河南東北部一次突發強降水天氣過程分析

李改琴，謝瓊娜，王 聰，杜麗婭，唐 影

(濮陽市氣象局，河南濮陽 457000)

河南北部盛夏處于副熱帶高壓西北邊緣，當受蒙古下滑冷空氣影響時，對流性強降水多發，具有突發性強、持續時間短、降水強度大和預報難度大的特點，對農業、交通和人民生命財產等造成嚴重影響和較大損失。多年來，國內氣象學者對對流性強降水的成因進行了大量的研究[1-6]。廖移山等[7]對2007年7月18日濟南大暴雨進行了詳細的β中尺度分析，揭示了地面β中尺度氣旋新生發展的一種物理機制；強降水的發生與物理量和對流參數有著密切的關系，楊詩芳等[8]分析發現，短時強降水時大氣層結不穩定，大氣對流各個參數場中心與短時強降水中心對應較好。井宇等[9]對副高邊緣西安地區一次短時暴雨分析進行分析指出：造成西安地區短時暴雨的β中尺度對流云團具有初生強度大、發生發展迅速等特點。本文利用常規天氣觀測資料、衛星紅外云圖和云頂亮溫TBB產品以及濮陽新一代天氣雷達產品，對2017年7月4日下午發生在河南東北部濮陽的突發對流性強降水過程進行綜合診斷分析，其中包括環流背景場、熱力動力抬升條件、強降水系統的中小尺度特征等。由于這次強降水過程無明顯的低空急流水汽輸送，中低層相對較干燥，為這次強降水的預報增加了難度，因此，這次過程有一定的研究價值，為今后此類天氣預測提供一定的參考依據。

1 強降水過程概況

2017年7月4日下午，在副熱帶高壓584 dagpm線邊沿西北側，受蒙古高空下滑冷槽、中低層切變線及地面輻合線的共同影響，河南東北部濮陽市突發對流性強降水天氣過程，并伴有大風。部分區(縣)和鄉鎮達到暴雨和大暴雨，雨量分布很不均，濮陽95個鄉鎮站中有19站出現暴雨、大暴雨(圖1)。最大降水量出現在南樂縣千口，降水量為105.4 mm；降雨主要集中在16—19時，其中降雨量最大峰值在17—18時，特別是南樂的千口、韓張小時雨強分別達71.9 mm、59.7 mm，最大風速臺前縣站達17.8 m/s。

圖1 2017-07-04T08—05T08濮陽市降水量分布

2 大氣環流形勢特征

2.1 中尺度高空和地面環境條件場

通過繪制4日08時高空中尺度分析及14時地面中尺度分析圖(圖2，見第15頁),揭示這次短時強降水過程發生發展的環境場背景。

從圖2a可以看出：高空500 hPa環流為兩槽一脊型，濮陽市處于蒙古冷槽前西南氣流里、副熱帶高壓西北邊緣。由于副高的阻擋，高空冷槽東移北縮，低槽底部影響河南東北部。濮陽處于500 hPa以上干區、700 hPa附近濕區中，上干下濕的層結有利于對流的發展。中低層850 hPa濮陽上游山西境內有東北—西南向的切變線存在,為當地對流云的發展提供了輻合上升條件，濮陽處于切變線東側的東南氣流里，有利于當地水汽的輸送；925 hPa冷切變線正好位于濮陽北部，輻合抬升條件好，有利于對流天氣的觸發。850 hPa以下濮陽處在暖脊中，850 hPa與500 hPa溫度差為26 ℃，上冷下暖使大氣層結不穩定加大，有利于對流的發生。過程中無低空急流配合，中低層水汽條件相對較差，只有700～600 hPa氣層濕度較大。中低層的相對低濕度雖然不利于暴雨的形成，但有利于強對流天氣的形成。

14時地面圖(圖2b)上，濮陽處于西南—東北向的熱倒槽頂部氣旋性彎曲處，有利于中小尺度對流系統的形成。加之弱冷空氣從東北部侵襲抬升暖濕空氣，清豐到南樂一線出現偏南風和偏北風的輻合區，對流發生的動力條件得到加強，不穩定能量得到釋放，對流性強降水形成。輻合區緩慢向東南方向移動，對流不斷發展。另外輻合區的存在比強天氣發生時刻提前，有一定的預警作用。且地面上連續兩天14時氣溫大于37 ℃，露點溫度大于20 ℃，為對流天氣的發生儲備了能量和濕度條件。

2.2 探空形勢分析

為了深入分析濮陽強天氣的發生機理，用南樂縣14時溫度和露點訂正邢臺08時探空圖(圖3，見第15頁)可看出：地面到750 hPa之間相對較干，溫度露點差大于10 ℃，氣塊上升接近干絕熱；750～600 hPa有濕層；550 hPa以上高層干冷。說明有干冷空氣侵入，屬于典型的強對流天氣探空形勢，容易產生雷暴大風、短時強降水、冰雹等對流天氣。但0 ℃層高度接近5 km，-20 ℃層高度在8 km以上，不利于冰雹的形成。CAPE為2 646 J/kg，不穩定能量大；K指數為37 ℃，沙氏指數為0.2 ℃，說明大氣層結不穩定；0～2 km高度垂直風切變較大，為7.79 m/s，有利于上升氣流的傾斜和干空氣的吸入，從而使得風暴得以加強和維持；整層可降水量為42.1 mm，高于短時強降水的閾值(28 mm)，低于暴雨的閾值(60 mm)。

