李浚河，耿建軍，張淅妍，伊群禮

（1.中國氣象科學(xué)研究院，北京　100081；2.南京信息工程大學(xué)，南京　210044；3.北京市氣象局，北京　100089；4.和田地區(qū)氣象局，新疆　和田848099）

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2013年北京地區(qū)一次強(qiáng)對(duì)流天氣過程分析

李浚河1，2，3，耿建軍3，張淅妍3，伊群禮4

（1.中國氣象科學(xué)研究院，北京100081；2.南京信息工程大學(xué)，南京210044；3.北京市氣象局，北京100089；4.和田地區(qū)氣象局，新疆和田848099）

摘要：2013年6月11日08時(shí)至12日08時(shí)，北京地區(qū)出現(xiàn)了一次強(qiáng)對(duì)流天氣過程，部分站點(diǎn)出現(xiàn)冰雹、短時(shí)強(qiáng)降水等災(zāi)害性天氣。通過分析此次過程的大尺度天氣環(huán)流背景、物理量場、北京S波段新一代天氣雷達(dá)基本反射率因子、徑向速度、一小時(shí)累積雨量等產(chǎn)品、以及海淀風(fēng)廓線探測數(shù)據(jù)、5min加密自動(dòng)站數(shù)據(jù)，得出如下結(jié)論：（1）本次過程主要是對(duì)流層中層溫度槽落后于高度槽，系統(tǒng)斜壓性較強(qiáng)，發(fā)展較好。（2）源于東部沿海的暖濕空氣持續(xù)輸送，為后續(xù)強(qiáng)對(duì)流天氣提供了充沛的水汽和不穩(wěn)定能量。（3）本站不穩(wěn)定能量的積聚為對(duì)流性天氣的形成發(fā)展提供了良好的觸發(fā)維持條件。（4）懷柔、湯河口降雹之前，多普勒天氣雷達(dá)速度圖上反映出明顯的中氣旋特征；反射率因子圖存在鉤狀回波，相應(yīng)的垂直剖面具有回波懸垂、三體散射等特征。（5）南風(fēng)分量明顯加大，有利于水汽的輸送，中尺度切變線的存在有利于氣流輻合，強(qiáng)回波穩(wěn)定少動(dòng),產(chǎn)生短時(shí)強(qiáng)降水。

關(guān)鍵詞：強(qiáng)對(duì)流；三體散射；中氣旋

李浚河，耿建軍，張淅妍，等.2013年北京地區(qū)一次強(qiáng)對(duì)流天氣過程分析[J].沙漠與綠洲氣象，2016，10（2）：25-30.

