胡明 高莉莉 高銘 徐玉秀 蔣姍姍 楊桂娟

摘 要：利用常規(guī)觀測資料、自動站加密觀測資料和雷達(dá)資料，對2017年7月9日遼寧省西部到中部地區(qū)1次短時強(qiáng)對流的天氣形勢、物理量場、雷達(dá)回波特征進(jìn)行分析。結(jié)果表明：在有利降水的大尺度天氣系統(tǒng)背景下，底層冷空氣和低空急流以及中尺度天氣系統(tǒng)造成了本次強(qiáng)對流天氣。底層925～850hPa的充沛水汽和輻合上升運(yùn)動強(qiáng)對流天氣的發(fā)生，地面復(fù)合線和低壓環(huán)流造成本次短時強(qiáng)降水天氣。雷達(dá)組合反射率因子>45dbz的強(qiáng)回波區(qū)與強(qiáng)降水落區(qū)基本吻合，并對應(yīng)地面中尺度氣旋式環(huán)流的形成和維持。

關(guān)鍵詞：短時強(qiáng)降水；中氣旋；冰雹；中尺度天氣系統(tǒng)；暴雨

中圖分類號 P458.121 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-7731（2018）18-0115-04

Characteristics of Severe Convective Weather in the Western Coastal Area of the Northeast Cold Vortex

Hu Minget al.

（Meteorological BureauofJinzhou City，Jinzhou 121001，China）

Abstract：By using conventional observation data，the automatic station observation data and radar data，physical quantity field and radar echo characteristics of a short-term strong convective weather situation were analyzed from the west area to the central area in Liaoning province on July 9，2017. Favorable conclusions showed that the precipitation of large scale weather system background，the cold air and low level jet and the mesoscale weather system caused the strong convection weather. The abundant water vapor and convergence upward movement between 925hPaand 850hPawere beneficial to the occurrence of strong convective weather. The short-time strong rainfall weather were caused by composite ground wire and low pressure circulation. The strong echo region with radar combination reflectance factor>45dbz coincides basically with the heavy rainfall area，and corresponds to the formation and maintenance of mesoscale cyclonic circulation on the ground.

Key words：Short term heavy rainfall；Meso cyclone；Hail；Mesoscale weather system；Torrential rain

大氣中充沛的水汽是產(chǎn)生暴雨的必要條件之一。研究表明，形成中國南、北方暴雨的水汽輸送通道有所不同，南方暴雨的水汽主要是由低空急流或高風(fēng)速帶輸送，而北方暴雨的水汽主要是由西南急流、偏東急流或二者共同作用來完成。要了解暴雨中心究竟出現(xiàn)在何處，與水汽通量散度有重要的關(guān)系。目前已有較多暴雨水汽的研究，這些研究成果揭示了不同地區(qū)暴雨形成的水汽來源、輸送和暴雨落區(qū)情況，輸送水汽的重要天氣系統(tǒng)，為暴雨預(yù)報提供了重要的理論基礎(chǔ)，為準(zhǔn)確預(yù)報暴雨過程起到了積極作用。孫建華等利用HYSPLIT模式分析了2012年北京特大暴雨的水汽輸送軌跡及高低空水汽源地的貢獻(xiàn)。武麥鳳等認(rèn)為，強(qiáng)降水發(fā)生時，降水區(qū)700hPa上的比濕值均不低于7g/kg；在垂直結(jié)構(gòu)上，強(qiáng)降水地區(qū)低層水汽含量在降水前6～12h出現(xiàn)峰值，強(qiáng)降水出現(xiàn)在高層比濕的峰值附近。何立富等利用NCEP/NCAR再分析資料、自動氣象站逐時降水資料、實(shí)時地面加密觀測資料和實(shí)況探空資料等，對華南1次持續(xù)性暴雨過程期間大尺度水汽輸送特征進(jìn)行了深入分析。喻謙花等分析河南1次暴雨過程指出，700hPa水汽通量變化對強(qiáng)降水落區(qū)有較好的指示作用，水汽通量散度場上，850hPa水汽通量散度的變化與暴雨時段和強(qiáng)度有較好的對應(yīng)：水汽通量散度轉(zhuǎn)為輻合，輻合層增厚為強(qiáng)降水開始的標(biāo)志，輻合量突然增大標(biāo)志著降水強(qiáng)度增大。本文通過MICAPS資料及EC細(xì)網(wǎng)格資料，分析了遼西沿海地區(qū)大暴雨的成因，以期為該地區(qū)的暴雨預(yù)報提供參考。