3 衛星產品分析

利用FY-2E衛星紅外云圖和TBB產品，分析強降水過程中尺度對流云團與對流輻合系統(MCS)的發生發展及與強降水的形成關系，河南省對流性暴雨多發生于MCS的形成發展期，概率達82%[10]。云頂黑體亮溫TBB越低，對應的云頂越高，對流越旺盛，通常tBB<-32 ℃(241 K)的區域為對流活躍區，tBB<-52 ℃(221 K)的區域為強對流活躍區。濮陽這次強降水發生在MCS中tBB<220 K的強對流活躍區中，對流發展旺盛。

從4日衛星云圖上看(圖4)，隨著500 hPa低槽東移，相應的低槽云系東移，且午后16時加強為南北向的中尺度對流云帶。17—18時,該云帶東移與副高西北側發展的中尺度對流云團在濮陽北部匯合加強為較強的中尺度對流輻合系統(MCS)，對流輻合系統17—19時穩定少動，造成濮陽北部的清豐和南樂的強降水。從16—18時云頂亮溫TBB(圖5)可以看出：TBB小值區與中尺度對流云團相對應, 地面小時降水量與TBB呈負相關[11]，本次過程中出現強降水的南樂千口附近TBB值小于220 K(圖5b)。17—18時，南樂千口小時雨強達到71.9 mm，說明此處對流發展旺盛，云頂高。TBB梯度大值區出現了大風天氣，最大風速臺前縣站達17.8 m/s。

圖2 2017-07-04高空中尺度分析(a 08時)和地面中尺度分析(b 14時)(文見第14頁2.1)

圖3 2017-07-04T08邢臺訂正探空圖(文見第14頁2.2)

4 雷達產品分析

從濮陽多普勒雷達圖上可以看出：此次強降水過程整個風場以向著雷達的大范圍入流風場為主，入流風場中鑲嵌著大風區、風場輻合區和切變區，有利于中小尺度輻合對流系統的形成。出現了多處層積混合云降水回波，特別在清豐、南樂輻合線處對流旺盛，回波加強合并明顯，造成局地短時強降水。強降水產生的冷出流邊界明顯，形成大風天氣，驅動對流系統向著雷達站傳播。

圖4 2017-07-04FY-2E衛星紅外云圖

圖5 2017-07-04FY-2E衛星云頂亮溫(單位為K)

13時，濮陽周圍清豐、南樂處出現小的對流單體，說明當地氣層不穩定，有弱對流的發生。16時，雷達回波開始發展起來，東北部回波發展迅速,并出現了多條出流邊界，對流發展旺盛。16：30，徑向速度圖上濮陽東北部為大片的偏東風氣流入流區，并出現大于20 m/s的大風區。莘縣、南樂縣到清豐縣一線出現多處輻合區，并與地面輻合線吻合。此處中小尺度的對流系統發展旺盛(圖6a)，并出現了大于40 dBz的較強回波(圖6d)。17時，大風區范圍向北擴展，在南樂縣千口輻合線附近形成大片大風區(圖6b),此處回波發展旺盛，范圍增加(圖6e)。隨著徑向速度大風區向雷達站移動(圖6c)，大片強回波向雷達站移動，出現明顯的出流邊界，同時降水達到最強(圖6f)。17—18時，千口小時降水量達71.9 mm。

圖6 2017-07-04濮陽雷達0.5°仰角平均徑向速度 (單位為m/s)(a 16：30；c 17：00；e 17：30；)和基本反射率(單位為dBz)(d 16：30；e 17：00；f 17：30)

5 結論

(1)這次突發強降水過程是以蒙古高空下滑冷槽侵襲副熱帶高壓西北側暖濕空氣為背景，在中低層切變輻合作用下產生的，地面輻合線和弱冷空氣的侵襲為強對流提供了觸發條件。

(2)中低層水汽條件相對較差，濕層薄，但在氣層不穩定、熱力和動力條件較好時，仍然可以產生對流性短時強降水天氣。

(3)衛星云圖上對流云團的合并加強，形成較強的對流輻合系統的過程中，出現了強降水和大風天氣。

(4)多普勒雷達徑向速度圖上，大范圍入流風場中的大風區和輻合系統有利于強降水的形成和維持，它的移動路徑也是強降水發生的落區。多條出流邊界的不斷生成和合并為強對流的發展和持續提供了動力條件。

(5)前期溫度較高，副高邊緣冷空氣活動頻繁時，易出現強對流天氣，應特別注意監測。