賀 哲，王 君，栗 晗，魯 坦，崔麗曼

( 1.中國(guó)氣象局·河南省農(nóng)業(yè)氣象保障與應(yīng)用技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 鄭州 450003;2.河南省氣象臺(tái)，河南 鄭州 450003; 3.河南省氣象學(xué)會(huì)，河南 鄭州 450003;4.河南省氣象科學(xué)研究所，河南 鄭州 450003)

引 言

暴雨是一種主要的災(zāi)害性天氣，暴雨預(yù)報(bào)一直是廣大氣象工作者關(guān)注和研究的重點(diǎn)之一[1-11]。產(chǎn)生暴雨須具備3個(gè)條件：充分的水汽供應(yīng)、強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)和較長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間[2]。有些夏季降水具有深厚濕對(duì)流特征，深厚濕對(duì)流的3要素是：條件不穩(wěn)定層結(jié)、水汽和抬升[12]，缺少任何一個(gè)，對(duì)流都不會(huì)發(fā)生。此外，暴雨的產(chǎn)生是多種尺度系統(tǒng)共同作用的結(jié)果，不同尺度系統(tǒng)在天氣過(guò)程中所起的作用不同[13-21]。首先需要形成有利的大尺度環(huán)流背景，其次要存在有利的天氣尺度和次天氣尺度系統(tǒng)；而中小尺度系統(tǒng)則是觸發(fā)暴雨、大暴雨甚至特大暴雨的直接因素。河南省地處南北氣候過(guò)渡帶，四季分明，夏季是對(duì)流性天氣多發(fā)季節(jié)，也是暴雨集中的季節(jié)。河南省對(duì)流性暴雨主要可劃分為4種類型：低槽(渦)切變型、低槽型、高壓后部型、切變型[22]，近年來(lái)針對(duì)不同類型暴雨有諸多研究成果[22-28]，這些成果在河南暴雨預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中具有一定的參考作用。

2019年8月1日河南省發(fā)生了一次低槽切變型分散性對(duì)流暴雨過(guò)程，暴雨過(guò)程首先在豫東產(chǎn)生，隨后豫西南地區(qū)也出現(xiàn)對(duì)流，之后席卷河南大部。此次過(guò)程不僅是以對(duì)流性降水為主，而且暴雨中心極為分散，過(guò)程雨量分布極為不均。數(shù)值模式對(duì)于這次過(guò)程的預(yù)報(bào)不甚理想，大尺度模式對(duì)于降水量的預(yù)報(bào)較為均勻，未能反映出局地中尺度對(duì)流特征；而中尺度模式雖然稍優(yōu)于大尺度模式，但與實(shí)況相比，差別也仍然較大。

對(duì)流性暴雨由于突發(fā)性強(qiáng)，局地性強(qiáng)，成因復(fù)雜，落區(qū)難以把握，目前仍是天氣預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)的難點(diǎn)之一。本文從預(yù)報(bào)角度出發(fā)，用常規(guī)觀測(cè)資料、加密觀測(cè)資料、分辨率為1°×1°的NCEP再分析資料及FY-4A云圖、FY-2G衛(wèi)星TBB和雷達(dá)資料對(duì)這次過(guò)程的對(duì)流潛勢(shì)、多尺度特征等做診斷分析，以期更清楚地揭示造成此次暴雨的多種系統(tǒng)及成因，以期為今后此類過(guò)程的精細(xì)化預(yù)報(bào)提供參考。

1 降水實(shí)況

2019年8月1日08:00(北京時(shí)，下同)至2日08:00，河南省出現(xiàn)10個(gè)暴雨中心，暴雨中心多集中在河南省中北部和東部，豫西降水較弱。最大降水出現(xiàn)在中牟(124.4 mm)，其次為鄭州(114.0 mm)(圖1)。

