2011年6月23日石景山區(qū)暴雨天氣過程分析

李朝

摘 要：本文利用高空及地面氣象觀測資料、衛(wèi)星、雷達(dá)、微波輻射計等資料，對2011年6月23日出現(xiàn)在北京的一次局地暴雨天氣過程進(jìn)行分析。500hpa高空槽、700hpa和850hpa低渦、華北倒槽是造成這次強(qiáng)降水過程的主要影響系統(tǒng)，本次強(qiáng)對流風(fēng)暴主要由地面輻合線和地形抬升作用所觸發(fā)，平原地區(qū)較好的溫濕條件為對流系統(tǒng)下山后提供了良好的能量條件。

關(guān)鍵詞：暴雨、地面輻合線、短時強(qiáng)降水

引言

2011年以來石景山區(qū)極端天氣頻發(fā)，6.23強(qiáng)對流天氣導(dǎo)致我區(qū)出現(xiàn)人員傷死亡，并造成重大經(jīng)濟(jì)損失。此次雷雨天氣為2011年影響我區(qū)最嚴(yán)重的一次天氣過程，造成多輛私家車泡水，道面積水嚴(yán)重，河道水位猛長。加強(qiáng)天氣過程總結(jié)，不斷積累預(yù)報經(jīng)驗，對提高預(yù)報預(yù)警準(zhǔn)確率和防災(zāi)減災(zāi)尤為重要。

1 天氣實(shí)況

2011年6月23日傍晚到夜間北京出現(xiàn)一次強(qiáng)雷雨天氣，短時局地雨強(qiáng)十分集中。此次過程全市平均降雨量50毫米，城區(qū)73毫米，全市最大降雨量（214.9毫米）、最大小時雨強(qiáng)（129毫米）均出現(xiàn)在我區(qū)模式口站。石景山區(qū)大部分地區(qū)出現(xiàn)大暴雨和6級以上大風(fēng)，

此次過程石景山區(qū)主要降水時段集中在16-21時，16-17時短時雨強(qiáng)極大，并伴有大風(fēng)，其中八大處出現(xiàn)十極風(fēng)。23日14時-24日08時石景山站、老山站、模式口站、雕塑園站、八大處站降水量分別為148.9毫米、127.5毫米、214.9毫米、164.0毫米、100.6毫米，西部降水多于東部。16-17時雨強(qiáng)分別為90.8毫米、70.0毫米、128.9毫米、98.1毫米、46.3毫米。極大風(fēng)速分別為13.7m/s、18.0m/s、15.8m/s、27.8m/s。

2 成因分析

2.1 環(huán)流特征分析

2.1.1高空環(huán)流特征分析

500hpa高空槽、700hpa和850hpa低渦、華北倒槽是造成這次強(qiáng)降水過程的主要影響系統(tǒng)。 500hpa東北冷渦東移，冷渦后甩下的冷空氣影響北京，北京位于橫槽前部，橫槽后有冷空氣南下，高層為明顯冷平流；700hPa北京位于橫槽前部，同時在內(nèi)蒙古中部有一個低渦，23日20時低渦與橫槽合并，攜帶冷空氣南下；850hPa在山西、內(nèi)蒙、河北交界處為一低渦環(huán)流，23日20時低渦中心明顯南移，北京處于低渦東部；地面圖上華北中北部有低壓倒槽配合，冷高壓自蒙古中部和我國東北地區(qū)緩慢南壓[1]。

2.1.2 中尺度分析

從中尺度分析，北京處于200hPa急流入口區(qū)右側(cè)輻散，利于上升運(yùn)動。低層700hPa、850hPa處于濕區(qū)中，且低層比濕高，高空500hPa蒙古地區(qū)存在冷槽，北京在700hPa、850hPa與500hPa溫差大值區(qū)中，綜合分析，可看出北京上冷下暖，層結(jié)不穩(wěn)定，低層濕度大，且附近存在地面輻合線，易出現(xiàn)強(qiáng)對流天氣。

2.2 物理量診斷

2.2.1 不穩(wěn)定層結(jié)

