摘 要：對(duì)2011—2020年冀中平原暴雨天氣過(guò)程進(jìn)行研究，著重分析了中小尺度天氣系統(tǒng)的特點(diǎn)和雷達(dá)回波特征。結(jié)果表明：冀中平原暴雨與中小尺度系統(tǒng)直接相關(guān)，地面輻合線、中尺度切變線、中尺度低壓是冀中平原暴雨最常見的中小尺度系統(tǒng)。根據(jù)850、700 hPa切變線或槽線與急流軸的距離，中小尺度系統(tǒng)在雷達(dá)回波圖上表現(xiàn)為兩種形式：一種是切變線或槽線位置偏北，與低空急流中心軸的位置相距較遠(yuǎn)，在雷達(dá)上表現(xiàn)為局地發(fā)展少動(dòng)的強(qiáng)雷暴群；另一種是切變線或槽線位于河北省中南部，與西南（偏南）急流中心軸相距500 km以內(nèi)，在雷達(dá)上表現(xiàn)為片狀或帶狀的中尺度強(qiáng)回波帶。

關(guān)鍵詞：暴雨；中小尺度系統(tǒng)；特征分析；冀中平原

中圖分類號(hào)：P458.121.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2024）07–0-03

冀中平原位于河北省中部，是華北平原的一部分，暴雨是冀中平原夏季的主要災(zāi)害性天氣之一[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，冀中平原發(fā)生多次區(qū)域性暴雨、大暴雨天氣，其中影響較大的有2012年“7·21”特大暴雨、2016年“7·19”暴雨及2023年由臺(tái)風(fēng)“杜蘇芮”北上導(dǎo)致的極端大暴雨天氣。這些均造成了嚴(yán)重的城市內(nèi)澇和農(nóng)業(yè)損失，甚至導(dǎo)致了人員傷亡，嚴(yán)重阻礙了經(jīng)濟(jì)發(fā)展與社會(huì)進(jìn)步。

研究表明，無(wú)論是區(qū)域性暴雨還是局地暴雨，其發(fā)生發(fā)展與中小尺度系統(tǒng)有著不可分割的關(guān)系，中小尺度天氣系統(tǒng)往往是導(dǎo)致暴雨發(fā)生的直接影響系統(tǒng)[2-4]。

針對(duì)中小系統(tǒng)和暴雨的關(guān)系，氣象學(xué)者從不同角度進(jìn)行了研究，龔琬丁等[5]對(duì)2020年7月山東半島一次暴雨天氣過(guò)程進(jìn)行分析，利用天氣預(yù)報(bào)模式（The Weather Research and Forecasting Model，WRF）進(jìn)行數(shù)值模擬，發(fā)現(xiàn)此次過(guò)程伴隨典型的中尺度低渦流場(chǎng)分布，最終導(dǎo)致了此次極端暴雨天氣；陳碧瑩、閔錦忠[6]對(duì)2016年“7·19”暴雨進(jìn)行模擬研究，發(fā)現(xiàn)中尺度系統(tǒng)對(duì)低層輻合中心的影響最大；段麗等[7]通過(guò)多種觀測(cè)資料分析北京夏季2次暴雨過(guò)程，結(jié)果表明2次暴雨過(guò)程均明顯受到中尺度系統(tǒng)的影響。

然而，上述研究大多局限于單次或者局地暴雨過(guò)程中的中小尺度系統(tǒng)發(fā)展特征及成因，且針對(duì)冀中平原地區(qū)的研究較少?；诖?，對(duì)2010—2020年冀中平原的典型暴雨天氣過(guò)程的中小尺度天氣系統(tǒng)進(jìn)行深入分析和研究，以期獲得可應(yīng)用于冀中平原地區(qū)的暴雨短臨預(yù)報(bào)指標(biāo)，為提高暴雨預(yù)報(bào)預(yù)警準(zhǔn)確率作出貢獻(xiàn)。

1 資料與方法

選取冀中平原區(qū)域內(nèi)的廊坊市全境、保定市東部地區(qū)（涿州市、高碑店市、徐水區(qū)、高陽(yáng)縣、安新縣、蠡縣等）、雄安新區(qū)及滄州西部（河間市、獻(xiàn)縣、任丘市、肅寧縣）共計(jì)25個(gè)國(guó)家氣象觀測(cè)站的氣象資料。

