1.7 中尺度分析
中尺度分析是指对中尺度天气系统的描述和分析。根据Olanski(1975)的尺度划分，即中-α尺度为200～2000km、中-β尺度为20～200km和中-γ尺度为2～20km。由于强风暴天气系统的水平尺度一般为20～200km，故中尺度分析主要是针对产生雷雨大风、冰雹、短历时强降水、龙卷等强对流天气的中-β尺度系统分析。我国开展中尺度分析业务相对较晚，国家气象中心2009年3月成立了“强天气预报中心”，主要进行强天气的监测和潜势预报。目前，一方面运用常规观测资料和中尺度数值预报分析其发生的可能性，进行潜势预报；另一方面运用非常规的自动站加密观测资料、危险天气报告、雷达、卫星等资料进行中尺度系统的监测和预报预警，及时捕捉其信号垂直风切变，及早发布灾害天气预警信号。
主要是指在常规天气图分析基础上垂直风切变，针对产生中尺度对流性天气的主要条件（水汽、不稳定、抬升和垂直风切变条件），分析各等压面上相关大气的各种特征系统和特征线，最后形成中尺度对流性天气发生、发展大气环境场“潜势条件”的高空和地面综合分析图。
水汽条件：主要分析中低层的湿舌、干舌；
不稳定条件：分析低层和中层的温度及其温度递减率、变温；
抬升条件：分析中低层切变线（辐合线）、低层干线（露点锋）、高低空急流；
垂直风切变条件：分析0～6km和0～1km垂直风切变。
中尺度分析中要特别重视边界层的分析，如地面、925hPa的分析。
具体内容包括：
925hPa分析——边界层急流：最大风带(风速核)
边界层水汽输送：水汽通量辐合区
850hPa分析——风场：低空急流、切变线（辐合线）、显著流线
温度场：暖脊（温度脊）、T850-T500大值区
湿度场：干线（露点锋）、湿舌、显著湿区（T-Td≤5℃）
700hPa分析——风场：低空急流、槽线或切变线、显著流线
温度场：温度脊（或槽）、24h 变温、T700-T500大值区
湿度场：干线（露点锋）、干舌、湿舌、显著湿区（T-Td≤5℃）
500hPa分析——风场：中空急流、槽线或切变线、显著流线
温度场：温度槽、24h 变温
湿度场：干舌
高度场：变高
200hPa分析——风场：高空急流、急流核、显著流线
地面分析内容——任何不连续线(锋面、辐合线、露点锋等)
3h变压、低压、高压中心和特征等压线
湿舌、暖舌、高能舌
重要天气区
图1.23 中尺度分析方法示意图
探空
图主要分析大气层结的稳定度、不稳定能量、垂直风切变等情况，大气层结和不稳定能量的分析前面1.1.3节中已作详细说明。垂直风切变是指水平风（包括大小和方向）随高度的变化，业务中主要是通过各层的风速大小以及风向变化来判断，强对流天气预报主要关注0～6km的垂直风切变大小，一般较强的龙卷、下击暴流、冰雹等强对流天气需要有较大的垂直风切变条件。 由于探空进行的标准时间是世界时00:00和12:00（北京时为08:00和20:00），而对流活动多发生在下午和傍晚，08:00和下午的对流潜势有时相差很大，故在分析不稳定能量时，要注意运用探空图的订正技术。主要做法：假定气块具有估计的午后地面最高温度和露点温度，在大气平流过程不明显时，气块自地面绝热上升的CAPE值对午后和傍晚发生雷暴的可能性具有更好的指示意义。
主要是对中尺度数值预报产品进行分析，包括其高低空形势场、物理量场、 图以及风场、温度场、降水等预报产品。分析方法和要点与前面介绍的分析常规资料一致。
以上内容分析并不是一成不变的，不同地理条件、不同影响系统、不同天气类型所分析的重点以及具体内容都会有所不同。最后预报员要综合分析以上分析结果，结合本地预报经验，进行灾害性天气落区潜势预报。
中尺度系统在卫星云图、雷达回波以及地面图上的表现形式各有不同。
