王春玲，宗 川，張亞春，崔 力，王 聰，劉 偉

(1.濮陽市氣象局，河南 濮陽 457000；2.河南省氣象服務中心，鄭州 450003；3.河南省氣象臺，鄭州 450003)

引 言

暴雨是我國夏季主要自然災害之一，每年都會給人民的生命、財產(chǎn)造成巨大損失，尤其是突發(fā)性的局地特大暴雨，常常造成城市瞬時積澇、交通癱瘓，損失更加慘重。多年來氣象工作者[1-6]從不同的角度對特大暴雨進行了大量研究，并取得了豐碩的研究成果。隨著極端天氣的日益增多，近些年對突發(fā)性局地強降水的中尺度研究[7-20]亦取得較大進展。俞小鼎[7]在對短時強降水臨近預報的思路與方法研究中指出，在有利于強降水的環(huán)境條件下，含有中氣旋或更大尺度渦旋的β中尺度對流系統(tǒng)會明顯增大強降水的可能。何立富等[8]對北京“7·10”暴雨 β中尺度對流系統(tǒng)分析結(jié)果表明，對流層中層的短波槽及低層西風槽前西南氣流與暖切變線北側(cè)東南氣流的匯合，為其發(fā)生提供了良好的環(huán)境條件。趙培娟等[9]對7·13鄭州大暴雨成因與可預報性分析后認為，對流層底層加強的東風氣流提供的水汽輸送和動力抬升作用，促進了對流發(fā)展。劉慧敏等[10]通過對 2017年7月25日陜北局地特大暴雨過程的β中尺度特征分析發(fā)現(xiàn)，中尺度低壓的西部和東部分別形成冷性輻合和暖性輻合，不斷觸發(fā)γ對流單體生成，不同中尺度對流云團的合并導致了降水的強烈發(fā)展。陳雙等[11]在對北京香山“7·29”γ中尺度短時局地大暴雨過程綜合分析結(jié)果表明，較低的抬升凝結(jié)高度和自由對流高度使新生雷暴的觸發(fā)不需要太強的輻合抬升機制。陳豫英等[12]在賀蘭山東麓極端暴雨的中尺度特征中提到，700 hPa東南急流將暖濕水汽輸向暴雨區(qū)，提供了低層高溫、高濕的大氣不穩(wěn)定層結(jié)與動力觸發(fā)機制。

2021年6月13日12時—14日08時，豫北局部地區(qū)出現(xiàn)一次罕見特大暴雨天氣過程(以下簡稱“6·13”暴雨過程)，降水中心位于濮陽市區(qū)及周邊，其主要特點是強降水范圍小、雨強大、局地性強，伴隨的強降水頻次高、移動慢、極端性強，導致濮陽市出現(xiàn)嚴重積澇。濮陽市區(qū)平均積水30 cm，華龍區(qū)勝利路街道和黃河路街道部分村莊和小區(qū)積水嚴重，最深達120 cm，地下車庫被淹。據(jù)濮陽市應急管理局統(tǒng)計，此次特大暴雨全市61874人受災，緊急轉(zhuǎn)移安置7319人；損壞房屋28戶48間；農(nóng)作物受災4015.07公頃、成災1385.65公頃，直接經(jīng)濟損失4.247億元。如此罕見的突發(fā)性局地強降水，數(shù)值模式產(chǎn)品預報能力非常有限，主觀預報量級也明顯偏小，其環(huán)流配置和中尺度特征及成因值得探討。本文利用常規(guī)觀測資料、衛(wèi)星云圖、雷達產(chǎn)品、區(qū)域自動站資料，分析了“6·13”特大暴雨過程的中尺度特征及成因和大氣層結(jié)、環(huán)境物理量特征，以期提高對極端特大暴雨物理機制的認識，為今后河南極端暴雨的可預報性研究提供參考。

1 資料與方法

本文選用資料包括MICAPS常規(guī)高空和地面實況資料、鄭州市探空T-lnp圖及層結(jié)物理量值、河南省區(qū)域自動站加密觀測資料、FY-4A紅外云圖、鄭州市多普勒天氣雷達資料，采用天氣學、動力學、中尺度分析方法進行綜合分析。

