劉建文，王淑云，張 唯，魏秀梅

（滄州市氣象局，河北 滄州061001）

河北省一次強(qiáng)對(duì)流天氣機(jī)理分析＊

劉建文，王淑云，張 唯，魏秀梅

（滄州市氣象局，河北 滄州061001）

利用常規(guī)天氣資料、氣象自動(dòng)站加密觀測(cè)資料及鄉(xiāng)鎮(zhèn)加密雨量站資料、其它物理量資料及衛(wèi)星云圖資料等，對(duì)2009－06－08河北省的強(qiáng)降水及強(qiáng)對(duì)流天氣進(jìn)行了分析。研究表明，蒙古低渦攜帶強(qiáng)的正渦度平流和冷空氣，為強(qiáng)對(duì)流天氣提供了良好的動(dòng)力條件；南風(fēng)與偏東風(fēng)急流為大暴雨提供了良好的水汽，同時(shí)，低渦底部的西北風(fēng)急流與2支暖風(fēng)急流匯合，為暴雨、冰雹、大風(fēng)等強(qiáng)對(duì)流的形成提供了條件。暴雨落區(qū)處于低層次大值能量場(chǎng)的頂部，能量場(chǎng)剖面具有鞍形場(chǎng)結(jié)構(gòu)，高層、低層具有大值能量，中層為中性結(jié)構(gòu)，為深對(duì)流的發(fā)展提供了初始熱力條件。自動(dòng)氣象站加密風(fēng)場(chǎng)資料分析表明，長(zhǎng)時(shí)間的中小尺度風(fēng)場(chǎng)輻合增強(qiáng)了地面空氣的輻合抬升，同時(shí)也是造成此次局地大暴雨的中尺度系統(tǒng)和觸發(fā)條件。

低渦；強(qiáng)對(duì)流；動(dòng)力條件；熱力條件；中尺度風(fēng)場(chǎng)

受冷暖氣流共同影響，2009－06－08白天到夜間，北京、天津及河北省大部分地區(qū)出現(xiàn)了雷雨天氣。降雨期間，河北省部分縣市還出現(xiàn)了短時(shí)大風(fēng)、冰雹和短時(shí)暴雨等強(qiáng)對(duì)流天氣。暴雨區(qū)出現(xiàn)在唐山、天津、北京、廊坊、保定、滄州、衡水（圖1），其中，滄州市南皮縣的王寺鄉(xiāng)、圣佛鎮(zhèn)一帶降雨量達(dá)到170mm。此次強(qiáng)對(duì)流天氣中，雷擊造成1處民房被燒毀，20臺(tái)電腦、電視被擊壞；風(fēng)雹和強(qiáng)降水造成小麥倒伏、農(nóng)田被淹、果樹落果掉葉等現(xiàn)象，以致農(nóng)田受災(zāi)面積達(dá)到8萬余畝，各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)損失超過億元。

圖1 過程北京、天津及河北省降水量（mm）Fig.1 Rainfall in Beijing，Tianjin cities and Hebei Province（mm）

1 環(huán)流背景

500hPa低渦從2009－06－05開始在蒙古國(guó)西部生成后開始東移南壓，至2009－06－08移動(dòng)到我國(guó)內(nèi)蒙古（圖2），河北、北京、天津開始受到渦底部的西北風(fēng)急流影響（08T08：00急流最大風(fēng)速為12m·s－1，20：00為22m·s－1），而2009－06－08 925～850hPa有一條來自南海的南風(fēng)急流生成，08：00其在長(zhǎng)江以南最大風(fēng)速達(dá)到20m·s－1，河北區(qū)域?yàn)?～8m·s－1，20：00河北省南風(fēng)風(fēng)速達(dá)到12m·s－1，河北區(qū)域?yàn)槟巷L(fēng)的北界，風(fēng)速輻合明顯；北京925hPa為東風(fēng)，08T08：00為6m·s－1，20：00達(dá)到12m·s－1；500hPa的西北風(fēng)急流、925～850hPa的南風(fēng)急流、925hPa北京的東風(fēng)急流，不僅存在風(fēng)向上的輻合，還有風(fēng)速的輻合，3支急流所攜帶的冷暖空氣在此區(qū)域交匯，8日白天到夜間強(qiáng)降水、雷雨大風(fēng)、冰雹在河北中部發(fā)生。2支低空急流（1支南風(fēng)或西南風(fēng)，1支東風(fēng)或東南風(fēng)）與1支高空西北風(fēng)或偏西風(fēng)急流，在一定的天氣背景下，使河北省出現(xiàn)暴雨或大暴雨天氣的典型風(fēng)場(chǎng)結(jié)構(gòu)［1－3］。