逐小時(shí)雨量(圖略)顯示，8月1日12:00，豫東商丘地區(qū)東部開始產(chǎn)生降水，之后范圍逐漸擴(kuò)大，15:00河南西南部的南陽(yáng)地區(qū)中部開始產(chǎn)生強(qiáng)降水，同時(shí)豫東降水逐漸減弱；16:00，豫北觸發(fā)新的對(duì)流，繼而是豫中地區(qū)，18:00鄭州、中牟附近對(duì)流降水開始，之后形成一條西北—東南向的對(duì)流雨帶，至21:00降水減弱。中牟和鄭州的逐小時(shí)雨量(圖略)顯示，強(qiáng)降水主要集中在1日19:00—21:00，中牟3個(gè)時(shí)次小時(shí)雨量均超過(guò)20 mm(短時(shí)強(qiáng)降水)，鄭州2個(gè)時(shí)次雨量超過(guò)20 mm，兩站最大小時(shí)雨強(qiáng)均為57.3 mm·h-1。

除強(qiáng)降水外，此次過(guò)程還產(chǎn)生了多地的短時(shí)大風(fēng)，省內(nèi)共95站出現(xiàn)6級(jí)以上陣風(fēng)，18站出現(xiàn)8級(jí)以上大風(fēng)，其中息縣最大風(fēng)速達(dá)24.9 m·s-1，風(fēng)力達(dá)到10級(jí)。

圖1 2019年8月1日08:00至2日08:00河南省降水量分布(單位：mm)Fig.1 The spatial distribution of precipitation in Henan Province from 08:00 BST August 1 to 08:00 BST August 2, 2019 ( Unit: mm)

2 環(huán)流背景

2.1 高空形勢(shì)

由圖2可以看出，過(guò)程發(fā)生前，8月1日08:00，500 hPa西太平洋副熱帶高壓脊線位于30°N 附近，河南省處于588 dagpm線邊緣，西風(fēng)帶低槽位于河套中部至四川東部一線，與低槽相伴的還有一冷溫槽，形成有利于強(qiáng)降水發(fā)生的大尺度環(huán)流背景。由于低槽受副熱帶高壓阻擋，導(dǎo)致溫度槽略有超前，易形成不穩(wěn)定。700 hPa，山東西部和湖北西北部分別有一中α尺度低壓，其間形成一條東北—西南向切變線位于河南省上空，系統(tǒng)均位于副高邊緣。14:00 FY-2G衛(wèi)星TBB顯示，對(duì)流云團(tuán)首先在700 hPa兩個(gè)中α尺度低壓處發(fā)展，表明中α尺度低壓是首先引發(fā)對(duì)流的天氣系統(tǒng)；地面要素觀測(cè)實(shí)況也表明這兩處首先出現(xiàn)對(duì)流，并進(jìn)而影響到河南省。850 hPa，切變線位于河北中南部至陜西東南部一線，較700 hPa低渦和切變更為偏北，形成前傾結(jié)構(gòu)，表明低層存在不穩(wěn)定層結(jié)；另外，河南省處于暖脊之中，隨著500 hPa冷槽的逐漸東移，不穩(wěn)定條件也在逐步加強(qiáng)。

圖2 2019年8月1日08:00高空環(huán)流與14:00 FY-2G衛(wèi)星TBB綜合分析(藍(lán)色實(shí)線為588 dagpm線，棕色實(shí)線為500 hPa槽線，紅色雙實(shí)線為700和850 hPa切變線，D為700 hPa低壓中心，藍(lán)色箭頭為200 hPa急流，紅色虛線為500 hPa -8 ℃線，紅色實(shí)線為850 hPa 20 ℃線，填色部分為TBB，單位：K)Fig.2 The synthetical analysis of synoptic situation at 08:00 BST and FY-2G TBB at 14:00 BST on August 1, 2019(the blue solid line for 588 dagpm line, the brown solid line for trough line on 500 hPa, double red solid line for shear lines on 700 hPa and 850 hPa, D for low pressure center on 700 hPa, the blue arrow for jet on 200 hPa, red dashed line for isotherm of -8 ℃ on 500 hPa, red solid line for isotherm of 20 ℃ on 850 hPa, the color filling parts for TBB at 14:00 BST, Unit: K)

