冀翠華　呂哲源

摘要利用MICAPS天氣圖、地面加密觀測(cè)資料、雷達(dá)產(chǎn)品以及NCEP 1°×1° 6 h再分析資料，對(duì)2016年7月19日河南開封出現(xiàn)的一次局地大暴雨過程的環(huán)流背景、物理量特征、雷達(dá)回波等進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，此次大暴雨過程是在副熱帶高壓西伸北抬過程中，高空槽配合低層低渦、切變線、地面倒槽共同作用下產(chǎn)生的；西南低空急流的加強(qiáng)北抬，提供了較強(qiáng)的熱力不穩(wěn)定條件；偏東和偏南超低空急流向暴雨區(qū)輸送了充沛的水汽；地面中小尺度輻合系統(tǒng)則是主要的抬升觸發(fā)機(jī)制，輻合中心的位置與局地大暴雨落區(qū)對(duì)應(yīng)較好。雷達(dá)速度場(chǎng)上0.5°仰角逆風(fēng)區(qū)的出現(xiàn)，為暴雨及時(shí)預(yù)警提供了有利判據(jù)。

關(guān)鍵詞局地大暴雨；成因分析；環(huán)流背景；物理量特征；雷達(dá)回波；開封

中圖分類號(hào)S161.6文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611（2017）36-0186-04

AbstractUsing the MICAPS weather map， ground encrypted observation data， radar products and NCEP 1°× 1° 6 h reanalysis data，the circulation background， physical characteristics and radar echo of a local heavy rainstorm were analyzed in Kaifeng City of Henan Province on July 19， 2016.The results showed that the process of heavy rainfall was caused by the combination of lowlevel vortex， shear line and ground trough in the process of northward extension of subtropical high.Southwest lowlevel jet to strengthen the north lift， providing a strong thermal instability conditions；Southwest lowlevel jet to strengthen the north lift， which provide a strong thermal instability conditions；East and south of the ultralowlevel jet transported plenty of water vapor to the storm area.Ground small scale convergence system was the main lifting trigger mechanism，the location of the convergent center corresponds to the local heavy rain falling area.The presence of the 0.5° elevation angle upwind zone in the radar velocity field provided a favorable criterion for the timely warning of rainfall.

Key wordsLocal heavy rainfall；Cause analysis；Circulation background；Physical quantity characteristics；Radar echo；Kaifeng

近年來，受厄爾尼諾影響，我國(guó)極端天氣氣候事件多發(fā)，局地暴雨作為我國(guó)夏季主要災(zāi)害性天氣之一，在降水落區(qū)和強(qiáng)度上均表現(xiàn)出一定的極端性特點(diǎn)。夏季暴雨，由于其成因復(fù)雜、局地性強(qiáng)、預(yù)報(bào)難度大等特點(diǎn)，一直以來都是氣象工作者研究的重點(diǎn)[1-5]。2016年7月19日開封地區(qū)出現(xiàn)大到暴雨、局部大暴雨過程，不但造成嚴(yán)重的城市內(nèi)澇和經(jīng)濟(jì)損失，也給人們的生命安全帶來嚴(yán)重威脅。筆者利用MICAPS天氣圖、NCEP 1°×1° 6 h再分析實(shí)況資料、地面加密自動(dòng)站數(shù)據(jù)、雷達(dá)資料等，從環(huán)流背景、物理量分析、雷達(dá)特征等方面，對(duì)7月19日開封市局地大暴雨的成因進(jìn)行研究，總結(jié)此次暴雨形成的背景和條件，加深對(duì)局地大暴雨形成機(jī)理的認(rèn)識(shí)，從而提高區(qū)域或局地暴雨的預(yù)報(bào)能力。

1降水實(shí)況

2016年7月19日下午到夜里，河南開封地區(qū)出現(xiàn)大到暴雨、局部大暴雨天氣過程。全市80個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)雨量站中，降水量≥100.0 mm的站15個(gè)，50.0～99.9 mm的站40個(gè)，25.0～49.9 mm的站13個(gè)；強(qiáng)降水主要集中在開封市區(qū)和杞縣東部，日最大降水量出現(xiàn)在市區(qū)杏花營(yíng)站160.0 mm，達(dá)到歷史極值，而通許、尉氏均普降大到暴雨。

