平涼一次強雷暴天氣診斷分析

平涼市氣象局 馬鵬程 趙慧 薛啟

1 降水實況

從累積雨量來看（圖1），8月3日12時-20時，平涼市中東部普降小到中雨，其中崆峒東部、華亭東部、崇信北部和南部部分地方出現大雨，局地暴雨，累積最大雨量出現在華亭策底，降水量達84mm。

圖1 平涼市2020年8月3日12～20時累積雨量（單位：mm）

選取小時雨強最大的三個站點：崇信五舉、華亭王峽口水庫、崆峒四十里鋪，分析其12-20時10min降水量，最大10min降水量為23.9mm，出現在華亭王峽口水庫，其次為19.1mm，出現在崇信五舉；從3個站點10min降水量演變來看，此次強降水時段比較集中，小時雨強大，突發性強。此外還可以看出，此次降水自北向南，自西向東發展，強降水首先出現在崆峒，隨后南部華亭出現降水，且強度明顯增大，隨著時間的推移，強降水區東移至崇信，強度持續。

2 環流形式

2.1 中低層環流配置

水汽條件：濕度在70%以上，比濕在10g/kg以上；不穩定條件：內蒙至蘭州500hPa有溫度槽，說明平涼西部有強冷空氣，中東部CAPE值均大于300J/kg，其中東部崇信、涇川穩定能量更大，最大可達900J/kg，K指數大值區也位于中東部，在30℃以上；抬升條件：平涼地區處于584線外圍，高空槽前西南氣流將產生正渦度平流，有利于強對流天氣的觸發。

綜上，本次過程發生在副熱帶高壓外圍西南氣流中的環流背景下，受東移高原槽和高空冷渦的共同影響。短歷時強降水落區位于500 hPa高度上588與584線所控制區域、與700 hPa濕舌、K指數大于等于30℃、CAPE大于等于300J/kg等特征線相重疊的區域。

3 短時強降水發生的潛勢條件

3.1 T-Lnp圖分析

崆峒區相對濕度大于等于80%的濕層非常深厚，從700hPa延伸至500 h Pa附近，500 hPa以上大氣干冷，溫濕層結曲線呈喇叭口狀，具有明顯的“上干冷、下暖濕”的條件不穩定特征;抬升凝結高度為843.3hPa，水汽凝結高度低，有利于降水的產生;0℃層高度為5262 m，平衡高度在237.3 hPa，表現出云底高度低、云體伸展高度高、暖云較厚的特征，有利于提高降水效率;近地面層存在逆溫層，有利于不穩定能量的貯存，對流有效位能為494.3 J/Kg，對流抑制有效位能為95.3 J/Kg，說明大氣存在潛在不穩定能量，一旦出現觸發機制，造成不穩定能量釋放，就會產生很強的對流性天氣;風向從低層到高層為一致的西南風，水汽輸送明顯;0～6 km環境場的垂直風切變較弱，雖然不利于發生組織性非常強的對流單體，但有短時強降水天氣發生的潛勢。

3.2 水汽條件

大氣中充沛的水汽條件是產生強降水的必要條件，強對流的出現和風暴的發展要求低層有足夠的水汽供應。從700 hPa相對濕度和比濕演變來看，3日08時，平涼中西部已位于顯著濕舌內，相對濕度在60～70%之間，隨著副熱帶高壓外圍的暖濕氣流，來自太平洋的水汽被源源不斷地輸送至隴東地區，白天水汽輸送明顯增強，且水汽輸送向西擴展，20時平涼全市相對濕度已增至90%以上，全區比濕位于10g/kg的濕舌內，局地達12g/kg,充沛的水汽為此次強降水的發生提供了極為有利的條件。

3.3 不穩定條件

從8月3日08時、20時的K指數、SI指數來看，08時平涼全市K指數在26℃以上，SI指數為正值，說明08時不穩定條件較弱；白天隨著太陽輻射的增強，地面增溫，850hPa空氣塊絕熱上升過程中到達500hPa的溫度更高，SI指數會更小，發生對流的可能性將進一步增大；20時全市K指數明顯增大，偏東偏南位于30℃以上的大值區內，對應地，中西部SI指數為-1℃到-2℃之間，說明此時仍有發生對流的潛勢。