從2011年6月23日54511站TLog_P圖看，08時500hPa以下較濕，接近飽和。對流有效位為411J/kg，0-6公里垂直風(fēng)切變大，16.17m/s，對流有效位能不大，但中低層較低濕，從探空圖看是較低明顯的暴雨形勢。從14時54511站TLog_P圖看，呈上干下濕的特征，800hPa以下濕度大，800hPa以上較干，且垂直風(fēng)切變大，為20.96m/s，低層濕度大，中層有干冷空氣侵入，且925hPa以下溫度直減率達(dá)到干絕熱直減率，顯示出典型的不穩(wěn)定層結(jié)特征，表明有出現(xiàn)雷雨大風(fēng)的可能性。從高空風(fēng)的垂直分布來看，400hPa以下為暖平流，400hPa以上為冷平流，高低空的溫度平流差異導(dǎo)致上層冷下暖，500hPa與850hPa、700hPa溫差大（如表1），層結(jié)很不穩(wěn)定。從常用的指數(shù)看， K指數(shù)、SI指數(shù)均表示有發(fā)生雷暴的可能性。綜合分析，層結(jié)不穩(wěn)定，0-6公里垂直風(fēng)切變大，低層濕度大，可能發(fā)生強(qiáng)對流天氣，但由于對流有效們能小，所以出現(xiàn)短時強(qiáng)降水的可能性較大[2]。

2.2.2 能量條件

500hPa受低冷空氣影響，22日08時θse低值區(qū)位于東北北部，北京處于θse高值區(qū)，之后低值區(qū)一向南推移，23日08時影響到華北北部，北京上空θse值變小。850hPa22日08時北京處于θse低值區(qū)位區(qū)，之后不斷有南方的能量區(qū)向北輸送，23日08時華北中北部為一個自南向北的高能舌，北京處于高能舌中，東北地區(qū)仍為θse低值區(qū)，表明冷空氣在那里聚集。23日08時后，由于華北中部不斷有水汽和不穩(wěn)定能量向北輸送，高能舌增強(qiáng)，同時高層?xùn)|北地區(qū)θse低值區(qū)向能舌區(qū)擴(kuò)散，冷暖空氣交匯，產(chǎn)生降水。23日20時北京上空高低層θse差值區(qū)已減小，說明冷空氣已經(jīng)入侵。

2.3 水汽條件

500hPa以下濕度條件較好，23日08時700hPa比濕為8g/kg，850hPa為12g/kg；14時700hPa比濕為5g/kg，850hPa為13g/kg。水汽通量散度看北京處于水汽輻合區(qū)，有利于水汽積累。

利用位于海淀的微波輻射計所提供的逐分鐘的總水汽含量演變數(shù)據(jù)，分析降水發(fā)生前低層的水汽變化情況。城區(qū)在強(qiáng)降水發(fā)生前，近地面相對濕度維持在75%的高濕度狀態(tài)在12：00-13：00由于日變化，相對濕度有所降低，但仍維持在65%以上，13：00之后，本地濕度開始加大，逐步升高，在強(qiáng)降水臨近時刻15：00之后的幾分鐘內(nèi)激增到近95%。這樣的高濕為強(qiáng)降水的發(fā)生提供了有利的條件（圖略）。分析總水汽量的演變情況，發(fā)現(xiàn)在強(qiáng)降水臨近時刻15：00，總水汽含量在短時間內(nèi)出現(xiàn)激增，總水汽量值達(dá)到近12個單位，總水汽量的高值說明大氣中的可降水量多，這也為出現(xiàn)強(qiáng)降水提供了有利的條件。

2.4 動力條件

從剖面圖發(fā)現(xiàn)，23日08-20時石景山200hPa以下為輻合區(qū)，200hPa以上為輻散區(qū)，整層處于明顯上升區(qū)中，有利于強(qiáng)降水的發(fā)生（圖略）。endprint

2.5 中小尺度資料分析

2.5.1 云圖

圖2-3 6月23日海淀微波輻射計總水汽量演變圖

6月23日14時30分位于北京西北邊界的云團(tuán)，隨著貝蒙低渦的旋轉(zhuǎn)，低渦底部位于山西東北角的對流云團(tuán)開始強(qiáng)烈發(fā)展，16-17時對流云團(tuán)影響北京城區(qū)及北部地區(qū)，石景山位于TBB低中心，雨強(qiáng)最大，17時30分南北兩對流云打通，合并后強(qiáng)烈發(fā)展。

從16-17時可見光云圖可看出，對流風(fēng)暴強(qiáng)烈發(fā)展，云頂出現(xiàn)暗影，呈折皺狀；16時可看出明顯的上沖云頂，表明對流發(fā)展很旺盛[3]。

2-4 23日紅外云圖

2-5 23日可見光云圖

2.5.2 雷達(dá)

此次和水回波從北京西北部向東移動，呈帶狀結(jié)構(gòu)，由多個發(fā)展旺盛的對流單體組成，并在前進(jìn)方向的右側(cè)不斷的激發(fā)新的對流單位，整個帶狀回波有組織的向東南方向前進(jìn)。15：57在門頭溝和石景山交界處的中尺度對流單體開始強(qiáng)烈發(fā)展，最大反高射率因子發(fā)展到70dBz，16時進(jìn)入石景山，16：06分發(fā)展最為強(qiáng)盛，強(qiáng)回波在石景山停留半小時左右移出，16-17時石景山出現(xiàn)特強(qiáng)降水。

