2017年8月4日一次局地強對流過程成因分析

王選嵩 王培 姚鵬程 張新貝

摘要 2017年8月4日16：00～18：00，荊門市出現(xiàn)局地短時強降水和雷暴大風(fēng)等強對流天氣，當(dāng)?shù)爻霈F(xiàn)城市內(nèi)澇，造成人民財產(chǎn)損失。通過綜合分析該次天氣過程可知：前期受臺風(fēng)外圍云系影響，湖北西部低層高溫高濕，暖濕空氣近乎飽和，不穩(wěn)定能量持續(xù)聚集，同時疊加高層冷空氣，使不穩(wěn)定能量進一步發(fā)展加強，由于干冷空氣的侵入，在荊門形成局地強對流天氣;荊門地區(qū)出現(xiàn)的地面中尺度輻合線和地形抬升觸發(fā)中尺度單體形成，導(dǎo)致強對流的發(fā)生;陣風(fēng)鋒激發(fā)中尺度對流云團發(fā)展并在其左側(cè)不斷產(chǎn)生新的對流云團，新生云團迅速發(fā)展，造成了強達75.9 mm/h的短時強降水和雷暴大風(fēng)。

關(guān)鍵詞 強對流;短時強降水;雷暴大風(fēng);地形抬升

中圖分類號：P458.2 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：2095–3305（2020）07–0–05

DOI：10.19383/j.cnki.nyzhyj.2020.07.045

Analysis of the Cause of a Strong Local Convection Process on August 4， 2017

WANG Xuan-song et al （Zhongxiang Municipal Meteorological Service， Zhongxiang， Hubei 431900）

Abstract From 16：00 to 18：00 on August 4， 2017， severe convective weather such as local short-term heavy rainfall and thunderstorms occurred in Jingmen City， and the city experienced waterlogging in the local area， causing property losses to the people. Through a comprehensive analysis of the weather process， it can be seen that affected by the typhoon peripheral cloud system in the early stage， the low-level high temperature and high humidity in the western part of Hubei， the warm and humid air is almost saturated， the unstable energy continues to accumulate， and the high-level cold air is superimposed to further strengthen the unstable energy. Due to the intrusion of dry and cold air， strong local convective weather occurred in Jingmen; the meso-scale convergence line and terrain uplift in Jingmen area triggered the formation of meso-scale monomers， leading to the occurrence of strong convection; gust fronts stimulated the development of meso-scale convective cloud clusters On the left side， new convective cloud clusters are continuously produced. The new cloud clusters develop rapidly， causing short-term heavy rainfall and thunderstorms of up to 75.9 mm/h.

Key words Strong convection; Short-term heavy precipitation; Thunderstorms and strong winds; Terrain uplift

荊門市地處鄂中丘陵地帶，近年來，荊門地區(qū)強對流天氣突發(fā)性強、強度大、影響重，給社會發(fā)展和人民生活帶來諸多不利影響。因此，加強對強對流天氣預(yù)報的研究有著十分重要的意義[1-5]。丁一匯[6]系統(tǒng)評述了暴雨和中尺度氣象學(xué)進展，認(rèn)為強降水是以有利的大尺度天氣形勢為前提，通過中尺度系統(tǒng)觸發(fā)而產(chǎn)生的，中尺度系統(tǒng)直接決定了強降水的強度和落區(qū)。朱乾根等[7]詳細總結(jié)了暴雨中尺度系統(tǒng)的觸發(fā)條件，其中一條就是露點鋒或干鋒抬升，認(rèn)為只有當(dāng)500 hPa有小槽移近時，干鋒便會活躍，進而出現(xiàn)強對流天氣。王堅紅等[8]對2008年6月25日發(fā)生在天津的強對流降水過程進行研究，認(rèn)為中尺度露點鋒鋒生的動力學(xué)、熱力學(xué)過程是此次強對流降水天氣發(fā)生發(fā)展的重要機制。本文研究背景為2017年8月4日荊門出現(xiàn)短時強降水和雷暴大風(fēng)天氣。

