)徑向速度圖2010年 7月17日自動(dòng)站風(fēng)場(chǎng)顯示，16時(shí)河南東部風(fēng)場(chǎng)產(chǎn)生切變輻合，17時(shí)加強(qiáng)發(fā)展成中尺度氣旋，SW風(fēng)速由2-4米/秒增強(qiáng)到4-6米/秒，18時(shí)中尺度氣旋繼續(xù)加強(qiáng)東北方向移動(dòng)，19時(shí)SW風(fēng)速增強(qiáng)到6-8米/秒。我縣處中尺度氣旋前鋒SE氣流中。 地面中尺度氣旋在關(guān)鍵區(qū)的發(fā)展加強(qiáng)，成為龍卷風(fēng)暴發(fā)展的增強(qiáng)機(jī)制，提供了強(qiáng)烈的旋轉(zhuǎn)、上升運(yùn)動(dòng)（見圖11）。 圖11 2010年 7月17日16-19時(shí)自動(dòng)站風(fēng)場(chǎng)5小結(jié)5.1 對(duì)流層高層輻散，中層低槽東移，低層低渦切變，是產(chǎn)生這次龍卷風(fēng)暴的有利大尺度環(huán)流背景。同時(shí)SW低空急流加強(qiáng)，地面鋒線活動(dòng)，觸發(fā)中尺度氣旋發(fā)生發(fā)展，是產(chǎn)生龍卷風(fēng)暴的中尺度環(huán)境條件。對(duì)流性不穩(wěn)定層結(jié)的存在，為強(qiáng)對(duì)流發(fā)展提供了積累了大量不穩(wěn)定能量。關(guān)鍵站點(diǎn)的K指數(shù)、SI指數(shù)、se850-se500指數(shù)反映了強(qiáng)對(duì)流發(fā)展的物理量特征。整層大氣強(qiáng)的風(fēng)垂