1日20:00(圖略)，雖然省內(nèi)大部地區(qū)降水已經(jīng)減弱，但鄭州卻正處于對(duì)流旺盛階段，588 dagpm線略有東退，低槽緩慢東移至110°E附近，河南省處在副高西北側(cè)的西南或偏南氣流中，700 hPa切變線北抬至河南省沿黃河一線，而850 hPa切變線則有所南落，也位于黃河沿線附近，兩層系統(tǒng)位置接近，有利于對(duì)流強(qiáng)烈發(fā)展。

14:00，200 hPa(圖2、圖3)河南省中北部位于高空急流入口區(qū)，具有顯著的風(fēng)速輻散，這種形勢(shì)一直維持到20:00，表明此次暴雨過(guò)程產(chǎn)生在高空急流入口區(qū)，高空急流的抽吸作用是強(qiáng)對(duì)流產(chǎn)生的重要?jiǎng)恿l件。

圖3 2019年8月1日14:00(a)和20:00(b) 200 hPa水平風(fēng)場(chǎng)(風(fēng)矢量)和等風(fēng)速線(實(shí)線)(單位：m·s-1) Fig.3 The horizontal wind field (vectors ) and isotach (solid lines) (Unit: m·s-1) on 200 hPa at 14:00 BST (a) and 20:00 BST (b) on August 1, 2019

2.2 地面形勢(shì)

8月1日08:00海平面氣壓場(chǎng)上，河南省處于沿海高壓西側(cè)的東南氣流中，14:00海上有弱冷空氣從東部入侵，河南省南部形成一弱倒槽，20:00河南省北部、東部為冷高壓控制(圖略)。海平面氣壓場(chǎng)的演變表明，地面弱冷空氣也是觸發(fā)對(duì)流的中α尺度系統(tǒng)，由于大氣層結(jié)處于不穩(wěn)定狀態(tài)，當(dāng)?shù)孛嬗腥趵淇諝馊肭謺r(shí)，能夠觸發(fā)不穩(wěn)定能量的釋放，與有利的高空形勢(shì)共同作用產(chǎn)生強(qiáng)對(duì)流天氣。

3 中尺度環(huán)境條件

3.1 探空分析

圖4為8月1日08:00鄭州、南陽(yáng)和盧氏探空站T-lnp圖?？梢钥闯觯幽现胁康泥嵵菡揪哂休^強(qiáng)的不穩(wěn)定層結(jié)，CAPE值達(dá)1717.8 J·kg-1，且不穩(wěn)定層達(dá)200 hPa以上；整層濕度條件較好，中間有微弱干層存在，層結(jié)特征總體有利于深厚濕對(duì)流出現(xiàn)，且容易產(chǎn)生強(qiáng)降水，同時(shí)也具有出現(xiàn)大風(fēng)的可能；700 hPa以下為暖平流，之上有冷平流存在，大氣層結(jié)具有顯著不穩(wěn)定特征。河南西南部的南陽(yáng)站垂直風(fēng)廓線也具有低層暖平流、高層冷平流的垂直結(jié)構(gòu)，CAPE值略小(595.4 J·kg-1)，具有一定的對(duì)流潛勢(shì)；整層空氣濕度接近飽和，濕度條件強(qiáng)于鄭州。河南西部的盧氏站CAPE值僅為44.1 J·kg-1，對(duì)流抑制CIN遠(yuǎn)大于CAPE，濕度小，不具備對(duì)流潛勢(shì)。綜上所述，河南省中北部和南部具有較強(qiáng)的對(duì)流潛勢(shì)，因而中北部、西南部出現(xiàn)明顯對(duì)流降水，而西部不具有對(duì)流潛勢(shì)，降水較弱。

