趙 強(qiáng) 陳小婷 王 楠 彭 力

1 陜西省氣象臺(tái),西安 710014 2 秦嶺和黃土高原生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室災(zāi)害性天氣研究與應(yīng)用中心,西安 710016 3 陜西省銅川市氣象局,銅川 727031

提 要： 2015—2018年陜西關(guān)中出現(xiàn)了4次副熱帶高壓(以下簡(jiǎn)稱(chēng)副高)影響下的強(qiáng)對(duì)流天氣，造成局部地質(zhì)災(zāi)害和城市內(nèi)澇，全球模式對(duì)短時(shí)暴雨出現(xiàn)了漏報(bào)。利用ERA5再分析資料(0.25°×0.25°)、地面加密自動(dòng)站和西安站多普勒天氣雷達(dá)等資料，分析此類(lèi)強(qiáng)對(duì)流的環(huán)境場(chǎng)特征和觸發(fā)機(jī)制，為預(yù)報(bào)預(yù)警提供思路。分析結(jié)果表明：陜西關(guān)中副高控制下的強(qiáng)對(duì)流往往與高溫天氣并存。對(duì)流發(fā)生時(shí)低層水汽含量大，可降水量在50 mm以上；相對(duì)于副高外圍的系統(tǒng)性暴雨，此類(lèi)天氣水汽輸送較弱；水汽輸送強(qiáng)弱決定了過(guò)程總雨量大小。此類(lèi)強(qiáng)對(duì)流強(qiáng)輻合中心位于地面到800 hPa，相對(duì)于系統(tǒng)性暴雨輻合中心位置更低，低層的輻合主要作用是克服對(duì)流抑制，釋放不穩(wěn)定能量。對(duì)流發(fā)生有利的環(huán)境條件包括：強(qiáng)的位勢(shì)不穩(wěn)定層結(jié)、低自由對(duì)流高度、中等強(qiáng)度對(duì)流有效位能、較厚的暖云層。觸發(fā)機(jī)制主要是地面冷鋒和低層風(fēng)場(chǎng)輻合線(xiàn)，上游冷鋒后的降水降溫效應(yīng)會(huì)加大溫度梯度使冷鋒增強(qiáng)，鋒面侵入副高內(nèi)部高溫、高濕大氣，從而觸發(fā)對(duì)流；暖區(qū)對(duì)流一般由地面中尺度輻合線(xiàn)觸發(fā)，對(duì)流產(chǎn)生的冷池前沿陣風(fēng)鋒觸發(fā)新生對(duì)流。秦嶺地形對(duì)對(duì)流的移動(dòng)和傳播有明顯影響，在關(guān)中北部新生對(duì)流南移過(guò)程中容易在秦嶺北麓沿山維持，造成暴雨天氣。而在秦嶺北麓的地形輻合線(xiàn)上新生的對(duì)流系統(tǒng)，下山過(guò)程中由于勢(shì)能向動(dòng)能轉(zhuǎn)化，對(duì)流系統(tǒng)移速加快，其出流邊界觸發(fā)平原地區(qū)對(duì)流發(fā)展，強(qiáng)降水持續(xù)時(shí)間較短，更容易產(chǎn)生大范圍雷暴大風(fēng)天氣。

引 言

副熱帶高壓(以下簡(jiǎn)稱(chēng)副高)背景下，大氣處于高溫、高濕狀態(tài)，水汽和能量條件充沛，對(duì)流發(fā)生需要有抬升力使地面氣塊克服對(duì)流抑制能量上升到自由對(duì)流高度(level of free convection,LFC)以上，即抬升觸發(fā)機(jī)制是對(duì)流能否產(chǎn)生的關(guān)鍵。Wilson and Megenhardt(1997)指出，觸發(fā)對(duì)流的中尺度系統(tǒng)主要包括中尺度輻合線(xiàn)、地形和重力波，其中，特別重要的是邊界層中尺度輻合線(xiàn)。同時(shí)，地面中尺度輻合線(xiàn)形成物理過(guò)程及其對(duì)雷暴活動(dòng)的影響亦非常復(fù)雜，輻合線(xiàn)可以觸發(fā)對(duì)流，對(duì)流系統(tǒng)也可以激發(fā)新的地面輻合線(xiàn)(陳明軒和王迎春，2012；李強(qiáng)等，2019)。王麗榮等(2013)研究指出，有利的天氣系統(tǒng)配合下，地面輻合線(xiàn)才會(huì)產(chǎn)生較為強(qiáng)烈的對(duì)流天氣，且無(wú)論何種類(lèi)型的輻合線(xiàn)，對(duì)流天氣首先出現(xiàn)在輻合線(xiàn)附近。近地面冷池是對(duì)流風(fēng)暴另一個(gè)重要的邊界層特征，其出流邊界作為邊界層內(nèi)的不穩(wěn)定觸發(fā)因子，在對(duì)流風(fēng)暴的局地新生及快速演變中扮演重要角色(陳明軒等，2017)。

研究表明，夏季副高背景下強(qiáng)對(duì)流天氣時(shí)有發(fā)生，尹紅萍和曹曉崗(2010)對(duì)上海地區(qū)副高控制下的強(qiáng)對(duì)流天氣進(jìn)行了總結(jié)，指出副高控制下強(qiáng)對(duì)流容易出現(xiàn)錯(cuò)報(bào)，對(duì)流較易在副高北側(cè)發(fā)生，強(qiáng)對(duì)流的發(fā)生除需有較好的層結(jié)不穩(wěn)定條件外，對(duì)抬升條件也有較高要求。張樹(shù)民等(2017)發(fā)現(xiàn)500 hPa副高脊線(xiàn)附近也會(huì)觸發(fā)強(qiáng)對(duì)流天氣，強(qiáng)對(duì)流發(fā)生前大氣層結(jié)不穩(wěn)定，呈上干下濕狀態(tài)分布，925 hPa切變線(xiàn)和地面輻合線(xiàn)附近的強(qiáng)動(dòng)力抬升作用觸發(fā)了對(duì)流風(fēng)暴。副高控制下的強(qiáng)對(duì)流天氣主要以短時(shí)強(qiáng)降水為主，有時(shí)伴有雷暴大風(fēng)(尹紅萍和曹曉崗，2010；張樹(shù)民等，2017)。短時(shí)強(qiáng)降水主要由深厚濕對(duì)流造成，深厚濕對(duì)流的產(chǎn)生需要考慮靜力不穩(wěn)定、水汽、抬升觸發(fā)機(jī)制三個(gè)基本條件(俞小鼎等，2012)。對(duì)于天氣尺度系統(tǒng)造成的大范圍穩(wěn)定性降水過(guò)程，降水的持續(xù)時(shí)間取決于天氣系統(tǒng)的移動(dòng)速度，即降水區(qū)域上空水汽輻合維持時(shí)間的長(zhǎng)短；而對(duì)于對(duì)流降水過(guò)程，降水持續(xù)時(shí)間則取決于對(duì)流系統(tǒng)的尺度、移動(dòng)速度和傳播特征(孫繼松，2017)。極端短時(shí)強(qiáng)降水產(chǎn)生在降水效率高的地區(qū)，可以通過(guò)環(huán)境場(chǎng)大致判斷出來(lái)，環(huán)境場(chǎng)極高的水汽含量、能量充沛、暖云異常深厚、大的邊界層露點(diǎn)溫度、極低的LFC及垂直風(fēng)切變小對(duì)應(yīng)的低夾卷率等均有利于提高對(duì)流云的降水效率(王玨等，2019；范元月等，2020，狄瀟泓等，2019)。對(duì)西北地區(qū)六盤(pán)山兩側(cè)的強(qiáng)對(duì)流暴雨研究發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)對(duì)流出現(xiàn)在副高588 dagpm線(xiàn)控制范圍內(nèi)，大氣高溫高濕、層結(jié)不穩(wěn)定的環(huán)境條件非常有利于強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生，地面中尺度輻合線(xiàn)觸發(fā)對(duì)流，產(chǎn)生短時(shí)暴雨天氣(趙慶云等，2018)。

