2015年7月18日子洲氣象站短時暴雨的中尺度特征分析

李曉利，嚴珠琴，康 磊，鄭榮玉，侯柯然

（1.榆林市氣象臺，陜西榆林 719000；2.樅陽縣氣象局，安徽安慶 246701；3.三明市氣象局，福建三明 365000）

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2015年7月18日子洲氣象站短時暴雨的中尺度特征分析

李曉利1，嚴珠琴2，康 磊1，鄭榮玉3，侯柯然1

（1.榆林市氣象臺，陜西榆林 719000；2.樅陽縣氣象局，安徽安慶 246701；3.三明市氣象局，福建三明 365000）

摘 要：利用常規觀測資料、天氣雷達資料對2015年7月18日子洲氣象站觀測到的短時暴雨從中尺度特征進行分析。結果表明:此次過程發生在“前傾槽”的形勢下，呈上干冷下暖濕的結構，為強對流天氣創造了有利的環境條件。強降水發生區位于850 hPa濕舌中，比濕達12 g·kg-1，中低層暖平流使層結不穩定度增強，為此次強對流天氣暴發提供了熱力不穩定條件，有利于強對流的發展和維持；地面輻合為強對流天氣提供了抬升和觸發機制。強對流發生前由正變溫轉為負變溫，氣象要素中尺度特征變化明顯，一小時變溫對中尺度天氣有較好的指示意義。雷達圖上表現為多個中小尺度單體陸續移動經過子洲，造成強降水天氣，組合反射率大于50 dBz回波與大于1.0 mm降水率有很好的對應關系，大的VIL值及其突變對強降水和冰雹有較強的指示作用。

關鍵詞：前傾槽；地面輻合；一小時變溫；垂直風切變

文獻著錄格式:李曉利，嚴珠琴，康磊，等.2015年7月18日子洲氣象站短時暴雨的中尺度特征分析［J］.浙江農業科學，2016，57 （6）: 922-926.

榆林市全年降水分布不均，主要降水集中在夏季，多短時強降水天氣。中小尺度系統是造成短時暴雨的直接影響系統，氣象工作者對暴雨天氣發生發展機理和預報方法的不斷研究取得了豐富的成果［1-5］，但對不同地區、不同季節和不同天氣背景下中尺度暴雨的觸發因素的認識還比較有限。中尺度暴雨由于強度大、突發性強，所造成的影響和損失越來越大。《現代天氣業務發展指導意見》指出，中尺度暴雨預報應逐步以天氣尺度分析為主轉換為天氣尺度與中尺度天氣分析相結合。本文以2015年7月18日子洲氣象站觀測到的短時暴雨為研究對象，對其開展中尺度的相關分析研究，為當地暴雨的短臨預警提供參考。

1 過程概況

2015年7月18日，榆林市大部分縣區出現強對流天氣，表現為短時雷暴、強降水及冰雹。最強天氣出現在子洲縣城，強降水出現時伴有冰雹，最大冰雹直徑10 mm，2 h降水量達114 mm（16: 00—17: 40），最大分鐘雨強達3.6 mm。但距子洲縣城最近的苗家坪鎮雨量僅為29 mm（圖1），可見此次強對流天氣局地性特征明顯，強度大、突發性強、歷時短、前兆性差，預報預警難度大，造成局地性山洪、城市內澇等災害。

圖1　2015年7月18日16：00—18：00的降水量分布

2 影響系統

2.1 環流背景

在強對流天氣發生前的18日08時，500 hPa槽線位于榆林與山西交界處，榆林處于槽后西北氣流中，伴有冷平流，其北部濕度較大，南部較干；700～850 hPa呼和浩特—榆林有一東北西南向切變線，切變線南側為西南氣流，延安站南風風速為10 m·s-1，河套附近濕度較大，低層的暖濕氣流為短時強降水提供了有利的水汽條件；850 hPa上河套西部有暖舌向河套北部伸展，在河套的東部形成500 hPa干冷平流與中低層暖濕氣流相疊置，這種上層干冷、低層暖濕的不穩定層結，非常有利于熱力不穩定的加強，為強對流的發生提供了熱力、動力條件以及啟動機制，同時“前傾槽”結構有利于對流層中低層垂直切變的維持。