2 降水分布特征

2021年6月13日下午到14日凌晨，豫北局地出現(xiàn)一次罕見特大暴雨天氣過程，100 mm 以上的站點有17個(含區(qū)域站，濮陽市占16個)，其中有3個站雨量超過250 mm，均位于濮陽市中部(圖1a)。鑒于此，本文重點分析濮陽市的降水。13日夜間到14日凌晨濮陽市大部分地區(qū)為中到大雨，在市區(qū)及周邊(濮陽縣北部、范縣西部、清豐縣東南部)出現(xiàn)暴雨、大暴雨、特大暴雨。全市降水量分布(圖1b)顯示，濮陽縣國家氣象觀測站(以下簡稱濮陽站)降水量為145.1 mm，刷新1971年以來歷史同期極值紀錄(2000年6月21日降水量119.0 mm)。全市13站出現(xiàn)100.0～250.0 mm的大暴雨，250.0 mm以上的特大暴雨出現(xiàn)在3個區(qū)域站，分別是華龍區(qū)人民辦站(321.9 mm)、華龍區(qū)龍源站(279.2 mm)、濮陽縣柳屯站(276.6 mm)。

圖1 2021年6月13日12時-14日08時河南省(a)和濮陽市(b)降水量分布圖

從小時雨強分布(圖略)可見，50 mm·h-1以上的強降水站點集中在濮陽市區(qū)和濮陽縣北部，濮陽站雨強為77.8 mm·h-1，華龍區(qū)區(qū)域站雨強為80.3 mm·h-1，人民辦、龍源和柳屯3個特大暴雨站點的最大雨強分別達120.8、125.4、132.8 mm·h-1，均超過了80 mm·h-1的短時強降水標準[21]。

從濮陽市3個特大暴雨的區(qū)域自動站主要降水時段逐小時降水量變化圖可知(圖2)，強降水主要集中在13日20時-14日00時。其中，13日21-23時，人民辦站逐小時降水量分別為75.0、120.8、96.9 mm，龍源站逐小時降水量分別為46.3、83.4、125.4 mm；13日22時-14日00時，柳屯站逐小時降水量分別為39.9、76.3、132.8 mm。

圖2 2021年6月13日17時-14日02時濮陽市3個特大暴雨區(qū)域自動站逐小時降水量變化圖

上述3個特大暴雨站點的主要降水時段10 min降水量變化見圖3。人民辦站和龍源站位于濮陽市區(qū)南部，兩站相距約5 km，10 min降水量大于10 mm的強降水，兩站開始與結(jié)束時間一致，強降水發(fā)生在13日20:30—23:10，持續(xù)了160 min；柳屯站位于濮陽縣東北部與濮陽市區(qū)交界處，較人民辦站偏東18 km，強降水開始與結(jié)束時間較另兩站偏晚1 h，發(fā)生在13日21:30—14日00:10，同樣持續(xù)了160 min。其中，人民辦站和柳屯站分別有6次10 min降水量大于20.0 mm，龍源站有2次10 min降水量約30.0 mm。人民辦站、龍源站、柳屯站的10 min最大降水量為25.3、30.0、24.4 mm，分別出現(xiàn)在21:20-21:30、22:10-22:20、23:20-23:30。

圖3 2021年6月13日20:00-14日00:30濮陽市3個特大暴雨區(qū)域自動站10 min降水量變化圖

3 環(huán)流形勢背景和影響系統(tǒng)特征

極端強降水是由中小尺度系統(tǒng)直接影響產(chǎn)生的，但都離不開一定的環(huán)流背景支持。下面利用常規(guī)天氣圖對環(huán)流形勢背景和影響系統(tǒng)特征進行分析。

6月13日08時(圖4a)，500 hPa上，40°N以北歐亞地區(qū)為兩槽一脊型，中緯度多低槽攜帶弱冷空氣東移，河套西北部臨河站到民勤站有一低槽，槽前在東勝站有一個-10 ℃的冷中心并伴有溫度槽，溫度槽超前于高度槽，濮陽市處于584 dagpm線邊沿西南氣流中。700 hPa上，延安、鄭州到阜陽有一西南風與東南風的暖切變線，河北南部為干區(qū)，邢臺站td=-12 ℃，t-td=23 ℃，鄭州站td=7 ℃,濟南站td=1 ℃，邢臺站與相鄰的鄭州站和濟南站之間td相差分別達19 ℃和13 ℃，冀、魯、豫三省交界處存在露點溫度中尺度鋒區(qū)，濮陽市受露點溫度鋒區(qū)控制，容易產(chǎn)生對流。850 hPa上，暖切變線位置與700 hPa的接近重合，華北為溫度脊，河北省南部到山東省西部有一個20 ℃的暖中心，河南為t-td≤2 ℃的飽和高濕區(qū)(鄭州站td=16 ℃)，華北、東北850 hPa與500 hPa溫度差Δt85≥26 ℃，濮陽市在熱力不穩(wěn)定區(qū)內(nèi)。925 hPa上，湖南省北部、河南省東部到山東省西部有一條8～10 m·s-1的西南顯著風速帶，濮陽市處于其左側(cè)。

