东北低涡与强对流天气预报

东北低涡与强对流预报提要•东北低涡对中国天气的影响•东北低涡与强对流预报东北低涡对中国天气的影响•两类斜压性低涡系统是中国中东部剧烈灾害性天气的直接影响系统，也是日常天气预报过程中需要重点关注的系统---西南涡，往往是暖性或半暖性的，前部往往伴随着西南低空急流的发展，它的移动或停滞，极易爆发大范围暴雨，其影响区域包括西南、华北、华中、华东，甚至影响到华南地区---东北低涡，按照热力性质可以分为东北浅层暖涡和东北冷涡，前者往往与低空暖平流强烈发展有关，容易出现在春季或初夏；后者往往与高空冷平流强烈发展有关，东北冷涡是一个深厚的系统,一年四季均可以发生，直接影响区域包含我国整个中东部地区（东北、华北、华中、华东和华南地区）•东北冷涡造成的剧烈天气包括春季大风与沙尘（暴）、夏季强对流（冰雹、雷暴大风、短时强降水或暴雨，甚至诱发龙卷）、秋冬季的暴雪、寒潮等等东北冷涡的主要热、动力学特征500hPa850hPa在500hPa图上，冷涡位于我国东北地区，并有冷中心配合，位置偏在冷涡的西侧。冷涡底部可以分析出大尺度槽线或准东西向的横槽，后部一般存在一个或多个横切变，多个横切变成阶梯式排列。这种阶梯式的切变在夏季可能造成我国中东部连续多日出现短时强对流天气，即所谓“一个东北冷涡，三晌雷阵雨”。冷涡对应的地面系统是在冷高压前部具有明显冷锋特征。东北冷涡与我国中东部的四季天气(1)东北冷涡与春季沙尘天气东北低涡造成沙尘天气的空间结构（红色实线：地面气压)(2)东北冷涡与夏季北方对流性暴雨红色虚线:850hPa温度场，黑色虚线：地面等压线，黑实线：500hPa高度，风竿为850hPa风向，蓝色断线：地面冷锋、副冷锋对流暴雨区东北冷涡与副高相互作用产生暴雨的系统配置东北冷涡与南支槽(涡)相互作用产生暴雨的系统配置(3)东北冷涡与强对流天气(4)长江中下游地区冷涡槽后类天气尺度强对流概念模型(引自郑媛媛等)东北冷涡与强对流天气预报•为什么东北冷涡容易引发强对流天气•东北冷涡----与北方强对流(华北/东北)----与华南强对流•强对流发生发展的基本条件:1.层结不稳定条件(可以用一系列的参数来表示,如K指数,CAPE,SI,△θse,N2,高低空温差,等等)---与高低空冷暖(平流)和水汽(平流)的垂直分布有关1.动力不稳定条件----如低空切变2.不稳定能量释放机制(抬升)----垂直运动(锋面,高空槽,切变线,地形抬升,重力波,温度梯度,辐合线等等)3.水汽条件为什么东北低涡容易引发强对流天气?不同对流天气的阀值可能不同•冰雹与短时暴雨(1)冰雹需要考虑0℃,-20℃层的高度(0℃层高度一般在600毫巴左右,否则,下落过程会融化)---东北冷涡容易造成0℃,-20℃高度下降短时暴雨是否发生与0℃层高度无关(2)冰雹对流需要足够的高度---回波高度一般可达12~14km(-20℃层的高度以上)是否发生暴雨与对流高度无关，相反，对流质心越低，降水效率越高---冰雹需要足够大的垂直运动(可达101m/s)(3)冰雹发生的环境一般比短时暴雨更不稳定，但是对水汽条件比短时暴雨要求较低东北冷涡与北方强对流1冷涡造成华北连续降雹分布特征2冷涡造成华北连续降雹的天气概念模型3冷涡造成华北连续降雹成因分析•冷涡连续降雹的云图特征•冷涡连续降雹雷达回波主要特征•结论冷涡天气华北连续降雹分布特征规定：最少一站降雹为一冰雹日，连续3天出现降雹为一次连续性降雹过程(2000－2008京、津、冀178站）日期连续降雹日数(天)降雹总站数日降雹最多站数冰雹最大直径(mm)降雹天气类型2005.5.31~6.23362118深厚冷涡型2008.6.23~286281235浅薄冷涡型2006.6.23~27518820浅薄冷涡型2004.6.18~247431040阶梯槽与冷涡型2001.6.12~2211611315横槽与冷涡型•6月中下旬连续降雹过程最多，最长曾连续11天降雹，出现在2001年6月12-22日，共有61站降雹。