蒙古冷渦影響下的豫東、豫南地區(qū)“七下八上”持續(xù)強(qiáng)對流天氣背景場分析

王瑞祥

摘 要：本文利用常規(guī)觀測資料、探空資料，對豫東、豫南地區(qū)2019年“七下八上”時(shí)期持續(xù)性強(qiáng)對流天氣的時(shí)空分布特征及形成機(jī)制的背景場進(jìn)行診斷分析。結(jié)果表明：7月下旬到8月初，西太平洋副高偏南偏弱，脊線位置維持在25°N以南，豫東、豫南處于副高西北側(cè)西南暖濕氣流中，蒙古冷渦強(qiáng)大且穩(wěn)定地維持，持續(xù)分裂低渦東移并攜帶冷空氣南下;中低空不斷有氣旋性切變、輻合中心形成;850 hPa在每日的08：00常形成西南急流，出口區(qū)位于豫東，豫南位于西南急流左側(cè)。青藏高原夏季熱源作用顯著，形成溫度脊指向華北地區(qū)。能量對流潛勢良好，在中低層切變線觸發(fā)機(jī)制作用下，配置以充足的水汽供應(yīng)，產(chǎn)生了強(qiáng)烈的強(qiáng)對流天氣。存在于200 hPa的高空急流，高空風(fēng)將釋放的凝結(jié)潛熱帶到下游，維持豫東、豫南上空的對流不穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：蒙古冷渦;強(qiáng)對流天氣;水汽;熱力

中圖分類號：P429;P458文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2021）15-0135-03

Abstract： Using conventional observation data and radiosonde data， this paper diagnosed and analyzed the temporal and spatial distribution characteristics and background field of formation mechanism of persistent strong convective weather in eastern and southern Henan during the "seven down and eight up" period in 2019. The results show that from late July to early August， the western Pacific subtropical high is weaker southward， the ridgeline position is maintained south of 25°N， eastern Henan and southern Henan are in the southwestern warm and humid airflow northwest of the subtropical high， and the Mongolian cold vortex is strong and stable Maintenance， continued to split， the low vortex moved eastward and carried cold air southward; cyclones were sheared and convergent centers were formed at mid-low altitude; 850 hPa often formed a southwest jet at 08 o'clock every day， the exit zone was located in eastern Henan， and southern Henan was located in southwest Rapids on the left. The heat source of the Qinghai-Tibet Plateau is significant in summer， forming a temperature ridge pointing to the North China region. The potential of energy convection is good. Under the action of the low-level shear line trigger mechanism， it is configured with sufficient water vapor supply， resulting in strong strong convection weather. There is a high-altitude jet at 200hPa. The high-altitude wind will release the condensed latent tropical zone to the downstream and maintain the unstable convection over the eastern and southern Henan.

Keywords： Mongolian cold vortex;severe convective weather;steam;heat

強(qiáng)對流天氣是河南省主要災(zāi)害性天氣之一，常常給工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、人民群眾生活、航空、水運(yùn)等帶來不利影響。從相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)可知，強(qiáng)對流天氣是指出現(xiàn)直徑≥5 mm的冰雹、或者龍卷風(fēng)、或者≥17.2 m/s（或者8級）的雷暴大風(fēng)、或者≥20 mm/h的短時(shí)強(qiáng)降水等天氣。強(qiáng)對流天氣具有時(shí)空分布不均勻、日變化大、局地性強(qiáng)、易致災(zāi)等特點(diǎn)，因此，一直以來是預(yù)報(bào)預(yù)警業(yè)務(wù)的難點(diǎn)和重點(diǎn)[1]。