13日20時(圖4b)，200 hPa上，山東省南部到江蘇省北部有大于32 m·s-1的西北風急流，濮陽處于高空急流入口區(qū)右后側(cè)輻散區(qū)，有利于低層輻合發(fā)展。500 hPa上，河套低槽東移至濮陽市西部，溫度槽移過濮陽市，中層有冷空氣擴散。700 hPa上，暖切變線東移至邢臺市、臺前縣到徐州市，其西側(cè)在四川省東部、陜西省南部到河南省北部有10 m·s-1以上的西南氣流，其中安康站到鄭州站有12～14 m·s-1的西南氣流大風速帶發(fā)展，濮陽市處于出口區(qū)。850 hPa上，暖切變線東移至邢臺市、濮陽縣到阜陽市。切變線西側(cè)西南風風速達6～8 m·s-1，東側(cè)南東南風風速達10 m·s-1。濮陽市處于東側(cè)南東南氣流與700 hPa暖切變線西側(cè)西南氣流疊加區(qū)，兩條暖切變線之間構(gòu)成輻合上升區(qū)，為對流發(fā)生提供了動力條件，有利于β中尺度對流系統(tǒng)發(fā)生、發(fā)展。925 hPa上，南東南大風速帶位于河南省東部到山東省西部，濮陽市處于低空、超低空南東南氣流大風速帶左側(cè)，為多條氣流交匯區(qū)，并且存在明顯的風向切變，為對流系統(tǒng)發(fā)展壯大提供了有利的輻合條件。08-20時，500 hPa以下沒有西南或東南急流，但有西南、東南兩條水汽通道存在。隨著系統(tǒng)東移，濟南站850 hPa以下偏南風增大，風向順轉(zhuǎn)，魯西到豫東北低層暖平流加強，使豫東北暖濕氣流輸送增強，加劇了濮陽市對流層低層高溫、高濕環(huán)境場的發(fā)展,為此次強降水提供了充沛的水汽和不穩(wěn)定能量。

2021年6月13日08時地面圖上(圖略)，我國中東部為東高西低形勢，濮陽市處于偏東南氣流中。鄭永光等[22]研究指出，地面露點溫度也可以用來表征整層大氣的水汽含量，地面露點溫度達到26 ℃就足以表明大氣非常暖濕，這時根據(jù)探空資料計算的大氣可降水量可達60 mm左右。14時，濮陽市西部t=32 ℃，td為25～26 ℃，高于周邊的，為高溫、高濕區(qū)，有利于對流發(fā)展及強降水產(chǎn)生。20時隨著系統(tǒng)東移，地面氣壓呈下降趨勢，在河北省東部、山東省西部、河南省東北部出現(xiàn)Δp3≥2 hPa的負變壓區(qū)，濮陽市中北部的清豐站和南樂站Δp3達-2.1 hPa，有利于輻合線和變壓輻合區(qū)發(fā)展。18-20時，?？h、內(nèi)黃縣南部到濮陽市區(qū)西部出現(xiàn)明顯降水，致使氣溫比周邊低1 ℃。降水形成的冷池出流與其前部的東南風形成地面中尺度輻合線，并在21-23時維持在濮陽縣北部與濮陽市區(qū)交界處，輻合抬升加強，使濮陽市區(qū)及周邊降水增強。14日02時，濮陽全市轉(zhuǎn)為東南風，風速減小，輻合線消失，降水減弱。

綜上，本次強降水過程的影響系統(tǒng)是500 hPa低槽和中低層暖切變線。500 hPa低槽、700 hPa和850 hPa暖切變線提供了動力條件，同時暖切變線兩側(cè)的西南和東南氣流形成的兩條水汽輸送通道在濮陽市匯合，提供了水汽和不穩(wěn)定能量，濮陽市區(qū)南部到濮陽縣北部形成的地面中尺度輻合線，觸發(fā)并加強了市區(qū)對流發(fā)展，本地偏高的溫濕環(huán)境場與適宜的高低空系統(tǒng)配置,為對流性暴雨的發(fā)生、發(fā)展提供了有利的環(huán)流背景。

