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福州初春强对流天气及对农业的影响探究
摘要：2020年3月27日15:00-18:00，福州城区、内陆和沿海北部地区出现明显强对流天气过程，部分地区有冰雹。通过对常规天气资料、区域自动站资料以及雷达产品等进行分析，结果表明：27日午后福州地区处于锋前增温暖区内，随着北支槽引导冷空气南下，显著冷暖气流交汇及地面辐合线的触发以及南支槽前强烈辐合抬升运动形成了雷雨大风及冰雹等强对流天气；雷达回波中产生冰雹的超级单体，60dBz以上强回波区面积大，回波强度强且具有钩状回波和中气旋特征；良好的水汽输送、不稳定的大气层结、强的垂直风切变以及地面中尺度辐合线为此次强对流天气的发生发展提供了良好的环境场。及时准确的天气预报预警服务是保障农业生产的重要支撑。
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强对流天气是一种系统尺度小、生命史短、突发性强、移动迅速、破坏力极强的灾害性天气，常常伴随着电闪雷鸣、风大雨急等恶劣天气现象，对人们生活和农业生产造成严重影响[1]。影响福建的主要强对流天气为冰雹、雷雨大风和短时强降水，对于此类中小尺度天气系统的预报也是天气预报业务中的难点之一。2020年3月27日15:00-18:00，福州城区、内陆和沿海北部地区出现强雷电、短时强降水、7～9级短时大风和小冰雹等强对流天气。福州市区（晋安区、仓山区、鼓楼区）、闽侯、连江共19个乡累积雨量超过20mm（图1a），以晋安区寿山乡60.3mm为最大。全市有21个自动站出现8级及以上雷雨大风（图1b），其中福清三山镇上坤村20.8m/s(9级）为最大。15:45福州乌山观测站观测到落雹，大个冰雹可达3cm左右，持续约半小时，福州鼓楼、台江、仓山、晋安等区均出现有冰雹，造成各方面经济损失。本文主要运用常规天气资料、区域自动站资料以及雷达产品对此次过程的环流形势、环境条件、雷达回波进行分析，为今后进一步分析此类天气的短期、短时预报提供参考，为农业生产做好气象服务。
图13月27日15:00-18:00福州市天气实况
1、环流形势分析
3月27日08:00,500hPa中高纬地区为两槽一脊，环流较为平直，多小波动；低纬南支波动在发展，福建西部有一支不低于20m/s的西南风急流，福州市处于槽前西南气流前侧并伴有明显的风速辐合。随着暖脊冷槽发展，24h为正变温，冷暖空气在福建交汇。到3月27日20:00，高纬东亚大槽加深并与中纬小槽同相位叠加，使得冷空气南下更加明显。20:00的地面图上也能看出我国东部大部受到强大的冷高控制。
从08:00到20:00的形势变化可以看出，08:00福建处于地面冷锋前暖区内，低层西南气流输送暖湿平流，中高层有冷槽配合带来干冷空气，上干下湿，不稳定度显著增加，其后地面有明显的锋区伴随南压，冷暖平流交汇导致强对流发生，此次过程属于显著冷暖平流导致的强烈辐合抬升动力强迫形成的强对流天气。局地地形触发和南支槽前的辐合抬升为此次过程提供了良好的动力抬升条件，显著的冷暖平流形成温度锋区和地面辐合线的触发，产生了此次飑线、冰雹等强对流天气。
图227日500hPa、850hPa和地面环流形势场
2、物理量诊断和雷达参数分析
15:00起，我市内陆有明显回波生成，受西南急流引导，回波逐渐向东北方向移动，同时地面辐合线也向东北方向移动，到18:00后，随着地面东南风减弱，气温降低，降水由对流性转为稳定性。
2.1强对流天气的物理量诊断
由图3可知，850hPa和925hPa比湿都为10g/kg，水汽通量散度都为负值，在-8～-4g/(s·cm2·hPa)。此时广东有一水汽通量辐合中心为-12g/(s·cm2·hPa)，水汽输送较为集中。当日12:00温度露点差减小（图略），中北部小于6℃，温湿廓线表现为深厚的湿层，进而对流产生短时强降水[2]。
图43月27日08:00福州探空分析
图33月27日850hPa和925hPa比湿和水汽通量散度
27日上午08:00，福州探空反映出一定的不稳定度（如图4），为“上干下湿”的层结分布，同时由于非绝热加热，近地面大气层结温度递减率接近于干绝热，有利于形成短时大风。K指数达34℃，SI指数为负值，T850-500温差都超过25℃，0到6km垂直风切变均大于12m/s，有利于能量的积累。由于锋面南压导致空气压缩强迫增温和锋前西南气流带来的暖平流共同作用，午后增温明显，经订正过后的探空CAPE值均明显增大，在2000J/kg上下，说明27日当天随着温度的升高，大气处于极度不稳定状态，随着冷空气入侵不稳定能量得以释放，从而产生了强对流天气[3]。另外，当日的0℃层和-20℃层高度都分别在3.7km和7km左右，高度较适宜，有利于冰雹产生。
