2012年山西中南部首場暴雨中尺度特征分析

李冬梅+苗愛梅+劉婉莉+褚紅瑞+崔鵬飛

摘 要：利用常規氣象觀測資料、地面加密自動站資料、衛星云圖資料和雷達資料，對2012-07相似環流背景下降水量級差異甚大的兩次過程進行對比分析，結果表明，兩次降水過程雖然環流背景相似，但中低層中尺度觸發系統存在明顯的差異；2012-07-08山西中南部首場暴雨天氣是由中尺度切變線、中尺度渦旋造成，暴雨時空分布具有β中尺度特征。8時700 hPa中尺度切變線生成，切變線南側低空急流加強，使低層抬升輻合加強，產生對流云團；與500 hPa短波槽云系結合，影響山西中南部臨汾、晉中、長治出現暴雨天氣。20時850 hPa中尺度渦旋生成，700 hPa中層冷平流侵入和風的垂直切變加強，產生中尺度對流系統，影響山西南部運城、晉城出現大暴雨天氣。

關鍵詞：暴雨；雨情特征；中尺度特征；成因分析

中圖分類號：P458.1+ 21.1 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）02-0146-02

暴雨天氣是在一定環流形勢下，由天氣尺度系統中的中尺度系統直接造成，Orlanski將水平尺度為20～200 km、時間尺度在幾十分鐘到十幾小時的天氣系統劃分為“中尺度系統”，壽紹文等將鑲嵌在大尺度急流上的強風速段通稱為中尺度急流，苗愛梅等對山西暴雨過程中MCC與一般暴雨云團進行對比分析。2012-07-06的20時至2012-07-09的8時，500 hPa中緯度為東高西低型，700 hPa山西中南部一直有低槽、切變線存在，6日20時500 hPa短波槽東移，山西中南部僅出現陣雨天氣，8日08時500 hPa短波槽再次東移，造成山西中南部區域性暴雨天氣。相似環流背景條件下降水量級為何差異甚大？什么情況下可以起報暴雨預警？落區又在哪里？試圖應用常規和非常規監測資料，通過對中尺度天氣分析來研究其成因，為減免暴雨的空報、漏報積累經驗。

1 雨情特征分析

2012-07-08的8時至2012- 07-09的8時，山西中南部出現區域性暴雨天氣（圖1），其中10個縣級氣象站雨量達到50 mm以上，127個區域自動站雨量達到50 mm以上，5個區域自動站雨量達到100 mm以上。縣級測站最大降水量為晉中靈石80.2 mm，臨汾大寧72.2 mm，運城河津62.5 mm；區域站最大降水量為晉城市的蟒河景區146 mm，其次為垣曲長直鄉134.6 mm。

通過對暴雨中心逐小時降雨量（圖2）進行分析可知，晉中靈石、臨汾大寧雨量呈雙峰型，以混合性降雨為主，最大雨強為10.6～14.9 mm·h-1，3 h最大降水量為30.6～37.5 mm；強降水出現時間在8日10—17時，強降水持續時間較長；運城河津雨量呈單峰型，以對流性降雨為主，最大雨強為25 mm·h-1，強降水時間在8日21—23時，持續時間較短。

暴雨落區主要分布在山西中南部的臨汾、晉中、長治、運城和晉城，水平尺度200 km。降水時間集中，3～8 h內降水量達到50 mm，具有明顯的β中尺度特征。

2 環流背景和中尺度特征分析

2012-07-06的20時至2012-07-09的8時，500 hPa歐亞范圍為東高西低型。500 hPa副熱帶高壓與西風帶高壓脊同位相疊加，在我國東北—華北—長江下游維持暖高壓脊，西西伯利亞—貝加爾湖為寬廣低壓，低壓底部河西走廊（103° E）不斷分裂冷空氣東移，700 hPa山西中南部一直有低槽、切變線存在，高溫高濕條件滿足。2012-07-06的20時至2012-07-07的20時500 hPa短波槽東移僅造成山西中南部的陣雨天氣，而2012-07-08的8時至2012-07-09的8時，500 hPa短波槽再次東移卻造成山西中南部區域性的暴雨天氣。相似環流背景條件下暴雨天氣何時出現為此次預報的難點，通過對兩次短波槽過程的對比分析發現，8日中尺度系統生成、發展是導致中南部出現暴雨的主要原因。