研究案例的選擇標(biāo)準(zhǔn)：2011—2020年冀中平原地區(qū)至少3個(gè)相鄰國(guó)家氣象觀測(cè)站日降水量≥50 mm。

2 過(guò)程概況與環(huán)流背景分析

統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，2011—2020年冀中平原共出現(xiàn)24次暴雨天氣過(guò)程，其基本概況見表1。在24次暴雨天氣過(guò)程中，暴雨站次在6～10站次之間的有9個(gè)，占比37.5%，暴雨站次為1～5站次之間的有5個(gè)，暴雨站次在11～15站次之間的有5個(gè)，暴雨站次超過(guò)15的有5個(gè)。

此外，從年份分布來(lái)看，除2015年未出現(xiàn)暴雨，其他年份冀中平原地區(qū)暴雨次數(shù)均≥2次，其中2013年暴雨次數(shù)最多，為4次。值得注意的是，暴雨過(guò)程更易出現(xiàn)在7、8月，尤其集中在7月下旬，除2017年10月9日，其他年份均伴有短時(shí)強(qiáng)降水。

3 冀中平原暴雨中小尺度系統(tǒng)分析

研究表明，一次暴雨天氣過(guò)程的降水量并非由一次連續(xù)降水組成，而是在大尺度環(huán)流背景影響下，主要由中小尺度對(duì)流系統(tǒng)不斷生成和移動(dòng)導(dǎo)致的[8-9]。因此，中小尺度系統(tǒng)在冀中平原暴雨過(guò)程中的作用具有重要意義，常見的中小尺度系統(tǒng)包括中尺度低壓、氣旋性輻合中心、輻合線和切變線等。

根據(jù)暴雨過(guò)程中出現(xiàn)中小尺度系統(tǒng)的個(gè)數(shù)，對(duì)2011—2020年冀中平原天氣過(guò)程中出現(xiàn)的中小尺度系統(tǒng)進(jìn)行分類，分別是Ⅰ類（受單個(gè)中小尺度系統(tǒng)影響）、Ⅱ類（受2個(gè)中小尺度系統(tǒng)影響）、Ⅲ類（受3個(gè)中小尺度系統(tǒng)影響）。

分析發(fā)現(xiàn)，在2011—2020年冀中平原暴雨天氣過(guò)程中，Ⅱ類的過(guò)程數(shù)量最多，為14個(gè)，占比超過(guò)50%；Ⅲ類的過(guò)程數(shù)量最少，僅有3個(gè)。此外，所有的暴雨天氣過(guò)程均出現(xiàn)了地面輻合線（中尺度輻合線），地面輻合線是指溫度、濕度的氣流輻合線，包括邊界層冷鋒、露點(diǎn)鋒、海風(fēng)鋒及雷暴的出流邊界（陣風(fēng)鋒）等[10-13]。研究表明中尺度輻合線是風(fēng)暴發(fā)生發(fā)展的動(dòng)力條件之一，且大多數(shù)風(fēng)暴都起源于邊界層輻合線附近，此處的大氣垂直層結(jié)有利于對(duì)流發(fā)展，易生成風(fēng)暴[14-15]。

借鑒馮晉勤等[16]在分析福建暴雨雷達(dá)回波特征和中小尺度系統(tǒng)分析時(shí)的方法，利用雷達(dá)回波資料，結(jié)合850、700 hPa天氣系統(tǒng)，對(duì)24個(gè)暴雨過(guò)程進(jìn)行中小尺度系統(tǒng)分析，并根據(jù)對(duì)流系統(tǒng)的組織發(fā)展情況對(duì)其發(fā)展演變趨勢(shì)做出判斷，為暴雨預(yù)報(bào)提供參考依據(jù)。

在冀中平原暴雨的環(huán)流配置中發(fā)現(xiàn)，暴雨發(fā)生時(shí)，其850、700 hPa處存在切變線或槽線，同時(shí)，在低空切變或槽南側(cè)常有偏南風(fēng)或西南風(fēng)低空急流與之配合。根據(jù)切變線或槽線與急流軸的位置距離的差異，以及切變或槽線在發(fā)展過(guò)程中的強(qiáng)度變化，其在雷達(dá)平面顯示器上主要表現(xiàn)為兩種形式。