此次暴雨過程以短時(shí)強(qiáng)降水為主，伴有雷電，具有雨量分布不均、強(qiáng)降水時(shí)段集中、局地性強(qiáng)等特點(diǎn)。市區(qū)大暴雨對(duì)應(yīng)強(qiáng)降水時(shí)段在19日17：00—19：00（圖1），最大小時(shí)雨強(qiáng)出現(xiàn)在市區(qū)杏花營(yíng)79 mm/h，其次是市區(qū)西郊65 mm/h；杞縣、通許、尉氏站點(diǎn)最大小時(shí)雨強(qiáng)均小于30 mm/h。此次強(qiáng)降水過程災(zāi)情嚴(yán)重，農(nóng)作物受災(zāi)面積約0.7萬hm2，倒塌房屋13戶28間，受災(zāi)人口42 342人，且觸電死亡2人，不但造成嚴(yán)重的城市內(nèi)澇和經(jīng)濟(jì)損失，而且給人們生命安全帶來嚴(yán)重威脅。

2環(huán)流形勢(shì)和中尺度分析

2.1環(huán)流背景分析

分析高低空環(huán)流形勢(shì)及影響系統(tǒng)的演變發(fā)現(xiàn)，降水開始前，18日20：00 500 hPa亞歐中高緯為兩槽兩脊的環(huán)流形勢(shì)，巴湖有冷渦，貝湖到我國(guó)河套西部地區(qū)有冷槽，四川地區(qū)有低槽，副高588 dagpm線維持在我國(guó)東南沿海一帶略有西伸。

由于溫度槽落后于高度槽，至19日08：00，河套低槽東移發(fā)展，河南省處于槽前的西南氣流中；低層850 hPa在山西、陜西、河南三省交界處均有低渦、切變線東移和北抬，受低層西南氣流的影響，水汽條件均較好；同時(shí)配合地面倒槽向東北方向發(fā)展，河南中西部處于倒槽頂部，開始出現(xiàn)降水。

19日20：00，副高明顯西伸北抬，高空槽、切變線也向東移動(dòng)，850 hPa低渦及地面倒槽北抬已經(jīng)影響開封；同時(shí)配合低層西南急流的加強(qiáng)北抬，以及偏東急流的形成，向開封地區(qū)持續(xù)輸送暖濕空氣，尉氏和開封城區(qū)先后出現(xiàn)強(qiáng)降水天氣。20日08：00之后，地面倒槽加強(qiáng)，黃淮氣旋生成，并在副高繼續(xù)北抬的過程中，逐漸向東北方向移動(dòng)，與此同時(shí)850 hPa低渦也基本移出河南省，降水趨于結(jié)束停止。

形勢(shì)分析可知，此次強(qiáng)降水過程是在副熱帶高壓西伸北抬和高空槽、切變線東移南下過程中，低層低渦配合地面倒槽共同作用造成的，動(dòng)力條件很強(qiáng)，屬于典型的低渦型暴雨環(huán)流形勢(shì)[6-7]，即低渦移動(dòng)的前方，或低空急流軸的左前方，容易出現(xiàn)對(duì)流性暴雨。

2.2地面中尺度分析

夏季暴雨的產(chǎn)生，受中小尺度系統(tǒng)的直接影響，且地面有輻合系統(tǒng)時(shí)往往對(duì)應(yīng)有強(qiáng)降水產(chǎn)生。所以，在有利的環(huán)流背景形勢(shì)下，是否伴有中小尺度系統(tǒng)的生成是短時(shí)強(qiáng)降雨發(fā)生的關(guān)鍵所在。從地面加密自動(dòng)站風(fēng)場(chǎng)資料（圖2）可以看到，19日17：45—18：35在開封地區(qū)的西部存在中尺度切變線，輻合中心位置與大暴雨區(qū)對(duì)應(yīng)較好。所以，地面中尺度輻合系統(tǒng)對(duì)于強(qiáng)降水出現(xiàn)的時(shí)間和落區(qū)均具有一定的指示意義。