3.2 環(huán)境場(chǎng)物理量診斷

利用NCEP 1°×1°再分析資料計(jì)算850 hPa和500 hPa溫差、CAPE、K指數(shù)、比濕、垂直風(fēng)切變等環(huán)境場(chǎng)物理量，進(jìn)一步分析本次對(duì)流暴雨過(guò)程的環(huán)境條件特征。

3.2.1 高低層溫差特征

1日08:00和14:00，河南省內(nèi)大部分地區(qū)850 hPa與500 hPa溫差為27～28 ℃，而西部、北部溫差達(dá)28 ℃以上(圖略)，達(dá)到河南省強(qiáng)對(duì)流天氣高低層溫差閾值，表明存在上冷下暖結(jié)構(gòu)，具備產(chǎn)生強(qiáng)對(duì)流的溫差條件。

3.2.2 CAPE特征

1日08:00，河南省除西部、北部外大部分地區(qū)CAPE值均在1500 J·kg-1以上(圖5)，尤其是河南省東南部，CAPE值在2000 J·kg-1以上；14:00，CAPE值的分布發(fā)生變化，從東部、東北部到西南部為CAPE值≥2000 J·kg-1的高值帶，而東南部的CAPE值則略有降低。與圖1對(duì)比可知，CAPE值≥2000 J·kg-1的高值帶與強(qiáng)降水區(qū)有很好的對(duì)應(yīng)，說(shuō)明上述地區(qū)具有強(qiáng)對(duì)流潛勢(shì)，有利于暴雨甚至大暴雨的發(fā)生。

圖4 2019年8月1日08:00鄭州(a)、南陽(yáng)(b)、盧氏(c)探空站T-ln p圖(藍(lán)色實(shí)線為層結(jié)曲線，棕色實(shí)線為狀態(tài)曲線，綠色實(shí)線為露點(diǎn)曲線)Fig.4 The T-ln p charts of Zhengzhou (a)、Nanyang (b) and Lushi (c) sounding station at 08:00 BST August 1, 2019(the blue solid line for stratification curve, the brown solid line for state curve,the green solid line for dew-point curve)

圖5 2019年8月1日08:00(a)和14:00(b)CAPE值分布(單位：J·kg-1)Fig.5 The distribution of CAPE at 08:00 BST (a) and 14:00 BST (b) on August 1, 2019 (Unit： J·kg-1)

3.2.3K指數(shù)特征

1日08:00，河南省K指數(shù)多在32 ℃以上，尤其東部K指數(shù)達(dá)40 ℃以上(圖略)，說(shuō)明東部具有較強(qiáng)的層結(jié)不穩(wěn)定及較好的水汽條件，而強(qiáng)對(duì)流正是首先從豫東地區(qū)產(chǎn)生。14:00，K指數(shù)明顯增大，尤其是北部，K指數(shù)由08:00的32～34 ℃上升至40 ℃以上，而西南部38 ℃以上范圍顯著增大。K指數(shù)大值區(qū)與強(qiáng)降水落區(qū)有較好對(duì)應(yīng)，說(shuō)明K指數(shù)對(duì)強(qiáng)降水的發(fā)生不但具有預(yù)示作用，而且對(duì)強(qiáng)降水落區(qū)也具有很好的指示性。

3.2.4 比濕特征

由圖6看出，1日14:00，700 hPa河南省有2條比濕≥8 g· kg-1的大值帶，一條位于豫東地區(qū)，中心值達(dá)10 g· kg-1，另一條從北部經(jīng)鄭州伸至西南部；850 hPa全省比濕均大于12 g·kg-1，特別是沿黃河及其以北地區(qū)和河南省南部地區(qū)，比濕達(dá)14 g·kg-1以上；925 hPa(圖略)省內(nèi)部分地區(qū)比濕已超過(guò)16g·kg-1。說(shuō)明整層水汽含量豐富，尤其是低層水汽豐沛，當(dāng)對(duì)流發(fā)生時(shí)能夠?yàn)閺?qiáng)降水的產(chǎn)生提供充足的水汽輸送。