強(qiáng)對(duì)流天氣是造成氣象災(zāi)害的主要天氣類型之一，主要包括冰雹、龍卷、雷雨大風(fēng)和暴洪[1]。在中國，強(qiáng)對(duì)流天氣每年都會(huì)造成嚴(yán)重的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國每年因各類氣象災(zāi)害而造成的損失，平均約占國民生產(chǎn)總產(chǎn)值3% ～5%，而強(qiáng)對(duì)流災(zāi)害性天氣造成的危害占?xì)庀鬄?zāi)害總損失中的比例也較高[2]。現(xiàn)在頻繁出現(xiàn)的城市內(nèi)澇、山洪泥石流等對(duì)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生命財(cái)產(chǎn)安全均造成極大的威脅和傷害。強(qiáng)對(duì)流天氣具有空間尺度小、突發(fā)性強(qiáng)、生命期短等特點(diǎn)。在日常中短期業(yè)務(wù)中難以對(duì)其作出相對(duì)準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)，因此強(qiáng)對(duì)流天氣的監(jiān)測和臨近預(yù)報(bào)、預(yù)警成為氣象業(yè)務(wù)部門最為關(guān)心的關(guān)鍵問題。國內(nèi)外氣象工作者在這方面做了許多有益的工作，如Lemon LR.[3]提出一個(gè)可以業(yè)務(wù)化的預(yù)報(bào)大冰雹指標(biāo)--三體散射特征。廖玉芳、俞小鼎[4]等分析了2002年5月14日19:00—21:00影響湖南常德地區(qū)的3個(gè)對(duì)流風(fēng)暴的雷達(dá)回波，觀測到了與超級(jí)單體相聯(lián)系的中氣旋和龍卷式渦旋特征（TVS），這也是在中國首次探測到了三體散射（TBSS）和龍卷式渦旋特征（TVS），這兩個(gè)分別指示大冰雹和龍卷的雷達(dá)回波特征。李向紅、唐熠[5]等對(duì)2004年11月9—11日桂林一次強(qiáng)對(duì)流天氣過程的雷達(dá)回波進(jìn)行特征分析，認(rèn)為列車效應(yīng)造成桂林北部的暴雨，三體散射長釘?shù)睦走_(dá)回波特征可用于提前15～22 min預(yù)警大冰雹。李文娟、鄭國光[6]等從大尺度影響系統(tǒng)、不穩(wěn)定層結(jié)、上升運(yùn)動(dòng)、雷達(dá)回波特征等方面對(duì)山東境內(nèi)的一次中氣旋冰雹天氣過程進(jìn)行了診斷分析。孫靖、王建捷、孫軍、方翀，毛冬艷等對(duì)北京地區(qū)的強(qiáng)對(duì)流天氣及伴有的明顯中尺度降水特征也做了詳細(xì)的研究[7-9]。李圓圓、支竣[10]等對(duì)2013年6月18日發(fā)生在新疆喀什地區(qū)境內(nèi)的一次罕見強(qiáng)冰雹天氣從天氣形勢(shì)、中尺度系統(tǒng)、水汽條件、雷達(dá)回波特征等多方面進(jìn)行了綜合分析。上述氣象工作者的研究工作加深了我們對(duì)于強(qiáng)對(duì)流天氣的認(rèn)識(shí)。

2013年6月11日08時(shí)—12日08時(shí)北京地區(qū)出現(xiàn)一次強(qiáng)對(duì)流天氣過程。此次過程有2點(diǎn)值得關(guān)注：1）豐臺(tái)、石景山、海淀、密云、湯河口5個(gè)測站出現(xiàn)冰雹，冰雹直徑最大為湯河口13 mm；2）雨量分布極不均勻，最大降雨出現(xiàn)在密云大城子38.4 mm，11 日19—20時(shí)該地小時(shí)雨強(qiáng)達(dá)33 mm/h。本文將從天氣環(huán)流形勢(shì)、物理量場、雷達(dá)回波特征等幾方面對(duì)本次強(qiáng)對(duì)流天氣過程進(jìn)行分析，以期對(duì)今后此類強(qiáng)對(duì)流天氣的預(yù)報(bào)服務(wù)工作有所助益。

圖1　2013年6月11日08時(shí)—12日08時(shí)雨量分布圖（單位：mm）

2　大尺度環(huán)流形勢(shì)背景及系統(tǒng)影響

6月10日500 hPa河套地區(qū)的溫度槽明顯落后于位于河套以東的高度槽。北京地區(qū)處于500 hPa槽前西南氣流中，850 hPa及以下低層有明顯的偏東風(fēng)氣流。地面場上北京東部地區(qū)至山東半島呈氣旋式環(huán)流，為中尺度對(duì)流系統(tǒng)的發(fā)生發(fā)展提供了有利的上升條件。20時(shí)北京位于500 hPa高空槽前，在低層處于850 hPa低渦及地面輻合中心區(qū)，中低層系統(tǒng)有著較好的配置。11日08時(shí)冷空氣入境，北京地區(qū)發(fā)生了較強(qiáng)的對(duì)流天氣。12日08時(shí)影響系統(tǒng)已經(jīng)過境，北京地區(qū)高低空都已轉(zhuǎn)為西北氣流控制，降水過程結(jié)束。