地面图上中尺度系统主要有中尺度辐合线、干线、中低压、中高压（雷暴高压)等。
卫星云图上主要表现为中尺度对流云团、中尺度对流系统（MCS）、中尺度对流复合体（MCC）等。不同种类的卫星云图，其分析的重点有所不同。可见光云图注重分析云的类型、积云初生以及上冲云顶的位置；红外云图注重云顶亮温以及亮温最大梯度区；水汽云图注重干湿分界线以及与高空急流对应的干区。
雷达回波上主要表现为雷暴单体、超级风暴、飑线、阵风锋等。这些系统在雷达反射率因子图以及速度图上的主要特征参见1.4节内容。
闪电资料分析主要是分析单位时间内闪电的频数变化和正、负地闪密集区。
2009年8月27日下午，河北省自西北向东南先后有80个县市出现了雷阵雨，16:30—19:30，河北省中部偏南地区的石家庄、衡水、邢台东部等地出现了冰雹、大风、短历时强降水等强对流天气。6个县市出现冰雹，测站最大冰雹直径7～40mm；17个县市出现大风，风力7～8级，阵风9～10级；6个县市出现短历时强降水。
⑴ 实况天气图中尺度分析分析8月27日08:00 500hPa形势图（图1.24a），可见亚洲中高纬度为两槽一脊，不断有冷空气从贝加尔湖北部沿高压脊南下影响我国华北地区。
图1.24 2009年8月27日08:00 500hPa形势图(a)和中尺度综合分析图(b) 、(c)
图1.24 2009年8月27日08:00 (b)箭头为
200hPa急流，细实线为200hPa等风速
线粗实线为500hPa槽线，双实线为
850hPa槽线，方点细线为700hPa槽线
中空的长条和点线为700hPa切变线
三角细线为地面冷锋
图1.24b和图1.24c为中尺度分析综合图，图1.24b反映了200hPa急流、500、700、850hPa三层槽线以及地面冷锋的高低空配置情况，700、850hPa、地面冷锋南端为前倾结构，河北省位于高空急流入口区的南侧和地面冷锋前，以上垂直结构表明河北境内具有发生强对流的较好的动力条件。
图1.24 2009年8月27日08:00 (c)双实线
为500hPa槽线，有圆点的细线为500hPa
温度槽线，圆点线为850hPa温度脊线
阴影为T850-T500大于27℃区域
由图1.24c可见，500hPa有弱冷空气东移，850hPa为暖脊控制，河北省大部温度直减率（T850-T500）＞27℃，且平原大部分地区地面Td≥20℃，最大Td＞21℃，这种明显上干冷下暖湿的层结结构，具有较好的热力和动力条件，有利于强对流的发生。
⑵ 探空图分析
图1.25 09-7-28 08:00探空资料(a)北京
北京站“下湿上干”、有逆温，为典型的喇叭口型结构，且有明显的不稳定能量，有利于对流发展；
图1.25 09-7-28 08:00探空资料(b)大港
天津的大港站也为“下湿上干”结构，但不稳定能量相对较小；
图1.25 09-7-28 08:00探空资料(c)邢台
河北的邢台虽也有逆温，但低层湿度层太薄，不稳定能量CAPE值较小，运用探空订正技术，三站的CAPE值均有明显增加，其中邢台站增加最明显（图1.25d）。
配合27日08:00京津冀复位内自北向南的四个太空站张家口、北京、大港、邢台四站的SI分别为2.2、0.7、-1.5、4.1，综合分析北京以南到大港、邢台以北之间的河北省中部区域有对流的发展条件。
⑶ 数值预报产品及本地工具指标分析应用
在这次河北强对流天气预报中，当日上午T639预报：17:00河北中部为K值大值区，且850hPa有明显的上升区，但降水预报没有明显的征兆。MM5中尺度数值模式降水和风场的预报也没有显示。
河北省强对流天气潜势预报工具（该工具是应用NCEP预报场资料，结合预报指标、以叠套法制作的河北省冰雹、雷雨大风等强对流天气潜势预报）用当日08:00资料起报的结果显示，河北省中北部午后到傍晚发生强对流的可能性较大。
