摘 要：對2011—2020年冀中平原暴雨天氣過程進行研究，著重分析了中小尺度天氣系統(tǒng)的特點和雷達回波特征。結果表明：冀中平原暴雨與中小尺度系統(tǒng)直接相關，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，在雷達上表現(xiàn)為局地發(fā)展少動的強雷暴群；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，在雷達上表現(xiàn)為片狀或帶狀的中尺度強回波帶。

關鍵詞：暴雨；中小尺度系統(tǒng)；特征分析；冀中平原

中圖分類號：P458.121.1 文獻標志碼：B 文章編號：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害性天氣之一[1]。據(jù)統(tǒng)計，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年由臺風“杜蘇芮”北上導致的極端大暴雨天氣。這些均造成了嚴重的城市內澇和農業(yè)損失，甚至導致了人員傷亡，嚴重阻礙了經(jīng)濟發(fā)展與社會進步。

研究表明，無論是區(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)有著不可分割的關系，中小尺度天氣系統(tǒng)往往是導致暴雨發(fā)生的直接影響系統(tǒng)[2-4]。

針對中小系統(tǒng)和暴雨的關系，氣象學者從不同角度進行了研究，龔琬丁等[5]對2020年7月山東半島一次暴雨天氣過程進行分析，利用天氣預報模式（The Weather Research and Forecasting Model，WRF）進行數(shù)值模擬，發(fā)現(xiàn)此次過程伴隨典型的中尺度低渦流場分布，最終導致了此次極端暴雨天氣；陳碧瑩、閔錦忠[6]對2016年“7·19”暴雨進行模擬研究，發(fā)現(xiàn)中尺度系統(tǒng)對低層輻合中心的影響最大；段麗等[7]通過多種觀測資料分析北京夏季2次暴雨過程，結果表明2次暴雨過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程中的中小尺度系統(tǒng)發(fā)展特征及成因，且針對冀中平原地區(qū)的研究較少?；诖耍瑢?010—2020年冀中平原的典型暴雨天氣過程的中小尺度天氣系統(tǒng)進行深入分析和研究，以期獲得可應用于冀中平原地區(qū)的暴雨短臨預報指標，為提高暴雨預報預警準確率作出貢獻。

1 資料與方法

選取冀中平原區(qū)域內的廊坊市全境、保定市東部地區(qū)（涿州市、高碑店市、徐水區(qū)、高陽縣、安新縣、蠡縣等）、雄安新區(qū)及滄州西部（河間市、獻縣、任丘市、肅寧縣）共計25個國家氣象觀測站的氣象資料。

研究案例的選擇標準：2011—2020年冀中平原地區(qū)至少3個相鄰國家氣象觀測站日降水量≥50 mm。

2 過程概況與環(huán)流背景分析

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

此外，從年份分布來看，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強降水。

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，主要由中小尺度對流系統(tǒng)不斷生成和移動導致的[8-9]。因此，中小尺度系統(tǒng)在冀中平原暴雨過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)暴雨過程中出現(xiàn)中小尺度系統(tǒng)的個數(shù)，對2011—2020年冀中平原天氣過程中出現(xiàn)的中小尺度系統(tǒng)進行分類，分別是Ⅰ類（受單個中小尺度系統(tǒng)影響）、Ⅱ類（受2個中小尺度系統(tǒng)影響）、Ⅲ類（受3個中小尺度系統(tǒng)影響）。

分析發(fā)現(xiàn)，在2011—2020年冀中平原暴雨天氣過程中，Ⅱ類的過程數(shù)量最多，為14個，占比超過50%；Ⅲ類的過程數(shù)量最少，僅有3個。此外，所有的暴雨天氣過程均出現(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、露點鋒、海風鋒及雷暴的出流邊界（陣風鋒）等[10-13]。研究表明中尺度輻合線是風暴發(fā)生發(fā)展的動力條件之一，且大多數(shù)風暴都起源于邊界層輻合線附近，此處的大氣垂直層結有利于對流發(fā)展，易生成風暴[14-15]。

借鑒馮晉勤等[16]在分析福建暴雨雷達回波特征和中小尺度系統(tǒng)分析時的方法，利用雷達回波資料，結合850、700 hPa天氣系統(tǒng)，對24個暴雨過程進行中小尺度系統(tǒng)分析，并根據(jù)對流系統(tǒng)的組織發(fā)展情況對其發(fā)展演變趨勢做出判斷，為暴雨預報提供參考依據(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，其850、700 hPa處存在切變線或槽線，同時，在低空切變或槽南側常有偏南風或西南風低空急流與之配合。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)展過程中的強度變化，其在雷達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，距離＞500 km，切變線在東移南壓的過程中受南面副熱帶高壓的影響，移動緩慢或停滯。這種天氣形勢下，在切變線附近或在切變線南端西南急流左側，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區(qū)、中氣旋或小尺度的輻合、輻散（圖1），此時，強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，降水時常伴有短時大風等強對流天氣，在強回波帶附近易形成短時暴雨，這種類型下的中小尺度系統(tǒng)維持時間一般較短，造成的短時暴雨尺度和范圍也相對較小。

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。切變線在移動過程中，其前沿、急流軸的左側易形成中尺度強回波帶，回波帶的走向與切變線走向一致。在雷達平面顯示器上反映為層云和積云混合降水回波，回波強度在30～50 dBz，有密實的片絮狀結構，由多個雷暴單體組成，垂直伸展高度一般≤12 km。徑向速度場主要表現(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，高層為東南風，存在明顯的暖平流。

以2020年8月23—24日暴雨過程為例，從反射率剖面圖上看（圖2），降水強回波主要集中在低層，＞45 dBz的強回波距地＜6 km，密度大，質心位置較低。同時，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，同時在地面輻合線附近，不斷有較強的回波新生，呈東北—西南走向片狀分布，其走向與引導氣流一致，向東北方向移動，形成列車效應，不斷影響高碑店市、固安縣、永清縣、廊坊市等地，其中永清國家氣象站最大雨強為71.7 mm/h。這種類型下的中小尺度系統(tǒng)造成的降水時間相對較長，易造成區(qū)域性暴雨天氣。

4 結論

（1）冀中平原地區(qū)幾乎每年都會出現(xiàn)2～3次3個相鄰國家氣象觀測站以上的暴雨天氣，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）所有暴雨過程均受到中小尺度過程的影響，多數(shù)過程出現(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，在回波上表現(xiàn)為局地發(fā)展少動的強雷暴群；另一種是與急流中心軸距離相對較近，在回波上表現(xiàn)為片狀或帶狀的中尺度強回波帶。

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