1 天氣成因分析

1.1 天氣實況

受副熱帶高壓外圍暖濕氣流影響，2017年8月4日湖北出現(xiàn)了大范圍的強對流天氣，4日16∶00～17∶00荊門市東寶站（Q6168）降水75.9 mm，周邊3個加密站降雨量均超過30 mm，降水減弱后，雷暴出流邊界造成大風(fēng)天氣，17∶00～18∶00 2個加密站極大風(fēng)速超過20 m/s，其中最大為漳河站（Q6161），達27.7 m/s（圖1）。

1.2 研究資料

研究資料為2017年8月4日16∶00～18∶00湖北省加密觀測站逐小時雨量、2017年8月4日08∶00～20∶00高空和地面實況觀測資料、紅外云圖、逐6 min雷達基本反射率因子等資料。

1.3 天氣系統(tǒng)分析

2017年8月1～2日受減弱的臺風(fēng)低壓影響，湖北東部出現(xiàn)了一次強降水天氣過程，3日開始隨熱帶低壓北抬，副高逐漸加強，4日08∶00 588線西伸至鄂東南，湖北處于副高外圍西南暖濕氣流中，大氣為高能高濕狀態(tài)。在廣西有一低壓發(fā)展，北方有一高空淺槽東移，帶動干冷空氣南下，與低壓外圍的西南氣流在湖北上空交匯，在湖北上空形成狹窄輻合帶。荊門主要受低槽影響，處于槽西南氣流中，到4日下午，隨著低槽東移，地面弱冷空氣擴散南下，荊門出現(xiàn)降水并開始加強（圖2）。

4日08：00 700 hPa高度上，鄂西上空形成一冷式切變線，850 hPa在鄂西有一暖式切變線，700 hPa切變線后的弱冷空氣疊置在850 hPa西南暖濕氣流之上，上冷下熱的溫度層結(jié)有利于鄂西地區(qū)上空不穩(wěn)定能量的聚集。850 hPa切變線以東偏南氣流風(fēng)速較小，僅為2～4 m/s，切變線南部未出現(xiàn)低空急流（圖3）。

從距離荊門最近的宜昌探空曲線可以看到，4日08：00，高層存在干侵入，抬升高度低，850 hPa以下濕度比較大，其上濕度小，上干下濕的不穩(wěn)定層結(jié)有利于對流發(fā)展。K指數(shù)是表征低層暖濕程度和層結(jié)不穩(wěn)定程度的一個物理量，4日08∶00宜昌K指數(shù)超過39℃，SI指數(shù)為-0.71℃，較有利于對流形成。對流有效位能達到2 343.2 J/kg，拖動訂正后，超過4 000 J/kg，不穩(wěn)定能量較大（圖4）。綜合K指數(shù)、SI指數(shù)和CAPE值可以看出，在局地暴雨發(fā)生前幾個小時，環(huán)境場有利于局地強對流的發(fā)生。

1.4 抬升觸發(fā)機制分析

1.4.1 中尺度輻合線觸發(fā) 從地面風(fēng)場可以看出（圓圈處為荊門城區(qū)），4日16∶00荊門西存在地面中尺度輻合線，呈東北—西南向，此時輻合線位于高假相當(dāng)位溫和高比濕區(qū)域，由于中高層弱干冷空氣從西北向侵入南下，加大了近地面層的靜力不穩(wěn)定度，觸發(fā)了對流的發(fā)展。回波的移動發(fā)展路徑與該處輻合線位置變化對應(yīng)（圖5）。

1.4.2 地形觸發(fā) 從圖5地形上可以看出（圓點為強降水中心），西部為山區(qū)阻擋，地面有偏東氣流，偏東氣流與地形的夾角近于直角，氣流遇到山地地形后被強迫抬升，局地強降水出現(xiàn)在迎風(fēng)坡上，有地形抬升作用。綜上，地面中尺度輻合線和地形抬升是造成本次強對流的主要觸發(fā)機制。

