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，當受蒙古下滑冷空氣影響時，對流性強降水多發(fā)，具有突發(fā)性強、持續(xù)時間短、降水強度大和預報難度大的特點，對農(nóng)業(yè)、交通和人民生命財產(chǎn)等造成嚴重影響和較大損失。多年來，國內(nèi)氣象學者對對流性強降水的成因進行了大量的研究[1-6]。廖移山等[7]對2007年7月18日濟南大暴雨進行了詳細的β中尺度分析，揭示了地面β中尺度氣旋新生發(fā)展的一種物理機制；強降水的發(fā)生與物理量和對流參數(shù)有著密切的關系，楊詩芳等[8]分析發(fā)現(xiàn)，短時強降水時大氣層結(jié)不穩(wěn)定，大氣對流各個參數(shù)場中心與短時強降水中心對應較好。井宇等[9]對副高邊緣西安地區(qū)一次短時暴雨分析進行分析指出：造成西安地區(qū)短時暴雨的β中尺度對流云團具有初生強度大、發(fā)生發(fā)展迅速等特點。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)對流性強降水過程進行綜合診斷分析，其中包括環(huán)流背景場、熱力動力抬升條件、強降水系統(tǒng)的中小尺度特征等。由于這次強降水過程無明顯的低空急流水汽輸送，中低層相對較干燥，為這次強降水的預報增加了難度，因此，這次過程有一定的研究價值，為今后此類天氣預測提供一定的參考依據(jù)。

1 強降水過程概況

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)對流性強降水天氣過程，并伴有大風。部分區(qū)(縣)和鄉(xiāng)鎮(zhèn)達到暴雨和大暴雨，雨量分布很不均，濮陽95個鄉(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，其中降雨量最大峰值在17—18時，特別是南樂的千口、韓張小時雨強分別達71.9 mm、59.7 mm，最大風速臺前縣站達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時高空中尺度分析及14時地面中尺度分析圖(圖2，見第15頁),揭示這次短時強降水過程發(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?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?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，但有利于強對流天氣的形成。

14時地面圖(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)偏南風和偏北風的輻合區(qū)，對流發(fā)生的動力條件得到加強，不穩(wěn)定能量得到釋放，對流性強降水形成。輻合區(qū)緩慢向東南方向移動，對流不斷發(fā)展。另外輻合區(qū)的存在比強天氣發(fā)生時刻提前，有一定的預警作用。且地面上連續(xù)兩天14時氣溫大于37 ℃，露點溫度大于20 ℃，為對流天氣的發(fā)生儲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天氣的發(fā)生機理，用南樂縣14時溫度和露點訂正邢臺08時探空圖(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，屬于典型的強對流天氣探空形勢，容易產(chǎn)生雷暴大風、短時強降水、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，從而使得風暴得以加強和維持；整層可降水量為42.1 mm，高于短時強降水的閾值(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，分析強降水過程中尺度對流云團與對流輻合系統(tǒng)(MCS)的發(fā)生發(fā)展及與強降水的形成關系，河南省對流性暴雨多發(fā)生于MCS的形成發(fā)展期，概率達82%[10]。云頂黑體亮溫TBB越低，對應的云頂越高，對流越旺盛，通常tBB<-32 ℃(241 K)的區(qū)域為對流活躍區(qū)，tBB<-52 ℃(221 K)的區(qū)域為強對流活躍區(qū)。濮陽這次強降水發(fā)生在MCS中tBB<220 K的強對流活躍區(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，相應的低槽云系東移，且午后16時加強為南北向的中尺度對流云帶。17—18時,該云帶東移與副高西北側(cè)發(fā)展的中尺度對流云團在濮陽北部匯合加強為較強的中尺度對流輻合系統(tǒng)(MCS)，對流輻合系統(tǒng)17—19時穩(wěn)定少動，造成濮陽北部的清豐和南樂的強降水。從16—18時云頂亮溫TBB(圖5)可以看出：TBB小值區(qū)與中尺度對流云團相對應, 地面小時降水量與TBB呈負相關[11]，本次過程中出現(xiàn)強降水的南樂千口附近TBB值小于220 K(圖5b)。17—18時，南樂千口小時雨強達到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)了大風天氣，最大風速臺前縣站達17.8 m/s。

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

圖3 2017-07-04T08邢臺訂正探空圖(文見第14頁2.2)

4 雷達產(chǎn)品分析

從濮陽多普勒雷達圖上可以看出：此次強降水過程整個風場以向著雷達的大范圍入流風場為主，入流風場中鑲嵌著大風區(qū)、風場輻合區(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，回波加強合并明顯，造成局地短時強降水。強降水產(chǎn)生的冷出流邊界明顯，形成大風天氣，驅(qū)動對流系統(tǒng)向著雷達站傳播。

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，濮陽周圍清豐、南樂處出現(xiàn)小的對流單體，說明當?shù)貧鈱硬环€(wěn)定，有弱對流的發(fā)生。16時，雷達回波開始發(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氣流入流區(qū)，并出現(xiàn)大于20 m/s的大風區(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的較強回波(圖6d)。17時，大風區(qū)范圍向北擴展，在南樂縣千口輻合線附近形成大片大風區(qū)(圖6b),此處回波發(fā)展旺盛，范圍增加(圖6e)。隨著徑向速度大風區(qū)向雷達站移動(圖6c)，大片強回波向雷達站移動，出現(xiàn)明顯的出流邊界，同時降水達到最強(圖6f)。17—18時，千口小時降水量達71.9 mm。

圖6 2017-07-04濮陽雷達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、熱力和動力條件較好時，仍然可以產(chǎn)生對流性短時強降水天氣。

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

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

(5)前期溫度較高，副高邊緣冷空氣活動頻繁時，易出現(xiàn)強對流天氣，應特別注意監(jiān)測。