李改琴，謝瓊娜，王 聰，杜麗婭，唐 影

(濮陽市氣象局，河南濮陽 457000)

河南北部盛夏處于副熱帶高壓西北邊緣，當(dāng)受蒙古下滑冷空氣影響時(shí)，對流性強(qiáng)降水多發(fā)，具有突發(fā)性強(qiáng)、持續(xù)時(shí)間短、降水強(qiáng)度大和預(yù)報(bào)難度大的特點(diǎn)，對農(nóng)業(yè)、交通和人民生命財(cái)產(chǎn)等造成嚴(yán)重影響和較大損失。多年來，國內(nèi)氣象學(xué)者對對流性強(qiáng)降水的成因進(jìn)行了大量的研究[1-6]。廖移山等[7]對2007年7月18日濟(jì)南大暴雨進(jìn)行了詳細(xì)的β中尺度分析，揭示了地面β中尺度氣旋新生發(fā)展的一種物理機(jī)制；強(qiáng)降水的發(fā)生與物理量和對流參數(shù)有著密切的關(guān)系，楊詩芳等[8]分析發(fā)現(xiàn)，短時(shí)強(qiáng)降水時(shí)大氣層結(jié)不穩(wěn)定，大氣對流各個(gè)參數(shù)場中心與短時(shí)強(qiáng)降水中心對應(yīng)較好。井宇等[9]對副高邊緣西安地區(qū)一次短時(shí)暴雨分析進(jìn)行分析指出：造成西安地區(qū)短時(shí)暴雨的β中尺度對流云團(tuán)具有初生強(qiáng)度大、發(fā)生發(fā)展迅速等特點(diǎn)。本文利用常規(guī)天氣觀測資料、衛(wèi)星紅外云圖和云頂亮溫TBB產(chǎn)品以及濮陽新一代天氣雷達(dá)產(chǎn)品，對2017年7月4日下午發(fā)生在河南東北部濮陽的突發(fā)對流性強(qiáng)降水過程進(jìn)行綜合診斷分析，其中包括環(huán)流背景場、熱力動(dòng)力抬升條件、強(qiáng)降水系統(tǒng)的中小尺度特征等。由于這次強(qiáng)降水過程無明顯的低空急流水汽輸送，中低層相對較干燥，為這次強(qiáng)降水的預(yù)報(bào)增加了難度，因此，這次過程有一定的研究價(jià)值，為今后此類天氣預(yù)測提供一定的參考依據(jù)。

1 強(qiáng)降水過程概況

2017年7月4日下午，在副熱帶高壓584 dagpm線邊沿西北側(cè)，受蒙古高空下滑冷槽、中低層切變線及地面輻合線的共同影響，河南東北部濮陽市突發(fā)對流性強(qiáng)降水天氣過程，并伴有大風(fēng)。部分區(qū)(縣)和鄉(xiāng)鎮(zhèn)達(dá)到暴雨和大暴雨，雨量分布很不均，濮陽95個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)站中有19站出現(xiàn)暴雨、大暴雨(圖1)。最大降水量出現(xiàn)在南樂縣千口，降水量為105.4 mm；降雨主要集中在16—19時(shí)，其中降雨量最大峰值在17—18時(shí)，特別是南樂的千口、韓張小時(shí)雨強(qiáng)分別達(dá)71.9 mm、59.7 mm，最大風(fēng)速臺(tái)前縣站達(dá)17.8 m/s。

圖1 2017-07-04T08—05T08濮陽市降水量分布

2 大氣環(huán)流形勢特征

2.1 中尺度高空和地面環(huán)境條件場

通過繪制4日08時(shí)高空中尺度分析及14時(shí)地面中尺度分析圖(圖2，見第15頁),揭示這次短時(shí)強(qiáng)降水過程發(fā)生發(fā)展的環(huán)境場背景。

從圖2a可以看出：高空500 hPa環(huán)流為兩槽一脊型，濮陽市處于蒙古冷槽前西南氣流里、副熱帶高壓西北邊緣。由于副高的阻擋，高空冷槽東移北縮，低槽底部影響河南東北部。濮陽處于500 hPa以上干區(qū)、700 hPa附近濕區(qū)中，上干下濕的層結(jié)有利于對流的發(fā)展。中低層850 hPa濮陽上游山西境內(nèi)有東北—西南向的切變線存在,為當(dāng)?shù)貙α髟频陌l(fā)展提供了輻合上升條件，濮陽處于切變線東側(cè)的東南氣流里，有利于當(dāng)?shù)厮妮斔停?25 hPa冷切變線正好位于濮陽北部，輻合抬升條件好，有利于對流天氣的觸發(fā)。850 hPa以下濮陽處在暖脊中，850 hPa與500 hPa溫度差為26 ℃，上冷下暖使大氣層結(jié)不穩(wěn)定加大，有利于對流的發(fā)生。過程中無低空急流配合，中低層水汽條件相對較差，只有700～600 hPa氣層濕度較大。中低層的相對低濕度雖然不利于暴雨的形成，但有利于強(qiáng)對流天氣的形成。

