呂作俊

(河南省三門峽市氣象局，河南三門峽 472000)

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三門峽“07.13”短時(shí)強(qiáng)降水形成機(jī)制及預(yù)報(bào)難點(diǎn)分析

呂作俊

(河南省三門峽市氣象局，河南三門峽 472000)

利用單站氣象要素逐小時(shí)資料、NCEP 1°×1°再分析資料以及MICAPS常規(guī)資料，從過(guò)程實(shí)況、大尺度環(huán)流背景、物理量等方面，對(duì)2012年7月13日20：00～14日00：00發(fā)生在三門峽市區(qū)及附近的短時(shí)局地強(qiáng)降水過(guò)程的形成機(jī)制及預(yù)報(bào)難點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)分析。結(jié)果表明，這次短時(shí)強(qiáng)降水是在有利的大尺度環(huán)流背景下產(chǎn)生的，整個(gè)過(guò)程冷空氣活動(dòng)均非?；钴S；三門峽站氣象要素演變對(duì)降水開始具有較好的指示意義；過(guò)程的水汽條件及動(dòng)力條件在降水開始前6 h左右仍然不利于產(chǎn)生降水，直到降水開始前2 h左右才逐漸轉(zhuǎn)化為有利條件。過(guò)程預(yù)報(bào)中存在氣象參考資料時(shí)空分辨率不足以及水汽條件與當(dāng)?shù)乇┯觐A(yù)報(bào)指標(biāo)不一致兩大難點(diǎn)，業(yè)務(wù)中需要在不斷完善當(dāng)?shù)乇┯觐A(yù)報(bào)指標(biāo)的基礎(chǔ)上，著重從短時(shí)臨近角度進(jìn)行分析預(yù)報(bào)。

短時(shí)強(qiáng)降水；形成機(jī)制；預(yù)報(bào)難點(diǎn)；冷平流

短時(shí)強(qiáng)降水是一種具有突發(fā)性、局地性和致災(zāi)性特征的強(qiáng)對(duì)流天氣，常引發(fā)山洪、城市積澇、泥石流和山體滑坡等地質(zhì)災(zāi)害，給人民生命財(cái)產(chǎn)帶來(lái)巨大損失，因其致災(zāi)性強(qiáng)、預(yù)報(bào)難度較大，成為近年來(lái)災(zāi)害性天氣研究的重要內(nèi)容之一。許多氣象工作者分別從不同方面對(duì)其開展了大量研究，并取得一定的研究成果[1-5]，如紀(jì)曉玲等[1]利用多種資料對(duì)寧夏北部一次短時(shí)暴雨的中尺度對(duì)流系統(tǒng)特征分析發(fā)現(xiàn)，此次短時(shí)暴雨是在有利環(huán)流背景下由2個(gè)對(duì)流單體先后影響而后合并維持造成的，閃電發(fā)生頻率對(duì)降水有明顯的指示意義；慕建利等[6]利用T213常規(guī)資料及地面加密觀測(cè)資料，分析了發(fā)生在陜西關(guān)中的一次短歷時(shí)強(qiáng)暴雨的水汽條件，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，關(guān)中強(qiáng)暴雨水汽來(lái)源于周圍的高濕區(qū)，暴雨區(qū)上空水汽淺薄，東西向水汽輻合是暴雨區(qū)水汽的主要來(lái)源；許愛華等[7]通過(guò)對(duì)我國(guó)南方梅雨期間發(fā)生的強(qiáng)降水過(guò)程進(jìn)行分析，提出了有利于該類強(qiáng)降水的預(yù)報(bào)著眼點(diǎn)及暴雨落區(qū)判斷依據(jù)。