4 大氣層結(jié)及環(huán)境物理量特征

“6·13”特大暴雨局地性強,具有明顯的對流性特征。為了更準確地揭示濮陽本地的大氣層結(jié)特征，使用13日14、20時濮陽站地面氣壓、溫度、露點溫度對13日08、20時鄭州站探空資料進行訂正。下面利用距濮陽市最近的鄭州探空站13日08、20時及用14、20時濮陽站地面資料訂正鄭州站的探空資料，分析豫北水汽、能量、氣層穩(wěn)定度等環(huán)境物理量特征。

4.1 鄭州探空資料分析

13日08時鄭州站探空T-lnp圖(圖5a)顯示：t與td線接近平行，420 hPa以下t-td在3 ℃左右，對流層中低層濕度接近飽和，690 hPa以下比濕大于8 g·kg-1，氣層絕對水汽含量大。20時(圖5b)，比濕大于8 g·kg-1的氣層升高到630 hPa，水汽含量偏大、濕層深厚是顯著的環(huán)境特征；抬升指數(shù)(LI)明顯增強，0-3和0-6 km垂直風切變突然增大是另一環(huán)境特征，同時500 hPa以上有干區(qū)移入,加大了層結(jié)不穩(wěn)定度。

圖5 2021年6月13日08時(a)和20時(b)鄭州站探空圖

探空物理量值(表1)顯示，13日08-20時，CAPE由1383.3 J·kg-1加強為3172.3 J·kg-1，對流有效位能偏大；K指數(shù)維持在較大值,約35 ℃；抬升指數(shù)(LI)由-3.4 ℃降低為-5.3 ℃，說明大氣處于極不穩(wěn)定狀態(tài)；925 hPa比濕由14.7 g·kg-1上升至17.0 g·kg-1，850 hPa比濕由13.1 g·kg-1上升到14.6 g·kg-1，空氣絕對含水量增大；濕層厚度由3.3 km增加到4.4 km；0 ℃層高度由4.9 km伸展至5.1 km，深厚的暖云層和濕層有利于大降水產(chǎn)生；抬升凝結(jié)高度(LCL)由980.3 hPa降低為985.9 hPa，自由對流高度(LFC)由980.3 hPa降低為988.7 hPa，二者異常偏低并且接近地面，說明幾乎不需要環(huán)境動力抬升就能成云致雨，這在蘇愛芳等[1]對鄭州“7·20”特大暴雨研究中已得到證實。-20 ℃層高度由8.7 km略降低為8.5 km，溫度垂直遞減率增大，氣層不穩(wěn)定度增加；0-3 km和0-6 km垂直風切變20時突增至15.1 m·s-1、15.7 m·s-1，對極端強降水起到了促進作用。多項物理量值的異常表現(xiàn)為極端強降水提供了有利的環(huán)境條件。

表1 2021年6月13日鄭州站08和20時探空物理量值

4.2 濮陽訂正探空資料分析

用13日14時和20時濮陽站地面氣壓、溫度、露點溫度訂正的鄭州站08時和20時的探空資料(圖5中斜線陰影部分為訂正后的對流有效位能)顯示，14時訂正后的對流有效位能(CAPE)高達2526 J·kg-1，抬升指數(shù)(LI)為-10.2 ℃，豫北上空能量較大且極不穩(wěn)定。因13日下午濮陽出現(xiàn)分散性雷陣雨，部分能量提前釋放，20時訂正的CAPE值有所下降，但仍達830.6 J·kg-1，這為強降水區(qū)對流系統(tǒng)的發(fā)生、發(fā)展提供了能量基礎，鄭永光等[23]的研究中有此闡述；抬升指數(shù)(LI)大幅增強至-17.3 ℃，表示正的不穩(wěn)定能量面積明顯增大, 出現(xiàn)對流的可能性在增大；整層可降水量(PW)高達65 mm，比濕垂直遞減率加大(圖略)，使對流降水強度加強。

值得注意的是，14時訂正的T-lnp圖上，低層沒有明顯的逆溫層，并不利于能量積累，CAPE值很大，抑制能量CIN值為0，這時只需要非常弱的抬升強迫就能夠產(chǎn)生熱對流，鄭永光等[22]研究中有此觀點。實況是13日下午濮陽對流發(fā)展并不旺盛，只出現(xiàn)了分散性雷陣雨。此外，13日10時起濮陽上空云系逐漸增多，12時左右出現(xiàn)陣雨，影響午后氣溫升高，下午出現(xiàn)的雷雨天氣使部分能量提前釋放。據(jù)此可以推斷，13日夜里發(fā)生的對流性強降水與地面受熱升溫所產(chǎn)生的午后強對流形成機制有區(qū)別。