1.5 物理量診斷分析

1.5.1 熱力條件 8月3日白天隨副高的加強，在低層南風(fēng)的作用下，湖北溫度上升很快，最高氣溫大部地區(qū)都在35℃～37℃，西部部分地區(qū)的高溫達到39℃～40℃，儲備了大量熱能。從3日20∶00 850 hPa的假相當(dāng)位溫也可以看出，850 hPa θse在湖北大部均達到了80℃以上，表明低層是高能高濕，θse鋒區(qū)在湖北鄂東北—鄂西南一線，同時湖北東部和南部的K指數(shù)>39℃，4日08∶00，荊門地區(qū)K指數(shù)都在32℃以上，CAPE值在1 500～2 000 J/kg（圖6）。下墊面的顯著增溫，為強對流發(fā)展提供了能量。

1.5.2 水汽條件 8月3日20∶00，隨著副高北抬，其外圍西南暖濕氣流發(fā)展，高濕舌自西南向鄂東北伸展，850 hPa露點≥19℃，925 hPa比濕為15 g/kg;4日08∶00 850 hPa露點達到了21℃，925 hPa露點達到了23℃（圖略），湖北東部和南部的大氣可降水量達到了70 mm以上，比濕快速增加到19 g/kg（圖7）。

1.5.3 動力條件 8月4日08∶00，湖北處于200 hPa的分流區(qū)中，對應(yīng)高層明顯的輻散中心，特別是江漢平原及以東925 hPa和850 hPa有較強上升運動，伴隨著中低層切變東移南下，帶動冷空氣形成干侵入，兩者相互配合觸發(fā)不穩(wěn)定能量釋放，造成短時強降水、雷雨大風(fēng)等強對流天氣（圖8）。

1.6 衛(wèi)星云圖特征分析 從衛(wèi)星云圖上可以看出，8月4日早上湖北省內(nèi)上空基本沒有云系，中午10∶00前后隨地面氣溫升高，全省各地對流云系開始發(fā)展，以小型孤立對流云團為主;14∶00前后對流云團迅速發(fā)展，向西南方向傳播，伴隨小股冷空氣從河套南下，在鄂西和江漢平原北部有中尺度對流云團生成，并逐漸形成一帶狀云系;16∶00前后對流發(fā)展到最強，對流云團具有后向傳播特點。紅外云圖上荊門上空云頂亮溫達到200 K以下，對比同時次可見光云圖，可以看到云頂有對流泡，色調(diào)白，云團邊緣清晰，下部有暗影（圖9）。對應(yīng)天氣實況，此時正是降水最強時段。

1.7 雷達回波演變分析 利用荊州雷達0.5°仰角基本反射率因子圖，對強對流過程進行分析。8月4日12∶00前后，京山北部在地面中尺度輻合線的觸發(fā)下，有對流單體生成，隨后兩小時，對流單體加強，并在陣風(fēng)鋒作用下向南傳播如14∶34圖中，回波①、回波②、回波③，回波不斷向南分裂發(fā)展，北方回波逐漸減弱，15∶22圖中回波③發(fā)展到最旺盛，回波中心反射率達60 dBz以上，且結(jié)構(gòu)緊密，地面加密站鐘祥石門站15∶00～16∶00 1 h降水量達44 mm，極大風(fēng)速15 m/s，伴隨著強烈的下沉氣流，回波③前部出現(xiàn)了陣風(fēng)鋒，近地面輻散氣流推動陣風(fēng)鋒不斷向南移動，在陣風(fēng)鋒的左側(cè)不斷有新的回波產(chǎn)生，并向荊門市區(qū)方向傳播;16∶11，隨著陣風(fēng)鋒遠離回波主體，回波③開始減弱并消失，回波③陣風(fēng)鋒與荊門本地輻合線在高溫高濕區(qū)相遇，使回波④開始迅速發(fā)展且穩(wěn)定少動，造成了16∶00～17∶00荊門東寶站出現(xiàn)了小時雨強達75.9 mm的短時強降水;隨著回波④的消亡，回波④前方出現(xiàn)了陣風(fēng)鋒，造成了17∶00～18∶00的大風(fēng)天氣，在陣風(fēng)鋒的后端不斷有新的風(fēng)暴單體觸發(fā)（圖10）。