三門峽是河南省防汛重點(diǎn)區(qū)域，為山地及丘陵地形，下墊面復(fù)雜，是短時(shí)強(qiáng)降水的多發(fā)地區(qū)，經(jīng)常造成嚴(yán)重災(zāi)害，如2010年7月23～24日三門峽市出現(xiàn)罕見強(qiáng)降水過(guò)程，引發(fā)了山洪、泥石流、山體滑坡以及城市積澇，造成直接經(jīng)濟(jì)損失12.96億元，死亡失蹤人口4人。因此，加強(qiáng)對(duì)三門峽市強(qiáng)降水形成機(jī)制及預(yù)報(bào)技術(shù)研究，減小此類氣象災(zāi)害的影響，具有十分重要的意義。2012年7月13日20：00～14日00:00三門峽市區(qū)及其附近地帶出現(xiàn)了強(qiáng)烈的短時(shí)強(qiáng)降水天氣。由于降水集中在市中心并產(chǎn)生了嚴(yán)重災(zāi)害，當(dāng)日短期天氣預(yù)報(bào)中又未能預(yù)報(bào)出來(lái)，因而在社會(huì)大眾與政府部門中產(chǎn)生了一些不利影響。筆者利用單站氣象要素逐小時(shí)資料、NCEP 1°×1°再分析資料以及MICAPS常規(guī)資料，從過(guò)程實(shí)況、大氣環(huán)流背景、物理量等方面對(duì)這次過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)分析，找出此次過(guò)程的形成機(jī)制，并總結(jié)預(yù)報(bào)難點(diǎn)，以期為三門峽市短時(shí)強(qiáng)降水天氣的預(yù)報(bào)技術(shù)提供經(jīng)驗(yàn)和指標(biāo)，從而減少這類失誤的發(fā)生。

1　過(guò)程實(shí)況分析

1.1降水與災(zāi)情7月13日20：00～14日00：00三門峽市出現(xiàn)了少見的以市區(qū)為降水中心的短時(shí)強(qiáng)降水天氣。此次強(qiáng)降水的中心主要集中在三門峽市區(qū)及陜縣中部地區(qū)(圖1)，共有 8個(gè)自動(dòng)站降水量超過(guò)50.0 mm，最大降水量為80.5 mm，出現(xiàn)在湖濱區(qū)磁鐘站，而市觀測(cè)站降水量為75.8 mm。降水主要出現(xiàn)在13日20：00之后，到14日00：00降水已經(jīng)結(jié)束，降水集中時(shí)段為20：00～21：00、21：00～22：00，小時(shí)降水量分別達(dá)26.8和39.4 mm(圖2)。據(jù)民政部門統(tǒng)計(jì)，此次災(zāi)害共造成湖濱區(qū)70戶246口人不同程度受災(zāi)，城市道路及街道排洪排污管道被沖毀、坍塌，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)850萬(wàn)元，慶幸的是未造成人員傷亡。由此可見，“07.13”短時(shí)強(qiáng)降水具有明顯的局地性、突發(fā)性和致災(zāi)性特點(diǎn)。在如此集中的區(qū)域內(nèi)，2～3 h就出現(xiàn)8個(gè)站點(diǎn)超過(guò)50.0 mm降水，在三門峽市實(shí)屬少見，預(yù)報(bào)難度比較大。

1.2單站氣象要素演變此次降水過(guò)程發(fā)生在市區(qū)，市觀測(cè)站恰好位于暴雨的中心位置，分析市觀測(cè)站從降水開始前6 h到結(jié)束后3 h內(nèi)氣象要素的演變特征(圖2)發(fā)現(xiàn)，13日14：00三門峽站平均氣溫為29.2 ℃，隨著時(shí)間推移，溫度正常小幅度減小，至20:00溫度減小至26.0 ℃，平均減小幅度為0.5 ℃/h;到21：00，溫度突然下降至21.8 ℃，1 h下降幅度達(dá)4.2 ℃，對(duì)應(yīng)降水量分布圖，則降水恰好開始;而后溫度一直保持在21.2～21.8 ℃，并有極小幅度的升降。由此可見，地面冷空氣侵入，激發(fā)了不穩(wěn)定能量釋放，在有利的背景條件下產(chǎn)生了這次短時(shí)強(qiáng)降水。

圖1　2012年7月13日14：00～14日02：00三門峽市降水量分布Fig.1　The precipitation distribution in Sanmenxia City during 14:00, 13 July-02:00, 14 July 2012