晉中靈石

臨汾大寧 運城河津

圖2 暴雨中心逐小時雨量

2012-07-06的20時，500 hPa東高西低形勢建立（圖3A），貝加爾湖有低槽東移，并且槽分為南北兩支，南支槽位于107°E，超前于700 hPa位于105° E的低槽，動力條件易觸發不穩定天氣，但850 hPa切變線位于33° N，山西南部處于弱的反氣旋區，低層輻合條件差，此次過程由于高低空配置不好，動力觸發條件由強變弱，山西中南部僅出現陣雨天氣。

2012-07-08的8時，500 hPa東高西低形勢繼續維持，副高584 dgmp北抬，貝加爾湖低壓底部河西走廊（103° E）有短波槽生成，槽后24 h最大變溫為-4 ℃，700 hPa陜西中部—山西南部有切變線維持（圖3B），南側有一支10～12 m·s-1的西南急流，至漢中、安康2站時風速迅速增大到16 m·s-1，增加了風速脈動和水汽輸送。在急流頭前側的延安和西安存在西南風與東南風間尺度較小的中尺度暖切變線，隨著500 hPa高空槽東移，動力抬升條件增強，10時山西中南部開始降水。中尺度切變線的生成時間較暴雨開始時間有3 h的提前量。

07-08的20時，500 hPa短波槽東移加強（圖3C），中層700 hPa切變線在山西中南部維持，但切變線北側的延安站由08時2 m·s-1的東南風轉為10 m·s-1的偏北風，中層冷平流加強，同時850～500 hPa存在6 m·s-1的垂直風切變，500 hPa與850 hPaθse差值為-11℃，有利于強對流發展。850 hPa山西南部存在東北風與西南風的冷式切變線，在850 hPa低空急流左側河南西部存在西南風—東南風—東北風的氣旋式渦旋，具有中尺度特征，水汽通量散度值達到-42×10-8（g·cm-2·hPa-1·s-1），低層輻合加強，中層冷空氣入侵使山西南部強對流發展，造成運城河津出現短時暴雨，垣曲和晉城南部5個區域自動站出現100 mm以上的大暴雨天氣。endprint

A B C

圖3 2012-07-06的20時，500 hPa高度場+850 hPa風場+高低空系統配置（A），2012-07-08的8時中尺度系統分析（B），2012-07-08的20時中尺度系統分析（C）

3 衛星云圖分析

分析2012-07-08FY-2D衛星云圖（圖4），9：45 500 hPa高空槽云系A東移，由于08時700 hPa西南急流加強，在中尺度切變線附近的延安、西安間有對流云團C生成并東移，造成臨汾大寧10—12時降水30.6 mm，15：45高空槽云系A東移與對流云團C合并加強，其上有多個對流云團發展，云頂TBB為-48℃，具有β中尺度特征，造成晉中靈石16—18時降水37.5mm。20：15高空槽云系減弱，但槽后冷平流加強，在850 hPa切變線附近新的對流云團E在運城河津發展并加強，造成河津21—23時降水52 mm，同時在低空急流左側850 hPa中尺度渦旋區有低渦云團F在河南境內發展，云頂TBB為-52℃，23：15對流云團E 與F合并為具有β中尺度特征的對流系統，造成垣曲長直鄉和晉城5個區域自動站出現100 mm以上大暴雨天氣。