陜西盛夏季節(jié)的區(qū)域性暴雨主要發(fā)生在低空急流左側(cè)的水汽輻合區(qū)，高空槽和副高結(jié)合，增強(qiáng)氣壓梯度，在副高外圍形成了一條寬而強(qiáng)的西南風(fēng)水汽輸送通道，將大量的水汽和能量直接輸送到陜西，并在低渦、切變線(xiàn)的輻合作用下形成暴雨，此類(lèi)天氣水汽輸送強(qiáng)，其不穩(wěn)定機(jī)制主要包括斜壓不穩(wěn)定及條件對(duì)稱(chēng)不穩(wěn)定(梁生俊和馬曉華，2012；趙強(qiáng)等，2017)。而對(duì)流性強(qiáng)降水過(guò)程中水汽輸送弱，本地水汽含量大，比濕垂直梯度大，雨強(qiáng)大，不穩(wěn)定機(jī)制主要是位勢(shì)不穩(wěn)定(郭大梅等，2020；劉勇等，2016；趙強(qiáng)等，2020)。副高背景下，大氣高溫、高濕，水汽和能量條件充沛，對(duì)流在何時(shí)、何地、何種機(jī)制下觸發(fā)是副高控制下強(qiáng)對(duì)流天氣預(yù)報(bào)的難點(diǎn)?，F(xiàn)有研究顯示，地面冷鋒是陜西短時(shí)強(qiáng)降水的重要觸發(fā)機(jī)制之一(王楠等，2018；趙強(qiáng)等，2017)，冷鋒侵入不穩(wěn)定區(qū)域，造成不穩(wěn)定能量的釋放，形成短時(shí)暴雨天氣。關(guān)中地區(qū)短時(shí)強(qiáng)降水的垂直環(huán)境配置為“上干下濕”的不穩(wěn)定層結(jié)，850 hPa的切變線(xiàn)為強(qiáng)對(duì)流提供了初始擾動(dòng)，地面輻合線(xiàn)觸發(fā)了強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)生，對(duì)流產(chǎn)生的陣風(fēng)鋒又觸發(fā)了新對(duì)流的產(chǎn)生(武麥鳳等，2017；張雅斌等，2019)。

關(guān)中地區(qū)位于陜西中部(圖1)，北為黃土高原，南為秦嶺山區(qū)，三面環(huán)山,地形復(fù)雜。2015—2018年關(guān)中地區(qū)都出現(xiàn)了副高背景下的強(qiáng)對(duì)流天氣，全球數(shù)值模式對(duì)此類(lèi)對(duì)流性強(qiáng)降水預(yù)報(bào)能力較弱(肖玉華等，2010；董全等,2016)，由于其突發(fā)性和強(qiáng)致災(zāi)性，給社會(huì)經(jīng)濟(jì)及人民生命財(cái)產(chǎn)帶來(lái)重大威脅?，F(xiàn)有工作多針對(duì)短時(shí)暴雨的個(gè)例分析，缺乏對(duì)此類(lèi)天氣共性及差異性的對(duì)比分析，因此本文選取近年來(lái)的4次類(lèi)似天氣過(guò)程，診斷此類(lèi)強(qiáng)對(duì)流天氣產(chǎn)生的環(huán)境條件及觸發(fā)機(jī)制，分析環(huán)境場(chǎng)及觸發(fā)條件差異對(duì)強(qiáng)天氣范圍及類(lèi)型的影響，以期為此類(lèi)天氣的短期潛勢(shì)預(yù)報(bào)和臨近預(yù)警提供更多參考依據(jù)。

1 天氣實(shí)況

2015—2018年陜西關(guān)中地區(qū)出現(xiàn)4次副高控制下的強(qiáng)對(duì)流天氣。2015年8月2日(圖2a, 以下稱(chēng)為過(guò)程1)關(guān)中的中西部地區(qū)出現(xiàn)強(qiáng)降水，主要時(shí)段為18—23時(shí)(北京時(shí)，下同)，累計(jì)出現(xiàn)49站次短時(shí)強(qiáng)降水(1 h降水量>20 mm，下同)，最大1 h降水量高達(dá)65.3 mm，臨潼3 h降雨量達(dá)80 mm，高陵1 h降水量達(dá)47.3 mm，同時(shí)出現(xiàn)2站次7級(jí)以上大風(fēng)天氣，最大風(fēng)力為華山站(26 m·s-1)。2016年8月24日(圖2b,以下稱(chēng)為過(guò)程2)強(qiáng)降水呈帶狀位于關(guān)中平原地區(qū)，主要降水時(shí)段為25日01—08時(shí)，累計(jì)出現(xiàn)95站次短時(shí)強(qiáng)降水，高陵站25日05時(shí)出現(xiàn)最大雨強(qiáng)(57 mm·h-1)，12 h降水量最大為長(zhǎng)武站(94 mm)，期間關(guān)中地區(qū)華山站出現(xiàn)7級(jí)以上大風(fēng)(18 m·s-1)。2017年7月27日(圖2c,以下稱(chēng)為過(guò)程3)關(guān)中西部出現(xiàn)了雷暴大風(fēng)和短時(shí)強(qiáng)降水天氣，主要降水時(shí)段為14—23時(shí)，累計(jì)出現(xiàn)41站次短時(shí)強(qiáng)降水，最大小時(shí)雨強(qiáng)為18時(shí)的岐山站(35.3 mm·h-1)，同時(shí)出現(xiàn)了7站次雷暴大風(fēng)，最大風(fēng)速為扶風(fēng)站(22 m·s-1)。2018年7月26日(圖2d,以下稱(chēng)為過(guò)程4)關(guān)中東部地區(qū)出現(xiàn)大范圍雷暴大風(fēng)和短時(shí)強(qiáng)降水天氣，強(qiáng)降水主要時(shí)段為14—18時(shí)，累計(jì)出現(xiàn)39站次短時(shí)強(qiáng)降水，最大小時(shí)雨強(qiáng)為渭南華陰16時(shí)的47 mm·h-1，12 h最大降水量出現(xiàn)在渭南官道(60.6 mm)，關(guān)中地區(qū)共出現(xiàn)18站次8級(jí)以上大風(fēng)天氣，西安三橋阿房宮站14：35出現(xiàn)極大風(fēng)速(29 m·s-1)。

對(duì)比可以看出，4次過(guò)程關(guān)中地區(qū)均出現(xiàn)了大范圍短時(shí)強(qiáng)降水，過(guò)程1和過(guò)程2降水持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)，累計(jì)降水量大，關(guān)中地區(qū)出現(xiàn)了較大范圍的暴雨天氣，過(guò)程3和過(guò)程4累計(jì)降水量較小，主要以短時(shí)強(qiáng)降水和雷暴大風(fēng)天氣為主。