總之，深厚的濕層和偏高的整層可降水量(PW)、偏低的抬升凝結(jié)高度(LCL)和自由對流高度(LFC)、偏強的抬升指數(shù)(LI)、中層偏大的垂直風切變是顯著的層結(jié)特征，有利的濕度條件支持產(chǎn)生和維持高效率對流性強降水，導致了本次強降水形成。

5 產(chǎn)生特大暴雨的中尺度特征及成因

此次強降水過程具有明顯的中尺度特征。據(jù)降水時空分布特點，本文利用FY-4A紅外云圖和國家、區(qū)域自動站降水量及10 min地面極大風速，雷達產(chǎn)品等資料，分析3個特大暴雨站點強降水集中時段，中尺度對流云團和MCS的發(fā)生發(fā)展、中尺度對流多單體的發(fā)展演變、地面中尺度輻合線的移動等系統(tǒng)與強降水形成的關系。

5.1 對流云團和地面風場中尺度分析

從6月13日FY-4A紅外云圖和國家站及區(qū)域自動站10 min地面極大風速疊加圖(圖6)可以看到，受500 hPa槽前云系東移影響，13日白天上游地區(qū)不斷有云系東移影響濮陽市，19:00(圖略)內(nèi)黃縣南部、濮陽市區(qū)西部、濮陽縣西北部、滑縣北部有對流云團發(fā)展。20:00(圖6a)，對流云團東移位于濮陽市區(qū)、清豐縣南部到濮陽縣，龍源站附近最低云頂亮溫為214 K，在對流云團后部，濮陽市區(qū)西南部到內(nèi)黃縣東南部地面出現(xiàn)東北風與東南風的中尺度輻合線，兩側(cè)風速達4 m·s-1左右。20:30(圖6b)輻合線略向東北伸展，風速無明顯變化，對流云團進一步發(fā)展，云頂亮溫降至210 K,并向東移至柳屯站附近，濮陽市區(qū)及周邊自西向東降水開始增大。21:00(圖6c)地面輻合線穩(wěn)定，兩側(cè)風速增大至6 m·s-1，輻合增強，對流云團緩慢東移，同時在內(nèi)黃縣中部、清豐縣到濮陽市區(qū)有新的對流云發(fā)展。20-21時，位于濮陽市區(qū)西部的人民辦站和龍源站1 h降水量分別達75.0和46.3 mm。地面輻合線北側(cè)東北風與其南側(cè)東南風風速大、輻合強的區(qū)域降水明顯，且位于對流云團后部云頂亮溫大梯度區(qū)，即強降水出現(xiàn)在雷暴云后部含水量累積區(qū)，因為雷暴云中前部是對流發(fā)展區(qū)域，上升氣流隨高度向前傾斜，發(fā)展最旺盛的部位位于中部偏前，云頂亮溫最低，雷暴云后部是對流發(fā)展成熟區(qū)域，通常是大風、冰雹、強降水發(fā)生的區(qū)間，與文獻[24]圖示類型相似。21:30(圖6d)地面輻合線向東北伸展，兩側(cè)的風速維持在6 m·s-1左右，內(nèi)黃縣中部、清豐縣到濮陽市區(qū)的對流云單體東移加強，與濮陽縣東北部的對流云團和山東省西南部的對流云團銜接，形成一條西北-東南向的β中尺度對流云帶，對流發(fā)展旺盛，云頂亮溫降至205 K(位于柳屯站附近)，濮陽市區(qū)、濮陽縣北部、清豐縣南部對流性降水增大。22:00(圖6e)地面流場上，輻合線再次向東北擴展為中β尺度，氣流出現(xiàn)氣旋性彎曲，輻合線南側(cè)的東南風極大風速增大到9.6 m·s-1，北側(cè)的東北風極大風速為6.3 m·s-1，輻合明顯增強。此時云頂亮溫為209 K的低中心東移至范縣西部。強輻合對觸發(fā)新生對流單體起到關鍵作用，在云頂亮溫低中心后部的溫度大梯度區(qū)不斷有新對流云單體發(fā)展，并沿輻合線東移補充，使對流云帶進一步發(fā)展壯大，在輻合線右前方形成近似圓形的β中尺度對流系統(tǒng)(MCS)。中尺度對流系統(tǒng)的形成、發(fā)展與地面中尺度輻合線發(fā)展、700 hPa和850 hPa暖切變線密切相關，對流系統(tǒng)覆蓋了濮陽市區(qū)大部、清豐縣南部、范縣大部、濮陽縣大部，致使21-22時人民辦站、龍源站和柳屯站1 h降水量分別達到120.8、83.4和39.9 mm，人民辦站最大小時雨強出現(xiàn)在對流系統(tǒng)后部云頂亮溫大梯度區(qū)、地面輻合線北側(cè)東北氣流中。22:45(圖6f)濮陽市區(qū)出現(xiàn)人字形輻合線,并伴有完整的中尺度氣旋性環(huán)流，兩輻合線北側(cè)龍源站附近的極大風速為7 m·s-1左右，中尺度對流系統(tǒng)略東移，位于濮陽市區(qū)中東部到范縣，云頂亮溫210 K低中心仍位于范縣西部。22-23時，人民辦站、龍源站和柳屯站1 h降水量分別達到96.6、125.4和76.3 mm，龍源站最大小時雨強出現(xiàn)在地面人字形輻合線頂部的東北氣流中、氣旋曲率最大處，同樣是對流系統(tǒng)后部云頂亮溫大梯度區(qū)。隨著對流系統(tǒng)的緩慢東移，人民辦站、龍源站逐漸轉(zhuǎn)入氣旋性環(huán)流后部(圖略)，降水開始減弱；位于氣旋性環(huán)流前部的柳屯站附近東南風極大風速增大到10.3 m·s-1，局地充沛的水汽輸送和動力抬升條件使中尺度對流系統(tǒng)穩(wěn)定維持，濮陽市區(qū)中東部降水強度明顯增大，位置偏東的柳屯站降水再次進入強盛期。13日23時-14日00時，人民辦站、龍源站和柳屯站降水量分別為23.8、19.2和132.8 mm，柳屯站最大小時雨強發(fā)生在地面人字形輻合線右前方東南氣流大值區(qū)。14日00:00(圖略)，氣旋性環(huán)流閉合線不再完整，濮陽市區(qū)東部東南風速減小，輻合減弱，中尺度對流系統(tǒng)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)松弛，強度明顯減弱，云頂亮溫升至215 K。此時對流系統(tǒng)主體已進入山東省，其后部位于濮陽市區(qū)東部、濮陽縣東北部、范縣，對濮陽市區(qū)的影響接近尾聲。14日00:23(圖略)輻合線減弱東移，對流云團全部移出強降水區(qū)，濮陽市區(qū)降水基本停止。對流云團從濮陽市西部移入東部后移出，在濮陽市區(qū)影響了4 h之久，在濮陽市區(qū)及周邊造成多站次出現(xiàn)80 mm·h-1以上的極端強降水，最大雨強達到132.8 mm·h-1(柳屯站)。