注：為了繪圖方便，氣壓值截取了實(shí)際值的個(gè)位與小數(shù)點(diǎn)后1位數(shù)值并放大10倍，實(shí)際氣壓數(shù)值的百位與十位分別為9和5。 Note:In order to facilitate drawing,the unit and one digit after decimal point of actual value was intercepted and magnified 10 times as pressure value,hundred and ten point of actual pressure value is 9 and 5.圖2　2012年7月13日14：00～14日02：00三門峽本站各氣象要素時(shí)間演變Fig.2　The time evolution of meteorological elements in Sanmenxia Station during 14:00, 13 July-02:00, 14 July 2012

從三門峽站相對(duì)濕度(圖2)在降水前后的演變特征可以看出，降水開始前的6 h內(nèi)，本站相對(duì)濕度均不大，一直維持在62%～65%。而13日20：00后，相對(duì)濕度突然增大至87%，21：00達(dá)最大(90%)，而后相對(duì)濕度基本維持在88%?？梢姡瑥?qiáng)降水開始前，當(dāng)?shù)貪穸纫恢辈淮?，而降水開始時(shí)相對(duì)濕度有一次跳躍性升高，降水開始后，相對(duì)濕度維持較大值很少變化。

分析三門峽站地面氣壓(圖2)變化可知，13日14：00～18：00該站氣壓變化不大，一直維持在953.4～953.7 hPa，從18：00開始，氣壓開始明顯增大，到19：00增大至954.7 hPa，1 h內(nèi)正變壓為1.1 hPa，而20:00、21:00的小時(shí)正變壓分別為1.2、1.8 hPa;22:00氣壓略有下降，到23:00氣壓又出現(xiàn)略升。直至14日00:00以后，氣壓才穩(wěn)步下降。由此可知，降水前氣壓升高，說(shuō)明地面有冷空氣，正變壓大小表現(xiàn)了冷空氣的強(qiáng)弱，對(duì)應(yīng)降水實(shí)況則為更大的降水量。這也從另外一個(gè)角度說(shuō)明冷空氣是這次強(qiáng)降水發(fā)生的重要原因。

2　大尺度環(huán)流背景分析

分析發(fā)現(xiàn)，這次短時(shí)強(qiáng)降水是在有利的大尺度背景下產(chǎn)生的。13日14:00 500 hPa(圖3a)，歐亞大陸中高緯度為三低一高型，我國(guó)東北地區(qū)東部、貝加爾湖西北部以及巴爾喀什湖東部分別有一個(gè)低值中心，貝加爾湖南部一直到我國(guó)新疆東部地區(qū)為一高壓(簡(jiǎn)稱貝湖高壓，下同)控制，高壓脊呈東北—西南走向，位于貝加爾湖西北部的低值系統(tǒng)與貝湖高壓反位相疊加；40°～45°N、110°～115°E區(qū)域內(nèi)有一東西向橫槽，有利于冷空氣堆積，未來(lái)將沿貝湖高壓前部西北氣流南壓轉(zhuǎn)豎；三門峽處在橫槽前部的西北氣流里。到20:00(圖3b)，環(huán)流形勢(shì)已經(jīng)發(fā)生明顯變化；東西2個(gè)低值中心穩(wěn)定維持，貝加爾湖西北部的低值系統(tǒng)已經(jīng)東移至貝加爾湖東北部；而貝加爾湖南部的貝湖高壓中心強(qiáng)度明顯增加，已由6 h前的5 824 gpm增加至5 832 gpm，并進(jìn)一步向東伸展，其東部等壓線變得更加密集；環(huán)流形勢(shì)的這種調(diào)整，更有利于高壓前西北氣流攜帶冷空氣在橫槽內(nèi)聚積；此時(shí)橫槽位置沒有變化，但強(qiáng)度加強(qiáng)，橫槽內(nèi)出現(xiàn)閉合等值線，說(shuō)明有冷空氣在此強(qiáng)烈堆積。14日02：00(圖3c)，此時(shí)降水已經(jīng)結(jié)束，貝湖高壓明顯減弱，中心強(qiáng)度僅有5 816 gpm，橫槽已轉(zhuǎn)豎，冷空氣已經(jīng)侵襲，而正是在冷空氣大舉向南暴發(fā)的階段出現(xiàn)了強(qiáng)降水。由于冷空氣很強(qiáng)，向南暴發(fā)速度快，所以降水強(qiáng)度激烈，持續(xù)時(shí)間很短。分析700和850 hPa的環(huán)流形勢(shì)，也有與之類似的結(jié)論。