同時從經(jīng)向速度圖看可看出有明顯大風(fēng)區(qū)。

從剖面圖可看出單體最強(qiáng)回波達(dá)65dBz， 50dBz的強(qiáng)回波一直延伸到9km，可看出明顯的弱回波區(qū)和穹隆結(jié)構(gòu)，回波頂高近12km，對流發(fā)展相當(dāng)強(qiáng)烈[4]。

本次強(qiáng)對流風(fēng)暴主要由地面輻合線和地形抬升作用所觸發(fā)，平原地區(qū)較好的溫濕條件為對流系統(tǒng)下山后提供了良好的能量條件。對流層中低層有較好的動力抬升條件。利用北京高時空分辨率的自動站資料，可以較為清晰的捕捉到中尺度活動的信息。6月23日16時自動站風(fēng)場觀測分析表明，北京城區(qū)及東部，風(fēng)場非常一致，為明顯的偏東氣流控制；在豐臺、石景山、海淀與門頭溝交界處可見明顯的風(fēng)向輻合，可分析出明顯的地面輻合線，此輻合線附近的大部分測站在接下來的一小時內(nèi)（16-17時）出現(xiàn)了小時雨強(qiáng)超過50mm的特強(qiáng)降水。

2-6 1.5°仰角反射率因子圖（15：48、16：06、16：18、16：24）

2-7 23日16：06垂直剖面圖2-8 23日16：06徑向速度圖

2.6 觸發(fā)條件

北京西側(cè)為太行山脈，石景山西北部為山區(qū)，其它地方為平原，地形十分復(fù)雜。分析北京此次過程降水量分布發(fā)現(xiàn)降水量超100m的石景山、豐臺、門頭溝等站均位于西部山前，尤其小時雨量達(dá)128.9mm的模式口站。當(dāng)垂直山體的氣流隨高度減小時，地形的作用在迎風(fēng)坡上表現(xiàn)為水平輻合，對降水產(chǎn)生明顯的增幅作用。此次降水過程近地面基本為偏東風(fēng)控制，石景山處于山前迎風(fēng)坡。同時，偏東風(fēng)隨高度逐漸減小，使東風(fēng)氣流在山前迎風(fēng)坡上有明顯的輻合。由此可見，地形對此次局地的強(qiáng)降水有明顯的增幅作用。模式口位于石景山北面山區(qū)和西面山區(qū)的前交角處，近地層風(fēng)易在此地匯合抬升，地形作用更為明顯。

此次對流風(fēng)暴下山后增強(qiáng)，石景山出現(xiàn)短時強(qiáng)降水，風(fēng)暴加強(qiáng)的位置與等溫線大梯度區(qū)和等露點(diǎn)溫度線大梯度區(qū)有較好的對應(yīng)關(guān)系，平原地區(qū)良好的溫濕條件有利于風(fēng)暴發(fā)展加強(qiáng)。

3 小結(jié)

（1）500hpa高空槽、700hpa和850hpa低渦、華北倒槽是造成這次強(qiáng)降水過程的主要影響系統(tǒng)；

（2）降水開始上冷下暖的不穩(wěn)定層結(jié)、低層強(qiáng)垂直風(fēng)切變和低層飽合有利于對流的發(fā)展；

（3）云圖上可看到明顯的強(qiáng)中心和褶皺，雷達(dá)圖可看出回波強(qiáng)度達(dá)65dBz以上，有明顯的弱回波區(qū)和穹隆結(jié)構(gòu)，回波頂高近12km，對流發(fā)展相當(dāng)強(qiáng)烈。

（3）本次強(qiáng)對流風(fēng)暴主要由地面輻合線和地形抬升作用所觸發(fā)；

（4）平原地區(qū)較好的溫濕條件為對流系統(tǒng)下山后提供了良好的能量條件；

參考文獻(xiàn)：

[1]朱乾根 林棉瑞 壽紹文、唐東昇.天氣學(xué)原理. 403-404

[2]俞小鼎. 強(qiáng)對流天氣臨近預(yù)報. 4-6

[3]陳渭民. 氣象衛(wèi)星圖象解譯與判讀. 49-50

[4]俞小鼎 姚秀萍 熊廷南 周小剛 吳洪 鄧北勝 宋燕. 多普勒天氣雷達(dá)原理與業(yè)務(wù)應(yīng)用. 145-155endprint