1、Guoqihao126。com 郭起豪惠美梨 51474007毕业设计（论文）题 目：砀山“2010.7.17”龙卷风暴灾害天气过程分析 单 位： 继 续 教 育 学 院 专 业： 大气科学 班 级： 08 级大气科学专升本 姓 名： 汪观正 指导教师： 朱红芳 二 O 一 O 年 十 月 三十 日2目 录提 要（1）关键词（1）引 言（1）1 龙卷风暴发生前天气形势分析 （1）2 龙卷风暴发生前的物理条件分析（2）2.1 位势不稳定分析 （2）2.2 低层水汽辐合分析 （3）2.3 强的风垂直切变分析（3）2.4 低空急流分析 （4）2.5 中空干冷空气分析 （4）3 卫星云图分析 （4）4
2、 雷达资料分析 （5）4.1 雷达基本反射率 （5）34.2 雷达风廓线 （7）4.3 雷达径向速度 （8）4.4 自动站地面风场 （8）5 小结 （9）1砀山“2010.7.17”龙卷风暴灾害天气过程分析提要 本文对 2010 年 7 月 17 日砀山龙卷风暴灾害天气过程的环流特征、热力动力条件进行分析，认为在高空低槽东移，两高之间辐合带加强的有利环流背景下；高层强幅散，低空强急流，强的风垂直切变，中低层低涡切变线，为地面中尺度气旋发展为龙卷气旋提供了较好的动力和水汽条件。充分利用雷达图、卫星云图、自动站等实时监测资料，是开展灾害天气短时临近预报服务的有力手段。关键词：龙卷气旋 诊断分析 卫
3、星云图雷达图地面风场演变引言 2010 年 7 月 17 日 00 时-17 日 24 时我县普降大到暴雨，关帝庙镇、李庄镇、良梨镇等部分村遭受雷雨大风袭击，其中良梨镇于黄楼村突遭龙卷风袭击，最大风力达到十三至十四级。此次暴雨龙卷造成 1 人死亡，34 人受伤，全县 36 万余人受灾；损毁房屋 3546 间，倒塌房屋 1809 间；各类树木被刮倒、折断 11 万余株；农作物大面积倒伏，水果 40%被刮落，受灾面积 33 万余亩；多处电力、通讯设施中断；310 国道被阻断；直接经济损失约4.79 亿元。1 龙卷风暴发生前天气形势分析在 7 月 17 日 08 时 200hpa 全风速流线图上，我
4、县处高空急流出口辐散场中且位于最大风速急流轴线上(见图 1 a)。500hpa 图上，副热带高压和青藏高压加强，黄淮东部处在两高之间辐合加强，东北冷涡有低槽分裂东移，我县正处在副高边缘加强的 SW 气流中（见图 1b） 。700hpa 图上川东到豫西有 NESW 向倒槽向河南东北部伸展，郑州偏 N 风速 4 米/秒，徐州 SW 风速 6 米/秒、阜阳站 SW 风速 12 米/秒，三站间有中尺度 NESW 向切变线生成，且与东北冷涡低槽有首尾相接之势（系统间相互作用，增强发展） 。郑州、徐州温度差均为 1，我县处高湿区风速和风向的辐合带内（见图 1c） 。850hpa 图上郑州、徐州、阜阳之间有
5、低涡生成，低涡中心位于河南东部，我县处低压中心曲率最大处 SW 气流中，阜阳站 SW 低空急流风速 14 米/秒，徐州站 16 日 8 时 T-TD 为 11，17 日 8 时 T-TD 为1，增湿显著（图略） 。地面图上鲁南、苏北、豫中、皖北为中尺度辐合中心，苏皖北部有一地面静止锋维持，从川东到黄淮南部是东西向宽广雨带（见图 1d） 。以上高低空、地面形势配合，提供了我县产生暴雨、强对流天气有利的大尺度环流背景，同时又有中尺度系统在此背景下关键区生成、发展、加强，为龙卷风暴在我县生成发展提供了有利的的热力和动力条件。2(a) 200 百帕图 (b) 500 百帕图(c)700 百帕图 （d）
6、地面图 图 1 2010 年 7 月 17 日 08 时高空、地面分析图 2 龙卷风暴发生前的物理条件分析2.1 位势不稳定分析2010 年 7 月 17 日 08 时徐州站探空层结曲线呈漏斗型，低空较湿，500 hpa 附近有逆温层存在，逆温厚度 60 米左右，顶底温差 1， 450-550 hpa m，强的暖平流输送，带来丰沛水汽的同时，也积聚了不稳定能量（见图 2a） 。郑州站探空层结曲线显示，整层大气潮湿， 400hpa 以下 T-TD 小于 2，湿层深厚。700-500 hpa m，有不稳定能量积聚，大气处于条件不稳定状态。 （见图 2b） 。阜阳站探空层结曲线呈漏斗型， 850hp