分析此次冷空氣堆積及暴發(fā)的原因可知，13日14:00(圖3a)，高壓頂部溫度槽落后于低壓槽，有冷平流，而貝湖高壓增強(qiáng)，南高北低系統(tǒng)反位相疊加，則有利于冷空氣沿西北氣流加速南下在橫槽內(nèi)聚積。20:00(圖3b),隨著貝加爾湖西北部低槽東移，高壓后部開始轉(zhuǎn)為暖平流，暗示橫槽即將轉(zhuǎn)豎。14日 02:00,暖平流已侵入到橫槽內(nèi)，阻高大幅度減弱，橫槽轉(zhuǎn)豎，冷空氣向南侵入。

圖3　2012年7月13日14:00(a)、20:00(b) 和14日02:00(c)500 hPa位勢(shì)高度線(單位：gpm)和等溫線(單位：K) Fig.3　The geopotential height line and isotherm at 500hPa at 14:00 BT (a), 20:00 BT (b) on 13 July and 02:00 BT (c) on 14 July 2012

從降水區(qū)(34°～35°N、111°～111.5°E)上空冷平流演變形勢(shì)看，13日14：00，該區(qū)上空等位勢(shì)高度線與等溫線有明顯交角，說(shuō)明存在弱的冷平流(圖3a)；到20：00，等位勢(shì)高度線與等溫線接近垂直，冷平流明顯增強(qiáng)(圖3b)；到14日02：00，強(qiáng)冷平流已經(jīng)影響到河南南部地區(qū)，降水區(qū)后部無(wú)冷暖平流(圖3c)，說(shuō)明冷空氣對(duì)降水區(qū)的影響已經(jīng)結(jié)束，降水停止。

3　物理量分析

3.1水汽條件分析

3.1.1相對(duì)濕度。分析這次過(guò)程的相對(duì)濕度變化發(fā)現(xiàn)，在強(qiáng)降水開始前的6 h內(nèi)(圖4a、b)，降水區(qū)(111°～111.5°E)相對(duì)濕度并不大，尤其是900 hPa以下，相對(duì)濕度<80%，這與當(dāng)?shù)叵到y(tǒng)性降水過(guò)程中相對(duì)濕度一般均在90%以上的情況完全不符；在強(qiáng)降水發(fā)生之前，900～350 hPa相對(duì)濕度略有增加，但變化不大；直到降水結(jié)束后，14日02：00相對(duì)濕度才明顯增加，>80%的相對(duì)濕度向下伸展至1 000 hPa以下，而此時(shí)地面已經(jīng)產(chǎn)生了降水，但整層相對(duì)濕度均在70%～90%，>90%的層次很少(圖4c)。由此可見，產(chǎn)生短時(shí)強(qiáng)降水的水汽條件中，相對(duì)濕度在70%以上就可以發(fā)生，這與當(dāng)?shù)貧庀笈_(tái)站總結(jié)的暴雨預(yù)報(bào)指標(biāo)之一相對(duì)濕度>80%是不一致的，說(shuō)明當(dāng)?shù)氐谋┯觐A(yù)報(bào)指標(biāo)還有待于進(jìn)一步完善。

圖4　2012年7月13日14:00(a)、20:00(b) 和14日02:00(c)沿35°N相對(duì)濕度經(jīng)向垂直剖面Fig. 4　The vertical section of relative humidity along 35°N at 14:00 BT (a), 20:00 BT (b) on 13 July and 02:00 BT (c) on 14 July 2012

