漠河市一次漏報熱對流天氣分析

許麗玲 ,韓鳳岐 ,張友誼 ,張春梅

（1.漠河市氣象局，黑龍江 漠河 165399；2.大興安嶺地區氣象局，黑龍江 加格達奇 165099；3.安寧市氣象局，云南 安寧 650300）

1 引言

熱對流是夏季普遍存在的一種對流活動，時空尺度均不大，是到達地面的降水總量一般較小的一種局地對流性天氣現象，具有明顯的地域性和日變化［1-3］。熱對流降水的水汽主要來源于地表的蒸發和低層風場輻合攜帶的水汽，然后通過垂直輸送把水汽從低層輸送到高層，而非均勻地表性質造成的非均勻陸氣通量輸送在局地熱對流降水中起到觸發對流的作用［4］。雖然熱對流產生的降水總量不大，但由于降水時間短、強度大，局地性陣雨不僅給交通和重大活動等帶來不便，而且還會引發內澇災害。除降水外，熱對流可以發展成深對流，并造成雷雨大風、冰雹等災害性強對流天氣［5-6］。因此，熱對流是一種局地性強，且危害性大的局地天氣現象,但它也是在一定的天氣背景下發展起來的。目前，在沒有天氣雷達覆蓋的區域，只能依靠數值預報模式、衛星云圖、雷電定位系統等資料來分析天氣，全球數值預報模式、區域數值預報模式、智能網格預報等對典型強對流天氣預報效果比較好，但當天氣系統較弱時，局地不穩定天氣形勢下，下墊面的相互作用會引發局地強對流天氣，這時數值預報模式、智能網格預報效果不理想。其原因是多方面的：一方面預報模式的物理過程、資料同化方法對于對流天氣的描述還不全面；另一方面復雜的地理、地形因素對數值預報模式和智能網格預報也有較大影響［8］。由于其維持時間較短，且以往高時空分辨率的觀測資料又相對缺乏，故有效的研究成果較少，熱對流降水的局地性和突發性給預報熱對流強降水帶來很大困難。常規24 h 預報，往往分析和判斷不出可能發生強對流天氣條件，日常業務中主要依賴短時臨近監測，來彌補常規預報的不足。本文對2020 年6 月29 日典型弱形勢場下，漏報漠河市午后熱對流天氣過程，進行分析總結，為以后局地熱對流天氣的預報預警提供參考，及時為各級政府、部門、社會防災減災提供科學依據。

2 資料與方法

本文利用大興安嶺地區漠河市2 個國家站和12個自動站（區域站和無人站）資料、Micaps 常規天氣資料，采用天氣學原理從物理量、云頂量溫（TBB）等方面總結這次天氣過程，擬探索出一種熱對流天氣較為有效的預報方法。

根據翟菁，劉慧娟等對安徽省熱對流短時降水的判別和指標［1］：當站點上午08-12 時沒下雨，下午14-22 時有雨，且T13地＞35.7 ℃，且午后T13地-T08地＞6.4 ℃，且每日日照時數＞1.7 h，判定為熱對流降水。6月29 日漠河市（漠河國家基準氣候站）上午08-12時沒下雨，T13地=43.9 ℃＞35.7 ℃，T13地-T08地=43.9 ℃-26.1 ℃=17.8 ℃＞6.4 ℃，日照時數=11.1 h＞1.7 h，其它區域站無地溫要素數據，符合上午08-12 時沒下雨，日照時數＞1.7 h，可以判定漠河市6 月29 日是一次熱對流降水。

3 地形與天氣實況

漠河市位于大興安嶺北部，屬于內陸山系地區，群山連綿，溝谷縱橫，山頂平坦，河谷開闊，大部分屬于低山丘陵地區，地勢南高北低，南北呈坡降趨勢，東西兩翼凸起，植被覆蓋率較高，當地表或近地面溫度較高時，地表的蒸發量較大，空氣中的水汽含量會增大，加上山區南高北低地形抬升作用，所以漠河市山區在夏季午后極易產生熱對流天氣。