3.2.5 垂直風(fēng)切變特征

1日14:00 河南省大部分地區(qū)0～6 km垂直風(fēng)切變?cè)?2 m·s-1以上，中部和西南部風(fēng)切變達(dá)18 m·s-1以上(中心值達(dá)22 m·s-1)，豫東地區(qū)也有風(fēng)切變大值區(qū)，中心值達(dá)20 m·s-1(圖略)，高低層具有強(qiáng)的風(fēng)切變，有利于強(qiáng)對(duì)流風(fēng)暴產(chǎn)生和發(fā)展。20:00，中部地區(qū)仍有較強(qiáng)的風(fēng)切變，鄭州附近有16 m·s-1以上的風(fēng)切變大值中心，因而在20:00前后，鄭州出現(xiàn)大暴雨的同時(shí)伴隨著較大風(fēng)力。

圖6 2019年8月1日14:00 700 hPa (a)和850 hPa (b)比濕分布(單位：g·kg-1)Fig.6 The distribution of specific humidity on 700 hPa (a) and 850 hPa (b) at 14:00 BST on August 1, 2019(Unit： g·kg-1)

4 中尺度特征

4.1 中尺度觸發(fā)條件

8月1日08:00, 700 hPa山東西部和湖北西北部分別有一中α尺度低壓，正是這兩個(gè)中α尺度低壓首先觸發(fā)了對(duì)流，并進(jìn)而影響河南省。利用地面逐小時(shí)加密觀測(cè)資料進(jìn)行中尺度分析可知，山東省西部產(chǎn)生的雷暴出流邊界在11：00就已經(jīng)影響到豫東的商丘，商丘地區(qū)東部為高溫、高濕、高能區(qū)，因此出流邊界在商丘地區(qū)東部觸發(fā)新的對(duì)流，導(dǎo)致商丘地區(qū)形成暴雨中心；湖北西北部的降水對(duì)河南省的影響稍晚，直至14:00，在豫西南的南陽(yáng)地區(qū)西部才觸發(fā)了對(duì)流，但由于地形因素的影響，造成的降水更強(qiáng)(最大小時(shí)雨強(qiáng)達(dá)72.7 mm·h-1)，形成另一個(gè)暴雨中心。

11:00和12:00的地面中尺度分析(圖略)顯示，商丘地區(qū)有明顯的風(fēng)速大值區(qū)，其前鋒即為出流邊界，降水區(qū)還存在中尺度輻合線。由圖7看出，此時(shí)商丘地區(qū)已經(jīng)形成雷暴高壓，變壓中心達(dá)16 hPa以上，其東側(cè)有相伴隨的尾流低壓，表明對(duì)流較為旺盛。雷暴高壓的形成導(dǎo)致其前鋒出流邊界兩側(cè)具有較大的溫度和濕度(露點(diǎn))差，形成等溫線和等露點(diǎn)線密集區(qū)(干線)。在雷暴高壓作用下，出流邊界逐漸向西南方向移動(dòng)且移速加快，因而在周口地區(qū)并未造成較強(qiáng)降水，只觸發(fā)了一些弱對(duì)流，導(dǎo)致降水的極不均勻性。分析出流邊界移速加快的原因，首先是位于豫東商丘地區(qū)東部的雷暴主體較為穩(wěn)定少動(dòng)且逐漸減弱，因而出流邊界逐漸遠(yuǎn)離雷暴母體，入流的減弱使出流邊界移速加快；其次，周口地區(qū)為平原地區(qū)，缺乏地形阻擋；另外此處下墊面也是相對(duì)干區(qū)，難以觸發(fā)新的強(qiáng)對(duì)流。在此出流邊界向西移動(dòng)過(guò)程中，位于豫西南的雷暴出流邊界也正在向東移動(dòng)，兩條出流邊界的北段于16:00—17:00在河南省中部交匯，在交匯處激發(fā)出新的對(duì)流，并繼而產(chǎn)生41.0 mm·h-1的強(qiáng)降水中心，而此處的過(guò)程總降水量為63.9 mm(圖1)。