1 環(huán)流背景

2017年7月9日3—18時，遼寧省西部到中部地區(qū)出現(xiàn)，局地短時強(qiáng)降水，并伴有冰雹、雷暴大風(fēng)等強(qiáng)對流天氣。3—8時，遼寧葫蘆島市建昌縣開始出現(xiàn)短時強(qiáng)降水，并伴有短時大風(fēng)。強(qiáng)降水主要集中在葫蘆島建昌縣境內(nèi)，1h最大雨強(qiáng)達(dá)到59.2mm，2h最大雨強(qiáng)達(dá)到84.6mm。8—12時，強(qiáng)降水系統(tǒng)從葫蘆島沿海地區(qū)向東移動到錦州市沿海地區(qū)，錦州沿海地區(qū)出現(xiàn)直徑4至5cm的冰雹，并且最大風(fēng)力達(dá)到19～20m/s。12—16時，強(qiáng)對流繼續(xù)向東北移動并減弱，逐漸影響盤錦、營口、鞍山、沈陽等地。累計雨量超過100mm的有5個區(qū)域自動站，70～100mm的有19個區(qū)域自動站。

從大尺度環(huán)流場來看（圖1），遼寧省受東北冷渦影響，產(chǎn)生突發(fā)性強(qiáng)對流，帶來雷雨、大風(fēng)、冰雹等強(qiáng)天氣；地面受低壓底部控制，在遼寧西部，有1個不太明顯的地面倒槽，有南來的水汽輸送。從高空圖可以看出，500hPa、700hPa、850hPa上遼寧西部地區(qū)均受冷渦底部偏南氣流影響，并且700hPa、850hPa上均有南來急流，提供持久的水汽輸送；200hPa上有高空幅散。綜合來看，遼寧西部、中部地區(qū)上形成了1個整層深厚的系統(tǒng)，低層輻合，高層幅散，提供了有利的動力條件，以及持久的水汽條件，并且遼寧地區(qū)大氣層結(jié)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。但是以上論據(jù)不足以預(yù)判出遼寧地區(qū)可能出現(xiàn)的大暴雨過程，及其精確的強(qiáng)對流落區(qū)，本文將關(guān)注點(diǎn)放在冷渦南部外圍鋒區(qū)中α尺度冷空氣的突然暴發(fā)機(jī)制研究和反復(fù)維持的弱冷渦環(huán)流激發(fā)強(qiáng)對流機(jī)制研究上。

2 遼西地區(qū)層結(jié)不穩(wěn)定的T-lgP圖特征

針對錦州沿海地區(qū)出現(xiàn)的短時大風(fēng)、冰雹等強(qiáng)對流天氣，分析錦州、沈陽、大連3個站9日08時探空（圖2），對比可以看出錦州站Cape值為509，K指數(shù)為29，均不突出，但是低層925hPa、850hPa西南風(fēng)很大，風(fēng)速達(dá)到22～24m/s，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過沈陽、大連站。由于錦州地區(qū)925～850hPa高度有強(qiáng)的低空急流，提供了水汽和動力條件，還有逆溫存在，為低層觸發(fā)對流積蓄能量，并且850～600hPa高度有干冷的偏西風(fēng)侵入，使對流不穩(wěn)定增強(qiáng)其余高度層濕度條件都非常好，幾乎達(dá)到飽和；850～700hPa有強(qiáng)的風(fēng)速切變，風(fēng)向也從南風(fēng)轉(zhuǎn)為西南風(fēng)；并且溫度直減率大，均有利于加劇對流不穩(wěn)定，零度層高度為4.2km左右，對于夏季來說，是容易出現(xiàn)冰雹的高度。綜上來看，錦州地區(qū)具有觸發(fā)冰雹的有利氣象條件。