2 結(jié)論

2017年8月4日16：00～18∶00，荊門出現(xiàn)短時強降水和雷暴大風(fēng)天氣，當(dāng)?shù)爻霈F(xiàn)城市內(nèi)澇，造成了一定的財產(chǎn)損失。

（1）2017年8月4日受副高外圍暖濕氣流影響，湖北出現(xiàn)了大范圍的強對流天氣，其中荊門4日16∶00～17∶00荊門東寶站（Q6168）小時雨強達75.9 mm，周邊3個加密站小時降雨量均超過30 mm，降水減弱后，雷暴出流邊界造成了大風(fēng)天氣，17∶00～18∶00 2個加密站極大風(fēng)速超過20 m/s，其中最大為漳河站（Q6161），達27.7 m/s。

（2）前期受臺風(fēng)外圍云系影響，湖北西部低層高溫高濕，不穩(wěn)定能量持續(xù)聚集，強對流發(fā)生前低壓外圍的西南氣流與變性冷空氣在湖北上空形成狹窄輻合帶。低層暖濕空氣近乎飽和，同時疊加高層冷空氣使不穩(wěn)定能量進一步發(fā)展加強，最終由于冷空氣的侵入，在荊門形成局地強對流天氣。

（3）4日16∶00，荊門地區(qū)出現(xiàn)明顯地面中尺度輻合線，偏東氣流與地形的夾角近于直角，氣流受地形影響強迫抬升，觸發(fā)新中尺度單體形成。地面中尺度輻合線和地形抬升是造成本次強對流的主要觸發(fā)機制。

（4）15∶22，雷達回波中心反射率達60 dBz以上，且結(jié)構(gòu)緊密;16∶11，伴隨著強烈的下沉氣流，回波前部出現(xiàn)了陣風(fēng)鋒，近地面輻散氣流推動陣風(fēng)鋒不斷向南移動，陣風(fēng)鋒激發(fā)中尺度對流云團發(fā)展并在其左側(cè)不斷觸發(fā)新的對流云團產(chǎn)生，并向荊門市區(qū)方向傳播，回波迅速發(fā)展且穩(wěn)定少動，造成了16∶00～17∶00荊門東寶站（荊門城區(qū)）出現(xiàn)了小時雨強達75.9 mm的短時強降水;隨著中尺度單體的消亡，單體前方出現(xiàn)的陣風(fēng)鋒，造成了17∶00～18∶00的大風(fēng)天氣。在陣風(fēng)鋒的后端不斷有新的中尺度單體生成，陣風(fēng)鋒是本次強對流過程的另一觸發(fā)機制。

參考文獻

[1] 陶詩言.中國之暴雨[M].北京：科學(xué)出版社，1980：7–8.

[2] 吳慶麗，鄭永光，李亞萍，等.1998年7月20～25日湖北暴雨中尺度對流系統(tǒng)的分析研究[J].北京大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2003（1）：51–57.

[3] 施望芝，張萍萍，吳濤，等.湖北省兩次區(qū)域性暴雨過程的對比分析[J].暴雨災(zāi)害，2008（3）：219–224.

[4] 黃治勇，王玨，王興濤，等.鄂東南一次大暴雨過程成因分析與潛勢預(yù)報[J].暴雨災(zāi)害，2007（2）：125–129.

[5] 徐雙柱，吳濤，王艷.2010年7月7—15日湖北省持續(xù)性暴雨分析[J].暴雨災(zāi)害，2012，31（1）：35–43.

[6] 丁一匯.暴雨和中尺度氣象學(xué)問題[J].氣象學(xué)報，1994，52（3）：274–284.

[7] 朱乾根，林錦瑞，壽紹文，等.天氣學(xué)原理與方法[M].北京：氣象出版社，2000.

[8] 王堅紅，張楠，苗春生，等.天津地區(qū)080625強對流天氣過程的分析[J].大氣科學(xué)學(xué)報，2011，34（6）：688–696.

責(zé)任編輯：黃艷飛