近年來，多數(shù)學(xué)者都對強(qiáng)對流天氣進(jìn)行了深入研究，且取得了一定成效。鄭媛媛等利用常規(guī)氣象資料、自動站資料、衛(wèi)星資料、NCEP再分析資料，對2001—2010年安徽省強(qiáng)對流天氣過程的物理機(jī)制、中尺度特征進(jìn)行分析[2]。武麥鳳通過對2007年7月24日發(fā)生在陜西省的一次“干”對流風(fēng)暴過程的分析，發(fā)現(xiàn)這次對流性風(fēng)暴有2個主要特點(diǎn)：風(fēng)暴區(qū)的水汽輸送和輻合均比較弱;風(fēng)暴發(fā)生在高空急流入口區(qū)內(nèi)和低空急流軸左前方3～5個緯距內(nèi)[3]。許新田利用常規(guī)資料、地面加密資料、TBB和NCEP再分析等資料，對2006年6月23—25日陜西一次持續(xù)性的強(qiáng)對流天氣過程進(jìn)行了天氣動力學(xué)診斷和中尺度特征分析[4]。易笑園利用衛(wèi)星云圖和NCEP1°×1°再分析資料，對生命史長達(dá)9天的冷渦系統(tǒng)的云圖形態(tài)、移動軌跡、強(qiáng)度變化及其長久維持的原因進(jìn)行了深入分析[5]。此外，還有一些學(xué)者對河南省的強(qiáng)對流天氣做了大量研究。牛淑貞選取1994—1996年714CD雷達(dá)資料中較完整的7次河南省區(qū)域強(qiáng)對流天氣過程，從大尺度環(huán)境場、穩(wěn)定度參數(shù)、水汽條件、中尺度流場和714CD強(qiáng)度場、速度場等方面進(jìn)行了詳細(xì)分析，尋找其共性和差異[6]。趙培娟以河南省1995—2004年的氣象觀測資料作為分析樣本，并計(jì)算多個大氣動力和熱力學(xué)參數(shù);經(jīng)過統(tǒng)計(jì)分析、診斷分析，選擇預(yù)報(bào)能力強(qiáng)、指示性好的大氣動力或熱力學(xué)參數(shù)作為強(qiáng)對流天氣的預(yù)報(bào)因子，采用加權(quán)集成建立預(yù)報(bào)方程;應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)自動實(shí)現(xiàn)從數(shù)據(jù)采集、物理參數(shù)計(jì)算、預(yù)報(bào)因子臨界值判別、診斷預(yù)報(bào)方程運(yùn)算，到以MICAPS圖形方式輸出預(yù)報(bào)結(jié)果，建立了河南省區(qū)域強(qiáng)對流天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)[7]?；诖耍疚闹饕獙?019年7月23日到8月1日豫東、豫南地區(qū)出現(xiàn)的持續(xù)性強(qiáng)對流天氣進(jìn)行探討。

1 強(qiáng)對流天氣的時(shí)空特征

2019年7月23日到8月1日，豫東、豫南地區(qū)出現(xiàn)持續(xù)性強(qiáng)對流天氣，累計(jì)降水最大出現(xiàn)在周口市項(xiàng)城市孫店鎮(zhèn)，為326.5 mm，最大日降水量出現(xiàn)在周口市項(xiàng)城市高寺鎮(zhèn)，為227.2 mm，最大小時(shí)雨強(qiáng)出現(xiàn)在駐馬店市平輿縣萬冢鎮(zhèn)，為121.9 mm（7月27日00：00），極大風(fēng)出現(xiàn)在周口市鹿邑縣高集鎮(zhèn)，風(fēng)速為34.4 m/s（12級），并伴有強(qiáng)閃電。

2 持續(xù)性強(qiáng)對流天氣產(chǎn)生的機(jī)制分析

2.1 高層環(huán)流背景

7月24日08：00，200 hPa持續(xù)有高空急流通過，豫東、豫南地區(qū)處于高空急流入口區(qū)右側(cè)500 hPa環(huán)流，我國中緯度地區(qū)為緯向環(huán)流，蒙古冷渦異常強(qiáng)大，冷渦中心位于西西伯利亞地區(qū)，中心強(qiáng)度為560 dagpm，冷渦中心為-18 ℃，不斷分裂低渦東移，攜帶冷空氣入侵，豫東、豫南地區(qū)處于高空長波槽底，由于蒙古冷渦強(qiáng)大，長波槽影響大陸時(shí)間較長，并在7月25日08：00形成了強(qiáng)盛的西北急流和西南急流。西太平洋副高脊線位于25°N以南，與常年平均相比偏南偏弱，豫東、豫南處于副高西北側(cè)西南暖濕氣流中。

中低空700 hPa、850 hPa、925 hPa不斷有氣旋性切變、輻合中心形成，850 hPa在每日的08：00常形成西南急流，出口區(qū)位于豫東，而豫南位于西南急流左側(cè)。青藏高原夏季熱源作用顯著，形成溫度脊指向華北地區(qū)。

2.2 地面形勢場

豫東、豫南地區(qū)處在低壓帶中。7月24—26日，上午，地面少云或無云，升溫較快，地面常形成一條條輻合線，午后有對流云團(tuán)發(fā)展。

3 物理量分析

3.1 水汽條件

濕對流天氣得以發(fā)生、發(fā)展和維持，必須有充足的水汽供應(yīng)，這是風(fēng)暴的主要能量來源，水汽主要來自低層。

在降水比較明顯的7月24—26日、30日及8月1日，850 hPa和925 hPa溫度露點(diǎn)差均≤5 ℃，部分地區(qū)≤2 ℃。7月24日—8月1日，豫東、豫南地區(qū)850 hPa比濕均在13 g/kg以上，而在降水不明顯或只有零星降水的7月27—29日、31日，850 hPa和925 hPa溫度露點(diǎn)差≥5 ℃。