7、a 以下 T-TD 小于 2，中层 430hpa T-TD 达26，低空较湿，中空有干层。960hpa 附近有逆温层存在，逆温厚度 100 米左右，顶底温差 1， 750hpa-350hpa m。对流层上干下湿，大气层结极不稳定（见图 2c） 。3(a) 徐州站 (b) 郑州站 (c) 阜阳站 图 2 2010 年 7 月 17 日 08 时 TLOGP 图 层结稳定度指数显示（见表 1） ，郑州、徐州、阜阳三站 K 指数均达到成片雷暴指标。徐州、阜阳两站的 se850-se500 达到强天气指标。4表 12.2 低层水汽辐合分析徐州站探空曲线显示，500 hpa 以下 T-TD 等于 2，7
8、00-1000hpa 比湿 12-20，湿层深厚。郑州站 400hpa 以下 T-TD 小于 2，700-1000hpa 比湿 11-20，湿层深厚。阜阳站 820hpa 以下 T-TD 小于 2， 700-1000hpa 比湿 13-21，低层大气接近饱和。2.3 强的风垂直切变分析徐州站整层大气风向随高度顺转， 700-500 hpa SW 风速由 6 米/ 秒增至 14 米/秒，500-400hpa 风速减小至 4 米/秒，400-300hpa 风速由 4 米/秒增至 14 米/秒，风向转为 W，风向顺转超过 45（见图 2a） 。郑州站 700 hpa 以下风向逆转，700-500hp
9、a 风向由 NE 顺转为 SW， 风向顺转达180，风速由 4 米/秒增至 6 米/ 秒，500-400hpa 风速由 6 米/秒增至 20 米/ 秒（见图 2b） 。阜阳站地面-850hpa 风向由 E 转为 SW，风向顺转 135，风速 2 米/秒增至 14 米/秒，700-500hpa 风向逆转，风速 12 米/秒减小至 6 米/ 秒，400-300hpa 风向由 S 转为 NW，风向顺转 120，风速 8 米/秒增至 12 米/ 秒，300-200hpa 风速 12 米/秒增至 34 米/ 秒（见图 2c） 。2.4 低空急流分析阜阳站探空曲线显示，700-850hpa 风向 SW，风
10、速 12-14 米/ 秒，低空急流建立（见图 2c） 。2.5 中空干冷空气分析阜阳站探空曲线显示，700-400hpa 风向 SW-SE 逆转，风速 12 米/秒减小至 6 米/秒，中空有冷平流， 430hpa 附近形成干区 T-TD 达 26，对流层上干下湿，大气层结极不稳定（见图 2c） 。站名 物理量指数K 指数 SI 指数 CAPE（对流有效位能） se850-se500徐州 37 0.2 43.8 5阜阳 36 -1.71 243 6.5郑州 37 0.69 108.1 053 卫星云图分析图 3 2010 年 7 月 17 日 08 时、10 时水汽云图图 4 2010 年 7
11、月 17 日 08 时、14 时、20 时 6 小时雨量图2010 年 7 月 17 日 8 时水汽云图显示，强对流雨团雨量中心和 850hpa 的低压中心位置相对应。10 时云图显示西侧低槽云系和东侧副高边缘对流云系结合成“人”字形云系后，低槽云系卷入对流云系向 NE 方向增强发展，对应 14 时 6 小时雨量中心向 NE 方争强扩展。（见图 3、图 4）增强发展历时 4 小时后，12 时后对流云系减弱。16 时云图在河南东部距我县 70 公里 SW 方向，有增强发展，图中黑点即为对流发展最强处。随即历时短短 3 个小时发展成为超级单体龙卷风暴（见图 5） ，给我县造成强风、暴雨、龙卷等灾害
12、天气。19时 30 分后减弱，向 NE 方向移出我县。6图 5 2010 年 7 月 17 日 16 时、17 时、18 时水汽云图4 雷达资料分析 4.1 雷达基本反射率2010 年 7 月 17 日 15 时雷达基本反射率显示，河南东部有中尺度低涡生成，类似台风的螺旋云系特征显著。涡旋中心为弱回波区，大于 30DBZ 回波强度的面积约200*200KM2，最大回波强度 62DBZ。16 时低涡的二、四象限各有大于 45DBZ 的强回波窄带发展、加强，17 时回波面积、强度进一步加大增强，第四象限有超级单体风暴强回波形成，最大回波强度 65DBZ，回波顶高超过 14KM，并以 50KM/小时
13、的时速向东北方向移动（见图 6） 。图 6 2010 年 7 月 17 日 15 时、16 时、17 时雷达基本反射率拼图18 时阜阳雷达基本反射率图上，低涡一、四象限回波强度显著加强，大于 50DBZ 的强回波带长度超过 50KM，呈 “弓形”回波，最大强度 68DBZ。在“弓形”回波带左侧是弱回波区 BWER，此时超级单体风暴已经发展成龙卷风暴，在龙卷母云中不断有中气旋生7消发展（见图 7a） 。此时给亳州西部乡镇，造成短时强降水。18 时 31 分“弓形”回波分裂成 3 个 20*40KM 的椭圆形超级单体，左侧穹窿呈现为圆锥形的弱回波区 BWER，指示在强上升气流中有围绕垂直轴的强烈旋