•在这些连续性降雹过程中，日降雹站数最多达21站，出现在2005年5月31日。•冷涡连续降雹时间绝大多数在午后到傍晚，15－17时最多。•燕山山脉地区降雹概率较大，但一般不易出现30mm以上大雹，大雹主要出现在华北中南部，2004年6月20日出现在河北邯郸市的冰雹最大直径为40mm.冷涡造成华北连续降雹的天气概念模型•深厚冷涡型•浅薄冷涡型•阶梯槽与冷涡型•横槽与冷涡型1深厚冷涡•动力条件起主导作用:从500到850都有涡，700以上有冷中心，地面有低压配合，略前倾---抬升机制。•500冷涡南部，40N以北有急流---垂直切变条件。•500冷槽叠加在850暖脊上---热力不稳定强烈。•降雹落区：低涡东南部。•云型---强对流发生在螺旋云带中500毫巴高度/850毫巴温度2005年5月31－6月2日(21站，13站，2站)5月31日，近10年最强、范围最大降雹，径向型冷涡，深厚、位置偏南，雹区位于低涡东南部。5.316.15月31日14时红外云图-12-8-4000000444444488888121212121620242832361000925850700500400300250200150100Pressure(hPa)0246810121416Height(km)3031.834.537.239.942.745.448.250°N5月31日08时115E温度平流垂直剖面2浅薄冷涡•700hPa以上冷涡明显，850hPa往往为暖性低涡或暖性低槽，地面无低压配合。•500冷槽叠加于850暖脊之上，造成大范围位势不稳定强烈发展。•经向环流逐渐转为纬向环流，低涡东西向。•风向切变强，500西北风、850西南风。•易形成多单体或超级单体风暴、易降大雹，甚至出现龙卷。•注意分析地面：14时气温、辐合线、中低压。2008年6月23－28日•23日12个站，•24日2站（阜平，汤河口）•25日9个站，峰峰直径35，龙卷风23、25日•影响华北的冷涡位于43。N以南，其南部冷槽与上游贝加尔湖南部高空槽构成阶梯槽•冷涡降雹2－3天后，上游槽自西北东南方向移动到下游位置，取代下游的冷涡冷槽，带来新的降雹。•落区通常为两个区域：河北中北部多为冷涡东南象限降雹，南部降雹区则为500冷涡南部西北急流所致(图3阴影)，且常有大雹发生。3阶梯槽与冷涡2004年6月18－24日，2、3、6、8、5、9、10站●18－20日，冷涡后部，阶梯槽，850锋区●20日，500冷平流，急流轴，850暖平流，峰峰40mm大雹，850锋区在南部。●21日阶梯槽、冷涡东移，北部●22－23日，冷涡43N以南，冰雹在西南、东南象限●24日，南部有急流，冰雹较大。2004.6.202004.6.212004.6.232004.6.21逆温4横槽与冷涡•500N以北、贝加尔湖以东地区为一阻塞高压，从日本海北部经东北到华北北部为一横槽，横槽中有闭合低涡，与此配合，冷温度槽较明显。•850hPa上，在河北中北部有低涡或切变线存在，温度场则表现为自西南向东北伸展的暖脊。•当500hPa干冷空气随着横槽一次次南摆加强时，造成华北连续降雹。•2001年6月12－22日，连续11天121314151617181920212218683112113716.136.146.1813站6.206.217站华北冷涡连续降雹成因分析•稳定的大尺度环流背景在鄂霍次克海或贝加尔湖有一阻塞高压存在，蒙古国中部到华北北部形成一低压带，冷涡长期徘徊在低压带中，在南掉、东移过程中，给京津冀各地带来冰雹天气。2008年6月22－28日500hPa高度场（实线）和温度场（虚线）平均大范围位势不稳定•500hPa上，华北上空为一明显的冷温槽，850hPa为一暖脊（暖中心）控制，该暖脊有时是自河套地区自西向东扩展至华北中东部；有时来自河南，自西南向东北伸展控制华北中南部。