14時(shí)地面圖(圖2b)上，濮陽處于西南—東北向的熱倒槽頂部氣旋性彎曲處，有利于中小尺度對流系統(tǒng)的形成。加之弱冷空氣從東北部侵襲抬升暖濕空氣，清豐到南樂一線出現(xiàn)偏南風(fēng)和偏北風(fēng)的輻合區(qū)，對流發(fā)生的動(dòng)力條件得到加強(qiáng)，不穩(wěn)定能量得到釋放，對流性強(qiáng)降水形成。輻合區(qū)緩慢向東南方向移動(dòng)，對流不斷發(fā)展。另外輻合區(qū)的存在比強(qiáng)天氣發(fā)生時(shí)刻提前，有一定的預(yù)警作用。且地面上連續(xù)兩天14時(shí)氣溫大于37 ℃，露點(diǎn)溫度大于20 ℃，為對流天氣的發(fā)生儲(chǔ)備了能量和濕度條件。

2.2 探空形勢分析

為了深入分析濮陽強(qiáng)天氣的發(fā)生機(jī)理，用南樂縣14時(shí)溫度和露點(diǎn)訂正邢臺(tái)08時(shí)探空圖(圖3，見第15頁)可看出：地面到750 hPa之間相對較干，溫度露點(diǎn)差大于10 ℃，氣塊上升接近干絕熱；750～600 hPa有濕層；550 hPa以上高層干冷。說明有干冷空氣侵入，屬于典型的強(qiáng)對流天氣探空形勢，容易產(chǎn)生雷暴大風(fēng)、短時(shí)強(qiáng)降水、冰雹等對流天氣。但0 ℃層高度接近5 km，-20 ℃層高度在8 km以上，不利于冰雹的形成。CAPE為2 646 J/kg，不穩(wěn)定能量大；K指數(shù)為37 ℃，沙氏指數(shù)為0.2 ℃，說明大氣層結(jié)不穩(wěn)定；0～2 km高度垂直風(fēng)切變較大，為7.79 m/s，有利于上升氣流的傾斜和干空氣的吸入，從而使得風(fēng)暴得以加強(qiáng)和維持；整層可降水量為42.1 mm，高于短時(shí)強(qiáng)降水的閾值(28 mm)，低于暴雨的閾值(60 mm)。

3 衛(wèi)星產(chǎn)品分析

利用FY-2E衛(wèi)星紅外云圖和TBB產(chǎn)品，分析強(qiáng)降水過程中尺度對流云團(tuán)與對流輻合系統(tǒng)(MCS)的發(fā)生發(fā)展及與強(qiáng)降水的形成關(guān)系，河南省對流性暴雨多發(fā)生于MCS的形成發(fā)展期，概率達(dá)82%[10]。云頂黑體亮溫TBB越低，對應(yīng)的云頂越高，對流越旺盛，通常tBB<-32 ℃(241 K)的區(qū)域?yàn)閷α骰钴S區(qū)，tBB<-52 ℃(221 K)的區(qū)域?yàn)閺?qiáng)對流活躍區(qū)。濮陽這次強(qiáng)降水發(fā)生在MCS中tBB<220 K的強(qiáng)對流活躍區(qū)中，對流發(fā)展旺盛。

從4日衛(wèi)星云圖上看(圖4)，隨著500 hPa低槽東移，相應(yīng)的低槽云系東移，且午后16時(shí)加強(qiáng)為南北向的中尺度對流云帶。17—18時(shí),該云帶東移與副高西北側(cè)發(fā)展的中尺度對流云團(tuán)在濮陽北部匯合加強(qiáng)為較強(qiáng)的中尺度對流輻合系統(tǒng)(MCS)，對流輻合系統(tǒng)17—19時(shí)穩(wěn)定少動(dòng)，造成濮陽北部的清豐和南樂的強(qiáng)降水。從16—18時(shí)云頂亮溫TBB(圖5)可以看出：TBB小值區(qū)與中尺度對流云團(tuán)相對應(yīng), 地面小時(shí)降水量與TBB呈負(fù)相關(guān)[11]，本次過程中出現(xiàn)強(qiáng)降水的南樂千口附近TBB值小于220 K(圖5b)。17—18時(shí)，南樂千口小時(shí)雨強(qiáng)達(dá)到71.9 mm，說明此處對流發(fā)展旺盛，云頂高。TBB梯度大值區(qū)出現(xiàn)了大風(fēng)天氣，最大風(fēng)速臺(tái)前縣站達(dá)17.8 m/s。