2020 年6 月29 日13-17 時漠河市自動站實況顯示，南部有8 個站出現短時熱對流天氣，其中勁濤站出現短時雷雨大風，極大風速監測到21.9 m/s(9級)，有7 個站出現短時雷雨天氣伴有陣風5-6 級，北部6 個站沒有出現降水。

4 高空形勢

2020 年6 月29 日08 時500 hPa 高度場上（圖1a），亞歐大陸中高緯度為兩槽一脊的形式，脊東側有明顯而寬廣的低壓槽，槽內有冷渦，槽后脊前有明顯的偏北和西北冷平流，漠河市受西北冷平流影響；700 hPa 高度場上（圖1b），大興安嶺地區漠河市受高空槽影響，從海上有東北氣流的水汽輸送，在大興安嶺西南部有暖平流北伸，在大興安嶺漠河市西北部有冷暖平流交匯；850 hPa 圖上（圖1c），漠河西北部有兩暖一冷中心，東部鄂霍次克海東北氣流從海上向陸地輸送冷濕空氣，南部為暖脊，西南氣流不斷向北輸送暖濕空氣。在500 hPa 大興安嶺地區北部西北氣流為主，形成上冷下暖的不穩定層結，有利于對流發展。

圖1 2020 年6 月29 日08 時(a)500 hPa,(b)700 hPa,(c)850 hPa

5 地面形勢

6 月29 日08 時地面低壓中心（圖2a）與850 hPa 低渦位置基本一致，漠河處在低壓的北部，漠河站天氣晴好無云，西北風，漠河西北上游站東南風，陰天并出現陣雨天氣，14 時漠河西北上游站由東南風轉西北風（圖2b），陰天無雨，漠河站由西北風轉西南風，云量2-3，兩站之間有風切變形成，大興安嶺東南側有東南氣流向西北提供了暖濕空氣的輸送，在風向上由于地面輻合形成動力作用，而且還由于地形抬升作用使這支氣流，從東南向西北有爬升和聚合抬升過程，這種類型形成的降水往往強烈而分布不均[8]，導致勁濤站短時降水12.5 mm（13-15 h），漠河站8.4 mm（14-17 h）。

圖2 2020 年6 月29 日(a)08 時,(b)14 時地面形勢場

6 中尺度分析

29 日08 時500 hPa（圖3），貝加爾湖東北部一帶的冷空氣向大興安嶺地區北部輸送，使高空溫度下降，同時冷空氣的下沉作用又促使云層消散，有利于低層輻射增溫。低層和地面大興安嶺地區北部有東北和西北弱冷空氣，850 hPa 滿洲里有強暖脊，暖中心在沈陽附近，強度為20 ℃。14 時地面西北轉西南風，由西南向東北輸送暖空氣，地面非絕熱加熱作用明顯，使地面增溫，漠河區域內T850-T500＞28 ℃，這種高層降溫與低層增溫同時出現的機制，引起大氣層結穩定度的急劇下降，導致大興安嶺地區北部出現對流不穩定區，從而為熱對流天氣的發生、發展創造了條件。

圖3 2020 年6 月29 日08 時、14 時高空和14 時地面實況資料中尺度分析圖

7 水汽、熱力、動力相關物理量分析

7.1 水汽條件

29 日14 時700 hPa 水汽通量散度中心最大值50×10-8g·cm-2（hPa·s)-1,在漠河南部，說明阿木爾鎮和漠河中層水汽是輻散的；850 hPa 水汽通量中心最大值35×10-1g(cm·hPa·s)-1在漠河東部，阿木爾鎮，漠河水汽通量是25×10-1g(cm·hPa·s)-1，水汽通量散度中心最大值-50×10-8g·cm-2（hPa·s)-1,在漠河南部，說明阿木爾鎮和漠河低層不僅有水汽輸送，而且還有水汽輻合，為該地區降雨的產生和維持提供了水汽條件。