圖6 2021年6月13日FY-4A紅外云圖和國家站及區(qū)域自動站10 min地面極大風速疊加圖

綜上所述，該強降水過程是因上游(內(nèi)黃縣中南部、清豐縣中南部)及濮陽市區(qū)本地不斷有小塊對流云單體生成，并在緩慢東移中強烈發(fā)展成新的對流云團，由于新生對流云團的不斷合并補充使濮陽市區(qū)到濮陽縣北部的對流云團發(fā)展壯大，進而形成中β尺度對流系統(tǒng)，并在濮陽市中部影響4 h之久所造成的。強降水發(fā)生在中尺度對流系統(tǒng)后部云頂亮溫大梯度區(qū)。加密自動站中尺度分析結(jié)果表明，輻合線、人字形輻合線頂部氣旋曲率最大處及右前方的東南氣流大值區(qū)加大了地面輻合，觸發(fā)并促進對流發(fā)展，對流云單體發(fā)展、合并、加強并向東傳播，導致降水增強。

5.2 雷達回波中尺度演變分析

由于強降水發(fā)生在濮陽市區(qū)雷達站附近，考慮到靜錐區(qū)的影響，選用鄭州雷達組合反射率因子產(chǎn)品對影響濮陽市區(qū)的中尺度對流多單體進行分析。

