华北地区雷暴下山,影响因子有哪些?
来源:中国气象报   发布时间:2019-07-15
分享到:0

  中国气象报记者 宛霞 通讯员 楚艳丽

  西邻燕山山脉、东南部面向渤海、南部为华北平原的北京及其周边地区,地形地貌复杂多样,在夏季常有雷暴发生。而一直以来困扰华北地区预报员的一个难题是,雷暴在山区形成后是否能够传播下山,在到达平原地区后呈现怎样的形态,会造成什么样的气象灾害。

  日前,北京城市气象研究院肖现博士与美国国家大气研究中心的专家合作,基于多年来华北地区多部新一代多普勒雷达资料和中美联合开发的云尺度气象模式分析场资料,针对北京以及华北地区雷暴下山增强这一科学问题,开展了大量研究,提出对流风暴的主要组成,并指出其从山上向山下传播的机理和预警指标。

  肖现和研究团队针对北京地区五年的雷暴下山案例进行统计分析发现,雷暴下山的降水形态主要由飑线和团状降水组成。两者的高频降水区具有相近的分布特征,也有截然不同的分布特征,就相近分布而言,两者均具有在北京密云地区的高频分布,这与当地特有的喇叭口地形有关;而值得注意的是两者分布的不同,就飑线而言,降水的高频分布在北京南部地区,而团状降水的高频分布则主要集中在北京中心地区。

  “以往的研究表明,受北京地区复杂下垫面(大城市、平原和海洋等)的影响,山区雷暴仅有一半左右能够顺利传播至平原地区。由于不同的雷暴形态往往对应不同的气象灾害,比如快速移动的飑线往往伴随着短时大风,移速较慢的团状降水则能带来短时大雨,因此,在实际业务预报中,预报员大多希望能够准确抓住雷暴是否下山以及下山后形态的预报。”肖现说,现有的预报方法多为预报员根据主观经验预警指标(概念模型)进行预报,如果能够提供定量的客观预警指标,即可为实际业务预报提供一定的参考依据。

  研究表明,平原地区较低的由抑制对流产生的能量和较大的低层风速对对流风暴的形成起到了决定性作用,但是不足以区分两者的不同。而平原垂直切变对不同雷暴形态有区分作用,其值越大时,雷暴越倾向于能够形成飑线而不是团状降水。

  为了解释形成这些现象的原因,研究团队通过大量的数值模拟实验发现北京地区的不同热、动力机理决定着雷暴是否下山和下山后降水形态及分布。

  “具体而言,北京雨季风场气候特征为北京南部平原地区盛行偏南风和来自渤海湾的海风锋。当平原地区偏南风突破阈值时,即会导致雷暴传播下山,而海风锋的强弱则决定了下山雷暴的强弱。”肖现分析说,下山雷暴的形态由西部山区的下山气流和海风锋强度决定,就飑线天气而言,下山气流具有系统性较强的特征,在平原地区冷池的配合下,能够形成移速快的降水,与较强的偏南风配合,在北京南部地区形成较强的辐合中心,导致降水主要落区集中在北京南部地区;就团状降水而言,下山气流较为局地,在河北暖气流的配合下,导致降水主要集中在北京中心地区。

  此外,研究团队还基于华北区域气象中心睿图短临预报业务系统的海量数据,从多个案例和气候的角度出发,得出了北京地区雷暴下山增强的预警指标,并建立了概念模型。研究表明,就现有业务模式而言,对流有效位能(大气的不稳定条件)的预警效果不足,但对流抑制能量(大气的稳定条件)、环境风场以及风切变则能成为明确的预警指标。

  “我们取得的研究成果是基于现有华北区域气象中心的睿图短临预报业务系统实现的,因此成果很容易应用于实际业务预报。”肖现介绍,该研究不仅有助于加深预报员、科研人员对降水生成与传播机理的认识,而且直接在快速更新模式的基础上,提出了定量指标,能够直接应用于预报。

  依托以上研究成果,研究团队在大气科学知名期刊《地学研究:大气》(Journal of Geophysical Research: Atmospheres)上发表了系列论文。同时,研究项目获得国家重点基础研究发展计划(973计划)、国家自然科学基金、北京市自然科学基金的资助。

(来源:《中国气象报》7月15日三版 责任编辑:申敏夏)

相关新闻