通过对福建省区域自动站资料进行分析（图5),27日15:00前后，冷锋已压至福建西部地区，省内大部分区域处于锋前暖区内，午后气温回升明显，特别是沿海中南部地区气温约30℃，并伴有风速辐合区存在。风速辐合区和地面热低压中心位置在福州地区匹配较好，风速辐合抬升和热力抬升共同作用造成此次对流最强的区域发生在福州地区附近。
2.2雷达资料分析
从16:00左右的雷达回波基本反射率来看，单体回波呈现钩状，低层有强的入流气流；福州城区反射率因子超过50dBz（见图6），最高达64dBz；垂直液态含水量超过10kg/m2，中心最高达53kg/m2；回波顶高大范围超过10km，中心回波高度达到了20km；即可知此次过程上升气流非常强，大气层结非常不稳定，而且系统是在不断发展过程中，极易触发强对流天气。从速度图来看，低层有弱的风速辐散，中层（仰角2.4°）有明显的风向辐合，这种强且深厚的中层辐合，配合垂直风切变，有利于下击暴流的发生，产生地面大风[4]。另外，与强回波对应存在中气旋，并且中气旋的旋转速度非常大，已经出现了速度模糊现象，有西南急流存在。
图527日15:00-18:00最高气温和极大风速
3、对农业的影响
初春正是南方各地播种季节，福州市地跨中、南海，属亚热带海洋性季风气候，发展农业得天独厚，被称为“鱼米花果之乡”。但农业生产在相当大的程度上是受自然条件中的气象条件影响的[5]，随着此次明显的雷雨、大风、冰雹天气过程影响，福州春季农业生产发展受到了巨大打击。大风造成植株倒伏严重；短时降水造成田间内涝，作物超时浸泡；雷电威胁田间作业人员安全；冰雹直接冲击农作物。因此准确预测天气变化、提前预警，并开展有针对性的点对点直通式服务，做好短临，可有效降低农业生产的经济损失。
图627日16:00雷达回波基本反射率、垂直液态含水量、回波顶高、基本速度（仰角2.4°和1.5°）
4、结论
(1）不稳定的大气层结、上干下湿的温湿廓线、良好的水汽输送、强的垂直风切变、锋面南压的动力抬升和地面升温引起的热力抬升等共同作用，为此次强对流天气的发生提供了有力的动力、水汽和热力条件。
(2）显著的锋区和地面辐合线以及南支槽前强烈辐合抬升是触发此次强对流天气的主要机制。高温、高湿环境中，CAPE值达2000J/kg，适宜的0℃和-20℃高度，强的垂直风切变等环境条件有利降雹。
(3）雷达回波和地面自动站资料的跟踪分析对于做好强对流天气预报监测和服务有重大意义。短时临近天气预报预警服务对农作物的防灾避灾和农业生产及农事安排有着积极的促进作用。
参考文献：
[1]俞小鼎,周小刚,王秀明.雷暴与强对流临近天气预报技术进展[J].气象学报,2012,70(003):311-337.
[2]朱乾根,林锦瑞,寿绍文,等.天气学原理(第四版)[M].北京:气象出版社,2007.320-398.
[3]林新彬,刘爱鸣,林毅,等.福建省天气预报技术手册[M].北京:气象出版社,2013.146-152.
[4]冯晋勤,俞小鼎,蔡菁,等.福建春季西南急流暖湿强迫背景下的强对流天气流行配置及环境条件分析[J].气象,2017,43(11):1354-1363.
[5]刘德.天气预报对农业生产的重要作用及影响[J].中国农业信息,2014,(1):189.
官雨洁.福州初春一次强对流天气过程分析及对农业的影响[J].福建热作科技,2020,45(04):33-36.
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2020-12-19我要评论
期刊名称：中国农业气象
期刊人气：1546
主管单位：中华人民共和国农业部
主办单位：中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所
出版地方：北京
专业分类：农业
国际刊号：1000-6362
国内刊号：11-1999/S
邮发代号：82-126
创刊时间：1979年
发行周期：月刊
期刊开本：16开
见刊时间：一年半以上
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2020-12-19
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