圖1 陜西省地形圖(填色為海拔高度，黑色粗線(xiàn)范圍為關(guān)中地區(qū)，紅色三角形為西安探空站和雷達(dá)站所在地，虛線(xiàn)為109°E，方框?yàn)閳D2實(shí)況繪圖范圍)Fig.1 Topographic map of Shaanxi Province (Colored is sea level, thick black line represents Guanzhong Area and dashed line is 109°E, red triangle is the location of sounding station and radar station of Xi’an, box shows the drawing range in Fig.2)

2 大尺度環(huán)境條件分析

2.1 環(huán)流背景

在2015年8月2日08時(shí)天氣圖上(圖3a)，東北地區(qū)有一個(gè)冷渦，副高強(qiáng)盛并呈帶狀分布，控制中國(guó)35°N以南的大部分地區(qū)，700 hPa及850 hPa上甘肅南部存在切變線(xiàn)，在14時(shí)500 hPa上(圖略)陜西中南部仍為副高所控制，西安站位勢(shì)高度達(dá)到590 dagpm，850 hPa上在甘肅東部到關(guān)中西部有切變線(xiàn)東移，地面上關(guān)中地區(qū)為低壓帶控制，副高控制之下的關(guān)中高溫、高濕，關(guān)中南部氣溫為37～39℃，露點(diǎn)溫度為22～24℃，大氣不穩(wěn)定能量大，關(guān)中西北部風(fēng)場(chǎng)有東北風(fēng)和西南風(fēng)的輻合線(xiàn)，地面到低層的輻合線(xiàn)首先在關(guān)中北部觸發(fā)對(duì)流，隨后輻合線(xiàn)東南移動(dòng)，觸發(fā)關(guān)中南部不穩(wěn)定大氣的能量釋放，因此產(chǎn)生了短時(shí)暴雨天氣。

在2016年8月24日20時(shí)天氣圖上(圖3b)，副高強(qiáng)盛呈東西帶狀，控制河套以南中國(guó)大陸大部分地區(qū)，588 dagpm線(xiàn)北抬至河套地區(qū)，東北到內(nèi)蒙古有東北西南向的冷槽，700 hPa河套東部暖脊發(fā)展，陜北地區(qū)存在東北—西南向切變線(xiàn)；850 hPa四川到陜西中部為24～28℃暖脊，內(nèi)蒙古到河套地區(qū)等溫線(xiàn)密集，風(fēng)速達(dá)到8～10 m·s-1，河套地區(qū)有顯著冷平流輸送，延安站08時(shí)6 m·s-1西南風(fēng)在20時(shí)轉(zhuǎn)為12 m·s-1西北風(fēng)，說(shuō)明河套北部有較強(qiáng)的冷空氣向南影響陜西地區(qū)，關(guān)中地區(qū)有南風(fēng)和偏北風(fēng)形成的切變線(xiàn)。地面圖上20時(shí)冷鋒位于關(guān)中北部，關(guān)中東部氣溫為32～34℃，隨著冷空氣侵入高溫高濕的副高控制區(qū)，不穩(wěn)定能量釋放，產(chǎn)生強(qiáng)對(duì)流天氣。

圖2 4次強(qiáng)對(duì)流天氣實(shí)況(a)2015年8月2日08—20時(shí)，(b)2016年8月24日20時(shí)至25日08時(shí)，(c)2017年7月27日08—20時(shí)，(d)2018年7月26日08—20時(shí)(填色為12 h降水量，淺藍(lán)色為25～50 mm，深藍(lán)色為50～100 mm，點(diǎn)值代表小時(shí)降水量>20 mm,風(fēng)向標(biāo)為出現(xiàn)7級(jí)以上大風(fēng)的站點(diǎn)，紅色十字為西安涇河探空站位置)Fig.2 Observation of four convection cases(a) 08:00-20:00 BT 2 August 2015， (b) 20:00 BT 24 to 08:00 BT 25 August 2016，(c) 08:00-20:00 BT 27 July 2017， (d) 08:00-20:00 BT 26 July 2018(Colored is 12 h accumulated rainfall, light blue is for 25-50 mm and dark blue for 50-100 mm; spot represents 1 h rainfall >20 mm, wind barb is for the station wind speed >17.1 m·s-1, red cross is the location of Xi’an Jinghe Sounding Station)

圖3 4次過(guò)程的高空天氣形勢(shì)(a)2015年8月2日08時(shí)，(b)2016年8月24日20時(shí)，(c)2017年7月27日08時(shí)，(d)2018年7月26日08時(shí)(黑色等值線(xiàn)為500 hPa位勢(shì)高度，單位：dagpm;紅色虛線(xiàn)為850 hPa等溫線(xiàn)，單位：℃；風(fēng)向標(biāo)為850 hPa風(fēng)場(chǎng)，單位：m·s-1)Fig.3 Weather conditions of four convection cases at 08:00 BT 2 August 2015 (a), 20:00 BT 24 August 2016 (b), 08:00 BT 27 July 2017 (c), 08:00 BT 26 July 2018 (d)(Black solid line is 500 hPa geopotential height, unit: dagpm; red dashed line is 850 hPa isotherm， unit: ℃； wind barb is 850 hPa wind， unit: m·s-1)

在2017年7月27日08時(shí)天氣圖上(圖3c)，副高呈東北—西南向控制黃河以南、長(zhǎng)江中下游大部分地區(qū)，脊線(xiàn)位于30°N，西伸脊點(diǎn)達(dá)100°E，陜西中南部地區(qū)處于副高控制中。上游西風(fēng)槽東北—西南向位于河套至青海一線(xiàn)，700 hPa陜北至甘南存在東北—西南向的切變線(xiàn)，后部東北風(fēng)和前部西南風(fēng)最大風(fēng)速均可達(dá)14 m·s-1，中層大氣的水汽輻合和冷暖交匯主要位于陜北地區(qū)，使該地區(qū)出現(xiàn)區(qū)域性暴雨天氣，副高在27日20時(shí)西伸北抬，關(guān)中地區(qū)為副高控制，西安T850-500達(dá)到26℃，大氣不穩(wěn)定度高，850 hPa關(guān)中地區(qū)存在東西向切變線(xiàn)，14時(shí)關(guān)中氣溫達(dá)36～38℃，冷鋒位于甘肅南部到陜西中部，隨著冷空氣南下，觸發(fā)不穩(wěn)定能量釋放，造成關(guān)中地區(qū)強(qiáng)對(duì)流天氣。

在2018年7月26日08時(shí)天氣圖上(圖3d)，副高主體呈東北—西南向位于我國(guó)東部地區(qū)，陜西東南部地區(qū)受副高控制，副高外圍東北—西南向存在淺槽。700 hPa副高外圍有4～8 m·s-1的西南風(fēng)，850 hPa陜南至關(guān)中有4～6 m·s-1的東南風(fēng)，向陜西地區(qū)輸送水汽和能量。西安T850-500達(dá)到27℃，大氣垂直不穩(wěn)定度高。在26日14時(shí)地面圖上(圖略)，關(guān)中地區(qū)為低壓控制，氣溫達(dá)到了37～38℃，露點(diǎn)溫度在22～24℃，低層溫度高，濕度條件好，秦嶺山區(qū)西南風(fēng)和東北風(fēng)的輻合線(xiàn)在午后觸發(fā)對(duì)流。