5.2.1 鄭州雷達組合反射率因子演變特征

雷達回波的演變可以更清晰地反映云圖上中尺度對流系統(tǒng)的細微變化特征。13日白天濮陽市上游地區(qū)不斷有分散性對流單體發(fā)展東移影響濮陽市，并產(chǎn)生陣性降水。20:30(圖7a)，內(nèi)黃縣南部、濮陽市區(qū)南部和濮陽縣南部分別有對流單體存在，中心強度為51 dBZ，濮陽市區(qū)南部降水開始增強。21:12(圖7b)在對流云團后部溫度大梯度區(qū)，受地面輻合線作用，對流單體得到發(fā)展，濮陽市區(qū)南部和濮陽縣南部兩個對流單體發(fā)展合并,形成西北-東南向帶狀對流多單體，位于濮陽市區(qū)南部到濮陽縣北部，中心強度為52 dBZ，內(nèi)黃縣南部的對流單體T1原地加強。21:30(圖7c)內(nèi)黃縣南部的對流單體T1略向東移，其前沿進入清豐縣西南部。在地面輻合線作用下，濮陽市區(qū)到濮陽縣北部的帶狀對流多單體強烈發(fā)展并緩慢東移，面積增大，強度增強，大面積回波在50 dBZ以上，中心強度為53 dBZ。人民辦站21:10-21:30連續(xù)2個10 min降水量分別達24.8 mm和25.3 mm，龍源站和柳屯站21:30-21:40降水量分別為19.7 mm和13.4 mm，降水自西向東依次增強。22:12(圖7d)，內(nèi)黃縣南部的對流單體T1東移與濮陽市區(qū)的帶狀對流多單體合并，此時地面輻合線兩側(cè)風速增大，輻合加強，在本地高溫、高濕環(huán)境中及地面輻合線作用下，在濮陽縣西北部有γ中尺度新對流單體T2生成，中心強度為58 dBZ。22:18(圖略)，在云圖上中尺度對流系統(tǒng)后部溫度大梯度區(qū)控制的區(qū)域，新對流單體T2發(fā)展東移，與濮陽市區(qū)帶狀對流多單體合并，并加強為60 dBZ，形成中β團狀對流多單體。22:36(圖7e)合并后的中β強團狀對流多單體東移，強度多為52～57 dBZ，中心強度達63 dBZ，其東部已影響到柳屯站。22:10-22:20人民辦站、龍源站和柳屯站10 min降水量分別達20.8、30.0和14.6 mm，龍源站22:50的10 min降水量仍達29.6 mm。22：50內(nèi)黃縣南部又有新對流單體T3發(fā)展東移，并在23:00與濮陽市區(qū)的中β團狀對流多單體合并，在內(nèi)黃縣南部、濮陽市區(qū)西部到濮陽縣北部一帶新生的γ中尺度對流單體，不斷與濮陽市區(qū)團狀對流多單體合并，在向東移動過程中具有列車效應和后向傳播特征。23:00(圖7f)，隨著地面氣旋性環(huán)流的東移，柳屯站的東北風轉(zhuǎn)為東南風，水汽輸送及輻合加強，柳屯站附近的回波強度達到52 dBZ，降水再次加強，人民辦站和龍源站的降水則開始減弱。23:30(圖7g)，氣旋性環(huán)流前部東南風進一步增大,輻合增強，中β強團狀對流多單體中心增強至55 dBZ以上。14日00:00(圖7h)中β強團狀對流多單體回波開始減弱，但強度仍在50 dBZ以上。因中β強團狀對流多單體穩(wěn)定滯留在市區(qū)東部，致使柳屯站13日23:10-14日00:10連續(xù)60 min的每10 min降水量均在20 mm以上，23:20-23:30的10 min降水量最大，達24.4 mm。14日00:23團狀對流多單體移出濮陽市區(qū)，濮陽市中部的強降水結(jié)束。對流單體13日20:30從西部移入，14日00:23從東部移出，在濮陽市區(qū)影響了約4 h，造成人民辦站、龍源站、柳屯站多次出現(xiàn)10 min降水量大于10 mm的強降水。過程期間強降水區(qū)對流單體回波強度多在50 dBZ以上，中心強度達60 dBZ以上。地面中尺度氣旋性環(huán)流的生成，導致帶狀對流多單體、中β團狀對流多單體等對流性降水回波東移緩慢，強降水回波長時間滯留在濮陽市中部，產(chǎn)生高效率對流性強降水，造成濮陽市區(qū)及周邊局部特大暴雨。