9：45 15：45 20：15 23：15

圖4 2012-07-08 FY-2D衛星云圖

通過對衛星云圖演變分析得出，造成山西臨汾大寧、晉中靈石和長治出現暴雨的天氣為一般暴雨云團，由500 hPa高空槽云系、700 hPa中尺度切變線云團共同作用；造成山西南部運城（河津、垣曲長直鄉）、晉城（蟒河景區）出現大暴雨天氣的為中尺度對流系統，它是由低空急流左側的渦旋云團和850 hPa低層切變線上對流云團合并加強為中尺度對流復合體造成的強降水。

4 雷達回波分析

造成山西南部出現暴雨天氣的原因在雷達回波上表現為兩個回波帶（圖5）。20：12在運城西北側帶狀回波與衛星云圖20：15的E對流云團相對應，中間有多個γ尺度的強回波中心，中心最大強度為45 dbz，回波頂高3.6 km，帶狀回波移動緩慢；運城東南部垣曲有γ尺度對流單體生成，由于垣曲地形呈喇叭形，三面由中條山包圍，因此對流云團穩定、少動并不斷增強，23時中心強度達到50 dbz，回波頂高5.8 km，與衛星云圖23：15的渦旋云團F相對應，對流回波高度低、強度強，以強降水天氣為主。

圖5 2012-07-08三門峽多普勒雷達CR圖

5 結論與討論

在相似環流背景下，中低層中尺度系統與觸發系統的差異是兩次過程降水量級存在明顯差異的主要原因。

2012-07-08，山西中南部暴雨具有β中尺度特征，700 hPa中尺度切變線、850 hPa中尺度渦旋是產生此次暴雨天氣的主要原因。

700 hPa中尺度切變線東南側低空急流加強，增加了風速脈動和水汽輻合，在切變線附近產生強對流云團C。

由于低空急流的非地轉特性，在850 hPa低空急流左前方有中尺度渦旋生成，在衛星云圖上有渦旋云系F生成、發展。

影響臨汾、晉中、長治暴雨天氣的為一般暴雨云團，由500 hPa高空槽云系、700 hPa中尺度切變線產生的對流云團組成。影響運城、晉城大暴雨天氣的為中尺度對流系統，由低空急流左側的渦旋云團和850 hPa低層切變線上的對流云團合并而成。

參考文獻

[1]王亦平，陸維松，潘益農，等.淮河流域東北部一次異常特大暴雨為數值模擬研究Ⅰ：結果檢驗和β中尺度對流系統的特征分析[J].氣象學報，2008，66（2）：167-176.

[2]壽紹文，勵申申，壽亦萱，等.中尺度氣象學[M].北京：氣象出版社，2009.

[3]苗愛梅，董春卿，張紅雨，等.“0811”暴雨過程中MCC與一般暴雨云團對比分析[J].高原氣象，2012，31（3）：731-744.

[4]孫繼松，何娜，王國榮，等.“7.21”北京大暴雨系統的結構演變特征及成因初探[J].暴雨災害，2012，31（3）：218-225.

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作者簡介：李冬梅（1964—），女，山西萬榮縣人，副研高級工程師，1983年畢業于北京氣象專科學校。

〔編輯：白潔〕

Central and Southern Shanxi Province in 2012 the first Analysis of

Characteristics of Mesoscale Heavy Rain

Li Dongmei， Miao Aimei， Liu Wanli， Chu Hongrui， Cui Pengfei

Abstract： By using conventional meteorological observation data， the ground encryption automatic station data， satellite cloud images and radar data， circulation background falling of water level in the 2012-07 great differences between the two processes were analyzed， the results show that the precipitation process twice although similar circulation background， but there are obvious differences in lower mesoscale triggering system； The 2012-07-08 central and southern Shanxi Province is the first heavy rain is caused by the mesoscale shear line， the mesoscale vortex， beta mesoscale characteristics of time and space distribution of rainstorm. At 8 700 hPa mesoscale shear line， south low level jet strengthening shear line， to reinforce lower uplift convergence， produce the convective cloud cluster； Combine with 500 hPa shortwave channel structures， affected central and southern Shanxi， Linfen， Jinzhong， Changzhi heavy rain weather. 20， the formation of the mesoscale vortex 850 hPa during 850 hPa middle cold advection intrusion and wind vertical shear strengthening， produce the mesoscale convective system， affect southern Shanxi Yuncheng， Jincheng appear heavy storm weather.