3.1.2水汽通量及其散度。從圖5可以看出，13日14：00，降水區(qū)及其周圍均為正的水汽通量散度，水汽通量值很小，說(shuō)明此時(shí)降水區(qū)上空有弱的水汽輻散，水汽輸送非常弱。到20：00，降水區(qū)及其周圍開始出現(xiàn)負(fù)的水汽通量散度，在山西南部到陜西關(guān)中一帶出現(xiàn)了一個(gè)負(fù)的大值中心，表明此時(shí)降水區(qū)上空已經(jīng)開始出現(xiàn)水汽輻合，降水區(qū)出現(xiàn)在水汽輻合中心的南邊界；而從水汽輸送來(lái)看，降水區(qū)水汽來(lái)源有2個(gè)部分，一個(gè)是由位于陜西中北部到甘肅東部的水汽輻散中心向東南輻散出的水汽，圖中表現(xiàn)為西北向的水汽通量，另一個(gè)為山東與河南交界處的輻散中心向西輻散出的水汽，圖中表現(xiàn)為東東北向水汽通量。降水區(qū)就是出現(xiàn)在這兩股水汽通量的輻合地帶，但水汽通量很小，輻合強(qiáng)度也比較低，沒有較強(qiáng)的暖濕空氣輸送。這也與當(dāng)?shù)貧庀笈_(tái)站總結(jié)的暴雨預(yù)報(bào)指標(biāo)(強(qiáng)西南暖濕氣流)相矛盾。這可能就是這次過(guò)程影響范圍非常小、持續(xù)時(shí)間短的原因。

注：矢量表示水汽通量，單位是kg/(hPa·m·s);陰影區(qū)表示水汽通量散度，單位是 kg/(hPa·m2·s)?！ote: Vector represents water vapor flux, the unit is kg/(hPa·m·s); shadow area indicates water vapor flux divergence, the unit is kg/(hPa·m2·s). 圖5　2012年7月13日14:00(a)、20:00(b) 和14日02:00(c)700 hPa水汽通量及水汽通量散度Fig.5　The water vapor flux and divergence of water vapor flux at 700 hPa at 14:00 BT (a), 20:00 BT (b) on 13 July and 02:00 BT (c) on 14 July 2012

3.2動(dòng)力條件分析

3.2.1垂直速度。13日14：00(圖6a)，降水區(qū)(111°～111.5°E)上空基本維持弱的下沉運(yùn)動(dòng)，900 hPa以下下沉運(yùn)動(dòng)最強(qiáng);到20:00(圖6b)，800 hPa以下仍然維持下沉運(yùn)動(dòng)，800～300 hPa為上升運(yùn)動(dòng)，300 hPa以上為下沉運(yùn)動(dòng)。綜合前述分析可知，在冷空氣由高空向低層侵入的過(guò)程中，降水區(qū)上升運(yùn)動(dòng)越來(lái)越強(qiáng)，上升運(yùn)動(dòng)的厚度也越來(lái)越大。14日02:00(圖6c)，850 hPa以下是上升運(yùn)動(dòng)，850～400 hPa為下沉運(yùn)動(dòng)，400 hPa以上則為上升運(yùn)動(dòng)。850 hPa以上出現(xiàn)下沉運(yùn)動(dòng)，阻止了水汽進(jìn)一步上升凝結(jié)，是降水結(jié)束的重要標(biāo)志。 由此可知，此次強(qiáng)降水過(guò)程在降水開始前6 h左右整層為弱的下沉運(yùn)動(dòng)，而在降水將要發(fā)生時(shí)降水區(qū)上空800～300 hPa才轉(zhuǎn)為上升運(yùn)動(dòng)，上升運(yùn)動(dòng)厚度比較厚，運(yùn)動(dòng)速度逐漸增大，說(shuō)明整個(gè)降水云層厚度也較厚，動(dòng)力條件有利于產(chǎn)生短時(shí)強(qiáng)降水。而中層出現(xiàn)下沉運(yùn)動(dòng)，則意味著降水結(jié)束。

圖6　2012年7月13日14:00(a)、20:00(b) 和14日02:00(c)沿35°N垂直速度經(jīng)向垂直剖面(單位：hPa/s)Fig. 6　The vertical section of vertical veloxity along 35°N at 14:00 BT (a), 20:00 BT (b) on 13 July and 02:00 BT (c) on 14 July 2012