圖2 2017-07-04高空中尺度分析(a 08時(shí))和地面中尺度分析(b 14時(shí))(文見第14頁2.1)

圖3 2017-07-04T08邢臺(tái)訂正探空圖(文見第14頁2.2)

4 雷達(dá)產(chǎn)品分析

從濮陽多普勒雷達(dá)圖上可以看出：此次強(qiáng)降水過程整個(gè)風(fēng)場以向著雷達(dá)的大范圍入流風(fēng)場為主，入流風(fēng)場中鑲嵌著大風(fēng)區(qū)、風(fēng)場輻合區(qū)和切變區(qū)，有利于中小尺度輻合對流系統(tǒng)的形成。出現(xiàn)了多處層積混合云降水回波，特別在清豐、南樂輻合線處對流旺盛，回波加強(qiáng)合并明顯，造成局地短時(shí)強(qiáng)降水。強(qiáng)降水產(chǎn)生的冷出流邊界明顯，形成大風(fēng)天氣，驅(qū)動(dòng)對流系統(tǒng)向著雷達(dá)站傳播。

圖4 2017-07-04FY-2E衛(wèi)星紅外云圖

圖5 2017-07-04FY-2E衛(wèi)星云頂亮溫(單位為K)

13時(shí)，濮陽周圍清豐、南樂處出現(xiàn)小的對流單體，說明當(dāng)?shù)貧鈱硬环€(wěn)定，有弱對流的發(fā)生。16時(shí)，雷達(dá)回波開始發(fā)展起來，東北部回波發(fā)展迅速,并出現(xiàn)了多條出流邊界，對流發(fā)展旺盛。16：30，徑向速度圖上濮陽東北部為大片的偏東風(fēng)氣流入流區(qū)，并出現(xiàn)大于20 m/s的大風(fēng)區(qū)。莘縣、南樂縣到清豐縣一線出現(xiàn)多處輻合區(qū)，并與地面輻合線吻合。此處中小尺度的對流系統(tǒng)發(fā)展旺盛(圖6a)，并出現(xiàn)了大于40 dBz的較強(qiáng)回波(圖6d)。17時(shí)，大風(fēng)區(qū)范圍向北擴(kuò)展，在南樂縣千口輻合線附近形成大片大風(fēng)區(qū)(圖6b),此處回波發(fā)展旺盛，范圍增加(圖6e)。隨著徑向速度大風(fēng)區(qū)向雷達(dá)站移動(dòng)(圖6c)，大片強(qiáng)回波向雷達(dá)站移動(dòng)，出現(xiàn)明顯的出流邊界，同時(shí)降水達(dá)到最強(qiáng)(圖6f)。17—18時(shí)，千口小時(shí)降水量達(dá)71.9 mm。

圖6 2017-07-04濮陽雷達(dá)0.5°仰角平均徑向速度 (單位為m/s)(a 16：30；c 17：00；e 17：30；)和基本反射率(單位為dBz)(d 16：30；e 17：00；f 17：30)

5 結(jié)論

(1)這次突發(fā)強(qiáng)降水過程是以蒙古高空下滑冷槽侵襲副熱帶高壓西北側(cè)暖濕空氣為背景，在中低層切變輻合作用下產(chǎn)生的，地面輻合線和弱冷空氣的侵襲為強(qiáng)對流提供了觸發(fā)條件。

(2)中低層水汽條件相對較差，濕層薄，但在氣層不穩(wěn)定、熱力和動(dòng)力條件較好時(shí)，仍然可以產(chǎn)生對流性短時(shí)強(qiáng)降水天氣。

(3)衛(wèi)星云圖上對流云團(tuán)的合并加強(qiáng)，形成較強(qiáng)的對流輻合系統(tǒng)的過程中，出現(xiàn)了強(qiáng)降水和大風(fēng)天氣。

(4)多普勒雷達(dá)徑向速度圖上，大范圍入流風(fēng)場中的大風(fēng)區(qū)和輻合系統(tǒng)有利于強(qiáng)降水的形成和維持，它的移動(dòng)路徑也是強(qiáng)降水發(fā)生的落區(qū)。多條出流邊界的不斷生成和合并為強(qiáng)對流的發(fā)展和持續(xù)提供了動(dòng)力條件。

(5)前期溫度較高，副高邊緣冷空氣活動(dòng)頻繁時(shí)，易出現(xiàn)強(qiáng)對流天氣，應(yīng)特別注意監(jiān)測。