3物理量分析

由于開封局地大暴雨主要是由大于50.0 mm的短時(shí)強(qiáng)降水造成，所以下面依次從不穩(wěn)定能量條件、動(dòng)力條件和水汽條件對(duì)環(huán)境場(chǎng)進(jìn)行分析。

3.1不穩(wěn)定能量條件

不穩(wěn)定能量條件是強(qiáng)對(duì)流生成和發(fā)

展的必要條件之一，而且強(qiáng)降水的結(jié)束也往往對(duì)應(yīng)著不穩(wěn)定能量的迅速釋放。從19日08：00開封上游鄭州站的探空曲線（圖3）可以看出，濕層深厚，不穩(wěn)定較強(qiáng)，抬升凝結(jié)高度較低，非常有利于短時(shí)強(qiáng)降水的產(chǎn)生。另外，從熱力不穩(wěn)定度參數(shù)的變化情況（表1）也可以看到，19日08：00 K指數(shù)達(dá)到37 ℃，CAPE值大于1 400 J/kg，且SI指數(shù)小于0 ℃，均說明不穩(wěn)定能量較好；20：00 CAPE值迅速減小，與強(qiáng)降水時(shí)段的結(jié)束對(duì)應(yīng)較好。

從19日14：00假相當(dāng)位溫（θse）分布（圖4b）可以看出，850 hPa存在伸向東北方向的高能舌，θse約350 K左右，推測(cè)不穩(wěn)定能量主要是西南急流輸送暖濕空氣的貢獻(xiàn)。開封城區(qū)局地大暴雨的假相當(dāng)位溫的時(shí)間剖面（圖4a）顯示，降水開始前（19日08：00），700 hPa以下θse隨高度遞減，大氣處于

不穩(wěn)定狀態(tài)，且不穩(wěn)定層結(jié)逐漸增厚；14：00—20：00不穩(wěn)定層頂達(dá)到600 hPa左右，強(qiáng)不穩(wěn)定能量在低層積聚，為短時(shí)強(qiáng)降水的發(fā)生提供了強(qiáng)不穩(wěn)定條件；20日02：00之后，不穩(wěn)定能量得到釋放，低層大氣層結(jié)也趨于穩(wěn)定，降水逐漸停止。

3.2動(dòng)力條件

上升運(yùn)動(dòng)是成云致雨的關(guān)鍵，強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)可以使大量水汽得以冷卻凝結(jié)，產(chǎn)生強(qiáng)降水。從大暴雨上空散度時(shí)間剖面（圖5a）可以看出，19日20：00前后開封市區(qū)大暴雨上空動(dòng)力配置非常好，925 hPa以下對(duì)應(yīng)強(qiáng)輻合（-100×10-7s-1），700 hPa對(duì)應(yīng)強(qiáng)輻散（40×10-7s-1），有利于產(chǎn)生強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)；19日14：00—20：00，850 hPa垂直上升運(yùn)動(dòng)速度達(dá)-0.8 hPa/s。而大暴雨出現(xiàn)在開封城區(qū)，可能與垂直運(yùn)動(dòng)的大值中心偏西有關(guān)（圖5b）。

3.3水汽條件

從大暴雨區(qū)水汽通量和水汽通量散度的時(shí)間剖面圖和分布圖（圖6）可以看出，大值中心均出現(xiàn)在925 hPa，中心值分別達(dá)24×10-2 g/（cm·hPa·s）和-21×10-7g/（cm2·hPa·s），說明大暴雨區(qū)的強(qiáng)水汽輸送及輻合均集中在超低層，且水汽來源主要由偏東和偏南2支超低空急流提供。水汽通量散度極大值出現(xiàn)時(shí)間與強(qiáng)降水時(shí)段對(duì)應(yīng)關(guān)系較好，也說明了強(qiáng)大的水汽輻合是強(qiáng)降水形成的直接原因[8]。水汽輻合中心偏北，也是導(dǎo)致開封城區(qū)局地大暴雨的原因之一。