從水汽輸送來看，在降水明顯的7月24—26日、30日及8月1日，850 hPa存在明顯的水汽輻合區(qū)或氣旋性切變，加上明顯的偏南水汽輸送，增強(qiáng)了水汽的聚集。以7月26日為例，14：00豫南地區(qū)有水汽大量聚集，最大超過了30 kg/（m2·s）。隨著系統(tǒng)的演變向東發(fā)展，豫東周口、商丘地區(qū)也相繼出現(xiàn)了水汽輻合區(qū)。

整層大氣可降水對暴雨、大暴雨的落區(qū)具有較好的指示意義。7月26日，豫東周口、商丘的整層大氣可降水在19～22 kg/m2;8月1日，豫東、豫南的整層大氣可降水也在16 kg/m2以上。從實(shí)況來看，上述地區(qū)均出現(xiàn)了暴雨和短時(shí)強(qiáng)降水，在26日出現(xiàn)最大小時(shí)雨強(qiáng)，達(dá)到了121.9 mm（駐馬店市平輿縣萬冢鎮(zhèn)），8月1日出現(xiàn)區(qū)域性暴雨。

從7月26日阜陽探空圖來看[見圖1（a）]，阜陽存在深厚的濕層，濕層厚度伸展至500 hPa，而7月下旬日降水量最多就是在周口、駐馬店交界處（周口市項(xiàng)城高寺227.2 mm）。從7月30日的阜陽探空圖[見圖1（b）]可以看出，有明顯的“喇叭口”結(jié)構(gòu)，商丘市虞城縣杜集鎮(zhèn)出現(xiàn)32.3 m/s（12級）的大風(fēng)。

3.2 熱力條件

惡劣天氣的形成必須具備一定的潛勢能量，稱為對流有效位能（Convective Available Potential Energy，CAPE）。CAPE是浮力勢能，代表地表邊界層的空氣所具有的能量。當(dāng)CAPE值較大時(shí)，此時(shí)若有一定的觸發(fā)條件，往往產(chǎn)生較強(qiáng)的強(qiáng)對流天氣。

在對流過程明顯的7月26日、8月1日，豫東、豫南地區(qū)均有較高的CAPE值，其中7月26日豫東地區(qū)的CAPE值超過3 000 J/kg，高值時(shí)段持續(xù)到深夜，這種積累的高能量為后期強(qiáng)對流天氣發(fā)生發(fā)展提供了先期條件。

4 個例分析

以7月26日強(qiáng)對流天氣過程為例進(jìn)行簡要分析。

當(dāng)日高低空環(huán)流形勢顯示，7月26日08：00，200 hPa高空急流通過華北上空;500 hPa冷溫槽位于河套地區(qū)東部，華北上空有干冷平流，未來將影響河南地區(qū)。850 hPa在河南北部及南部各有一暖中心，暖中心附近為濕舌。500 hPa上的干冷空氣疊加在暖濕空氣之上，有利于強(qiáng)對流天氣的發(fā)生，豫東、豫南地區(qū)處在熱低壓帶中，從流場上可以看到有輻合線存在。

700 hPa和850 hPa切變線以及地面輻合線提供了26日強(qiáng)對流天氣的觸發(fā)機(jī)制，而高空200 hPa的急流通過有一定的通風(fēng)作用，高空風(fēng)將釋放的凝結(jié)潛熱帶到下游，維持豫東、豫南上空的對流不穩(wěn)定。

5 結(jié)論

①西太平洋副高的偏南偏弱和蒙古冷渦強(qiáng)大且穩(wěn)定地維持，為此次持續(xù)性強(qiáng)對流天氣提供了大型背景場條件。高空200 hPa急流通過有一定的通風(fēng)作用，高空風(fēng)將釋放的凝結(jié)潛熱帶到下游，維持豫東、豫南上空的對流不穩(wěn)定。

②中低空700 hPa、850 hPa、925 hPa的氣旋性切變、輻合中心和西南急流，提供了強(qiáng)對流天氣發(fā)生時(shí)強(qiáng)烈的水汽輸送條件，整層大氣可降水的大值區(qū)對短時(shí)強(qiáng)降水和區(qū)域性暴雨有較好的指示意義。

③中低層切變線和地面輻合線是此次豫東、豫南地區(qū)產(chǎn)生強(qiáng)對流天氣的主要觸發(fā)條件。

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