李輝+++苗鳳梅+++朱立+++李朝+++許明+++曹云+++李蓓莉

摘 要：使用高空、地面、物理量及云圖資料，分析2015年9月4日發(fā)生在北京地區(qū)的一次強對流局地暴雨天氣過程的天氣系統(tǒng)結構特征，探討系統(tǒng)的發(fā)生發(fā)展機制。分析表明，500hpa低渦、700hpa和850hpa切變線是造成這次強降水過程的主要影響系統(tǒng)。500hpa冷平流、低層850hpa和925hpa明顯的暖平流輸送為強對流的發(fā)生提供了有利的熱力條件和溫濕條件。

關鍵詞：暴雨；低渦；冷鋒；暖平流

引言

極端性降水對某一地區(qū)而言是個小概率事件，但因其降水量太大，發(fā)生的天氣形勢往往比較典型，其中的天氣尺度和中尺度強迫、水汽輸送和輻合、大氣不穩(wěn)定等方面都比較清楚，天氣形勢一般都符合當?shù)厮⒌谋┯旮拍钅Ｐ?。造成極端強降水的影響系統(tǒng)是多種多樣的，對北京而言，最多的是低渦暴雨[1-3]，這里的低渦是指東蒙高空冷性系統(tǒng)，其次是低槽冷鋒型，但降水又主要發(fā)生在暖區(qū)內，同時低空低渦切變線又是非常重要的影響系統(tǒng)圖[4-7]。這些說明北京暴雨受天氣系統(tǒng)影響的復雜性。

但從天氣形勢上預報出是暴雨、大暴雨還是特大暴雨過程還是非常困難的，因此還必須對構成降水的主要因子進行分析。降雨量是一段時間內雨強的累積，因此在極端降水中，雨強和降水持續(xù)時間都重要[8-10]，雨強與降水效率、垂直上升運動和水汽有關，降水持續(xù)時間與影響系統(tǒng)的移速、中尺度對流系統(tǒng)的結構和演變有關。文章對天氣形勢及物理量做了初步分析，各因子形成及演變的機制還需以后進一步研究分析。

1 天氣概況

受東移高空槽和低層偏東風的共同影響，9月4日上午到5日白天北京出現(xiàn)2015年汛期以來最大降雨天氣過程，局地伴有弱雷電，主要降雨時段出現(xiàn)在4日下午到前半夜。大部分地區(qū)出現(xiàn)大雨到暴雨，其中豐臺、石景山、海淀、門頭溝、昌平、懷柔局地出現(xiàn)大暴雨。此次強降雨區(qū)域主要集中在石景山、海淀及西部、北部的區(qū)域的個別站點。其中石景山地區(qū)在9月4日15時-18時累計降水量超過80毫米，16-17時小時石景山八大處降雨量達40.3毫米。降水從9月4日10時開始持續(xù)到5日17時。

圖1 北京9月4日08時地面圖

2 天氣形勢

2.1 環(huán)流形勢分析

500hpa貝蒙低渦東移，對應700hpa北京西部有明顯的切變存在，850hpa存在低空急流。3日20時，500hpa，在河套以西存在低壓槽，受高壓脊的阻礙，東移緩慢，槽后冷平流使其不斷加強，4日08時低渦環(huán)流形成，低渦東移南壓，北京處于其東部西南氣流控制。

700hpa，3日20時，北京處于高壓脊控制，西部存在明顯的切變。4日08時，在北京西部形成低渦，北京處于低渦前部偏南氣流控制。4日14時，低壓中心位于北京西部，即將影響北京。

850hpa和925hpa東南風的維持為強降水提供了源源不斷的水汽供應，低層偏南暖濕氣流輸送使低層維持暖濕的高能條件，為強降水的發(fā)生和維持提供了十分有利的環(huán)境場。

通過以上分析得出，500hpa低渦、700hpa和850hpa切變線是造成這次強降水過程的主要影響系統(tǒng)。500hpa冷平流、低層850hpa和925hpa明顯的暖平流輸送為強對流的發(fā)生提供了有利的熱力條件和溫濕條件。

圖2 2015年9月4日08時地面天氣圖

2.2 中尺度分析

圖3 9月4日08時中尺度分析圖

根據(jù)9月4日08時中尺度分析圖，北京西部500hpa，700hpa，850hpa存在槽和切變，地面存在輻合，西北部500hpa有冷槽，北京西部及西南部850hpa有濕區(qū)，850hpa風場流線將濕區(qū)水汽帶到北京，遇西部過來的冷空氣，形成降水。

2.3 物理量診斷分析

2.3.1 動力條件

4日08時，北京西北部上空伴有強烈的高層輻散、低層輻合。輻合中心位于內蒙中部與河北交界處，14時輻合區(qū)向東南方向移動，范圍擴大、強度增強，北京完全處于輻合區(qū)控制，20時北京基本位于輻合中心，此后北京上空仍為輻合，但強度和范圍均減弱。925hpa與850hpa類似，說明此次過程輻合主要在低層，且低層輻合非常強。

