T-InP图在强对流天气中的应用

深厚湿对流在天气和气候中起着非常重要的作用。中纬度地区的许多强对流天气往往与有组织的深厚湿对流有关。但不是所有的对流天气都可以被称为强对流天气(如阵雨、一般的雷阵雨),我国对强对流天气的暂行规定是:雷雨大风(≥17.2m/s,8级)、2cm以上冰雹、水龙卷之外的所有龙卷以及短时强降水(≥20mm/h)等天气现象。根据强对流天气的不同预报时效,可分为展望,警戒和警告。预报时需要对中尺度环境场和中尺度过程进行细致分析。在对流发生前,侧重于分析环境场。除了天气图分析、物理量诊断,T-InP图分析时非常重要的方法之一。对流发生后,基于雷达、卫星等实时监测,结合T-InP图,也可以对风暴的组织结构等进行分析。

大冰雹

在雷暴三要素满足的基础上,预报强冰雹(2cm以上)的潜势主要从下面三方面考虑:

  1. 较大的CAPE指(我国),或者-10℃到-30℃之间的CAPE较大(美国,-10℃到-30℃是冰雹最有效增长区)。这是因为大冰雹的形成和增长过程与上升气流的速度大小有关。只有较强的持续时间较长上升气流,冰雹才能够长大。
  2. 较强的深层垂直风切变:0-6km ≥ 20m/s (强切变)。有利于将水平涡度转换为垂直涡度,使上升气流维持较长的时间。
  3. 0℃层(融化层)到地面的相对高度(注意不是绝对高度)不宜太高,<4.5km。如果高度太高,那么冰雹降到融化层以下会融化,到地面可能融化掉大部分或者全部融化,从而形不成大冰雹。

上述三个关键条件度可以从T-InP图中判断,根据08时探空,可以估计午后强冰雹的潜势,如果边界层的日变化和平流过程明显,需对08时探空加以订正。

雷暴大风

弱的垂直风切变或者较强垂直风切变都可能产生雷暴大风。在预报时,除了雷暴产生需要的三要素,还要关注有利于强烈下沉气流的条件。

干微下击暴流 指强风阶段不伴随(或很少)降水的微下击暴流。多见于干旱、半干旱地区,主要有浅薄的、云底较高的积雨云发展而来,有利于干微下击暴流的典型层结特征如下图所示。云底高度高,在T-InP图上表现为LFC(自由对流高度)高。由于对流通常很弱,不稳定(CAPE)很小。与干微下击暴有关的下沉气流是由云内降雨(不及地)拖曳产生,由云底降水的蒸发、融化和升华所产生的负浮力导致地面强风的产生,反映在T-InP图上为中层要有一定的湿层和云下深厚的干绝热层,以维持下沉气流到达地面。下沉运动的大小可以用DCAPE衡量。关于干微下击暴流的预报,其天气尺度强迫弱,主要基于早晨探空和白天加热的预期。

湿微下击暴流 指伴有大雨的下击暴流(冰雹可以伴随也可不伴随),多见于湿润地区。其环境通常具有弱天气尺度强迫和强垂直不稳定的特点。往往产生于较湿边界层和较浅薄的云下层环境中。其典型大气层结与干微下击暴流明显不同(如下图),前期存在逆温,LFC高度较低,高空气层相对干,由于下午加热使得低层常存在干绝热层(约地面-1.5km)。湿微下击暴流与强降水联系,水载物对下沉气流的激发和维持起重要作用,即云内和云底下方冰晶或水滴的融合和蒸发冷却驱动并维持负浮力导致地面强风的产生。

弱垂直风切变下的雷暴大风

弱垂直风切变下的雷暴大风主要是脉冲风暴产生的微下击暴流,在地面产生17m/s以上瞬时风的强烈下沉运动,水平辐散尺度小于4km,持续时间为2-10分钟,包括干微下击暴流和湿微下击暴流。

中等到强垂直风切变下的雷暴大风

在强垂直风切变下,产生雷暴大风的对流风暴种类很多,尺度变化也很大,飑线、多单体风暴、超级单体风暴以及其它对流系统都可能产生。弓形回波是产生地面非龙卷风灾的典型回波结构。研究表明,显著的弓形回波往往出现大的层结不稳定(如CAPE超过2000J/kg)和中等到强的垂直风切变(地面-2.5km或5km至少15-20m/s切变)。此外,中层往往有明显的干层,有利于增强下沉气流。

龙卷

龙卷可以产生于超级单体,也可以产生于非超级单体。对于超级单体龙卷,要求(1)CAPE大;(2)切变强,尤其是低层0-1km具有强的垂直风切变;(3)低的LCL(1200m以上无法形成龙卷,几百米边界层高湿)。

短时强降水

基本条件:雷暴三要素。

与冰雹、雷暴大风的环境条件比较:短时强降水对CAPE的要求可以相对弱一些,但是对水汽条件的要求更高,湿层厚,相对湿度和绝对湿度都高,风切变可以小一些。