Key words： heavy rain； rainfall regime characteristic； mesoscale characteristic； cause analysisendprint

A B C

圖3 2012-07-06的20時，500 hPa高度場+850 hPa風場+高低空系統配置（A），2012-07-08的8時中尺度系統分析（B），2012-07-08的20時中尺度系統分析（C）

3 衛星云圖分析

分析2012-07-08FY-2D衛星云圖（圖4），9：45 500 hPa高空槽云系A東移，由于08時700 hPa西南急流加強，在中尺度切變線附近的延安、西安間有對流云團C生成并東移，造成臨汾大寧10—12時降水30.6 mm，15：45高空槽云系A東移與對流云團C合并加強，其上有多個對流云團發展，云頂TBB為-48℃，具有β中尺度特征，造成晉中靈石16—18時降水37.5mm。20：15高空槽云系減弱，但槽后冷平流加強，在850 hPa切變線附近新的對流云團E在運城河津發展并加強，造成河津21—23時降水52 mm，同時在低空急流左側850 hPa中尺度渦旋區有低渦云團F在河南境內發展，云頂TBB為-52℃，23：15對流云團E 與F合并為具有β中尺度特征的對流系統，造成垣曲長直鄉和晉城5個區域自動站出現100 mm以上大暴雨天氣。

9：45 15：45 20：15 23：15

圖4 2012-07-08 FY-2D衛星云圖

通過對衛星云圖演變分析得出，造成山西臨汾大寧、晉中靈石和長治出現暴雨的天氣為一般暴雨云團，由500 hPa高空槽云系、700 hPa中尺度切變線云團共同作用；造成山西南部運城（河津、垣曲長直鄉）、晉城（蟒河景區）出現大暴雨天氣的為中尺度對流系統，它是由低空急流左側的渦旋云團和850 hPa低層切變線上對流云團合并加強為中尺度對流復合體造成的強降水。

4 雷達回波分析

造成山西南部出現暴雨天氣的原因在雷達回波上表現為兩個回波帶（圖5）。20：12在運城西北側帶狀回波與衛星云圖20：15的E對流云團相對應，中間有多個γ尺度的強回波中心，中心最大強度為45 dbz，回波頂高3.6 km，帶狀回波移動緩慢；運城東南部垣曲有γ尺度對流單體生成，由于垣曲地形呈喇叭形，三面由中條山包圍，因此對流云團穩定、少動并不斷增強，23時中心強度達到50 dbz，回波頂高5.8 km，與衛星云圖23：15的渦旋云團F相對應，對流回波高度低、強度強，以強降水天氣為主。

圖5 2012-07-08三門峽多普勒雷達CR圖

5 結論與討論

在相似環流背景下，中低層中尺度系統與觸發系統的差異是兩次過程降水量級存在明顯差異的主要原因。

2012-07-08，山西中南部暴雨具有β中尺度特征，700 hPa中尺度切變線、850 hPa中尺度渦旋是產生此次暴雨天氣的主要原因。

700 hPa中尺度切變線東南側低空急流加強，增加了風速脈動和水汽輻合，在切變線附近產生強對流云團C。

由于低空急流的非地轉特性，在850 hPa低空急流左前方有中尺度渦旋生成，在衛星云圖上有渦旋云系F生成、發展。

影響臨汾、晉中、長治暴雨天氣的為一般暴雨云團，由500 hPa高空槽云系、700 hPa中尺度切變線產生的對流云團組成。影響運城、晉城大暴雨天氣的為中尺度對流系統，由低空急流左側的渦旋云團和850 hPa低層切變線上的對流云團合并而成。

參考文獻

[1]王亦平，陸維松，潘益農，等.淮河流域東北部一次異常特大暴雨為數值模擬研究Ⅰ：結果檢驗和β中尺度對流系統的特征分析[J].氣象學報，2008，66（2）：167-176.