7.2 動力條件

29 日14 時700 hPa 相對渦度在漠河南部有負渦度平流，引起局地渦度減小；850 hPa 相對渦度在漠河南部有正渦度平流，引起局地渦度增大，風速也隨之增大，阿木爾鎮產生雷雨大風；散度場500 hPa 以下各層阿木爾鎮均處在負散度區，阿木爾雨量較大，漠河是高低層輻散，中層輻合；850 hPa 垂直速度圖上（圖4），在漠河東部上升速度達到-50×10-2hPa·s-1,一定強度的上升運動是形成降水的條件之一，導致漠河部分區域站出現短時雷雨天氣，其中阿木爾雨量較大，漠河雨量次之。

7.3 熱力條件

從6 月29 日14 時假相當位溫（圖5）可以看出，在漠河市強對流天氣發生區域上空700 hPa 以下，假相當位溫隨氣壓降低而減小，滿足對流不穩定條件；11 時和14 時漠河市區域K 指數范圍在20 ℃＜K＜35 ℃（圖6a），有局部雷雨天氣，14 時抬升指數范圍在-3＜Ll＜-5（圖6b），說明很可能出現雷雨天氣。

圖5 2020 年6 月29 日(a)14 時700 hPa、(b)850 hPa、(c)925 hPa 假相當位溫

圖6 2020 年6 月29 日14 時(a)K 指數,(b)抬升指數

8 衛星云圖分析

6 月29 日14 時紅外云圖上，漠河市及南部區域有東西向發展雷暴云團A，云頂亮溫（TBB）為258.08 K，使漠河市及南部區域和西部富克山，產生雷雨天氣；15 時東西向雷暴云團A 向北發展轉南北向雷暴云團B，云頂亮溫（TBB）為240.09 K，使漠河市北部前哨出現雷雨天氣。對流云團的云頂亮溫與云團的降水強度有較好的對應關系，在214-265 K 云頂亮溫范圍內更容易產生降水，云頂亮溫隨時間降低，表征著大氣有上升運動，有利于云團的生成、發展、成熟及降水的發生［9］。

9 探空資料分析

從漠河站T-lnp 圖14 時（圖7）可以看出，對流有效位能（CAPE）開始層在700 hPa 以上，700 hPa 以下風向比較一致，以東風為主，沒有明顯垂直切變，對流有效位能（CAPE）值小，對流抑制（CIN）值較大，低層配合沒有明顯一定強度的抬升作用，一些對對流天氣有重要指示意義的對流參數不明顯，探空結果表明氣層存在弱的潛在不穩定，說明在弱形勢場下，局地環境下產生的熱對流天氣，預報能力有一定的難度。

圖7 6 月29 日14 時T-lnp 圖

10 垂直剖面分析

從6 月29 日垂直剖面圖（圖8）分析可知，14 時地面溫度線為24 ℃，溫度較高，使地面增溫，最高溫度＞Tg 則會產生熱力對流云，且會有熱雷暴發生的可能，但14 時地面相對濕度≤50%，地面比較干，東南風2 m/s，850 hPa-500 hPa 之間相對濕度為60%-70%，沒有明顯的垂直上升運動，對預測6 月29 日午后對流天氣效果不是很好，這也是此次對流天氣漏報的一個原因。

圖8 垂直剖面圖

11 小結

（1）6 月29 日午后漠河地區地面溫度較高，溫度上升較快，最高溫度達25 ℃以上，T13地-T08地=43.9 ℃-26.1 ℃=17.8 ℃＞6.4 ℃，溫差較大，導致地表向大氣邊界層強烈的感熱輸送，地面熱空氣上升，導致周圍空氣的補償性輻合，低層輻合帶來的水汽和地表蒸發為這次局地熱對流降水提供了水汽來源。加之漠河山區南高北低地形抬升觸發作用，使漠河南部產生熱對流降水。

（2）在沒有天氣雷達覆蓋的區域，在天氣形勢比較弱的情況下，水汽通量、水汽通量散度、相對渦度、散度、垂直速度、K 指數、抬升指數、云頂量溫（TBB）等關鍵物理量閾值診斷分析，具有越來越顯著的優勢。

（3）造成此次對流天氣漏報的主要原因：常規的天氣資料對此類天氣研究有一定的局限性，熱對流降水時空尺度小，數值預報對其預報能力較差。