2 診斷分析

2.1 熱力條件分析

2009－06－07T20：00—08河北省中南部SI指數(shù)為－2～0，K指數(shù)為32～36℃，具備了河北省弱的對(duì)流不穩(wěn)定特征。07T20：00的850hPaθse圖上（圖略），110～120°N為1個(gè)南北向的高能區(qū)，河北省處于θse＞56℃高能舌頂部，與07T08：00比較，θse增長(zhǎng)了8℃，而河北省東西兩側(cè)均為36～40℃的低能量區(qū)，能量分布呈現(xiàn)Ω型分布態(tài)勢(shì)，此種強(qiáng)度、形狀的分布態(tài)勢(shì)一直維持到08T20：00，09T08：00移到渤海海區(qū)，至此，河北省降水結(jié)束。

分析2009－06－08T08：00沿38.1°N 方向的θse剖面圖（圖3），可以看出，在114～116°E之間，850hPa以下為55℃的高能區(qū)，600～300hPa之間有一個(gè)55℃的高能舌下探，而其東西兩側(cè)均位于40～50℃的低能區(qū)，在112～120°E的上空呈現(xiàn)鞍形場(chǎng)結(jié)構(gòu)特征。許煥斌［4］指出，在鞍形中心區(qū)，中上部是θse的深厚等值區(qū)，下部是θse隨高度增高的遞減區(qū)，一旦低層有擾動(dòng)，上升運(yùn)動(dòng)就會(huì)發(fā)展。由于的厚度較淺，上升運(yùn)動(dòng)的空氣到達(dá)中層時(shí)其速度并不大，不會(huì)受阻，可延伸到高層，容易形成1支深厚的、其上升速度受低層輻合量所制約的、上下基本均勻的垂直對(duì)流形勢(shì)，足以支撐著一個(gè)深厚云區(qū)，為暴雨的發(fā)展提供優(yōu)越的條件。另外，張可蘇等［5］也指出在中高層鞍形場(chǎng)的中心為中性區(qū)，而其周圍是穩(wěn)定區(qū)，這樣一個(gè)局面，可以造成周圍大氣中的快速波動(dòng)，在傳到鞍形場(chǎng)的中心時(shí)逐漸減速，形成波能的輻合，這也有利于其中心區(qū)的垂直運(yùn)動(dòng)發(fā)展。由此可見，θse中層鞍形場(chǎng)的出現(xiàn)，很容易形成深厚的上升氣流，有利于暴雨及強(qiáng)對(duì)流天氣的出現(xiàn)。

2.2 水汽條件分析

本次降水天氣過程的水汽積累從2009－06－07夜間開始，2009－06－08T08：00的925hPa風(fēng)場(chǎng)上（圖4），從廣東到湖南、江西一帶有1個(gè)中心值達(dá)到20m·s－1的南風(fēng)急流帶，浙江沿海有1個(gè)12m·s－1的南風(fēng)大風(fēng)區(qū)，山東有1個(gè)中心值達(dá)到14m·s－1的南風(fēng)急流帶，此3條急流帶對(duì)應(yīng)同時(shí)次的925hPa水汽通量圖上（圖4），有3個(gè)水汽通量大值中心，16～18g·（cm·hPa·s）－1的2個(gè)水汽通量大值中心，1個(gè)位于湖南，1個(gè)位于東海；山東附近有1個(gè)以14g·（cm·hPa·s）－1為中心的大值區(qū)?？梢钥闯?，河北省的降水水汽來源有三個(gè)，其為南海、東海和黃渤海。到08T20：00，伴隨著上面所分析的南風(fēng)急流、偏東風(fēng)急流的爆發(fā)，來自孟加拉灣的水汽通量中心值增大到22g·（cm·hPa·s）－1，東海的水汽通量減小到8g·（cm·hPa·s）－1，黃渤海的水汽通量中心增加到16g·（cm·hPa·s）－1，水汽來源形成2個(gè)明顯的通道，1個(gè)來自孟加拉灣，1個(gè)來自黃渤海。從850hPa水汽通量散度圖上可以看出，2009－06－08T08：00河北省中南部有1個(gè)－12g·cm－2·hPa－1·s－1的輻合中心（圖5），到20：00增大到－15g·cm－2·hPa－1·s－1，輻合中心位置沒有變化，強(qiáng)降水發(fā)生在輻合中心的北部。從經(jīng)過河北中南部的緯向剖面圖看出（圖略），08T08：00—20：00，河北省90%區(qū)域的相對(duì)濕度達(dá)到了500hPa，濕層很深厚，而丁一匯［6］指出，濕層厚度達(dá)到700hPa就有利于暴雨的產(chǎn)生。