3 EC細(xì)網(wǎng)格的濕位渦預(yù)報場分析

從EC細(xì)網(wǎng)格的濕位渦（MPV1）（圖3）預(yù)報分析，MPV1越小，對流不穩(wěn)定越強(qiáng)。9日02時，濕位渦負(fù)值區(qū)中心位于遼寧葫蘆島市建昌縣附近，正好對應(yīng)03～05時的短時強(qiáng)降水過程。至05時，負(fù)值區(qū)中心移到葫蘆島沿海，降水也隨之移動，08—14時，負(fù)值區(qū)中心位于渤海北部地區(qū)（葫蘆島、錦州、盤錦、營口地區(qū)沿海陸地），此時氣溫升高，不穩(wěn)定能量增加，觸發(fā)強(qiáng)對流，沿海地區(qū)出現(xiàn)冰雹、8～9級大風(fēng)。至17時，負(fù)值區(qū)中心移到內(nèi)陸（盤錦、沈陽地區(qū)）。從負(fù)值區(qū)中心大值區(qū)的移動軌跡來看，正好吻合中尺度氣旋的移動路徑。EC細(xì)網(wǎng)格的濕位渦（MPV1）是預(yù)報此次強(qiáng)對流過程移動路徑的重要參考依據(jù)。

4 中尺度分析特征

從中尺度分析（圖4）可以看出：近地面層，9日05時遼寧西南部存在輻合線，形成1個不閉合的低壓。08時向東移動入海，11時穩(wěn)定少動，向北影響遼寧西部沿海地區(qū)，14時繼續(xù)向北移至盤錦、鞍山一帶。輻合線附近不斷觸發(fā)對流發(fā)生，產(chǎn)生強(qiáng)降水、大風(fēng)、冰雹等天氣。伴隨著風(fēng)向的輻合，并且輻合區(qū)一直在濕區(qū)，這個輻合區(qū)和雷達(dá)回波移動軌跡十分吻合。17時，低壓向北移至沈陽附近，并逐漸減弱。

9日08時，925、850、700hPa高度層均有南來的水汽輸送，高低空急流提供了此次強(qiáng)對流過程充沛的水汽條件，在遼寧西南部有風(fēng)的輻合區(qū)，并且遼寧西部邊界有溫度槽，證明有冷空氣侵入，200hPa高度層有風(fēng)向的強(qiáng)幅散。綜合以上判斷，在遼寧西南部，發(fā)展出1個中尺度氣旋，并觸發(fā)短時強(qiáng)對流天氣。

5 遼西沿海對流強(qiáng)度增強(qiáng)有利條件

5.1 熱力條件 暴雨發(fā)生前24h，遼寧西部沿海地區(qū)氣溫偏高，最高氣溫已達(dá)到30～33℃，對流不穩(wěn)定能量較高

5.2 水汽條件 遼寧西部沿海地區(qū)受副熱帶高壓外圍片西南氣流控制，暴雨發(fā)生前，出現(xiàn)低空西南急流，為強(qiáng)對流的發(fā)生發(fā)展提供了源源不斷的水汽輸送。

5.3 地形增幅作用 遼寧西部地區(qū)多山區(qū)，其中朝陽、錦州地區(qū)有西南走向的山脈，對近地面的風(fēng)場有輻合抬升作用，對強(qiáng)對流有觸發(fā)作用。

6 雷達(dá)回波對流預(yù)報特征

分析雷達(dá)回波拼圖（圖5）可以看出：8：35強(qiáng)降水回波主要集中在葫蘆島市區(qū)和興城地區(qū)，11：40回波向東移動到錦州沿海地區(qū)和凌海市，12：29在凌海市沿海地區(qū)，回?fù)苡覀?cè)，有明顯的鉤狀回?fù)?，從雷達(dá)回?fù)苋S圖上，可以看出明顯的懸垂回波，并且此時0.5°仰角的垂直累積液態(tài)水含量VIL超過55，從速度圖上，可以看出在凌海沿海地區(qū)有氣旋性輻合，雷達(dá)判斷識別出中氣旋；此時實(shí)況出現(xiàn)8級大風(fēng)和大直徑冰雹，冰雹出現(xiàn)的初期，垂直累積液態(tài)水含量達(dá)到峰值，VIL達(dá)到60～70。雷達(dá)組合反射率因子>45dbz的強(qiáng)回波區(qū)與強(qiáng)降水落區(qū)基本吻合，雷達(dá)平均徑向速度產(chǎn)品逆風(fēng)區(qū)中輻合流場的出現(xiàn)與維持及回波頂高的上升對應(yīng)地面中尺度氣旋式環(huán)流的形成和維持；13：20，回波繼續(xù)向東移動，影響盤錦大洼地區(qū)和鞍山海城地區(qū)，上述地區(qū)出現(xiàn)短時強(qiáng)降水，和大風(fēng)等強(qiáng)對流天氣。15：28，回波向東北風(fēng)向移動并減弱，影響鞍山、遼陽、營口、沈陽地區(qū)，上述地區(qū)也出現(xiàn)短時強(qiáng)降水、下?lián)舯┝鞯葟?qiáng)對流天氣。