通過(guò)以上4次天氣過(guò)程分析發(fā)現(xiàn)：副高控制陜西的中南部地區(qū)，關(guān)中地區(qū)的最高氣溫在35～39℃，表現(xiàn)出高溫天氣和強(qiáng)對(duì)流天氣共存的特點(diǎn)，850 hPa 陜西中南部為暖脊控制，不穩(wěn)定能量強(qiáng)。過(guò)程2和過(guò)程3的強(qiáng)對(duì)流過(guò)程中，副高控制關(guān)中地區(qū)；而過(guò)程1和過(guò)程4，對(duì)流發(fā)生前受副高控制，之后500 hPa有淺槽向東移動(dòng)，副高略有東退。從冷空氣強(qiáng)度來(lái)看，過(guò)程2和過(guò)程3的冷空氣較強(qiáng)，850 hPa 有明顯鋒區(qū)，地面有冷鋒，關(guān)中地區(qū)的對(duì)流主要由冷鋒觸發(fā)，過(guò)程1和過(guò)程4冷空氣弱，關(guān)中地區(qū)為低壓控制，地面的中尺度輻合觸發(fā)對(duì)流。

2.2 水汽條件

以下通過(guò)比濕、水汽通量及水汽通量散度的垂直變化分析4次過(guò)程中水汽特征。2015年8月2日18時(shí)(圖4a)，暴雨區(qū)近地面層到750 hPa比濕達(dá)14～16 g·kg-1，700 hPa比濕為10 g·kg-1，暴雨區(qū)低層絕對(duì)濕度條件好，大氣可降水量達(dá)50～55 mm，水汽充沛。在850～600 hPa有西南風(fēng)的水汽輸送，水汽通量最強(qiáng)值在700 hPa附近，為8～10 g·cm-1·hPa-1·s-1，近地面層到850 hPa附近有-5×10-7g·s-1·hPa-1·cm-2的水汽輻合，對(duì)照天氣圖可以發(fā)現(xiàn)，這是850 hPa切變線(xiàn)和地面輻合線(xiàn)對(duì)水汽的輻合抬升，使得氣塊克服對(duì)流抑制，觸發(fā)不穩(wěn)定能量釋放，產(chǎn)生對(duì)流，從而造成強(qiáng)降水。

2016年8月25日03時(shí)(圖4b)，關(guān)中地區(qū)近地面層到850 hPa為比濕高值區(qū)，達(dá)到16～18 g·kg-1, 700 hPa比濕為12 g·kg-1,整層水汽含量大，大氣可降水量高達(dá)55～60 mm，850～700 hPa有西南風(fēng)水汽輸送，水汽通量為8～10 g·cm-1·hPa-1·s-1，隨著低層冷鋒的南壓，在關(guān)中北部地區(qū)形成西南風(fēng)和東北風(fēng)的水汽輻合，輻合中心從地面直到750 hPa，水汽通量散度最大值為-2×10-6g·s-1·hPa-1·cm-2。

2017年7月27日18時(shí)(圖4c)，850 hPa以下比濕在16～18 g·kg-1，700 hPa比濕為10 g·kg-1，水汽含量較大，大氣可降水量在55 mm左右。中低層大氣的水汽輸送弱，低層受西北路冷鋒東南移動(dòng)影響，偏東風(fēng)和偏西風(fēng)在關(guān)中地區(qū)輻合，在關(guān)中北部近地面層形成輻合中心，水汽通量散度為-2×10-6g·s-1·hPa-1·cm-2。

2018年7月26日14時(shí)(圖4d)，近地層到850比濕達(dá)16 g·kg-1左右，700 hPa比濕為10 g·kg-1，大氣可降水量在50～55 mm，近地面層有偏東風(fēng)水汽輸送，高層有偏南風(fēng)水汽輸送，關(guān)中地區(qū)水汽通量輻合中心主要位于近地面層，由地面輻合線(xiàn)造成。

在4次過(guò)程中關(guān)中地區(qū)絕對(duì)水汽含量均較高，850 hPa 以下比濕可達(dá)16 g·kg-1以上，700 hPa比濕在10～12 g·kg-1，大氣可降水量在50 mm以上，過(guò)程2中更是達(dá)到了60 mm。從水汽輸送來(lái)看，過(guò)程1、過(guò)程2水汽輸送較強(qiáng)，因此這2次過(guò)程總雨量達(dá)到暴雨的范圍較大，過(guò)程3、過(guò)程4主要為短時(shí)強(qiáng)降水，暴雨很少，但是相比于副高外圍的區(qū)域暴雨過(guò)程來(lái)說(shuō)，水汽輸送相對(duì)偏弱，這是由于副高控制下中低層大氣的西南風(fēng)風(fēng)速較小造成的。從水汽的輻合來(lái)看，強(qiáng)的輻合中心在地面到800 hPa，主要由冷鋒和風(fēng)場(chǎng)輻合線(xiàn)造成，相對(duì)于輻合中心在850～700 hPa的區(qū)域性暴雨來(lái)說(shuō)，輻合中心位置更低，這種低層的輻合克服對(duì)流抑制，釋放不穩(wěn)定能量，形成強(qiáng)對(duì)流天氣。

2.3 熱力條件

熱力不穩(wěn)定條件是強(qiáng)對(duì)流發(fā)生發(fā)展的必要條件，下面對(duì)4次過(guò)程的熱力不穩(wěn)定條件進(jìn)行對(duì)比分析。2015年8月2日14時(shí)(圖5a)，關(guān)中平原為“上低下高”的對(duì)流不穩(wěn)定區(qū)，近地面到850 hPa為假相當(dāng)位溫大值區(qū)，達(dá)352～356 K，溫度平流整層為弱的暖平流，表明在副高控制之下，關(guān)中平原低層環(huán)境條件為高溫高濕，而在600～500 hPa有低值假相當(dāng)位溫，中心值為336 K，這代表中層有干空氣，中低層假相當(dāng)位溫的差值達(dá)12～16 K，說(shuō)明了大氣層結(jié)具有強(qiáng)的位勢(shì)不穩(wěn)定，為對(duì)流的發(fā)生提供了有利的熱力環(huán)境。

2016年8月25日02時(shí)(圖5b)，假相當(dāng)位溫在關(guān)中地區(qū)隨高度變化而減小，低值中心(348 K)位于600 hPa，低層850 hPa為352～356 K，在副高控制下，隨著冷空氣侵入形成了“上干冷、下暖濕”的位勢(shì)不穩(wěn)定層結(jié)。另外關(guān)中北部到陜北(35°～37°N)的低層有冷鋒帶來(lái)明顯冷平流，低層冷空氣侵入高溫高濕的副高控制區(qū)，抬升暖濕空氣，有利于對(duì)流的發(fā)生發(fā)展。隨著冷空氣從北部侵入關(guān)中地區(qū)，形成鋒區(qū)，在假相當(dāng)位溫圖上等溫線(xiàn)分布密集，鋒面附近強(qiáng)的輻合上升運(yùn)動(dòng)有利于對(duì)流的觸發(fā)。

2017年7月27日18時(shí)(圖5c)，關(guān)中上空存在明顯的假相當(dāng)位溫“上低下高”的對(duì)流不穩(wěn)定，低值中心位于550 hPa，值為344 K，高值中心位于地面到850 hPa,值為 360 K，上下層間假相當(dāng)位溫差值達(dá)12 K，表明強(qiáng)的位勢(shì)不穩(wěn)定，同時(shí)關(guān)中北部在800 hPa 以下有明顯冷平流，中心值達(dá)-50×10-5K·s-1，對(duì)應(yīng)地面冷空氣侵入，形成明顯的鋒區(qū)，假相當(dāng)位溫線(xiàn)密集，冷空氣侵入和鋒生有利于對(duì)流觸發(fā)。