综合分析可见，当日午后到傍晚河北省大部有发生雷雨，局部有短时大风、冰雹等强对流天气的潜势。但具体的落点还需根据卫星、雷达、加密自动站等资料进行跟踪预报。
⑴ 卫星云图
分析27日的红外云图，上午河北省北部有逗点云系，与地面弱冷锋相对应的云系位于40°N附近，南部为晴空区。13:00—15:00，弱冷锋云系略有南压，且云系上不断有小对流云团发展，对流云团影响的区域有明显的雷阵雨天气；16:00，小对流云团逐渐连成线状，位于保定东部、石家庄北部；17:00，小对流云团合并发展成一边缘光滑的雷暴云团（图1.26），其前部TBB梯度最大处的石家庄地区16:38—18:02出现了雷雨大风、冰雹强对流天气；18:00，云团继续发展东移，其前部TBB梯度最大处也略向东南方向移动，对应的冰雹、雷雨大风强对流天气也略向东南移动。
图1.26 2009年8月27日15:00-17:00红外云图
⑵ 雷达图像的分析
分析逐6min一次的多普勒雷达图像，该过程先后有两个阵风锋，第一个阵风锋（14:54出现）离强回波较远，强度较弱，所经之处风速明显加大，但没有产生阵风达7级及以上的致灾大风，后随着强回波的减弱，阵风锋亦南移减弱，16:06与新出现的第二个阵风锋合并；而第二个阵风锋，距强回波近，强度强，与趋于减弱的第一个阵风锋合并后，继续加强，并随强回波向东南方向移动，造成河北中部偏西地区的7～8级致灾大风。
与此同时，产生第二个阵风锋的强回波，由15:30新生到16:00(图1.27)迅速发展加强，反射率因子达55dBZ以上，其移速快（25km/30min）、强度大；由于该回波正好处于地面高温高湿和高不稳定能量区域，回波将继续发展加强，随后回波出现了钩状回波、三体散射、有界弱回波等强回波特征(图1.27)，对应速度图(图1.28)有两个明显的中气旋生成，表明多个对流单体风暴中两个单体已发展成为超级单体，该超级单体风暴产生了区域性冰雹、大风、短历时强降水等强对流天气。
⑶ 加密自动站分析
由地面加密自动站资料（图1.29）分析可见：15:00（图1.29a），
图1.29 2009年8月27日地面中尺度分析(a)15:00
在石家庄地区有一明显的中尺度低压，其中有明显的气旋式风向切变线，对应雷达有强回波；在保定东北部有一中尺度高压，从温度分析，此时高压的冷性性质并不明显，还不能确定其是否可发展为雷暴高压；16:00（图1.29b），
图1.29 2009年8月27日地面中尺度分析(b)16:00
中尺度高压中心略向西南移动，从温度场分析得到，中尺度高压附近正好与冷中心相叠置，且中尺度低压的北侧气压梯度明显增大，从逐h瞬时最大风速和雷达回波可以确定此高压已演变成雷暴高压，其前部的下沉气流正好与雷达回波的阵风锋对应；17:00（图1.29c），
图1.29 2009年8月27日地面中尺度分析(c)17:00
雷暴高压继续向西南方向移动，其后部还出现了尾流低压，表明雷暴高压很强，高压和中尺度气旋间的梯度明显加大，此时石家庄东南部出现7～8级大风，阵风达9～10级；到18:00（图1.29d），
图1.29 2009年8月27日地面中尺度分析(d)18:00
雷暴高压减弱，中尺度低压东移、辐合线也东移南压，对应雷达主体强回波略东南移。
综合以上分析，河北省这次强对流天气是在“下湿上干”有利的不稳定层结背景下，由地面弱冷锋触发而产生，地面主要中尺度系统为中尺度低压、地面辐合线、雷暴高压等，在卫星上表现为多个对流云团，而雷达上为阵风锋和多个对流单体，其中有两个单体发展为超级单体，产生了大面积的冰雹、大风天气。
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