2.2 中尺度系統

研究表明，中尺度系統是產生強降水的直接系統［6］。對18日8: 00天氣影響系統進行中尺度分析（圖2），河套東部整層大氣均為輻合型氣流，從低層到高層表現為輻合、切變、槽、氣旋性輻合環流，輻合區隨高度向右傾斜，這種“前傾槽”形勢為對流系統提供了非常有利的動力條件。

圖2　2015年7月18日8：00的中尺度系統

850 hPa榆林西北部大部露點溫度為10℃，榆林東部露點溫度為13℃，榆林南部延安到西安露點溫度為14～17℃，強降水發生區位于850 hPa濕舌中，比濕達12 g·kg-1，可見強降水區空氣含水量大，有利于其上空水汽的集聚，同時中低層西南氣流對水汽輸送補充起到重要作用，有利于強對流的發展和維持。強降水區上層干冷平流與低層暖濕平流相疊置，大氣不穩定層結明顯，該區域位于850 hPa與500 hPa溫度遞減率的高值舌內（兩層溫差25～28℃），為此次過程提供了不穩定條件，加之午后升溫迅速，不穩定能量增強，地面偏北風和偏南風形成的中尺度輻合線，為強對流天氣提供了觸發抬升機制。

2.3 高空要素

分析榆林附近太原站探空圖（圖3），18日8: 00 SI指數為-1.68℃，K指數為35℃，850 hPa 與500 hPa假相當位溫差為-12℃，對流有效位能為702.6 J·kg-1，說明有很強的不穩定能量存在。500 hPa以下為相對濕層，500 hPa以上為相對較干層，這種上干下濕的不穩定層結為強對流提供了有利條件，且濕層較厚，有利于水汽的集聚，從而有利于形成大降水。風矢端圖顯示，地面至700 hPa風隨高度順轉，說明地面至700 hPa有暖平流，中低層暖平流使層結不穩定度增強，為此次強對流天氣暴發提供了熱力不穩定條件，700～500 hPa風隨高度逆轉，有冷平流，冷暖平流的疊置非常有利于對流的發生。

圖3　2015年7月18日8：00的太原站探空

2.4 地面中尺度分析及要素

從地面流場（圖4）可以看出，11: 00—17: 00地面輻合區由西向東移動，在移動過程中由豎轉橫，并逐漸南壓，強降水區與輻合區有很好的對應關系，地面輻合為強對流天氣提供了抬升和觸發機制。

分析地面全風速場，14: 00子洲附近風速在1～3 m·s-1，17: 00增大到7 m·s-1，而周邊風速變化不大，可見子洲附近為高能聚集區，強對流天氣是在局地動力、熱力作用下產生的。

對子洲站地面要素（表1）進行分析，13: 00—14: 00為正變溫，15: 00—17: 00為負變溫，18: 00又為正變溫，16: 00—17: 00變溫幅度大，對應此時對流天氣強度大，強降水維持近2 h，18: 00強天氣結束，移出子洲。強天氣出現時氣壓突升，伴隨氣溫突降，中尺度特征明顯。在強天氣出現之前的15: 00出現負變溫，16: 00后出現強降水、冰雹等強天氣，說明一小時變溫對中尺度天氣有較好的指示意義。強對流出現前，地面露點溫度持續增大，均在10℃以上，底層的高能高濕為大降水提供了有利的動力條件，同時地面吹東南風，有暖平流，16: 00—17: 00轉為北風，表明有冷平流移入子洲，冷平流的入侵觸發了強對流天氣。