2018年7月26日14時(shí)(圖5d)，500 hPa假相當(dāng)位溫為344 K，近地面到850 hPa為360 K，差值達(dá)到16 K，大氣不穩(wěn)定度高，從冷平流看，在秦嶺北麓有明顯的冷平流，冷平流下山觸發(fā)不穩(wěn)定能量釋放，形成強(qiáng)對(duì)流天氣。

以上分析表明，4次過(guò)程均存在明顯的位勢(shì)層結(jié)不穩(wěn)定，滿(mǎn)足強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生的能量條件，同時(shí)在低層有明顯的冷平流，有利于對(duì)流的觸發(fā)。

2.4 探空分析

2015年8月2日14時(shí)西安涇河站的探空?qǐng)D上(圖6a)，850 hPa與500 hPa的溫差達(dá)29℃，K指數(shù)為34℃，SI指數(shù)為-1.77℃，大氣的熱力不穩(wěn)定度強(qiáng)，CAPE值達(dá)2 119 J·kg-1，不穩(wěn)定能量強(qiáng)。近地面到800 hPa絕對(duì)濕度大，溫度高，從相對(duì)濕度看，飽和層較薄，而500 hPa附近有干空氣層，對(duì)應(yīng)500 hPa 高原槽后的干空氣，14時(shí)西安站地面溫度達(dá)38℃，而850 hPa的溫度為23℃，溫差達(dá)15℃，低層大氣接近超絕熱狀態(tài)，極易觸發(fā)對(duì)流。

2016年8月24日20時(shí)西安涇河站探空?qǐng)D(圖6b)呈現(xiàn)上干下濕的層結(jié)特征，850 hPa與500 hPa的溫差為25℃，K指數(shù)為40℃，SI指數(shù)為1.4℃，CAPE值達(dá)1 292 J·kg-1，不穩(wěn)定能量強(qiáng)。從相對(duì)濕度看，700～500 hPa為飽和區(qū)，近地面到800 hPa絕對(duì)濕度大，溫度高，整層濕度條件好，LFC為707 hPa。從對(duì)流條件分析，整層濕度條件好，抬升凝結(jié)高度低，有利于強(qiáng)降水的發(fā)生，SI較大，需要較大的抬升力來(lái)觸發(fā)對(duì)流。

過(guò)程3、過(guò)程4的對(duì)流活動(dòng)主要發(fā)生在午后至傍晚，早晨的探空代表性不足，因此利用ERA5資料制作對(duì)流發(fā)生前2 h西安涇河位置的探空?qǐng)D做分析。2017年7月27日16時(shí)西安涇河站的ERA5資料探空?qǐng)D(圖6c)，850 hPa與500 hPa的溫差達(dá)28℃，K指數(shù)為39℃，SI指數(shù)為-2℃，大氣的熱力不穩(wěn)定度強(qiáng)，CAPE值達(dá)1 568 J·kg-1，不穩(wěn)定能量強(qiáng)。近地面到850 hPa絕對(duì)濕度大，850 hPa露點(diǎn)溫度為18℃，從相對(duì)濕度看，濕層在800～700 hPa附近濕層淺薄，中層大氣和低層大氣都存在干空氣，有利于夾卷作用及降水粒子的蒸發(fā)吸熱而形成地面大風(fēng)天氣。

2018年7月26日12時(shí)西安涇河站的ERA5資料探空?qǐng)D(圖6d)，850 hPa與500 hPa的溫差達(dá)到了27℃，K指數(shù)為42℃，SI指數(shù)為-3℃，大氣熱力不穩(wěn)定度強(qiáng)，CAPE值達(dá)到了1 172 J·kg-1，不穩(wěn)定能量較強(qiáng)，近地面到850 hPa絕對(duì)濕度大，850 hPa露點(diǎn)溫度為18℃，總體看中層大氣500～300 hPa及近地面層到800 hPa的相對(duì)濕度較低，絕對(duì)濕度大，隨著午后高溫天氣的出現(xiàn)，對(duì)流熱力不穩(wěn)定度大，中層及近地層干空氣有利于對(duì)流大風(fēng)形成。

對(duì)比4次過(guò)程的探空發(fā)現(xiàn)其共同點(diǎn)是850 hPa和500 hPa的溫差大，均在25℃以上，K指數(shù)在35℃以上，大氣熱力不穩(wěn)定度高，低層絕對(duì)濕度大，過(guò)程1、過(guò)程4的地面到850 hPa的溫差很大，接近超絕熱狀態(tài)，容易觸發(fā)對(duì)流，過(guò)程2、過(guò)程3近低層溫差更小一些，對(duì)流觸發(fā)需要的抬升更強(qiáng)。過(guò)程2中層大氣存在飽和層，濕層深厚，因此總降水量更大，暴雨的范圍最大，過(guò)程1、過(guò)程3、過(guò)程4中層存在干空氣層，中層干空氣的夾卷作用有利于雷暴大風(fēng)的產(chǎn)生。

圖6 2015年8月2日14時(shí)(a)和2016年8月24日20時(shí)(b)西安涇河站探空?qǐng)D以及2017年7月27日16時(shí)(c)和2018年7月26日12時(shí)(d)西安涇河的ERA5模式探空(綠線(xiàn)：層結(jié)露點(diǎn)溫度線(xiàn)，黑線(xiàn)：層結(jié)溫度線(xiàn)，紅線(xiàn)：狀態(tài)曲線(xiàn))Fig.6 Sounding diagrams at 14:00 BT 2 August 2015 (a), 20:00 BT 24 August 2016 (b) and ERA5 model sounding diagrams at 16:00 BT 27 July 2017 (c), 12:00 BT 26 July 2018 (d) at Xi’an Jinghe Station(green curve: dew point line of atmospheric stratification, balck curve: temperature line of atmospheric stratification, red polyline: state curve)

綜合以上分析，副高控制下的關(guān)中強(qiáng)對(duì)流天氣，表現(xiàn)出高溫和對(duì)流共存的特點(diǎn)，低層水汽條件好，大氣可降水量在50 mm以上，可降水量越大、濕層越深厚、水汽輸送越強(qiáng)則總降水量越強(qiáng)。從水汽的輻合來(lái)看，強(qiáng)的輻合中心在地面到800 hPa，較區(qū)域性暴雨的輻合更低，在此類(lèi)對(duì)流暴雨過(guò)程中低層輻合的作用主要是觸發(fā)對(duì)流、釋放不穩(wěn)定能量。中層干空氣則有利于產(chǎn)生雷暴大風(fēng)天氣。