[2]壽紹文，勵申申，壽亦萱，等.中尺度氣象學[M].北京：氣象出版社，2009.

[3]苗愛梅，董春卿，張紅雨，等.“0811”暴雨過程中MCC與一般暴雨云團對比分析[J].高原氣象，2012，31（3）：731-744.

[4]孫繼松，何娜，王國榮，等.“7.21”北京大暴雨系統的結構演變特征及成因初探[J].暴雨災害，2012，31（3）：218-225.

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作者簡介：李冬梅（1964—），女，山西萬榮縣人，副研高級工程師，1983年畢業于北京氣象專科學校。

〔編輯：白潔〕

Central and Southern Shanxi Province in 2012 the first Analysis of

Characteristics of Mesoscale Heavy Rain

Li Dongmei， Miao Aimei， Liu Wanli， Chu Hongrui， Cui Pengfei

Abstract： By using conventional meteorological observation data， the ground encryption automatic station data， satellite cloud images and radar data， circulation background falling of water level in the 2012-07 great differences between the two processes were analyzed， the results show that the precipitation process twice although similar circulation background， but there are obvious differences in lower mesoscale triggering system； The 2012-07-08 central and southern Shanxi Province is the first heavy rain is caused by the mesoscale shear line， the mesoscale vortex， beta mesoscale characteristics of time and space distribution of rainstorm. At 8 700 hPa mesoscale shear line， south low level jet strengthening shear line， to reinforce lower uplift convergence， produce the convective cloud cluster； Combine with 500 hPa shortwave channel structures， affected central and southern Shanxi， Linfen， Jinzhong， Changzhi heavy rain weather. 20， the formation of the mesoscale vortex 850 hPa during 850 hPa middle cold advection intrusion and wind vertical shear strengthening， produce the mesoscale convective system， affect southern Shanxi Yuncheng， Jincheng appear heavy storm weather.

Key words： heavy rain； rainfall regime characteristic； mesoscale characteristic； cause analysisendprint

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圖3 2012-07-06的20時，500 hPa高度場+850 hPa風場+高低空系統配置（A），2012-07-08的8時中尺度系統分析（B），2012-07-08的20時中尺度系統分析（C）

3 衛星云圖分析

分析2012-07-08FY-2D衛星云圖（圖4），9：45 500 hPa高空槽云系A東移，由于08時700 hPa西南急流加強，在中尺度切變線附近的延安、西安間有對流云團C生成并東移，造成臨汾大寧10—12時降水30.6 mm，15：45高空槽云系A東移與對流云團C合并加強，其上有多個對流云團發展，云頂TBB為-48℃，具有β中尺度特征，造成晉中靈石16—18時降水37.5mm。20：15高空槽云系減弱，但槽后冷平流加強，在850 hPa切變線附近新的對流云團E在運城河津發展并加強，造成河津21—23時降水52 mm，同時在低空急流左側850 hPa中尺度渦旋區有低渦云團F在河南境內發展，云頂TBB為-52℃，23：15對流云團E 與F合并為具有β中尺度特征的對流系統，造成垣曲長直鄉和晉城5個區域自動站出現100 mm以上大暴雨天氣。

9：45 15：45 20：15 23：15

圖4 2012-07-08 FY-2D衛星云圖

通過對衛星云圖演變分析得出，造成山西臨汾大寧、晉中靈石和長治出現暴雨的天氣為一般暴雨云團，由500 hPa高空槽云系、700 hPa中尺度切變線云團共同作用；造成山西南部運城（河津、垣曲長直鄉）、晉城（蟒河景區）出現大暴雨天氣的為中尺度對流系統，它是由低空急流左側的渦旋云團和850 hPa低層切變線上對流云團合并加強為中尺度對流復合體造成的強降水。