從風(fēng)場上看，10日08時(shí)北京地區(qū)700 hPa主要為偏北氣流，850 hPa及以下為明顯的偏東氣流并且長時(shí)間維持。由11日08時(shí)850 hPa和925 hPa水汽通量散度也可以看出，北京及河北以東地區(qū)處于水汽通量散度負(fù)值區(qū)，表明北京地區(qū)位于水汽通量輻合區(qū)。從700 hPa相對(duì)濕度場看，大濕度區(qū)是集中在北京及其以東地區(qū)（圖2）。因此長時(shí)間維持并加強(qiáng)的偏東風(fēng)不僅有利于北京地區(qū)的風(fēng)場輻合，也給北京地區(qū)這次降水提供了較好的水汽條件。

圖2　2013年6月11日08時(shí)500　hPa高空槽（棕色實(shí)線）、溫度槽（藍(lán)色三角線）、700　hPa垂直速度上升區(qū)（黑虛線閉合區(qū)）和濕舌（綠線內(nèi)區(qū)域）

3　物理量場分析

3.1垂直上升運(yùn)動(dòng)

10日20時(shí)開始至11日08時(shí)北京地區(qū)低層上空都是垂直速度負(fù)值區(qū)（圖2中黑虛線閉合區(qū)域），有較強(qiáng)的垂直上升運(yùn)動(dòng)，尤其北部地區(qū)更為明顯。11 日20時(shí)垂直速度上升區(qū)縮減到北京地區(qū)的東北區(qū)域，12日08時(shí)北京低層上空已轉(zhuǎn)為垂直速度正值區(qū)，抬升運(yùn)動(dòng)消失。

3.2不穩(wěn)定條件

從北京54511站08時(shí)、14時(shí)、20時(shí)三次探空計(jì)算得到的物理量參數(shù)（表1）可以看出，K指數(shù)遞增，SI指數(shù)遞減，大氣越來越不穩(wěn)定，為對(duì)流的觸發(fā)、發(fā)展提供了良好的環(huán)境；風(fēng)暴相對(duì)螺旋度逐漸增大，過程中0℃層和-20℃層的高度的變化有利于冰雹的出現(xiàn)。

表1　6月11日08時(shí)、11時(shí)、14時(shí)探空物理量參數(shù)

從2013年6月11日14時(shí)北京溫度對(duì)數(shù)壓力圖（圖3）可以看到，從1000 hPa到300 hPa整層存在不穩(wěn)定能量，同時(shí)850 hPa和1000 hPa間存在風(fēng)向的垂直切變，700 hPa和850 hPa及以下層次存在風(fēng)速切變。

圖3　2013年6月11日14時(shí)北京溫度對(duì)數(shù)壓力圖

4　多普勒天氣雷達(dá)資料分析

12:18懷柔北部有一塊強(qiáng)度為46 dBz的回波生成（圖4a），隨后其以30 km/h速度向東南方向移動(dòng)，13：24在其右側(cè)有強(qiáng)度為38 dBz的對(duì)流單體新生，30 min后（13：54）該新生單體中心強(qiáng)度加強(qiáng)為58 dBz，同時(shí)在其右側(cè)出現(xiàn)兩個(gè)間距大約25 km的新生回波，他們的中心強(qiáng)度大約為30 dBz，隨后這些單體不斷加強(qiáng)，15：00形成弧狀中尺度對(duì)流復(fù)合體（圖4b），強(qiáng)中心強(qiáng)度為61 dBz，向東南偏南方向以30 km/h速度掠過北京城區(qū)，造成伴有雷電的降水。19：00一塊中心強(qiáng)度為58 dBz的強(qiáng)對(duì)流回波從密云東南部地區(qū)（圖4c），以25 km/h速度向西南方向移動(dòng)，同時(shí)強(qiáng)度不斷增強(qiáng)，范圍不斷增大。19:30強(qiáng)中心強(qiáng)度達(dá)到64 dBz（圖4d），隨后回波穩(wěn)定少動(dòng)，強(qiáng)度維持在50 dBz以上，因此造成了密云大城子19—20時(shí)小時(shí)雨量達(dá)33 mm，多普勒雷達(dá)一小時(shí)累積降水產(chǎn)品顯示為44 mm。