•低层逆温是有利于位势不稳定的积累（增长），低层水汽条件的维持作用2006年6月23－27日500hPa和850hPa温度场平均（单位：℃；粗线，500hPa温度；虚线，850hPa温度）2008062508峰峰大雹，局地龙卷---低层逆温的重要性干冷空气的作用---沿北纬39度剖面（20080623）假相当位温比湿（2008062308）500hPa850hPathe500-850（2008062308）高低层风切变与急流•风场垂直切变明显，500hPa急流轴位置（对流层中低层垂直切变最大的位置）往往决定降雹落区2004年6月18~24日（39°N，115°E）风场高度时间剖面图（单位：m/s）能量与热力条件•降雹期间京津冀地区通常存在一东北西南向的CAPE高值区，CAPE值越高，降雹的强度越强、范围越大。CAPE的高值中心大多位于冀鲁交界处，少部分位于河北南部。•降雹落区多位于CAPE高值中心左侧的等值线密集区，少部分位于高值中心2004年6月18－24日期间14时平均对流有效位能（CAPE）（单位：J·kg-1）2005053114触发机制•冷涡造成华北连续降雹的主要触发机制包括：地面冷锋、中尺度辐合线、中低压和露点锋（干线）。•对于深厚型冷涡，冷锋为降雹的触发机制。•对于浅薄型冷涡，由于冷涡强度较弱，因此降雹区通常处在地面低压前部或低压带中，受地形和地表加热作用影响，常有中尺度辐合线或中低压生成，成为冰雹的触发机制。•露点锋（干线）常生成于河北和山西交界（太行山区），山西一侧为干区，河北为湿区2004年6月18－24日14时相对湿度（％）和露点温度（℃）平均(a，925hPa相对湿度；b，地面露点温度)ba冷涡造成华北连续降雹的云图特征•冷涡强盛或较深厚时，表现为比较典型的冷涡云系，冷涡中心明显，周围的螺旋云带清楚。•冷涡减弱或较浅薄时，冷涡中心和螺旋云带都不清楚，上午云区的覆盖范围也比较小，但到中午，冷涡覆盖的华北到蒙古国中部则发展起大面积、不连续、晴空与云块相间的“斑点状”云区20080623ab20080625cdABDC成熟的MCS边缘清晰，呈圆型，云顶亮温TBB最低达-71～-77℃。08.06.2608时08.06.2611时08.06.2614时08.06.2615时冷涡造成华北连续降雹雷达回波主要特征•带状回波和块状回波。•华北中部降雹的回波多为南北向或东北西南向的带状回波，回波源地一般产生太行山北部或燕山山脉，有些带状回波可发展成飑线，回波带沿500hPa西到西北气流向东或东南方向移动，移速为30－60km/h,生命史一般6－8小时，回波强度≥50dbZ、回波顶高12-14km、垂直累积液态水含量≥35kg/m2。•南部降雹回波则多为块状回波，生成于太行山南部，下山后强度迅速加强，形成多单体回波，快速向东移动，移速可达40－80km/h，其中有超级单体形成，回波强度达55－65dbZ，回波顶可达14－19km，往往会产生大雹和强风2008年6月23日15：42反射率因子回波，1.5°（飑线）200806232004年6月24日18：09反射率因子回波，1.5°超级单体20080625河北南部大雹小结•（1）冷涡造成京津冀连续降雹大多发生在稳定的环流背景下，当鄂霍次克海或贝加尔湖阻塞高压建立，蒙古国中部到华北北部形成一低压带，冷涡长期徘徊在低压带中，在南掉、东移过程中，会给京津冀各地带来持续多日的冰雹、大风、短时暴雨等强对流天气。•（2）根据500hPa环流形势，造成冷涡连续降雹的天气形势主要有4种：深厚冷涡型、浅薄冷涡型、阶梯槽与冷涡型、横槽与冷涡型。天气形势不同，降雹的落区和强度也不相同。•（3）冷涡所造成的京津冀连续降雹多集中在河北中北部、京津地区，但降大雹的几率很小；河北南部虽然降雹的概率较中北部小，但易降大雹，有时甚至会有龙卷，这与南部热力条件好有关。冷涡带来的降雹天气具有明显的日变化，降雹多发生在午后到傍晚，15-17时最多。•（4）冷涡连续降雹成因：中高层（500hPa以上）冷温槽叠加底层（850hPa以下）暖脊之上，高层