4 雷達回波分析

造成山西南部出現暴雨天氣的原因在雷達回波上表現為兩個回波帶（圖5）。20：12在運城西北側帶狀回波與衛星云圖20：15的E對流云團相對應，中間有多個γ尺度的強回波中心，中心最大強度為45 dbz，回波頂高3.6 km，帶狀回波移動緩慢；運城東南部垣曲有γ尺度對流單體生成，由于垣曲地形呈喇叭形，三面由中條山包圍，因此對流云團穩定、少動并不斷增強，23時中心強度達到50 dbz，回波頂高5.8 km，與衛星云圖23：15的渦旋云團F相對應，對流回波高度低、強度強，以強降水天氣為主。

圖5 2012-07-08三門峽多普勒雷達CR圖

5 結論與討論

在相似環流背景下，中低層中尺度系統與觸發系統的差異是兩次過程降水量級存在明顯差異的主要原因。

2012-07-08，山西中南部暴雨具有β中尺度特征，700 hPa中尺度切變線、850 hPa中尺度渦旋是產生此次暴雨天氣的主要原因。

700 hPa中尺度切變線東南側低空急流加強，增加了風速脈動和水汽輻合，在切變線附近產生強對流云團C。

由于低空急流的非地轉特性，在850 hPa低空急流左前方有中尺度渦旋生成，在衛星云圖上有渦旋云系F生成、發展。

影響臨汾、晉中、長治暴雨天氣的為一般暴雨云團，由500 hPa高空槽云系、700 hPa中尺度切變線產生的對流云團組成。影響運城、晉城大暴雨天氣的為中尺度對流系統，由低空急流左側的渦旋云團和850 hPa低層切變線上的對流云團合并而成。

參考文獻

[1]王亦平，陸維松，潘益農，等.淮河流域東北部一次異常特大暴雨為數值模擬研究Ⅰ：結果檢驗和β中尺度對流系統的特征分析[J].氣象學報，2008，66（2）：167-176.

[2]壽紹文，勵申申，壽亦萱，等.中尺度氣象學[M].北京：氣象出版社，2009.

[3]苗愛梅，董春卿，張紅雨，等.“0811”暴雨過程中MCC與一般暴雨云團對比分析[J].高原氣象，2012，31（3）：731-744.

[4]孫繼松，何娜，王國榮，等.“7.21”北京大暴雨系統的結構演變特征及成因初探[J].暴雨災害，2012，31（3）：218-225.

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作者簡介：李冬梅（1964—），女，山西萬榮縣人，副研高級工程師，1983年畢業于北京氣象專科學校。

〔編輯：白潔〕

Central and Southern Shanxi Province in 2012 the first Analysis of

Characteristics of Mesoscale Heavy Rain

Li Dongmei， Miao Aimei， Liu Wanli， Chu Hongrui， Cui Pengfei

Abstract： By using conventional meteorological observation data， the ground encryption automatic station data， satellite cloud images and radar data， circulation background falling of water level in the 2012-07 great differences between the two processes were analyzed， the results show that the precipitation process twice although similar circulation background， but there are obvious differences in lower mesoscale triggering system； The 2012-07-08 central and southern Shanxi Province is the first heavy rain is caused by the mesoscale shear line， the mesoscale vortex， beta mesoscale characteristics of time and space distribution of rainstorm. At 8 700 hPa mesoscale shear line， south low level jet strengthening shear line， to reinforce lower uplift convergence， produce the convective cloud cluster； Combine with 500 hPa shortwave channel structures， affected central and southern Shanxi， Linfen， Jinzhong， Changzhi heavy rain weather. 20， the formation of the mesoscale vortex 850 hPa during 850 hPa middle cold advection intrusion and wind vertical shear strengthening， produce the mesoscale convective system， affect southern Shanxi Yuncheng， Jincheng appear heavy storm weather.

Key words： heavy rain； rainfall regime characteristic； mesoscale characteristic； cause analysisendprint