3 強(qiáng)對(duì)流觸發(fā)機(jī)制分析

3.1 2015年8月2日對(duì)流觸發(fā)機(jī)制

在2015年8月2日14時(shí)(圖7a)地面圖上，延安到甘肅南部有中尺度風(fēng)場(chǎng)輻合線(xiàn)，輻合強(qiáng)度值達(dá)-30×10-6s-1，14:10(圖略)沿著輻合線(xiàn)，在延安中部有對(duì)流回波的初生，隨后帶狀對(duì)流回波隨著輻合線(xiàn)向南移動(dòng)。16時(shí)輻合線(xiàn)南壓，輻合強(qiáng)度增強(qiáng)且中心南移，延安南部到關(guān)中北部雷達(dá)回波增強(qiáng)，最強(qiáng)回波可達(dá)55 dBz。隨著對(duì)流的增強(qiáng)，在延安南部到關(guān)中北部出現(xiàn)了冷池，1 h降溫(圖7b)達(dá)4～6℃，最大降溫幅度達(dá)7～8℃，形成等溫線(xiàn)密集帶，1個(gè)緯距的溫差達(dá)14℃，說(shuō)明冷池很強(qiáng)，而西安地區(qū)溫度達(dá)38℃，強(qiáng)烈的溫差和雷暴出流將觸發(fā)新生對(duì)流，地面風(fēng)場(chǎng)同樣顯示(圖略)，輻合中心進(jìn)一步南移，關(guān)中北部風(fēng)力加大，出現(xiàn)10～12 m·s-1的偏北風(fēng)。18時(shí)冷中心進(jìn)一步南壓，等溫線(xiàn)密集帶位于西安北部地區(qū)，風(fēng)場(chǎng)上關(guān)中北部有8～10 m·s-1的偏北風(fēng)。強(qiáng)的變溫及等溫線(xiàn)密集帶，表明雷暴冷池很強(qiáng)。18時(shí)的鋒生函數(shù)、假相當(dāng)位溫及垂直速度沿109°E的剖面圖顯示(圖7c)，35°N附近的關(guān)中北部山區(qū)低層為θse低值中心，關(guān)中南部為θse高值中心，低層冷池南壓和關(guān)中南部的高溫、高濕空氣交匯，造成近地面到800 hPa西安附近鋒生，中心值為2×10-8K·m-1·s-1。地面到850 hPa為上升運(yùn)動(dòng)，而中層500 hPa為弱下沉運(yùn)動(dòng)，說(shuō)明在副高控制下，中層大氣穩(wěn)定，垂直運(yùn)動(dòng)主要由于地面輻合線(xiàn)及850 hPa切變線(xiàn)從關(guān)中北部向南部移動(dòng)造成，低層上升運(yùn)動(dòng)觸發(fā)不穩(wěn)定能量釋放，形成強(qiáng)對(duì)流天氣。在18:02的雷達(dá)回波圖上(圖略)，冷池前沿的西安北部有陣風(fēng)鋒出現(xiàn)，18:36(圖7d)陣風(fēng)鋒移動(dòng)到雷達(dá)站附近，西安北方的弧狀對(duì)流云線(xiàn)特征清楚，其東段在西安東北方向觸發(fā)了強(qiáng)對(duì)流，回波強(qiáng)度達(dá)60 dBz，從回波剖面圖上可以看到(圖略)，50 dBz以上的強(qiáng)回波主要出現(xiàn)在5 km以下，即0℃層以下，呈現(xiàn)低質(zhì)心特點(diǎn)，主要以降水回波為主，造成高陵出現(xiàn)39.6 mm·h-1的強(qiáng)降水。19時(shí)冷池控制了關(guān)中西部地區(qū)，強(qiáng)回波在冷池后部偏北風(fēng)的推動(dòng)下繼續(xù)東南移動(dòng)，造成涇河站1 h降水量達(dá)49.3 mm，臨潼站1 h降水量達(dá)34.3 mm(圖略)。20時(shí)西安地區(qū)為冷空氣控制，氣溫在24～26℃，雷達(dá)回波轉(zhuǎn)為30～35 dBz的層狀云降水(圖略)，強(qiáng)降水過(guò)程結(jié)束。

3.2 2016年8月24日對(duì)流觸發(fā)條件

在2016年8月24日20時(shí)地面圖上(圖8a)，冷鋒位于山西到甘肅南部一線(xiàn)，甘肅南部地區(qū)有較強(qiáng)降水出現(xiàn)，降水造成的降溫進(jìn)一步增強(qiáng)了甘肅與陜西西部之間的溫度梯度，使鋒區(qū)進(jìn)一步增強(qiáng)并向東南方向移動(dòng)，到8月25日02時(shí)(圖略)，甘肅南部的鋒區(qū)向東移動(dòng)至關(guān)中西部，鋒后的偏北風(fēng)增強(qiáng)，關(guān)中西部位于偏北風(fēng)和東南風(fēng)的強(qiáng)輻合區(qū),有中尺度對(duì)流云團(tuán)發(fā)展。25日02時(shí)(圖8b)地面到750 hPa，關(guān)中以北為θse低值中心，為340 K，關(guān)中南部θse高值中心達(dá)352 K，說(shuō)明低層冷暖空氣在關(guān)中地區(qū)交匯，造成關(guān)中地區(qū)鋒生加強(qiáng)，近地面到750 hPa為鋒生區(qū)，最強(qiáng)鋒生在850 hPa附近，中心值達(dá)3×10-8K·m-1·s-1。從垂直速度顯示，關(guān)中地區(qū)地面至500 hPa為上升運(yùn)動(dòng)，最強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)在850～750 hPa，達(dá)-1.2 Pa·s-1，上升運(yùn)動(dòng)大值中心與鋒生最強(qiáng)區(qū)域重疊，說(shuō)明冷鋒鋒生造成的垂直運(yùn)動(dòng)是主要的觸發(fā)機(jī)制。25日02時(shí)的地面風(fēng)場(chǎng)(圖8c)，冷鋒后部的偏北風(fēng)與關(guān)中地區(qū)的東南風(fēng)之間形成輻合線(xiàn)，與輻合線(xiàn)對(duì)應(yīng)25日02：21有帶狀對(duì)流發(fā)展(圖8d)，冷鋒后部也有層狀云回波，此后偏北風(fēng)進(jìn)入關(guān)中地區(qū)，受秦嶺地形的阻擋，逐漸轉(zhuǎn)為西北到偏西風(fēng)，偏西風(fēng)推動(dòng)帶狀對(duì)流自西向東移動(dòng)，給關(guān)中地區(qū)帶來(lái)強(qiáng)降水天氣。

圖7 2015年8月2日(a)14:00地面天氣圖(黑色實(shí)線(xiàn)為氣壓，單位：hPa；紅色虛線(xiàn)為溫度，單位：℃；紅色粗實(shí)線(xiàn)為地面輻合線(xiàn))，(b)16:00地面溫度(黑色實(shí)線(xiàn)，單位：℃)及1 h變溫(填色，單位：℃)，(c)18：00鋒生(填色，單位：10-9 K·m-1·s-1)、假相當(dāng)位溫(黑色實(shí)線(xiàn)，單位：K)和垂直速度(紅色實(shí)線(xiàn)，單位：Pa·s-1)沿109°E剖面及(d)18:36西安1.4°反射率因子(填色，單位：dBz；粗黑線(xiàn)為陣風(fēng)鋒)Fig.7 (a) The ground synoptic chart at 14:00 BT (black solid line： sea level pressure, unit: hPa; red dashed line: 2 m temperature, unit: ℃; red solid line: surface convergence line), (b) 2 m temperature (solid line) and 1 h temperature change (colored, unit: ℃) at 16:00 BT, (c) vertical profiles of pseudo-equivalent potential temperature (black solid line, unit: K), frontogenesis function (colored, unit: 10-9 K·m-1·s-1) and vertical velocity (red solid line, unit: Pa·s-1) along 109°E at 18:00 BT and (d) 1.4° radar reflectivity factor (colored, unit: dBz; black solid line: gust front) at Xi’an Station at 18:36 BT 2 August 2015