第一種形式，切變線或槽位置偏北，位于河北省北部，與低空急流中心軸的位置相距較遠(yuǎn)，距離＞500 km，切變線在東移南壓的過(guò)程中受南面副熱帶高壓的影響，移動(dòng)緩慢或停滯。這種天氣形勢(shì)下，在切變線附近或在切變線南端西南急流左側(cè)，午后常常觸發(fā)中-γ尺度天氣系統(tǒng)，并迅速發(fā)展成為中-β尺度的雷暴群，在徑向速度圖上顯示該切變或輻合線附近有逆風(fēng)區(qū)、中氣旋或小尺度的輻合、輻散（圖1），此時(shí)，強(qiáng)雷暴的垂直伸展高度一般＞12 km，反射率因子剖面上能看到明顯的“穹隆”。

此外，降水時(shí)常伴有短時(shí)大風(fēng)等強(qiáng)對(duì)流天氣，在強(qiáng)回波帶附近易形成短時(shí)暴雨，這種類型下的中小尺度系統(tǒng)維持時(shí)間一般較短，造成的短時(shí)暴雨尺度和范圍也相對(duì)較小。

第二種形式是切變線或槽線位于河北省中南部，也就是冀中平原一帶，與西南（偏南）急流中心軸相距500 km以內(nèi)。切變線在移動(dòng)過(guò)程中，其前沿、急流軸的左側(cè)易形成中尺度強(qiáng)回波帶，回波帶的走向與切變線走向一致。在雷達(dá)平面顯示器上反映為層云和積云混合降水回波，回波強(qiáng)度在30～50 dBz，有密實(shí)的片絮狀結(jié)構(gòu)，由多個(gè)雷暴單體組成，垂直伸展高度一般≤12 km。徑向速度場(chǎng)主要表現(xiàn)為大面積入流速度和出流速度，零速度線呈“S”形，低層為東風(fēng)，高層為東南風(fēng)，存在明顯的暖平流。

以2020年8月23—24日暴雨過(guò)程為例，從反射率剖面圖上看（圖2），降水強(qiáng)回波主要集中在低層，＞45 dBz的強(qiáng)回波距地＜6 km，密度大，質(zhì)心位置較低。同時(shí)，云體的主要部分在0 ℃層以下，為熱帶海洋型降水，降水效率高，同時(shí)在地面輻合線附近，不斷有較強(qiáng)的回波新生，呈東北—西南走向片狀分布，其走向與引導(dǎo)氣流一致，向東北方向移動(dòng)，形成列車效應(yīng)，不斷影響高碑店市、固安縣、永清縣、廊坊市等地，其中永清國(guó)家氣象站最大雨強(qiáng)為71.7 mm/h。這種類型下的中小尺度系統(tǒng)造成的降水時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，易造成區(qū)域性暴雨天氣。

4 結(jié)論

（1）冀中平原地區(qū)幾乎每年都會(huì)出現(xiàn)2～3次3個(gè)相鄰國(guó)家氣象觀測(cè)站以上的暴雨天氣，其主要影響系統(tǒng)為副熱帶高壓、高空槽、低空急流、切變線和地面低壓等。

（2）所有暴雨過(guò)程均受到中小尺度過(guò)程的影響，多數(shù)過(guò)程出現(xiàn)了2種以上中小尺度系統(tǒng)，地面輻合線、中尺度切變線、中尺度低壓是冀中平原暴雨最常見的中小尺度系統(tǒng)。

（3）根據(jù)850、700 hPa切變線或槽線和急流的位置變化，中小尺度系統(tǒng)在雷達(dá)回波圖上表現(xiàn)為2種形式：一種是切變線或槽線位置偏北，與低空急流中心軸的位置相距較遠(yuǎn)，在回波上表現(xiàn)為局地發(fā)展少動(dòng)的強(qiáng)雷暴群；另一種是與急流中心軸距離相對(duì)較近，在回波上表現(xiàn)為片狀或帶狀的中尺度強(qiáng)回波帶。

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