3.2.2相對(duì)渦度。沿35°N計(jì)算各經(jīng)度不同高度上的相對(duì)渦度大小(圖7)發(fā)現(xiàn)，13日14：00，降水區(qū)上空500 hPa以下高度均為負(fù)的相對(duì)渦度，對(duì)應(yīng)著弱的下沉運(yùn)動(dòng)，500 hPa以上高度為正的相對(duì)渦度。到20：00，600 hPa以下各高度負(fù)的相對(duì)渦度值減小至0，600 hPa以上相對(duì)渦度均為正值，高空的正渦度中心向下伸展至600 hPa高度，說(shuō)明降水區(qū)上空整層動(dòng)力條件在向著有利于強(qiáng)降水發(fā)生的方向轉(zhuǎn)化。到14日02：00，降水區(qū)上空500 hPa以下高度均變?yōu)樨?fù)的相對(duì)渦度，說(shuō)明500 hPa以下開始出現(xiàn)下沉運(yùn)動(dòng)，動(dòng)力條件不利于降水發(fā)生，降水結(jié)束。由此可見，此次強(qiáng)降水過(guò)程開始前和降水結(jié)束后，500 hPa以下均為負(fù)的相對(duì)渦度，對(duì)應(yīng)下沉運(yùn)動(dòng)，不利于產(chǎn)生降水；而到降水即將開始時(shí)，500 hPa以上正渦度中心開始向下伸展至600 hPa，而原來(lái)600 hPa以下的負(fù)的渦度值已減小至0，向正的渦度轉(zhuǎn)化，旋轉(zhuǎn)上升運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，導(dǎo)致強(qiáng)降水的發(fā)生。

4　預(yù)報(bào)難點(diǎn)分析

通過(guò)上文分析可見，這次短時(shí)強(qiáng)降水過(guò)程是在有利的大尺度環(huán)流條件下，逐漸轉(zhuǎn)化為有利于降水發(fā)生的動(dòng)力條件促使水汽在降水區(qū)輻合抬升而產(chǎn)生的。其主要特點(diǎn)為：①?gòu)?qiáng)降水開始前6 h，500 hPa南高北低形勢(shì)建立并反位相疊加，高壓開始增強(qiáng)，頂部出現(xiàn)冷平流，有利于冷空氣在高壓前部的橫槽里堆積；但此時(shí)水汽條件及動(dòng)力條件均不利于產(chǎn)生強(qiáng)降水。②13日20：00開始，500 hPa高壓后部開始出現(xiàn)暖平流，意味著橫槽轉(zhuǎn)豎，而此時(shí)水汽已經(jīng)開始在降水區(qū)輻合，動(dòng)力條件開始向有利于強(qiáng)降水發(fā)生的方向發(fā)展。③此次強(qiáng)降水過(guò)程的水汽條件與當(dāng)?shù)貧庀笈_(tái)站總結(jié)的暴雨預(yù)報(bào)指標(biāo)不一致。

盡管這次強(qiáng)降水過(guò)程具有如此明顯的特點(diǎn)，然而在當(dāng)日的預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中并未預(yù)報(bào)出來(lái)。經(jīng)過(guò)對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，預(yù)報(bào)難點(diǎn)主要在于目前天氣預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)參考資料的時(shí)空分辨率不夠，未能及時(shí)顯示上述天氣特點(diǎn)。上述分析的結(jié)論是在6 h 1次的NCEP 1°×1°高時(shí)空分辨率資料里分析得到的。而在日常預(yù)報(bào)分析業(yè)務(wù)中，常規(guī)高空觀測(cè)資料及數(shù)值模式資料(T639、ECMWF等)時(shí)間分辨率為12 h(即每日08:00和20:00各一次)，空間分辨率為2.5°×2.5°(大約277 km×227 km),在分析如此小范圍(大約50 km×30 km)的短時(shí)強(qiáng)降水過(guò)程時(shí)，資料的時(shí)空分辨率顯然不夠滿足業(yè)務(wù)需求。