14、转存在，这是和地面中尺度气旋相对应的强烈环流（见图 7b） 。19 时东南侧的超级单体风暴移至我县境内，形状由椭圆形演变成近似圆形，尺度15*15KM，内部结构类似台风，是一个小型低压，中心区回波较弱，四壁回波强烈。此时电话联防，夏邑短时强降水已超过 70 毫米。其后它给我县良梨等乡镇造成龙卷大风、暴雨等灾害影响（见图 7c） 。19 时 30 分雷达基本反射率图上呈现一大一小两个“弓形”回波带（见图 7d） 。这是影响我县的龙卷风暴移速加快，涡旋结构前部加强分离，呈现较小尺度“弓形”回波，其后部与另外两个超级单体风暴强回波带相接相连，呈现较大尺度“弓形”回波， 在这两个“弓形”回波带上，发生
15、了数十个中小气旋生消彼长（见图 8） 。（a） (b)（c） （d）图 7 2010 年 7 月 17 日 18 时、18 时 31 分、19 时、19 时 35 分阜阳雷达基本反射率图8图 8 2010 年 7 月 17 日 19 时-20 时徐州雷达中尺度气旋追踪图4.2 雷达风廓线2010 年 7 月 17 日 19 时 30 分徐州雷达风廓线图显示， 18 时 30 分地面到 1KM 低空风向顺转达到 90， 1.5-4KM 高空有 14-20 米/ 秒 SW 急流，直到对流层顶 10KM 处维持16-24 米/秒 SW 风。随后对流层整层强烈的 SW 急流不断加强，强风暴强烈发展，动
16、量下传，低空急流进一步加强，17 时 30 分 1.5-4KM 高空 SW 急流增强到 20-24 米/秒，低层风速增强到 10-16 米/秒（见图 9） 。强的垂直风切变有利加强风暴尺度的旋转和动力抬升力。一方面促使强风暴维持数小时生命史，一方面是强风暴分裂，产生旋转，发生龙卷的原因。图 9 2010 年 7 月 17 日 19 时 30 分徐州雷达风廓线图94.3 雷达径向速度2010 年 7 月 17 日徐州雷达径向速度图显示，19 时速度图上有一对正负闭合等值线圈沿着雷达距离圈排列，这是中尺度气旋特征，正负速度中心最大值分别是-31.9 米/秒、35 米/秒。19 时 30 分速度图上
17、中尺度气旋加强，正负速度中心最大值分别是-35.5 米/秒、35.5 米/秒，且正速度区出现两个大值中心，且各有负速度中心相伴，说明在中气旋中又产生了两个较小尺度中气旋。19 时 48 分速度图上，正负速度中心最大值分别是-34.5 米/秒、36.5 米/秒，较小尺度中气旋基本移出我县（见图 10） 。图 10 2010 年 7 月 17 日 19 时、19 时 30 分、20 时徐州雷达径向速度图4.4 自动站地面风场2010 年 7 月 17 日自动站风场显示，16 时河南东部风场产生切变辐合，17 时加强发展成中尺度气旋，SW 风速由 2-4 米/秒增强到 4-6 米/秒，18 时中尺度
18、气旋继续加强东北方向移动，19 时 SW 风速增强到 6-8 米/秒。我县处中尺度气旋前锋 SE 气流中。 地面中尺度气旋在关键区的发展加强，成为龙卷风暴发展的增强机制，提供了强烈的旋转、上升运动（见图 11） 。图 11 2010 年 7 月 17 日 16-19 时自动站风场5 小结5.1 对流层高层辐散，中层低槽东移，低层低涡切变，是产生这次龙卷风暴的有利大尺度环流背景。同时 SW 低空急流加强，地面锋线活动，触发中尺度气旋发生发展，是产生龙卷风暴的中尺度环境条件。105.2 对流性不稳定层结的存在，为强对流发展提供了积累了大量不稳定能量。关键站点的K 指数、SI 指数、 se850-se500 指数反映了强对流发展的物理量特征。5.3 整层大气强的风垂直切变，特别是低层风向顺转超过 90，加强了风暴尺度的旋转和动力抬升力，使强风暴分裂，产生旋转，发生龙卷的原因。5.4 地面中尺度气旋在关键区的发展加强，成为产生龙卷风暴的增强机制。5.5 充分利用卫星云图、雷达资料、自动站资料为做好强对流天气的短时临近预报提供强有力的工具。参考文献1 张培昌等. 雷达气象学 气象出版社， 2001 年 1 月 2 寿绍文等 中尺度气象学 气象出版社， 2003 年 8 月 3 陆汉城等 中尺度天气原理和预报 气象出版社， 2004 年 2 月