5.2.2 鄭州雷達回波頂高特征

從鄭州雷達回波頂高演變(圖略)可以看到，20:06位于濮陽市區(qū)西南部的人民辦站回波頂高為14.1 km；21:12該回波頂高上升至14.7 km，龍源站回波頂高達14.9 km；21:30柳屯站回波頂高達到16.0 km；22:12柳屯站回波頂高仍達15.6 km，22:18該回波南移位于柳屯站以南到文留站西北，近16.0 km的回波頂高在柳屯站附近維持了約50 min；22:36該回波東南移至文留站附近，直到23:24濮陽縣東北部王稱固站最后一次出現(xiàn)15.0 km的回波頂高為止。20:06-23:24,對流單體最大回波頂高維持在14.0 km以上。整個強降水區(qū)域回波頂高在10.0 km以上，最大回波頂高在14.0 km以上，強盛時達16.0 km。最大回波頂高與衛(wèi)星云圖上最低云頂亮溫位置相吻合。分析對應降水實況可知，人民辦站、龍源站和柳屯站最大回波頂高出現(xiàn)時刻均超前于最大小時雨強出現(xiàn)的時刻。

由以上分析可以看出，過程前期受對流多單體影響，后期由于濮陽市區(qū)到濮陽縣北部不斷有中γ尺度新生對流單體與帶狀對流多單體合并加強形成中β強團狀對流多單體且移動緩慢，在濮陽市中部長時間滯留并持續(xù)影響，造成多頻次、高效率對流性強降水，造成濮陽市區(qū)及周邊特大暴雨。

6 結(jié)論與討論

本文利用多種觀測資料，對2021年“6·13”濮陽特大暴雨過程的中尺度特征及成因和大氣層結(jié)、環(huán)境物理量特征進行了綜合分析，揭示了一些觀測事實，得到以下幾點主要結(jié)論：

(1)“6·13”特大暴雨過程是500 hPa低槽、700 hPa和850 hPa暖切變線及地面中尺度輻合線等系統(tǒng)共同影響所致。500 hPa低槽攜帶冷空氣東移、與700 hPa和850 hPa暖切變線共同為強降水提供動力條件；暖切變線兩側(cè)的西南和東南氣流在濮陽市匯合，提供了水汽和不穩(wěn)定能量，位于濮陽市的地面中尺度輻合線、輻合區(qū)起到觸發(fā)、維持和加強對流的作用。

(2)深厚的濕層和偏高的整層可降水量、偏低的抬升凝結(jié)高度和自由對流高度、極不穩(wěn)定的大氣層結(jié)、中層較大的垂直風切變，為濮陽市對流性高效率強降水提供了有利的環(huán)境條件。

(3)強降水發(fā)生在地面中尺度輻合線北側(cè)東北氣流中或人字形輻合線頂部氣旋曲率最大處及右前方的東南氣流大值區(qū)，中尺度輻合線、輻合區(qū)的存在使濮陽市區(qū)成為對流云團的觸發(fā)和加強區(qū)域。衛(wèi)星云圖上濮陽市區(qū)及上游不斷有小塊對流云單體生成，并在緩慢東移中，強烈發(fā)展成新對流云團。由于新對流云團的不斷補充，使該地區(qū)對流云團不斷發(fā)展壯大，進而形成β中尺度對流系統(tǒng)，并在濮陽市區(qū)持續(xù)影響4 h。強降水位于β中尺度對流系統(tǒng)后部云頂亮溫大梯度區(qū)。

(4)雷達回波顯示，過程前期受中γ尺度對流單體或中β尺度對流多單體影響，后期是由于本地不斷有中γ尺度新生對流單體與帶狀對流多單體合并加強，形成中β尺度團狀對流多單體，并滯留在濮陽市中部，前后持續(xù)影響約4 h，造成多頻次、高效率對流性強降水，形成特大暴雨。

此次天氣過程河南降水分布極不均勻，僅在濮陽市、南陽市、周口市和商丘市出現(xiàn)局地暴雨、大暴雨，尤其是濮陽縣出現(xiàn)了極端、超歷史同期極值的強降水。數(shù)值模式對局地強降水預報能力非常有限，預報員也很難把握其具體落區(qū)和量級，極端強降水是日常預報業(yè)務中的難點。本文主要對極端強降水的中尺度特征及成因和環(huán)境條件等進行初步分析，極端暴雨的形成機理還需要深入研究。通過數(shù)值模擬、診斷分析等技術手段可進一步揭示極端暴雨的成因，從而提高對此類暴雨的認識。預報業(yè)務中可通過相似個例研究其共同特征，局地暴雨、大暴雨和特大暴雨等中尺度指標分析，也是今后需要加強研究的內(nèi)容之一。