從13日08：00高空觀測(cè)資料(圖8a)可以看出，13日08:00， 500 hPa上空三門峽市西南部有一低槽，700 hPa有一西北—東南向的切變線正在影響當(dāng)?shù)兀?50 hPa有一西北指向東南的相對(duì)濕度>70%的濕舌，而在925 hPa有個(gè)東北—西南向的顯著流線指向當(dāng)?shù)亍Ｓ芍谐叨确治鼋Y(jié)果，三門峽市在08：00前后應(yīng)有一定強(qiáng)度的強(qiáng)對(duì)流天氣出現(xiàn)，而實(shí)況顯示，當(dāng)日并未出現(xiàn)任何對(duì)流性天氣，說(shuō)明這些因素在當(dāng)?shù)氐呐渲貌⒉焕诋a(chǎn)生強(qiáng)對(duì)流天氣。由ECMWF 13日20：00 24 h預(yù)報(bào)形勢(shì)場(chǎng)(圖8b)可見，13日20:00，500 hPa上空有一顯著流線從降水區(qū)西部經(jīng)過(guò)，850 hPa陜西與山西交界處有一接近南北向并向東突出的切變線，這種形勢(shì)對(duì)三門峽市強(qiáng)天氣的預(yù)報(bào)指示意義不大，主要是缺少相應(yīng)的水汽條件及動(dòng)力因子特征。由前文分析可知，這些因子在NCEP 1°×1°資料里可以分析到，常規(guī)天氣預(yù)報(bào)參考資料空間分辨率太大，從而平滑掉了這些弱的特征。因此，當(dāng)日15:00在全省會(huì)商中，省市兩級(jí)臺(tái)站均未能預(yù)報(bào)出這次短時(shí)強(qiáng)降水。

圖8　2012年7月13日08:00高空實(shí)況(a)與ECMWF 12日20:00初始場(chǎng)預(yù)報(bào)13日20:00高空形勢(shì)(b)Fig.8　High altitude observation at 08:00 on 13, July 2012 (a) and ECMWF high-altitude situation forecasted field at 20:00 on 13, July 2012 based on the initial field at 20:00 on 12, July 2012 (b)

另外，這次強(qiáng)降水過(guò)程的水汽條件與當(dāng)?shù)貧庀笈_(tái)站總結(jié)的暴雨預(yù)報(bào)指標(biāo)不一致，整個(gè)降水過(guò)程相對(duì)濕度未超過(guò)90%，低于當(dāng)?shù)乇┯觐A(yù)報(bào)指標(biāo)。過(guò)程始末也無(wú)當(dāng)?shù)乇┯臧l(fā)生時(shí)必須的大范圍水汽輸送帶、水汽源地以及強(qiáng)西南暖濕氣流補(bǔ)充水汽等條件。這也是此次短時(shí)強(qiáng)降水過(guò)程難以預(yù)報(bào)準(zhǔn)確的一個(gè)重要原因。

5　小結(jié)與討論

該研究利用觀測(cè)站記錄的氣象要素逐小時(shí)資料、NCEP一日4次的1°×1°再分析資料，對(duì)2012年7月13日20：00～14日00：00發(fā)生在三門峽市區(qū)及其附近地區(qū)的短時(shí)強(qiáng)降水過(guò)程及預(yù)報(bào)難點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)分析，得出以下結(jié)論：

(1)三門峽市“07.13”短時(shí)強(qiáng)降水過(guò)程具有局地性、突發(fā)性和致災(zāi)性特點(diǎn)，三門峽站氣象要素，如溫度的突降、相對(duì)濕度的跳躍性升高以及地面正變壓的明顯增大等變化，對(duì)強(qiáng)降水開始具有較好的指示意義，其中氣壓變化的指示效果最好，具有提前性。

(2)這次短時(shí)強(qiáng)降水是在中高緯度三低一高的有利形勢(shì)下產(chǎn)生的。貝湖高壓的增強(qiáng)與大幅度減弱，橫槽的加深與轉(zhuǎn)豎是這次過(guò)程的直接動(dòng)因。高空南高北低的系統(tǒng)配置及反位相疊加加強(qiáng)了冷空氣堆積及向南暴發(fā)的強(qiáng)度。降水區(qū)上空冷平流的發(fā)展演變與強(qiáng)降水開始與結(jié)束有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