3.3 2017年7月27日對(duì)流觸發(fā)機(jī)制

2017年7月27日14時(shí)(圖9a)冷鋒位于甘肅南部到陜西西部地區(qū)，鋒后的偏北風(fēng)進(jìn)入關(guān)中后受到秦嶺阻擋轉(zhuǎn)為偏西風(fēng)，關(guān)中東部位于低壓頂端的偏東氣流中，偏西風(fēng)和偏東風(fēng)在關(guān)中西部地區(qū)交匯，輻合強(qiáng)度增大，14時(shí)后關(guān)中西部首先出現(xiàn)了孤立的對(duì)流單體(圖略)，隨后隨著冷鋒后部偏北風(fēng)的加強(qiáng)，輻合增強(qiáng)，零散的對(duì)流單體逐步合并，形成帶狀對(duì)流自西向東移動(dòng)。18時(shí)鋒生函數(shù)、θse及垂直速度分布顯示(圖9b)，關(guān)中以北地區(qū)地面到750 hPa為θse低值中心，最小值為340 K，關(guān)中南部為高值中心達(dá)360 K，低層冷暖空氣在關(guān)中地區(qū)交匯，強(qiáng)的鋒生位于關(guān)中北部，近地面到750 hPa為鋒生區(qū)，最強(qiáng)鋒生位于800 hPa附近，中心值達(dá)4×10-8K·m-1·s-1。關(guān)中地區(qū)地面到300 hPa都為上升運(yùn)動(dòng)，最強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)位于700 hPa附近，達(dá)-2 Pa·s-1，上升運(yùn)動(dòng)區(qū)位于最強(qiáng)鋒生區(qū)域的暖區(qū)一側(cè)，說(shuō)明對(duì)流首先在暖區(qū)的輻合線(xiàn)觸發(fā)，隨后冷鋒鋒生帶來(lái)的上升運(yùn)動(dòng)在鋒面附近觸發(fā)對(duì)流，隨后對(duì)流合并增強(qiáng)。27日18時(shí)(圖9c)地面偏西風(fēng)與偏東風(fēng)之間形成輻合線(xiàn)，與該輻合線(xiàn)對(duì)應(yīng)的18：11(圖9d)雷達(dá)回波顯示有帶狀對(duì)流發(fā)展，呈弓形特征，對(duì)應(yīng)的徑向速度圖顯示帶狀回波后部有入流的西風(fēng)急流，速度圖上出現(xiàn)了速度模糊(圖9e)，風(fēng)速達(dá)12～14 m·s-1，前部為偏東風(fēng)入流，在弓形回波的頂點(diǎn)，徑向速度的垂直剖面上存在中層徑向輻合(圖9f)，實(shí)況顯示武功在隨后出現(xiàn)了20 m·s-1的大風(fēng)天氣。

圖8 2016年8月(a)24日20:00地面天氣圖(黑色實(shí)線(xiàn)為氣壓，單位：hPa；紅色虛線(xiàn)為溫度，單位：℃；藍(lán)色粗實(shí)線(xiàn)為地面冷鋒),(b)25日02:00鋒生(填色，單位：10-9 K·m-1·s-1)、假相當(dāng)位溫(黑色實(shí)線(xiàn)，單位：K)和垂直速度(紅色實(shí)線(xiàn)，單位：Pa·s-1)沿108°E剖面，(c)25日02：00 10 m風(fēng)場(chǎng)(風(fēng)向桿為地面風(fēng)場(chǎng)，黑色實(shí)線(xiàn)為地面輻合線(xiàn))及(d)25日02:21西安1.5°反射率因子(填色，單位：dBz；黑色實(shí)線(xiàn)為風(fēng)場(chǎng)輻合線(xiàn))Fig.8 (a) The ground synoptic chart at 20:00 BT 24 (black solid line： sea level pressure, unit: hPa; red dashed line： 2 m temperature, unit: ℃; blue solid line： cold front), (b) vertical profiles of pseudo-equivalent potential temperature (black solid line, unit: K), frontogenesis function (colored, unit: 10-9 K·m-1·s-1) and vertical velocity (red solid line, unit: Pa·s-1) along 108°E at 02:00 BT 25, (c) 10 m wind (barb) and wind convergence line (thick black line) at 02:00 BT 25 and (d) 1.5° radar reflectivity factor (colored, unit: dBz； black solid line: convergence line) at Xi’an Station at 02:21 BT 25 August 2016

3.4 2018年7月26日對(duì)流觸發(fā)機(jī)制

在2018年7月26日13時(shí)(圖10a)地面圖上，關(guān)中地區(qū)為低壓控制，西安南部有東北風(fēng)和偏南風(fēng)的輻合線(xiàn)，輻合線(xiàn)南側(cè)秦嶺山區(qū)開(kāi)始有對(duì)流新生，對(duì)流產(chǎn)生的冷空氣在西安南部山區(qū)造成了4～6℃的降溫，冷池下山過(guò)程中，勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，移動(dòng)速度加快，冷空氣與西安城區(qū)37～38℃的暖濕空氣交匯，觸發(fā)了劇烈的對(duì)流天氣。由14時(shí)鋒生函數(shù)、θse分布可見(jiàn)(圖10b)，關(guān)中地區(qū)低層為360～364 K的θse大值區(qū)，中層500 hPa上南側(cè)秦嶺山區(qū)干冷空氣與關(guān)中平原上空的暖空氣造成弱鋒生，中層干冷空氣有利雷暴大風(fēng)的形成。從垂直速度上(圖10b)看，西南風(fēng)和東北風(fēng)的輻合線(xiàn)產(chǎn)生上升運(yùn)動(dòng)主要在近地面到850 hPa，最強(qiáng)達(dá)到-1.2 Pa·s-1，秦嶺北坡有下沉運(yùn)動(dòng)。對(duì)流產(chǎn)生的冷池加速下滑，冷空氣造成城區(qū)南部1 h降溫6～8℃，和西安城區(qū)高溫區(qū)形成很大的溫度梯度，30 km溫差達(dá)8～10℃(圖10c)。14:01(圖10d)強(qiáng)回波外圍有陣風(fēng)鋒向西安城區(qū)擴(kuò)散，隨后觸發(fā)新的對(duì)流，同時(shí)刻的速度圖上，陣風(fēng)鋒后側(cè)的西南風(fēng)最大速度達(dá)到18 m·s-1(圖略)，隨后陣風(fēng)鋒快速向北推進(jìn)，給西安城區(qū)以及關(guān)中東部帶來(lái)了大范圍的對(duì)流天氣，由于陣風(fēng)鋒移速較快，累積雨量不大，主要以雷暴大風(fēng)和短時(shí)強(qiáng)降水為主。

圖9 2017年7月27日(a)14：00地面天氣圖(黑色實(shí)線(xiàn)為氣壓，單位：hPa；紅色虛線(xiàn)為溫度，單位：℃；藍(lán)色實(shí)線(xiàn)為地面冷鋒)，(b)18：00鋒生(填色，單位：10-9 K·m-1·s-1)、假相當(dāng)位溫(黑色實(shí)線(xiàn)，單位：K)和垂直速度(紅色實(shí)線(xiàn)，單位：Pa·s-1)沿108°E剖面，(c)18：00地面溫度場(chǎng)(等值線(xiàn)，單位：℃)及1 h變溫(填色，單位：℃)， (d)18：11西安1.5°反射率因子(單位：dBz)，(e)18：00 3.4°徑向速度(單位：m·s-1)及(f)18:11徑向速度垂直剖面(單位：m·s-1)Fig.9 (a) The ground synontic chart at 14:00 BT (black solid line： sea level pressure, unit: hPa; red dashed line： 2 m temperature, unit: ℃; blue solid line： cold front), (b) vertical profiles of pseudo-equivalent potential temperature (black solid line, unit: K), frontogenesis function (colored, unit: 10-9 K·m-1·s-1) and vertical velocity (red line, unit: Pa·s-1) along 108°E at 18:00 BT, (c) 2 m temperature (solid line， unit: ℃) and 1 h temperature change (colored, unit: ℃) at 18:00 BT, (d) 1.5° radar reflectivity factor (colored, unit: dBz) at 18:11 BT, (e) 3.4° radar velocity (unit: m·s-1) at 18:00 BT and (f) radial velocity profile at 18:11 BT in Xi’an Station on 27 July 2017