圖4　2015年7月18日11：00—17：00的地面流場

表1　子洲氣象站地面要素變化

3 中尺度系統雷達特征

多普勒天氣雷達資料不僅可反映強天氣的回波結構特征，還能在一定程度上反映流場結構特征，在強對流天氣研究分析中具有重要作用［7-8］。分析榆林新一代天氣雷達產品，從組合反射率（圖5）可以看出，15: 37子洲城區附近開始生成對流云回波，強度為30 dBz，2個體掃后迅速加強為60 dBz，強回波高度升展到7 km，并持續加強，范圍擴大。16: 01子洲站出現降水，降水強度持續增大，16: 08—16: 40出現冰雹，16: 26子洲西部有另一對流單體東移靠近，16: 38兩單體合并，移速較慢，大于50 dBz回波造成每分鐘大于1.0 mm的強降水，回波強度與降水率有很好的對應關系。17: 21強回波開始移出子洲，降水強度減弱并趨于結束。

圖5　組合反射率因子的變化

分析垂直累積液態水含量變化，15: 50累積水含量為10 kg·m-2，之后迅速增大，16: 14增大至54 kg·m-2，16: 32為61 kg·m-2，17: 15開始減小為53 kg·m-2。圖6可以看出，在16: 00左右有值的突變現象，之后較穩定，趨于減小。反映出在16: 00左右伴有冰雹天氣，17: 00左右則以降水為主。此過程VIL對冰雹和強降水指示作用較為明顯。

圖6　垂直累積液態水含量的變化

強降水發生時段徑向速度圖上表現為有多個中小尺度單體陸續移動經過子洲，單體影響范圍在10 km左右，中低層輻合，高層輻散特征明顯。圖7可以看出，16: 38強度達到最強，在1.5°仰角上（3.5 km高度）入流與出流速度達最大，為15 m·s-1，對流層中層有強烈的輻合上升運動，2.4°仰角（4.7～7 km高度）以上為輻散，有利于對流的發展。低層吹東南風，高層吹西北風，風隨高度順轉，有冷平流不斷觸發新的對流補充，且有明顯的垂直風切變，越到高空對流云體向南一側傾斜，具有懸垂組織，結構密實，非常有利于冰雹和強降水天氣的發生。

圖7　2015年7月18日16：38的各仰角平均徑向速度

4 小結

2015年7月18日子洲氣象站觀測到的適時暴雨過程發生在“前傾槽”的形勢下，有利于對流層中低層垂直切變的維持，垂直分布呈上干冷下暖濕的結構，為強對流天氣創造了有利的環境條件。

強降水發生區位于850 hPa濕舌中，比濕達12 g·kg-1，中低層暖平流使層結不穩定度增強，為此次強對流天氣暴發提供了熱力不穩定條件，有利于強對流的發展和維持；地面輻合為強對流天氣提供了抬升和觸發機制。

強對流發生前由正變溫轉為負變溫，地面露點溫度持續增大，均在10℃以上，強天氣出現時氣壓突升，伴隨氣溫突降，中尺度特征明顯，一小時變溫對中尺度天氣有較好的指示意義。

從雷達圖上可以看出，強降水發生時段有多個中小尺度單體陸續移動經過子洲，單體影響范圍在10 km左右，中低層輻合、高層輻散特征明顯，組合反射率大于50 dBz回波與大于1.0 mm降水率有很好的對應關系，大的VIL值及其突變對強降水和冰雹有較強的指示作用。

參考文獻:

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（責任編輯：高 峻）

中圖分類號：P445

文獻標志碼：A

文章編號：0528-9017（2016）06-0922-05

DOI：10.16178/j.issn.0528-9017.20160641

收稿日期:2016-01-26

作者簡介:李曉利（1982—），女，陜西榆林人，工程師，本科，從事短期短臨天氣研究工作，E-mail: 376228086@qq.com。