20:00多普勒徑向速度產(chǎn)品出現(xiàn)中氣旋特征（圖5）：低層（1.5°）輻合，中層（2.4°）旋轉(zhuǎn)，高層（3.4°）輻散。從19：30—20：30該處垂直積分液態(tài)水含量的變化情況（圖6）可以看出，VIL在20：00前后有個(gè)明顯的躍升，從18 kg/m2跳變到48 kg/m2。20：10該處反射率因子圖上出現(xiàn)鉤狀回波，沿鉤狀回波作垂直剖面可看到明顯的回波懸垂、三體散射特征（圖7）。

圖4　1.5°基本發(fā)射率因子圖

以上分析可知：此次過程發(fā)生冰雹的相應(yīng)時(shí)刻,多普勒天氣雷達(dá)速度圖上反映出明顯的中氣旋特征；反射率因子圖存在鉤狀回波，相應(yīng)的垂直剖面具有回波懸垂、三體散射等特征。12日01：00降水回波基本移出北京境內(nèi)，降水趨于結(jié)束。

圖5　2013年6月11日20時(shí)多普勒雷達(dá)1.5°、2.4°、3.4°基本速度圖

從6月11日20：35北京地區(qū)地面自動(dòng)站探測圖也可看出：位于北京東部的密云、平谷交界處存在一個(gè)明顯的切變線，維持約30 min，這十分有利于氣流輻合，在切變線附近區(qū)域產(chǎn)生局地強(qiáng)降水。

圖6　2013年6月11日19：30—20：30懷柔中氣旋區(qū)域VIL變化圖

5　海淀風(fēng)廓線儀資料分析

根據(jù)位于北京海淀的風(fēng)廓線儀觀測資料可以看到（圖8），降水發(fā)生前，海淀站925 hPa及以下低層為東南風(fēng),其長時(shí)間維持并有所加強(qiáng)，這十分有利于本站地區(qū)水汽的輸送。

圖7　2013年6月11日20：10懷柔雷達(dá)強(qiáng)回波區(qū)垂直剖面圖

在13：00（圖8中紅色豎線處）之前，850 hPa以上為西北氣流，風(fēng)力達(dá)到10 m/s。850 hPa與925 hPa之間為偏西及偏南氣流，925 hPa以下是偏東風(fēng)。12:18之后低層?xùn)|南風(fēng)氣流開始明顯加強(qiáng)，240 m之上風(fēng)速達(dá)到8 m/s。13:00開始，850 hPa高度發(fā)生明顯風(fēng)切變，一直維持到13:48左右，低層?xùn)|南風(fēng)在14：00前逐漸都轉(zhuǎn)變?yōu)槟巷L(fēng)。這與14時(shí)探空曲線圖上看到的850 hPa附近的明顯風(fēng)向切變是相一致的。結(jié)合高空?qǐng)D分析也可看出，高空700 hPa上下風(fēng)向發(fā)生轉(zhuǎn)向，因此在降水發(fā)生時(shí)有700 hPa高空橫切變過境。

由此可見，在此次強(qiáng)對(duì)流發(fā)生之前1 h左右，已經(jīng)可以在風(fēng)廓線雷達(dá)的垂直結(jié)構(gòu)上看到明顯風(fēng)切變，較強(qiáng)的垂直風(fēng)切變是冰雹產(chǎn)生的必要條件之一。此外，低層?xùn)|南風(fēng)風(fēng)速存在著風(fēng)速的脈動(dòng)，這種脈動(dòng)也很容易觸發(fā)強(qiáng)對(duì)流。