3.4 動力和熱力條件

分析假相當位溫隨高度的變化，發現3日08時，假相當位溫的高值區位于700 hPa以下，700 hPa到500hPa之間為能量低值區，隨著時間的推移，68℃等值線不斷向北擴展，強降水區位于高溫高濕區，伴隨強降水的開始，500hPa低值中心達到了54℃，說明中層不斷有干冷空氣向暴雨區上空擴展;但是此次在強降水區上空并未出現假相當位溫的密集帶，也即無能量鋒區形成，進一步說明地面冷鋒系統較弱。8月3日08時500hPa、700hPa的垂直速度和對流有效位能，可以看出，08時平涼中東部整層有較明顯的上升運動，上升運動中心強度達到-0.4 Pa/s，上升運動由低到高向東傾斜，強降水落區與低層強上升運動中心較為吻合，說明低層上升運動對強降水的位置更具指示性；此外還可以看出，中東部位于對流有效位能大于300J/kg的范圍內，上升運動與較大能量區相重合，抬升條件和能量條件對此次強降水的發生提供了有利條件，從08時就可以判斷出此次強降水的潛勢條件。

4 中尺度特征分析

4.1 云圖特征

分析本次短時強降水在紅外云圖中的演變，發現此次過程的云系結構主要為中尺度云團或云帶，受高空短波槽的引導，云帶向SE方向移動，在移動的同時不斷有中尺度雨團的發展或者消亡。云帶位置與500hPa584線外圍及短波槽移動方向吻合。選取8月3日13-20時的紅外云圖來具體分析，可以看出8月3日13:00我市上空以卷云為主，在崆峒區東北部有云團發展，到14:00云團強度增大，結構已變為比較密實的對流云團，開始影響崆峒東部、涇川北部，對應地區出現強降水；15：00-16：00時對流云團繼續南壓，但移速較慢，且在南壓過程中向西發展，影響涇川大部及靈臺東部地區；17:00時中尺度云團進一步向西發展，說明此時副熱帶高壓有一個西伸的過程；18:00-19:00時對流云團進一步加強，發展為邊界清晰的中尺度云團，影響我市崇信、涇川、靈臺，20：00中尺度云團基本移出我市，此輪強降水過程趨于減弱；14:00-19:00是中尺度云團不斷東移的過程，也是發展最為旺盛的階段，對應云頂亮溫TBB中心強度一直＜-60℃。此外還可以看出，此次強降水中心與中尺度對流云團大中心的邊緣位置較為吻合，并沒有在對流云團大中心區。

4.2 雷達特征

此次短時強降水過程組合反射率因子及其垂直剖面的演變特征表明，華亭、崇信等地短時強降水的雷達回波具有明顯的強回波低質心結構特征，大于等于45dBZ的質心在6km之下，且維持時間較長，致使華亭、崇信等地多個自動站10 min降水量在10 mm以上。強降水發生之前，14:24在崆峒、崇信、華亭等地有大片積層混合云系中鑲嵌回波強度大于等于40dBZ的強對流單體位于崆峒四十里鋪附近，從其垂直剖面來看，回波從低到高呈直立狀態，大于等于45dBZ的強回波集中在6-8 km之間，近地面回波強度為35-40dBZ。在對流單體移動期間，不斷有新生的對流單體與之合并加強，到16:24（圖2）在華亭中部又形成強回波中心，因回波的走向與其移動方向夾角較小，在這期間大于等于40dBZ回波連續經過華亭縣，持續時間長、降水效率高，從而造成了該地連續30分鐘降水量達到55mm。從18：24的組合反射率來看，崇信南部強回波低質心結構明顯，從地面至7km均為風暴的高反射率因子區，這種強的反射率因子致使崇信五舉出現了高達60.2mm/h的降水量。

圖2 8月3日18：24反射率因子及垂直剖面

5 結論

（1）此次短時強降水過程發生在西風帶系統東移、副高東西擺動的大環流背景下。

（2）此次強降水過程是典型的中尺度系統造成的強降水：深厚的濕層為此次短時強降水的發生提供了有利的水汽條件；較大的K指數和Cape為此次暴雨提供了有利的不穩定能量條件；584線的西進東撤，高空槽前正渦度平流，為此次強降水提供了有利于觸發條件。

（3）強降水區域附近表現為很強的垂直上升運動，高空輻散、低層輻合的配置有利于上升運動的加強，為短時強降水的產生提供了動力條件。

（4）在云圖上中尺度云團的出現與降水強度的增大有很好的對應關系，雷達回波上表現為γ中尺度對流單體的出現，對流單體強回波表現為低質心結構，對流單體的緩慢移動是形成局地短歷時強降水的重要原因。