2.3 低渦西北風(fēng)急流所提供的動(dòng)力條件分析

從2009－06－07T20：00開始，低渦正渦度區(qū)域從蒙古向我國(guó)的內(nèi)蒙古、山西、河北傳遞，08T08：00（圖略），河北省上空被正渦度覆蓋，大的正渦度中心在低渦位置（108～112°E，42～44°N）的東部、250～300hPa高度層上，中心值為60×10－5s－1，500～850hPa為20×10－5s－1的相對(duì)大值區(qū)；08T20：00（圖略），正渦度繼續(xù)向低層傳播，低層渦旋性增強(qiáng)，112～120°E范圍內(nèi)，河北省1 000～700hPa渦度值達(dá)到28×10－5s－1。08：00經(jīng)過河北省中南部的渦度平流緯向剖面圖表明（圖6），500hPa以上層次114°E以西為負(fù)的渦度平流，以東為正的渦度平流，大的正渦度平流中心在118～120°E上空250hPa，中心最大值為45×10－10s－2，渦度平流具有向低層的脊?fàn)罘植?，脊的底部直?50hPa。20：00大的正渦度平流中心依然在118～120°E上空250hPa位置，中心最大值為36×10－10s－2，500hPa以下層的正渦度平流減弱，接近于0，可見08：00、20：00在250hPa以下正渦度平流隨高度明顯增大，在高層強(qiáng)烈的正渦度平流作用下，高層輻散抽吸作用使低層輻合產(chǎn)生上升運(yùn)動(dòng)，觸發(fā)低層對(duì)流發(fā)展，并促發(fā)地面低壓的發(fā)展和維持［7］。

2009－06－08T08：00河北省上空400hPa以上為正散度區(qū)，散度中心處于250hPa高度，中心值達(dá)到52×10－5s－1，400hPa以下為負(fù)散度區(qū)，散度中心處于700hPa高度，中心值達(dá)到－24×10－5s－1，低層輻合、高空輻散強(qiáng)盛，高空輻散抽吸強(qiáng)于低層輻合；20：00，河北省上空400hPa以上為正散度區(qū)，400hPa以下為負(fù)散度區(qū)，正負(fù)中心高度沒有變化，范圍略有縮減，強(qiáng)度有所減小，分別為12×10－5s－1，－12×10－5s－1，低層輻合、高空輻散依然強(qiáng)盛，低層強(qiáng)輻合、高空強(qiáng)輻散非常有利于上升運(yùn)動(dòng)的發(fā)展。

上述渦度、散度場(chǎng)的配置有利于上升運(yùn)動(dòng)的維持。08T08：00及20：00河北省上空整層維持強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)，08：00最大上升速度在300～500hPa，中心最大值為－51×10－2hPa·s－1，700hPa有1個(gè)相對(duì)大值中心，為－20×10－2hPa·s－1，20：00，400和700hPa分別出現(xiàn)2個(gè)－17×10－2hPa·s－1的速度中心，速度值略有減小。

3 冷空氣的影響

低層暖濕、高層干冷是發(fā)生冰雹的指標(biāo)之一。由河北省境內(nèi)與周邊的探空?qǐng)D上可知，由于受高空低渦東南部西南氣流的影響，2009－06－08T08：00，500hPa以上高層溫度露點(diǎn)差較小，其下低層反而較大；08T 20：00，隨著低渦的東移南壓，600～400hPa出現(xiàn)明顯干區(qū)，低層隨著低空急流的發(fā)展，600hPa以下濕度增大，以山東省章丘探空為例（圖略），08T20：00，600～400hPa干區(qū)的溫度露點(diǎn)差最大達(dá)到30℃，600hPa以下溫度露點(diǎn)差小于2℃，600～500hPa有對(duì)流不穩(wěn)定區(qū)域，CAPE值114J·kg－1，下層暖濕，高層干冷，此種濕度配置有利于強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)展。