降水過程伴有整層上升運動，上升運動強且較深厚；上升區(qū)與低槽和低渦系統(tǒng)相對應，14時和20時達到最強，且強中心位于北京西部。

2.3.2 水汽條件

850hpa層的比濕場說明造成強降水的主要是貝蒙低渦自身攜帶的充足水汽，隨著低渦東移，大值區(qū)到達北京。

4日08時貝蒙低渦位于北京上游，與冷渦相對應水汽通量散度為明顯的負值區(qū)，說明850hpa冷渦附近有明顯的水汽通量輻合；14時，水汽通量散度負值區(qū)移到北京。

2.3.3 能量條件

4日08時500hpa冷空氣主體在西部，北京地區(qū)附近處于相對的θ高值區(qū)。14時冷空氣主體東移南壓，北京西部相對于東部地區(qū)θ值較高。4日08時700hpa冷空氣主體要稍偏南一些，北京地區(qū)上空為暖區(qū)。14時冷空氣主體繼續(xù)加強，并南壓，河套至山西高原東部為一暖舌，北京地區(qū)處于暖舌東側，也是高能區(qū)。

4日08時，華北中北部是一個南北向的高能舌，高低層θse相差較大的區(qū)域在華北北部，東北地區(qū)是低值區(qū)，表示冷空氣在那聚集，北京地區(qū)未處于高能舌區(qū)。14時從西南向華北有一條高能輸送帶，高能舌反映的是一股高能、不穩(wěn)定的暖濕氣流，它向華北中部一帶輸送了大量的水汽和不穩(wěn)定能量。由于水汽和能量輸送，高能舌增強，中心處于115E、38N附近，最強值達346K，高低層θse差值的中心與高能舌的中心重疊，垂直結構非常明顯，差值中心值約有20K左右，北京地區(qū)約有15K左右。與此同時，東北地區(qū)的低值區(qū)向高能舌區(qū)擴散，在華北中部交匯，在高能鋒區(qū)附近產生強降水，而北京地區(qū)最強的降水也是產生于石景山，在北京西部。20時θse高值區(qū)完全南移到華南，高低層θse的差值降低，且高能輸送帶南壓，北京地區(qū)已非高差值區(qū)，說明冷空氣已侵入低層，高低層溫差已有所降低。到5日08時，θse低值區(qū)控制北京上空，冷空氣完全控制北京高低空。

2.4 衛(wèi)星云圖及雷達回波分析

從衛(wèi)星云圖上看，9月4日04時位于低渦東南側對流云團開始發(fā)展進入河北，此后云團繼續(xù)強烈發(fā)展，14時北京西部發(fā)展比較強烈，之后東移，15-17時南北對流云團在西部打通，合并后強烈發(fā)展，造成石景山區(qū)的強降水。

從雷達圖可以看出，沿東南-西北方向有一條強回波帶穿過石景山區(qū)，中心強度在40dBz以上。東南的強回波中心超過7540dBz。

3 模式檢驗

3.1 降水起止時間及強降水集中時間

由圖6可知，三家模式模擬的出現(xiàn)明顯降水的開始時間較為一致，在10時左右，與實際降水出現(xiàn)的時間也吻合。結束時間及最強降水出現(xiàn)時間由分歧，前兩家模式預報的強降水出現(xiàn)時段均為4日14-17時，與實況較為吻合。第三家模式預報的強降水出現(xiàn)時間偏晚。模式預報降水量普遍偏低。

3.2 累積降水量

表1為各家模式9月2日起報的48h累積降水量，其中EC集合平均預報的累積降水量為40-80毫米，比較接近實況，其他各家模式均預報偏少。

表2為各家模式9月3日起報的降水時間分布，根據(jù)各家模式預報，降水強的時間主要集中在5日08-20時，偏晚于實況。

各家模式9月2日起報的48小時間隔降水量，其中EC預報的降水量在50-100毫米之間，接近于實況，并且降水落區(qū)也與實況比較吻合。其次，日本模式預報的降水落區(qū)也比較接近實況，但累積降水量偏少。其他兩家模式均預報偏少且分布落區(qū)不準確。

4 結束語

500hpa低渦、700hpa和850hpa切變線是造成這次強降水過程的主要影響系統(tǒng)。500hpa冷平流、低層850hpa和925hpa明顯的暖平流輸送為強對流的發(fā)生提供了有利的熱力條件和溫濕條件。

強降水開始前從西南向華北有一條高能輸送帶，高能舌反映的是一股高能、不穩(wěn)定的暖濕氣流，它向華北中部一帶輸送了大量的水汽和不穩(wěn)定能量。由于水汽和能量輸送，高能舌增強，高低層θse差值的中心與高能舌的中心重疊，垂直結構非常明顯。

強降水時段南北對流云團在西部打通，合并后強烈發(fā)展，造成石景山區(qū)的強降水。

根據(jù)模式檢驗分析，各家模式對降水開始時間都較為準確，EC和NCEP對強降水集中時間比較準確。模式整體對此次過程降水量預報偏少，但EC預報的降水量和強降水落區(qū)有一定的指導性。

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