圖8　海淀風(fēng)廓線圖（12:12—14:12，6月11日）

6　結(jié)論

（1）此次降水發(fā)生前500 hPa溫度槽落后于高度槽，系統(tǒng)斜壓性強(qiáng)。北京位于500 hPa槽前，低層有明顯的偏東氣流并且長時(shí)間維持，有利于北京地區(qū)的低層風(fēng)場輻合。北京地區(qū)位于850 hPa低渦及地面輻合中心區(qū)，中低層有著較好的配置。11日冷空氣過境引發(fā)了此次強(qiáng)對(duì)流天氣。過程中較強(qiáng)的不穩(wěn)定能量及垂直上升運(yùn)動(dòng)促進(jìn)了短時(shí)強(qiáng)降水、冰雹等強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)生。

（2）本站不穩(wěn)定能量的積聚為對(duì)流性降水的形成提供了良好的觸發(fā)條件。同時(shí)850 hPa和1000 hPa間存在風(fēng)向的垂直切變，700 hPa和850 hPa及以下層次存在風(fēng)速切變；中尺度切變線的存在有利于強(qiáng)對(duì)流天氣的形成。

（3）湯河口發(fā)生冰雹的相應(yīng)時(shí)刻,多普勒天氣雷達(dá)速度圖上反映出明顯的中氣旋特征；反射率因子圖存在鉤狀回波，相應(yīng)的垂直剖面具有回波懸垂、三體散射等特征。

（4）風(fēng)廓線雷達(dá)資料對(duì)于強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)生及維持具有一定的預(yù)報(bào)指示意義。從此次降水過程可以得出，通過對(duì)風(fēng)廓線資料的風(fēng)場垂直結(jié)構(gòu)以及風(fēng)速變化的分析，其對(duì)于強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生的預(yù)報(bào)指示性可以至少提前1 h以上。

（5）低層?xùn)|南風(fēng)的穩(wěn)定維持及逐漸增強(qiáng)，有利于本地水汽的輸送，為此次強(qiáng)降水提供了很好的水汽條件，因此低層?xùn)|南氣流的增強(qiáng)及維持，在強(qiáng)降水預(yù)報(bào)中值得關(guān)注。

（6）此次過程強(qiáng)降水發(fā)生1 h前，850 hPa高度附近出現(xiàn)明顯風(fēng)向切變，并且穩(wěn)定維持1 h左右；降水發(fā)生時(shí)雷達(dá)強(qiáng)回波在局地的穩(wěn)定少動(dòng)，引發(fā)了局地強(qiáng)對(duì)流天氣。因此通過將風(fēng)廓線與探空、雷達(dá)回波、地面自動(dòng)站等精細(xì)化資料的結(jié)合分析，將有助于局地短時(shí)強(qiáng)降水以及冰雹天氣的預(yù)報(bào)。

參考文獻(xiàn)：

[1]俞小鼎.強(qiáng)對(duì)流天氣的多普勒天氣雷達(dá)探測和預(yù)警氣象科技進(jìn)展，2011，1（3）：31-41.

[2]胡勝.多普勒雷達(dá)資料業(yè)務(wù)應(yīng)用研究[D].南京:南京信息工程大學(xué)，2006.

[3] Lemon L R.The radar“Three-Body ScatterSpike”:an operationallarge hailsignature [J].W eather Forecasting，1998，13：327-340.

[4]廖玉芳，俞小鼎，郭慶.一次強(qiáng)對(duì)流系列風(fēng)暴個(gè)例的多普勒天氣雷達(dá)資料分析[J].應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)，2003，14（6）：656-661.

[5]李文娟，鄭國光，朱君鑒，等.一次中氣旋冰雹天氣過程的診斷分析[J].氣象科技，2006，34（3）：291-295.

[6]李向紅，唐熠，鄭傳新，等.一次多種強(qiáng)對(duì)流天氣過程的雷達(dá)回波特征分析[J].氣象，2010，36（8）：61-71.

[7]孫靖、王建捷.北京地區(qū)一次引發(fā)強(qiáng)降水的中尺度對(duì)流系統(tǒng)的組織發(fā)展特征及成因探討[J].氣象，2010，36（12）：19-27.