7 結(jié)論與討論

此次過程降水時段集中，降水強(qiáng)度大，屬于短時強(qiáng)降水。在有利降水的大尺度天氣系統(tǒng)背景下，底層冷空氣和低空急流以及中尺度天氣系統(tǒng)造成了本次強(qiáng)對流天氣。底層925～850hPa的充沛水汽和輻合上升運(yùn)動強(qiáng)對流天氣的發(fā)生，地面復(fù)合線和低壓環(huán)流造成本次短時強(qiáng)降水天氣。雷達(dá)組合反射率因子>45dbz的強(qiáng)回波區(qū)與強(qiáng)降水落區(qū)基本吻合，并對應(yīng)地面中尺度氣旋式環(huán)流的形成和維持。

從大的環(huán)流背景下，可以判斷出此次過程是由冷渦引起的強(qiáng)對流系統(tǒng)，但是冷渦內(nèi)部降水落區(qū)一直是業(yè)務(wù)預(yù)報的難點(diǎn)，由于動力作用較弱（無明顯鋒區(qū)），其他因素例如熱力、地形、中小尺度擾動等相對重要，共同影響，突發(fā)性強(qiáng)，但一般強(qiáng)度和范圍不大，需要基于中小尺度觀測系統(tǒng)開展臨近預(yù)報研究。在預(yù)報中，此次強(qiáng)對流過程預(yù)報模式報出來的極少，可借助的預(yù)報模式不多，EC細(xì)網(wǎng)格的濕位渦（MPV1）是為數(shù)不多的1個重要參考依據(jù)。此次強(qiáng)對流過程，雷達(dá)回波在預(yù)警上發(fā)揮了巨大作用，為預(yù)報預(yù)警短時大風(fēng)、強(qiáng)降水、冰雹提供了可靠依據(jù)。在氣象服務(wù)中，今后還應(yīng)加強(qiáng)短臨預(yù)報預(yù)警的服務(wù)工作。

參考文獻(xiàn)

[1]高松影，李慧琳，孫連強(qiáng).一次突發(fā)性中尺度暴雪天氣過程分析[J].氣象與環(huán)境學(xué)報，2006，22（5）：32-35.

[2]馬鴻青，丁志英，張會，等.2009年5月晉中南一次春季大暴雨成因分析[J].氣象與環(huán)境學(xué)報，2001，27（5）：32-37.

[3]張曉東.2009年7月17日唐山地區(qū)強(qiáng)降水成因分析[J].氣象與環(huán)境學(xué)報，2001，27（1）：48-53.

[4]王憲彬，張旭，辛艷輝.東北地區(qū)一次暴雨過程的落區(qū)分析[J].氣象與環(huán)境學(xué)報，2010，26（1）：36-40.

[5]伍志方，張春良，張沛源.一次強(qiáng)對流天氣的多普勒特征分析[J].高原氣象，2001，20（2）：202-207.

[6]張端禹，潘鄂芬.松嫩平原一次夏季暴雨機(jī)理分析[J].氣象與環(huán)境學(xué)報，2009，25（3）：8-13.

[7]伍榮生.現(xiàn)代天氣學(xué)原理[M].北京：高等教育出版社，1999：136-140

[8]朱乾根，林錦瑞，壽紹文，等.天氣學(xué)原理和方法[M].北京：氣象出版社，1992：147-279.

[9]劉建文，郭虎，李耀東，等.天氣分析預(yù)報物理量計算基礎(chǔ)[M].北京：氣象出版社，2005：56-71.

[10]吳春英，侯波，劉飛，等.2005年8月13日撫順地區(qū)大暴雨天氣過程診斷分析[J].氣象與環(huán)境學(xué)報，2006，22（3）：11-15.

[11]盛永，陳艷秋，廖國進(jìn)，等.0509號臺風(fēng)暴雨過程分析與暴雨災(zāi)害評估[J].氣象與環(huán)境學(xué)報，2006，22（6）：29-33.

（責(zé)編：張宏民）