(3)無(wú)論是地面溫度與氣壓變化，還是高空冷平流的演變，均說(shuō)明冷空氣的侵入是這次強(qiáng)降水發(fā)生的重要激發(fā)機(jī)制。

(4)此次強(qiáng)降水過(guò)程的水汽來(lái)源于附近地區(qū)2個(gè)水汽輻散中心輻散出的水汽在降水區(qū)的輻合，沒有大范圍水汽輸送帶，也沒有西南暖濕氣流；而強(qiáng)降水發(fā)生前整層相對(duì)濕度均不大；水汽條件與當(dāng)?shù)乇┯觐A(yù)報(bào)指標(biāo)不一致。

(5)強(qiáng)降水開始前動(dòng)力條件不利于產(chǎn)生降水，直到降水即將開始時(shí)，動(dòng)力條件才逐漸向有利于產(chǎn)生降水的方向轉(zhuǎn)化。動(dòng)力條件顯示，上升運(yùn)動(dòng)向上伸展的高度較高，說(shuō)明云層較厚，有利于產(chǎn)生短時(shí)強(qiáng)降水。而中層出現(xiàn)下沉運(yùn)動(dòng)，則意味著降水結(jié)束。

(6)此次短時(shí)強(qiáng)降水過(guò)程因持續(xù)時(shí)間短、影響范圍小，所以預(yù)報(bào)難度較大，主要表現(xiàn)為：目前天氣預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)參考資料的時(shí)空分辨率不足，不能及時(shí)顯示此次天氣過(guò)程的特點(diǎn)；這次強(qiáng)降水過(guò)程的水汽條件與當(dāng)?shù)貧庀笈_(tái)站總結(jié)的暴雨預(yù)報(bào)指標(biāo)不一致，水汽的輸送及來(lái)源均與當(dāng)?shù)乇┯瓿Ｒ?guī)形勢(shì)不同。應(yīng)對(duì)這2個(gè)難點(diǎn)的方法是：首先業(yè)務(wù)中需要從短時(shí)臨近角度，利用多普勒天氣雷達(dá)、多要素站及自動(dòng)站資料相結(jié)合來(lái)分析預(yù)報(bào)；其次需要在當(dāng)?shù)乇┯觐A(yù)報(bào)指標(biāo)的基礎(chǔ)上加強(qiáng)對(duì)此類短時(shí)強(qiáng)降水的認(rèn)識(shí)和研究，完善暴雨預(yù)報(bào)指標(biāo)，提高預(yù)報(bào)能力。

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Analysis on Formation Mechanism and Forecast Difficulty of the Short-time Strong Rainfall Occurred in Sanmenxia on 13 July

LU Zuo-jun

(Sanmenxia Meteorological Administration, Sanmenxia, Henan 472000)

Based on the single station meteorological hourly data, NCEP 1°×1° reanalysis data and MICAPS data, from aspects of process, large scale circulation backgroud, physical quantity, the formation mechanism and forecasting difficulties of the short-time strong precipitation process was analyzed in detail, which occurred in Sanmenxia City and the nearby local from 20:00 13 July to 00:00 14 July, 2012. The results showed that the short-time strong rainfall generated in the favorable large scale circulation background, the cold air activities during the whole process were very active;the Sanmenxia meteorological elements evolution had a good indication to precipitation; water vapor conditions and dynamic conditions won’t still conducive to produce precipitation on 6 hours before precipitation in the precipitation process, until 2 hours before the rainfall it gradually gradually transformed into favorable conditions.Two difficulties of forecasting were low time and space resolution of the meteorological reference information and diffence of water vapor conditions and local rainstorm forecast indicators,analysis and forecast were conducted mainly from the angle of nowcasting, based on continuous improvement of the local rainstorm forecast index.

Short-time strong precipitation; Formation mechanism; Forecast difficulty; Cold advection

氣象關(guān)鍵技術(shù)集成與應(yīng)用項(xiàng)目(CMAGJ2014M33)。

呂作俊(1981- )，男，河南信陽(yáng)人，工程師，碩士，從事短期與短時(shí)臨近預(yù)報(bào)技術(shù)研究。

2016-06-12

S 161.6

A

0517-6611(2016)21-166-06