[8]諶蕓，孫軍，徐珺，等.北京721特大暴雨極端性分析及思考（一）觀測分析及思考[J].氣象，2012，38（10）：1255-1266.

[9]方翀，毛冬艷，張小雯，等.2012年7月21日北京地區(qū)特大暴雨中尺度對(duì)流條件和特征初步分析[J].氣象，2012，38（10）：1255-1266，1278-1287.

[10]李圓圓，支竣，張超.2013年6月喀什地區(qū)一次強(qiáng)冰雹天氣的成因分析[J].沙漠與綠洲氣象，2014，8（2）：19-26.

[11]王金蘭，陳紅霞，段中夏，等.河南省一次致災(zāi)強(qiáng)對(duì)流天氣的中尺度分析[J].氣象與環(huán)境科學(xué)，2014，37（3）：14-20.

[12]梁鈺，張一平，董俊玲，等.鄭州地區(qū)3次冷渦型強(qiáng)對(duì)流天氣對(duì)比分析[J].氣象與環(huán)境科學(xué)，2014，37（3）：1-7.

[13]蘆阿咪.2011-06-11豫北強(qiáng)對(duì)流天氣過程分析[J].氣象與環(huán)境科學(xué)，2015，38（4）：84-91.

[14]買文明，何麗華，田秀霞，等.一次高空槽與西南渦耦合影響下的華北暴雨過程分析[J].沙漠與綠洲氣象，2013，7（4）：31-37.

AnalysisofOne Severe Convective W eatherProcesswith Hails in 2013 in Beijing

LIJunhe1，2，3，GENG Jianjun3，ZHANG Xiyan3，YIQunli4
（1.The Chinese AcademyofMeteorologicalSciences，Beijing100081，China；2.Nanjing Information and Engineering Univeristy，Nanjing210044，China；3.Beijing MeteorologicalBureau，Beijing100089，China；4.Hotian MeteorologicalBureau，Hotian 848099，China）

AbstractA severe convective weatheralong with hails,shortterm heavy rain occurred in Beijing from 08:00 June11,2013 to 08:00 June 12,2013,synopticscaleenvironmentalconditions,physical parameterfields.Dopplerradarbase reflectivity,velocity and one hourprecipitation,wind profile and 5-minutesintensified automatic surface weatherobservation system data are analyzed.Results are showed asfollows.（1）Temperaturetrough laggingbehind heighttrough overthe baroclinic zone in the troposphere is favorable to system developing.（2）W arm moistaircontinuous transportation from eastcoastsupplied adequatewatervaporand unstableenergy.（3）Theaccumulation ofunstable energy is trigger and sustainable condition forthe severe convection weather.（4）There are some typical characteristics before hail falling in Tanghekou station, Huairou,such as meso-cyclone shown in radarvelocity,hook echo shown in radarreflectivity,and echo pendency and three-body scatter spike shown in corresponding vertical cross-section.（5）The south wind components becomingobviouslyisbeneficialtowatervaportransportation.Theexistence ofmesoscaleshearline isfavorableto airstream convergence.Strong maintainingand stillechoishelpfulto theshortterm heavyrain.

Key wordssevereconvection；threebodyscatterspike；meso-cyclone

中圖分類號(hào)：P458.121

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1002-0799（2016）02-0025-06

doi：10.3969/j.issn.1002-0799.2016.02.004

收稿日期：2014-12-03；修回日期：2015-06-06

基金項(xiàng)目：公益性行業(yè)專項(xiàng)（氣象）科研專項(xiàng)“風(fēng)廓線雷達(dá)組網(wǎng)觀測資料業(yè)務(wù)化應(yīng)用研究（201306136）”資助。

作者簡介：李浚河（1974-），男，高級(jí)工程師，主要從事預(yù)報(bào)服務(wù)工作。E-mail：bjqxtfwk@163.com