從北京探空的時(shí)間剖面圖上（圖7）可看出，08T08：00，850～200hPa為一致的西南風(fēng)，850～700hPa風(fēng)向隨高度增加順時(shí)針旋轉(zhuǎn)趨勢(shì)明顯，有暖平流，上部隨高度增大風(fēng)向變化不明顯，但風(fēng)速切變較大。與07T20：00相比，500～400hPa風(fēng)速明顯增大6～10m·s－1，在邊界層由07T20：00的速度為10m·s－1的西南風(fēng)轉(zhuǎn)變?yōu)樗俣葹?m·s－1的東風(fēng)，東風(fēng)氣流來自渤海，溫度較低，邊界層弱冷空氣的侵入，抬升暖濕氣流，致使降水發(fā)生。08T20：00，邊界層內(nèi)東風(fēng)增大到12m·s－1，500hPa西風(fēng)風(fēng)速增大到24m·s－1，500 hPa以下風(fēng)向隨高度增加順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，暖平流明顯，500～400hPa風(fēng)向隨高度逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，有冷平流，與08T08：00相比，500～200hPa風(fēng)速均有10m·s－1的增大，低層暖平流明顯，高層冷平流明顯，又有增大的垂直風(fēng)切變，可使暖濕氣流源源不斷地輸送到上升氣流中，并促使其發(fā)展，有利于低空上升氣流與高空下沉氣流長(zhǎng)時(shí)間共存，保證了有組織的強(qiáng)對(duì)流發(fā)生，為河北省強(qiáng)降水及強(qiáng)對(duì)流的發(fā)生提供了有利的熱力及動(dòng)力條件［8］。09T08：00，除邊界層外，北京高空為一致的西北氣流代替，冷暖平流不再明顯，河北省的降水基本結(jié)束。

4 衛(wèi)星云圖和加密氣象資料應(yīng)用

2009－06－08白天到夜間，河北區(qū)域有3次云系影響：09：00—11：00的強(qiáng)降水云團(tuán)，主要影響秦皇島、唐山市，持續(xù)時(shí)間短；16：00—20：00的強(qiáng)對(duì)流云團(tuán)，主要影響廊坊、衡水、滄州，雨強(qiáng)大，部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現(xiàn)雷電、冰雹、大風(fēng)強(qiáng)對(duì)流天氣；09T01：00—07：00的強(qiáng)降水云系，主要影響衡水、滄州，以強(qiáng)降雨為主，最強(qiáng)降水區(qū)在滄州的南皮縣南部的10余個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，這6個(gè)小時(shí)內(nèi)降水均超過100mm。研究河北省氣象自動(dòng)站逐時(shí)加密風(fēng)場(chǎng)的變化，可以發(fā)現(xiàn)加密風(fēng)場(chǎng)上中小尺度切變線、小尺度氣旋性閉合環(huán)流的生成和維持，促進(jìn)了氣流的輻合上升，導(dǎo)致了強(qiáng)降水和強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)生。

2009－06－08T01：00河北省自動(dòng)站為南風(fēng)或東南風(fēng)，03：00（圖8）河北省西北部開始轉(zhuǎn)為東北風(fēng)，與南部的南風(fēng)、東部的東南風(fēng)形成中尺度輻合線，降水切變線西北部的冷區(qū)開始。之后，東北風(fēng)區(qū)域向西南方向擴(kuò)展，至07：00，在河北省中南部形成明顯的東南西北向的輻合線，其北段在38.5°N附近，此復(fù)合線穩(wěn)定少動(dòng)，直至17：00。18：00輻合線突然南壓到38.2°N，風(fēng)場(chǎng)發(fā)生變化，輻合中心變?yōu)?個(gè)，1個(gè)在衡水區(qū)域，1個(gè)在滄州區(qū)域，短時(shí)強(qiáng)降雨、雷電、大風(fēng)、冰雹等強(qiáng)對(duì)流災(zāi)害天氣開始出現(xiàn)，此種風(fēng)場(chǎng)配置直至23：00；自09T 00：00—02：00，衡水、滄州區(qū)域分別出現(xiàn)2個(gè)氣旋性閉合環(huán)流，降水開始增大，03：00衡水的風(fēng)場(chǎng)難以為繼，北風(fēng)向南壓，衡水降水趨于結(jié)束，而滄州的閉合環(huán)流演變?yōu)榍凶兙€，繼續(xù)維持至09T09：00，強(qiáng)降水從02：00持續(xù)到08：00，之后降水開始減小。