圖7 2019年8月1日12:00 3 h等變壓線(a, 單位：hPa)與13:00—17:00地面出流邊界和17:00 1 h雨量(單位：mm)(b)(“+”表示正變壓中心，“-”表示負(fù)變壓中心；藍(lán)色線表示出流邊界，填色部分為17:00 1 h雨量)Fig.7 Three-hour isallobar at 12:00 BST (a, Unit: hPa) and surface outflow boundary from 13:00 BST to 17:00 BST and one hour precipitation(Unit：mm) at 17:00 BST (b) on August 1, 2019(“+”for anallobaric center, “-”for katallobaric, the blue solid lines for outflow boundary, color filling area for 1-h precipitation)

由于前期受山東西部對(duì)流影響，豫北地區(qū)盛行偏東氣流，受太行山阻擋，在豫北地區(qū)形成一條偏北風(fēng)與偏東風(fēng)之間的輻合線，并于14:00在該區(qū)域觸發(fā)強(qiáng)對(duì)流并產(chǎn)生暴雨，進(jìn)而形成一條新的出流邊界向南移動(dòng)；17:00該出流邊界到達(dá)黃河沿線[圖8(a)]，此時(shí)中牟附近有一中β尺度低壓環(huán)流，在其西北側(cè)有一條西北—東南向的輻合線從鄭州經(jīng)過(guò)，18:00中β尺度低壓沿著輻合線向西移動(dòng)到鄭州附近，而北側(cè)的出流邊界也緩慢移動(dòng)至鄭州附近，并逐漸與輻合線、中β尺度低壓合并，觸發(fā)鄭州地區(qū)強(qiáng)降水，鄭州18:00—20:00 累計(jì)降水量為89.9 mm，成為一個(gè)暴雨中心。分析18:00的地面溫度場(chǎng)分布[圖8(b)]發(fā)現(xiàn)，鄭州至豫西北焦作、濟(jì)源等地為高溫區(qū)，同時(shí)也是高能區(qū)(圖5)，因此，西北—東南向的出流邊界在觸發(fā)鄭州強(qiáng)降水的同時(shí)也觸發(fā)了豫西北的對(duì)流性降水，形成了一個(gè)新的暴雨中心。出流邊界移出鄭州之后，繼續(xù)向西南方向移動(dòng)進(jìn)入豫西地區(qū)，由于缺乏不穩(wěn)定能量，此處并未出現(xiàn)強(qiáng)對(duì)流天氣。

4.2 衛(wèi)星云圖特征

8月1日11:30可見光云圖[圖9(a)]上，山東西部有一中α尺度對(duì)流云團(tuán)A，該云團(tuán)由圖2中位于山東西部的中α尺度低壓產(chǎn)生，其上有吹向東北方向的云砧，在其西南側(cè)有一新生的中β尺度對(duì)流云團(tuán)B，云團(tuán)B的西南側(cè)有一條非常明顯的出流邊界，隨著云團(tuán)B逐漸發(fā)展壯大，豫東商丘地區(qū)出現(xiàn)強(qiáng)降水，并且持續(xù)至15:00[圖9(b)]。此出流邊界逐漸向西南方向移動(dòng)，伴隨云團(tuán)B的逐漸消散，出流邊界脫離母體。與此同時(shí)，河南、陜西、湖北三省交界處有對(duì)流云系C向東北方向進(jìn)入河南，河南西南部為高能、高濕區(qū)，云系C移到此處后迅速發(fā)展壯大，并繼而產(chǎn)生了雨強(qiáng)為72.7 mm·h-1的暴雨中心。對(duì)流云團(tuán)B所產(chǎn)生的出流邊界進(jìn)入豫中地區(qū)后與云團(tuán)C的出流邊界交匯，并產(chǎn)生了新的對(duì)流。