4雷達(dá)回波特征

4.1反射率因子

分析鄭州多普勒雷達(dá)0.5°仰角反射率因子可見，強(qiáng)降水開始前，開封地區(qū)上空存在弱的降水回波，組合反射率因子低于45 dBz，沒有出現(xiàn)強(qiáng)降水。19日17：00，尉氏開始出現(xiàn)強(qiáng)對(duì)流回波，并沿西南—東北方向呈帶狀移動(dòng)和發(fā)展，反射率因子達(dá)50 dBz以上，其中17：31—18：29，開封市區(qū)強(qiáng)回波中心強(qiáng)度超過55 dBz（圖7），對(duì)應(yīng)回波頂高11～12 km，且40 dBz回波高度擴(kuò)展到約9 km，說明對(duì)流發(fā)展非常旺盛。有研究表明，當(dāng)強(qiáng)回波擴(kuò)展到比較高的高度時(shí)，40 dBz回波高度高于-20 ℃等溫線高度時(shí)，說明此次過程是典型的大陸強(qiáng)對(duì)流降水型[9]，50 dBz對(duì)應(yīng)小時(shí)雨強(qiáng)是62 mm/h，與實(shí)況最大小時(shí)雨強(qiáng)非常吻合。

4.2平均徑向速度

分析鄭州多普勒雷達(dá)反射率徑向速度（圖8）可見，19日17：25，祥符區(qū)西部開始出現(xiàn)一中尺度逆風(fēng)區(qū)，并向北移動(dòng)，一直持續(xù)到18：40，對(duì)應(yīng)1.5°仰角在開封西部也存在風(fēng)速輻合，與地面中尺度輻合線的出現(xiàn)對(duì)應(yīng)關(guān)系較好。研究表明[10-14]，逆風(fēng)區(qū)是前方輻合上升、后方下沉的渦管結(jié)構(gòu)，對(duì)應(yīng)中尺度垂直環(huán)流的形成，往往伴隨著劇烈的天氣過程，尤其與短時(shí)強(qiáng)降水關(guān)系密切，不僅是強(qiáng)對(duì)流天氣的判據(jù)，也是很好的暴雨判據(jù)。且逆風(fēng)區(qū)存在的情況下，回波強(qiáng)度不會(huì)降低，所以在開封市區(qū)產(chǎn)生強(qiáng)降水。因此及時(shí)發(fā)現(xiàn)逆風(fēng)區(qū)，在一定程度上能夠提高暴雨預(yù)警的時(shí)效性。

5結(jié)論

（1）7月19日開封市暴雨過程具有雨量分布不均、降水時(shí)段集中、局地性強(qiáng)、影響大等特點(diǎn)。市區(qū)出現(xiàn)局地大暴雨，強(qiáng)降水時(shí)段主要集中在19日17：00—19：00，最大小時(shí)雨強(qiáng)出現(xiàn)在杏花營(yíng)79 mm/h，其次是西郊65 mm/h。

（2）此次暴雨屬于典型的低渦型暴雨，是在副熱帶高壓西伸北抬過程中，高空槽東移南下，配合低層低渦和地面倒槽共同抬升作用造成的。

（3）地面中小尺度輻合系統(tǒng)是此次過程主要的抬升觸發(fā)機(jī)制，其位置決定了強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)中心和水汽輻合強(qiáng)中心的偏西、偏北，是導(dǎo)致開封市區(qū)局地大暴雨的主要原因。

（4）物理量診斷發(fā)現(xiàn)，西南低空急流的加強(qiáng)北抬，向暴雨區(qū)持續(xù)輸送暖濕空氣，為對(duì)流的發(fā)展提供了熱力不穩(wěn)定條件；偏東和偏南超低空急流為暴雨的產(chǎn)生提供了有利的水汽條件，強(qiáng)大的水汽輻合是暴雨產(chǎn)生的根本原因。

（5）雷達(dá)回波圖上，組合反射率因子達(dá)到50 dBz以上，且速度場(chǎng)上低層出現(xiàn)輻合或逆風(fēng)區(qū)，均有利于強(qiáng)降水的產(chǎn)生，也為暴雨及時(shí)預(yù)警提供了有利判據(jù)。

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