河北一次局地暴雨過程診斷分析

楊天禧，王晶晶

1.河北省滄州市氣象局，河北滄州 061001；2.民航河南空管分局，河南鄭州 451162

局地暴雨一般由中小尺度天氣系統造成，具有突發性、強度大和時間短等特點，可能造成極大大的氣象災害。田秀霞等[1]人對一次河北大暴雨的低渦結構進行分析指出，此類暴雨區對應著深厚的正渦度區，而散度場結構相對零散。王婷婷等[2]人利用背景城區兩部地基微波輻射儀資料，對比了北京地區2008年2次雷暴過程發生前的局地環境大氣溫濕廓線特征，發現干濕雷暴發生前大氣層結明顯不同。祁東平等[3]人對一次局地強降水過程的中尺度特征及預報難點分析表明，地面中尺度輻合線、中尺度對流云團是造成強降水的重要中尺度系統。梁鈺等[4]人在分析局地暴雨預報難點時指出，雷達比衛星表現得更為直觀，而且時間尺度和空間尺度更小，是做好短時臨近預報的最為有力的工具。本研究利用常規資料、NCEP再分析資料和多普勒雷達等非常規觀測資料，對此次局地暴雨進行綜合分析，探討了局地暴雨特征及其可預報性，為今后預報預警提供啟示和參考。

1 降水實況和環流形勢分析

1.1 “8·10”天氣實況

2020年8月10日凌晨，滄州市區出現了比較罕見的局地暴雨。由于這次暴雨只發生在市區的狹小范圍內，短時雨強較為罕見。

此次暴雨過程的主要特點如下：（1）暴雨范圍小，局地性強。02:00～04:00，滄州市區平均降水量為52.1 mm，超過50 mm的降水區域不足30 km×20 km，暴雨發生前后的3 h內，滄州周邊地區沒有出現10 mm以上的雨區。（2）降水強度大。滄州市開發區1 h最大降水量為50.9 mm。

“8·10”暴雨過程的特點表明，這是一次典型的β中尺度對流暴雨天氣過程。暴雨的發生需要2個最基本的物理條件：足夠的水汽來源和強烈的上升運動[5-6]。

1.2 環流形勢分析

夏季，東北低渦的維持常造成華北地區的雷雨天氣[7-8]。2020年8月9日20:00形勢場，500～850 hPa高度場上都有封閉低渦，低渦系統較深厚，中低層存在切變線，地面圖上河北處于熱低壓倒槽中，有地面輻合線形成，整層濕度相對偏干，濕層淺薄（圖1）。500 hPa存在干舌（T-Td≥20℃），低空急流不明顯，中高層有西北風急流存在。

2 環境條件分析

2.1 水汽條件

從2020年8月9日20:00低層水汽通量場來看，滄州地區顯示有利的水汽通量場。河北省北部水汽含量在12 g/kg以上。925 hPa水汽輸送明顯，20:00有一條沿河北東北—西南走向的水汽通量帶，對應水汽通量3個大值中心。

9日20:00北京站T-logP所反映的環境場特征有以下特點：（1）近地面到500 hPa高度，假相當位溫的垂直遞減率小于0，條件不穩定特征明顯；狀態曲線與層結曲線之間紅色區域面積較大，CAPE值為2 299.8 J/kg；（2）整層的相對濕度較小，850 hPa以下比濕較大，溫濕層結曲線形成向上開口的喇叭形狀，“上干冷、下暖濕”特征明顯（圖2）[9]。

圖2 北京站T-logP圖和假相當位溫變化圖（0920）

2.2 抬升條件

強烈的抬升運動包括熱力抬升和動力抬升[10-11]。診斷結果表明， 2020年8月10日02:00 500 hPa、700 hPa滄州附近為下沉運動，850 hPa為弱上升運動。熱力抬升主要表現在具有潛在不穩定能量，暴雨天氣過程開始前，CAPE超過1 000 J/kg，9日14:00達 到1 773.7 J/kg，而此時對流抑制能量為0，LI達到-6.52，K指數達到25。

3 地面輻合系統特征

在滿足天氣尺度背景和穩定度條件的前提下，局地能否觸發對流、產生暴雨主要取決于是否具有低層輻合線和不穩定能量釋放[12-13]。保定至滄州西部出現一條弱輻合線，在反射率因子圖上，02:00在滄州的西北方向有對流單體發展，并與保定一帶大片回波形成50～60 dBz的較強回波帶，不斷向偏東方向移動，02:48經過滄州市區，1 h滄州出現61.2 mm的短時暴雨。所以地面輻合線的生成和維持對不穩定能量的觸發起到了至關重要的作用[14-15]。

4 強降水雷達觀測特征

從雷達回波的連續演變可以看到，2020年8月9日21:30，在北京和河北保定西部山區出現東北—西南向的強回波帶，同時，在石家莊西部地區出現強度較大的塊狀回波。01:00，保定附近的回波與位于石家莊向東移動發展的回波匯合形成一條回波帶。此回波帶回波強度大多維持在30～60 dBz，其中最大回波強度達到61 dBz。

圖3顯示01:24有強回波主體移入滄州任丘境內，01:36西部縣市陸續有對流單體生成，隨著時間推移這些對流單體與強回波帶匯合形成西北—東南的強回波帶。01:48任丘境內發現中氣旋的存在。回波不斷向東移動，02:48強回波位于滄州市區上空并持續40 min左右。

圖3 雷達圖

圖4a為2020年8月10日01:54河間附近暴雨回波的反射率因子垂直剖面。其質心較低，45 dBz以上強回波都位于6 km高度以下，低層最強回波在55～65 dBz。分析風廓線圖可知，滄州在降水開始前850 hPa附近為一致的偏東風（圖4b）。1 500 m以上高度逐漸轉為西南風，即整層風向隨高度順時針旋轉，說明此時為暖平流，這種配置有利于850 hPa低渦的發展。02:30相對干區在低層出現，低層西南氣流被破壞。

圖4 反射率因子垂直剖面及風廓線圖

5 結論與討論

（1）此次降水發生在東北低渦加強維持期間，在不穩定層結和有利的高低空動力條件配置下，地面輻合線作為觸發機制造成了局地暴雨過程。

（2）在暴雨開始前1～2 h，雨區附近出現近南北向的地面輻合線，暴雨發生在輻合線附近。

（3）850 hPa以下西南風的轉換，以及較大風速的出現既為降雨區提供了暴雨形成的水汽，也加劇了急流附近大氣的層結不穩定性，對降水開始以及雨強大小有一定指示意義。

（4）回波基本上沿地面輻合線排列和移動，在移動過程中還伴隨回波單體的新生、發展、合并、減弱等過程。