1日12:00，豫北太行山東側(cè)有對(duì)流云開始產(chǎn)生，14:00云體向東發(fā)展，同時(shí)新鄉(xiāng)東南部、安陽(yáng)東部也有對(duì)流云形成，此處的對(duì)流云由山東西部冷出流影響而產(chǎn)生，因處于高能區(qū)而不斷向西發(fā)展移動(dòng)，并最終于15:15與太行山東側(cè)的云體合并，在合并處形成一條近南北向強(qiáng)烈發(fā)展的云帶，造成豫北的暴雨(圖略)。

4.3 雷達(dá)回波特征

1日10:00，豫東商丘地區(qū)東部已有對(duì)流單體產(chǎn)生，之后新生單體逐漸增多，至11:00已形成一中β尺度的多單體風(fēng)暴[圖10(a)]。風(fēng)暴承載層氣流為西南風(fēng)，風(fēng)暴具有向東北方向移動(dòng)的趨勢(shì)，但新生單體多在原有單體的西南側(cè)產(chǎn)生，具有顯著的后向傳播特征。單體產(chǎn)生后在引導(dǎo)氣流的作用下向東北方向移動(dòng)，因而在商丘地區(qū)產(chǎn)生了列車效應(yīng)，造成商丘地區(qū)持續(xù)3 h的強(qiáng)降水。在徑向速度圖[圖10(b)]上，商丘地區(qū)東部也有多個(gè)正負(fù)速度對(duì)出現(xiàn)，表明有中氣旋出現(xiàn)。

圖8 2019年8月1日16:00—22:00和地面出流邊界與輻合線(a)以及18:00地面溫度場(chǎng)(單位：℃)(b)(藍(lán)色線表示出流邊界,虛線表示中尺度輻合線，橢圓形為中β尺度低壓，填色部分為暴雨中心)Fig.8 Surface outflow boundary and convergence lines from 16:00 BST to 22:00 BST (a) and temperature field at 18:00 BST (Unit: ℃) (b) on August 1, 2019(the blue solid line for the outflow boundary, dashed lines for surface mesoscale convergence line, the solid ellipse for the meso-β scale low, the color filling area for rainstorm center)

圖9 2019年8月1日11:30 (a)和15:00 (b)可見光云圖Fig.9 Visible satellite cloud images at 11:30 BST (a) and 15:00 BST (b) on August 1, 2019

圖10 2019年8月1日11:04鄭州站雷達(dá)反射率因子(a， 單位：dBZ)及12:01徑向速度圖(b， 單位：m·s-1)Fig.10 Reflectivity at 11:04 BST (a， Unit： dBZ)and base velocity at 12:01 BST (b， Unit： m·s-1) from Zhengzhou radar on August 1, 2019

11:49，豫北新鄉(xiāng)與鶴壁之間有對(duì)流單體產(chǎn)生(圖略)，同樣在西南風(fēng)引導(dǎo)氣流作用下單體向東北方向移動(dòng)，新生單體在原有單體西南側(cè)不斷產(chǎn)生，之后又向東北方向移動(dòng)，也具有顯著列車效應(yīng)。13:37新鄉(xiāng)地區(qū)東部有回波開始形成并逐漸連成線狀，在雷暴出流和高空引導(dǎo)氣流共同作用下，回波向西北方向快速發(fā)展，并最終于15:19與原位于新鄉(xiāng)和鶴壁之間的回波合并之后迅速加強(qiáng)，造成豫北強(qiáng)降水，最大雨強(qiáng)達(dá)36.9 mm·h-1。