5 結(jié) 論

綜合上述可知：

1）本次大暴雨及強(qiáng)對(duì)流天氣是由蒙古低渦、暖濕氣流和冷空氣的共同影響產(chǎn)生的。3支不同高度、不同風(fēng)向、不同速度的急流使冷暖空氣交匯，形成了大暴雨和強(qiáng)對(duì)流天氣。

2）強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生前期，能量積聚明顯，使得天氣區(qū)出現(xiàn)深厚的濕中性層結(jié)區(qū)，為深厚對(duì)流的發(fā)展提供了條件。

3）來自孟加拉灣、東海、黃渤海的水汽向河北省輸送，使得濕層厚度深厚，為暴雨提供了良好的水汽條件。

4）邊界層冷空氣的侵入為暴雨提供了初始觸發(fā)動(dòng)力，低渦使得河北省上空維持強(qiáng)的正渦度平流，高層維持強(qiáng)輻散，低層維持強(qiáng)輻合，上升運(yùn)動(dòng)持續(xù)發(fā)展。低渦冷空氣的不斷入侵使得強(qiáng)對(duì)流持續(xù)。

5）在低渦和低層暖濕氣流的共同控制下，具備了強(qiáng)降水、強(qiáng)對(duì)流的初始條件，但是降水的發(fā)生并不均勻，最小降水10mm左右，最大降水170mm，大風(fēng)、冰雹等強(qiáng)對(duì)流天氣只在部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)發(fā)生，這也正是位置及降雨強(qiáng)度預(yù)報(bào)的難點(diǎn)。

6）從自動(dòng)氣象站加密風(fēng)場(chǎng)資料上可以發(fā)現(xiàn)，中小尺度切變線、小尺度氣旋性閉合環(huán)流的生成和維持促進(jìn)了氣流的輻合上升，為強(qiáng)降水、強(qiáng)對(duì)流的生成和維持提供了良好的中小尺度輻合動(dòng)力，參考逐時(shí)自動(dòng)站風(fēng)場(chǎng)、降水資料，可以較準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)強(qiáng)對(duì)流天氣的大致落區(qū)，一定程度上提高預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率，確保決策和公共服務(wù)產(chǎn)品的可信性。

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Mechanism Analysis of a Strong Convective Weather in Hebei Province

LIU Jian－wen，WANG Shu－yun，ZHANG Wei，WEI Xiu－mei
（Cangzhou Meteorological bureau of Hebei Province，Cangzhou 061001，China）

An analysis for the heavy rain and strong convective weather at night on 8June 2009in Hebei Province was performed using conventional data，surface intensified observational data，rainfall of automatic weather stations，physical quantity and satellite image，etc.Results indicated that the vast vorticity advection and cold air of the Mongolian vortex provided dynamical condition for the strong convection；Southerly and easterly jet stream provided rich water vapour，while the confluence of northwesterly jet stream of the low vortex with two warm jet streams facilitated the formation of the torrential rain，hailstone and gale.Strong rain districts were all located in the top part of lower－level energy field，the profile of energy field had a col structure，which had large energy in upper and lower layers，neutral in middlelevel，which provided an initial thermal condition for the deep convection.Intensified observational data of wind field showed that the extended meso－microscale wind field convergence enhanced the lifting convergence of surface air，resulting in this mesoscale system and triggered condition of the local torrential rain.

low vortex；strong convective；dynamical condition；thermal condition；mesoscale wind field

October 11，2010

P458

A

1671－6647（2012）01－0009－08

2010－10－11

河北省氣象局地方科研基金項(xiàng)目——基于數(shù)值預(yù)報(bào)的滄州市夏季暴雨落區(qū)（點(diǎn)）預(yù)報(bào)模型和指標(biāo)研究（10KY23）

劉建文（1967－），男，工程師，主要從事天氣預(yù)報(bào)及服務(wù)方面研究.E－mail：czwsy68＠163.com

（杜素蘭 編輯）