對(duì)比4次過(guò)程的觸發(fā)條件，過(guò)程2、過(guò)程3由冷鋒觸發(fā)對(duì)流，而過(guò)程1、過(guò)程4的對(duì)流由中尺度輻合線(xiàn)觸發(fā)，通過(guò)以上的綜合分析給出了2種不同觸發(fā)機(jī)制的環(huán)流配置圖(圖11)。2類(lèi)過(guò)程中，關(guān)中地區(qū)地面最高氣溫在35℃以上，大氣可降水量為50 mm，大氣處于高溫、高濕狀態(tài)，能量充沛，不同觸發(fā)機(jī)制觸發(fā)的對(duì)流的區(qū)別在于影響范圍不同以及對(duì)流移動(dòng)方向與秦嶺地形的相互作用有所區(qū)別。由西北路冷鋒觸發(fā)的對(duì)流過(guò)程，低層大氣鋒生最強(qiáng)的區(qū)域?qū)?yīng)大尺度最強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)區(qū)，西北路冷鋒進(jìn)入關(guān)中后，受秦嶺阻擋轉(zhuǎn)為東西向移動(dòng)，造成關(guān)中地區(qū)東西向的帶狀強(qiáng)雨帶，對(duì)流范圍大，持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)。而由中尺度輻合線(xiàn)觸發(fā)的對(duì)流新生一類(lèi)出現(xiàn)在關(guān)中北部，另一類(lèi)有偏東風(fēng)與秦嶺地形輻合觸發(fā)出現(xiàn)在秦嶺山區(qū)，對(duì)流產(chǎn)生后冷池前沿的陣風(fēng)鋒觸發(fā)關(guān)中南部高溫、高濕大氣的新生對(duì)流，從關(guān)中北部觸發(fā)隨后向南移動(dòng)造成總降水量更大，原因是受秦嶺地形的阻擋作用，使系統(tǒng)移動(dòng)緩慢，造成總的降水量更大；而秦嶺山區(qū)觸發(fā)下山向北移動(dòng)的對(duì)流，其移動(dòng)速度更快，由于冷池在下山過(guò)程中勢(shì)能向動(dòng)能轉(zhuǎn)化造成移速加快，更容易造成關(guān)中地區(qū)的大風(fēng)天氣。

圖10 2018年7月26日(a)13：00地面風(fēng)場(chǎng)(粗實(shí)線(xiàn)為地面輻合線(xiàn))，(b)14：00鋒生(填色，單位：10-9 K·m-1·s-1)、假相當(dāng)位溫(黑色實(shí)線(xiàn)，單位：K)和垂直速度(紅色實(shí)線(xiàn)，單位：Pa·s-1)沿109°E剖面，(c)14：00地面溫度(黑色實(shí)線(xiàn)，單位：℃)及1 h變溫(填色，單位：℃)及(d)14:01西安0.4°反射率因子(填色，單位：dBz；粗黑線(xiàn)為陣風(fēng)鋒)Fig.10 (a) The 10 m wind at 13:00 BT (thick solid line： surface convergence line), (b) vertical profiles of pseudo-equivalent potential temperature (black solid line, unit: K), frontogenesis function (colored, unit: 10-9 K·m-1·s-1) and vertical velocity (red solid line, unit: Pa·s-1) along 109°E at 14:00 BT, (c) 2 m temperature (black solid line， unit: ℃) and 1 h temperature change (colored, unit: ℃) at 14:00 BT and (d) 0.4° radar reflectivity factor (colored, unit: dBz; thick solid line: gust front) at Xi’an Station at 14:01 BT 26 July 2018

圖11 陜西關(guān)中在副高影響下由(a)冷鋒觸發(fā)和(b)中尺度輻合線(xiàn)觸發(fā)強(qiáng)對(duì)流的環(huán)流配置示意圖Fig.11 Circulation configuration map of severe convection triggered by (a) cold front and (b) mesoscale convergence line under the influence of subtropical high in Guanzhong of Shaanxi

4 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)2015—2018年陜西關(guān)中地區(qū)4次發(fā)生在副高影響下的強(qiáng)對(duì)流天氣進(jìn)行對(duì)比分析，探討此類(lèi)強(qiáng)對(duì)流發(fā)生的環(huán)境特征、觸發(fā)機(jī)制的異同，得出以下主要結(jié)論：

(1)盛夏陜西關(guān)中地區(qū)在受副高控制時(shí)，地面高溫、高濕，低層大氣有觸發(fā)條件時(shí)容易產(chǎn)生強(qiáng)對(duì)流，導(dǎo)致高溫與強(qiáng)對(duì)流并存，而大尺度模式預(yù)報(bào)對(duì)此類(lèi)過(guò)程強(qiáng)降水的預(yù)報(bào)能力有限，在預(yù)報(bào)中值得被關(guān)注和訂正。

(2)副高控制下的對(duì)流發(fā)生時(shí)低層大氣水汽含量大，大氣可降水量達(dá)50 mm以上。相對(duì)于副高外圍的系統(tǒng)性暴雨，此類(lèi)天氣中低層大氣的西南風(fēng)風(fēng)速較小，水汽輸送相對(duì)較弱。水汽輸送強(qiáng)弱決定了強(qiáng)對(duì)流過(guò)程中是否伴有暴雨。

(3)此類(lèi)強(qiáng)對(duì)流天氣水汽輻合中心位于地面到800 hPa，相對(duì)于系統(tǒng)性暴雨來(lái)說(shuō)，輻合中心位置更低，其主要作用是克服對(duì)流抑制，釋放不穩(wěn)定能量。

(4)對(duì)流主要是由地面冷鋒和低層大氣的風(fēng)場(chǎng)輻合線(xiàn)觸發(fā)，冷鋒后的降水降溫效應(yīng)會(huì)加大溫度梯度使得冷鋒增強(qiáng)，鋒面在低層侵入副高內(nèi)部高溫、高濕大氣，觸發(fā)強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生；沒(méi)有明顯冷平流的暖區(qū)對(duì)流一般由地面中尺度輻合線(xiàn)觸發(fā)，對(duì)流產(chǎn)生的冷池形成陣風(fēng)鋒在高能大氣中觸發(fā)新生對(duì)流。

(5)秦嶺地形對(duì)對(duì)流的移動(dòng)和傳播有明顯影響，西北路冷鋒進(jìn)入關(guān)中，鋒后偏西風(fēng)由于質(zhì)量的堆積，風(fēng)速增大，造成的雨帶在秦嶺北麓沿山維持，形成暴雨。關(guān)中北部觸發(fā)對(duì)流云團(tuán)向南移動(dòng)時(shí)受到秦嶺阻擋，移速變慢，總雨量增大；而在秦嶺北麓的新生的對(duì)流系統(tǒng)，在下山過(guò)程中勢(shì)能向動(dòng)能轉(zhuǎn)化，造成系統(tǒng)移速加快，其出流邊界觸發(fā)平原地區(qū)對(duì)流發(fā)展，強(qiáng)降水持續(xù)時(shí)間較短，但更容易造成大范圍的雷暴大風(fēng)天氣。