隨著豫北地區(qū)強(qiáng)回波逐漸減弱，其西南側(cè)不斷有新單體生成，18:00回波已經(jīng)發(fā)展到鄭州附近，18:24第一塊回波開始影響鄭州[圖11(a)]，其中心強(qiáng)度達(dá)56.5 dBZ，反射率剖面(圖略)顯示，45 dBZ以上強(qiáng)回波區(qū)基本位于5 km以下，屬低質(zhì)心、暖云降水結(jié)構(gòu)，此回波影響持續(xù)至18:42。18:20—18:30，鄭州10 min降水量達(dá)9.6 mm，可見降水效率之高，18:40降水強(qiáng)度迅速減小，對(duì)應(yīng)第一塊回波已逐漸移出鄭州。

圖11 2019年8月1日平頂山雷達(dá)18:24 (a)、18:48 (b)、19:30 (c)、21:24 (d)反射率因子(單位：dBZ)(圓圈處為鄭州站)Fig.11 Reflectivity at 18:24 BST (a), 18:48 BST (b), 19:30 BST (c), 21:24 BST (d) on August 1, 2019 from Pingdingshan radar (Unit： dBZ)(the solid circle for Zhengzhou station)

在上述第一塊回波影響鄭州時(shí)，因鄭州以南區(qū)域高能、高濕，同時(shí)高低層有顯著風(fēng)切變，該區(qū)域有多個(gè)零散單體回波快速發(fā)展壯大，并在引導(dǎo)氣流作用下向北移動(dòng)且逐漸合并，最終成為一個(gè)中β尺度的多單體降水回波，回波中心強(qiáng)度達(dá)59 dBZ，此中β尺度回波于18:48開始影響鄭州[圖11(b)]，直至21:24移出鄭州。此回波也是低質(zhì)心、暖云降水結(jié)構(gòu)，降水效率高，其中19:00—20:00鄭州降水量達(dá)57.3 mm。

4.4 天氣概念模型

基于以上分析，歸納總結(jié)出了此次對(duì)流性暴雨過(guò)程的天氣概念模型，如圖12所示。

圖12 2019年8月1日對(duì)流性暴雨天氣概念模型Fig.12 Conceptual model diagram of the convective rainstorm on August 1, 2019

5 結(jié) 論

(1)此次暴雨過(guò)程發(fā)生在有利的天氣尺度背景下，副熱帶高壓和攜帶冷空氣東移的西風(fēng)帶低槽及高空急流等是大尺度環(huán)流背景。700 hPa低壓和切變線、850 hPa切變線及地面弱冷空氣是首先觸發(fā)對(duì)流性天氣的中α尺度系統(tǒng)，出流邊界及地面輻合線、中β尺度低壓是觸發(fā)強(qiáng)對(duì)流暴雨的中β尺度系統(tǒng)。

(2)降水發(fā)生之前存在強(qiáng)對(duì)流潛勢(shì)，700 hPa與850 hPa低值系統(tǒng)形成前傾結(jié)構(gòu)；鄭州站CAPE值達(dá)1717.8 J·kg-1，850 hPa與500 hPa溫差河南省西部和北部超過(guò)28 ℃；低層水汽充足，850 hPa省內(nèi)大部地區(qū)比濕達(dá)14 g·kg-1以上。

(3)出流邊界可在高能區(qū)激發(fā)出對(duì)流，但當(dāng)出流邊界遠(yuǎn)離雷暴母體并移速較快時(shí)不易觸發(fā)對(duì)流；而出流邊界在移動(dòng)中若與另一出流邊界或中尺度輻合線或中β尺度低壓等相結(jié)合時(shí)則易產(chǎn)生新的對(duì)流。

(4)多單體雷暴存在后向傳播特征時(shí)，新生單體在引導(dǎo)氣流作用下向下游移動(dòng)，易產(chǎn)生列車效應(yīng)，鄭州局地大暴雨由兩個(gè)對(duì)流風(fēng)暴持續(xù)經(jīng)過(guò)導(dǎo)致。低質(zhì)心的暖云降水結(jié)構(gòu)具有高降水效率，有利于暴雨或大暴雨產(chǎn)生。

(5)歸納出的此次分散性對(duì)流暴雨天氣概念模型，可以為今后預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)提供參考。