2020年5月中旬山東一次大范圍強對流天氣過程分析

仇彥輝

摘要 選擇常規氣象觀測資料、NCEP分析資料以及雷達探測資料等相關資料分析2020年5月中旬山東省的一次強對流天氣過程。結果顯示：此次山東省強對流天氣是由高空冷渦和地面氣旋的共同影響形成的。5月17日晚上是本次強對流天氣最旺盛的時期，此時山東處于低層低渦右側，高空冷渦東南象限、地面氣旋東北象限，具備非常好的抬升觸發條件，促進了此次強對流天氣的發生發展。在此次天氣發生之前，青島、徐州探空站對流有效位能（CAPE）等具備強對流天氣出現的潛勢；0 ℃與20 ℃高度以及厚度均非常適宜冰雹對流天氣的出現。與此同時，低層暖濕、中層干冷的特性，環境垂直風切變較大，這些均能夠預示雷電、大風、強降水等強對流天氣的發生。雷達資料均能夠反映出強對流天氣的演變特點，對強對流天氣的預報預警可以起到較好的指示作用。

關鍵詞 強對流天氣；環流背景；單體風暴

中圖分類號：P458 文獻標識碼：B 文章編號：2095–3305（2023）07–0154-03

強對流天氣屬于一種局地性自然現象，通常涵蓋大風、強降水、雷電、冰雹等天氣類型，強對流天氣會在較短時間內帶來特別強的破壞力，會導致城市基礎設施受損、農作物受到極大損傷，嚴重情況下還會造成人員傷亡[1-2]。因此，加強對局部地區強對流天氣的預報工作十分必要。近年來，國內有大量氣象學家對強對流天氣展開了研究。許愛華等[3]通過對21世紀以來中國中東部地區近百次強對流天氣個例的環境場進行分析，全面分析強對流天氣形成的熱力不穩定、動力抬升以及水汽條件，從強對流的不穩定條件和主要觸發條件方面提出中國強對流天氣的5種基本類別：暖平流強迫類、冷平流強迫類、斜壓鋒生類、高架對流類、準正壓類。王錫穩等[4]對甘肅省春末一次強對流天氣的影響系統、環流形勢以及雷達產品進行分析得到了該地區強對流出現過程中的環境流場、物理量特點以及雷達回波特點。王燕娜等[5]對2017年7月上旬出現在北京市延慶的一次強對流天氣展開分析得出：本次天氣發生前，延慶高空主要受低渦底冷空氣的作用，低層分布著西南急流以及切變線，地面形勢場有氣旋存在，這些為本次對流天氣的形成給予了有利的環流背景條件；中小尺度環境場促進了對流單體形成超級單體風暴，0 ℃和-20 ℃

高度比較有利于冰雹的形成。李斌等[6]對南疆塔里木盆地西部一次強冰雹天氣過程分析指出高低空適宜的環流形勢以及大氣不穩定層結的形成是推動了本次強對流天氣冰雹過程的形成。畢瀟瀟等[7]對吉林省2016年初夏發生的一次強對流天氣個例展開分析得出本次強對流天氣主要是在地面氣旋、切變線以及高空冷渦等系統影響下產生的。高低層暖濕、中層干冷為冰雹的形成帶來了適宜的條件，因為整層濕度條件均非常好，低空分布著較大的風切變，比較適宜于降水的形成。王旭等[8]對2015年7月底發生于東營市的一次強對流天氣過程分析得出該次天氣過程是副高壓外圍暖濕氣流以及西風槽共同作用的結果，強對流天氣在衛星云圖、新一代多普勒天氣雷達、風廓線雷達資料中均有一定表征。還有等李宛彧等[9-12]對強對流天氣過程也開展了很多研究，并且取得了大量成效。

山東省位于我國華東地區，地理坐標處于34°22.9′～38°24.01′N，114°47.5′～122°42.3′E之間，地貌類型較多，主要涉及丘陵、山地、平原、盆地、臺地以及湖泊等類型，地形最多的為丘陵和山地，主要處于中南部；北部、西部區域為華北平原，東部地區屬于山東半島。山東氣候為暖溫帶季風氣候。整體氣候特點：春秋持續時間短，冬夏持續時間長，雨熱同季，光照資源充足。受到地形、氣候等因素的影響，山東省氣候復雜多變，強降水、大風、冰雹等強對流災害頻繁。山東省強對流天氣大部分出現于5—10月。強對流天氣時常會給當地農業生產、交通運輸以及城市基礎設施帶來不同程度的危害。因此，主要對2020年5月中旬山東一次大范圍強對流天氣進行診斷分析，以掌握強降水、大風、冰雹等強對流天氣的成因，為進一步提高當地強對流天氣預報預警水平提供參考。

1 天氣概況

2020年5月16—18日山東省多數區域發生強對流天氣。其中，5月16 日下午至夜晚省內北部局部區域遭遇雷雨大風、冰雹天氣；從5月17日傍晚到夜晚，山東大多數區域發生雷雨大風、冰雹以及強降雨天氣。氣象觀測資料統計顯示，有14個市出現冰雹天氣，冰雹最大直徑達到6 cm以上（5月16日21：00左右），出現在青島市；山東半島以及東南部地區出現強降水、雷電天氣，有51個測站過程雨量達到50 mm 以上，過程雨量最大值為104.6 mm；出現短時強降水的測站有120個，主要發生時間段為5月17日晚上；閃電次數達5 758次；由小時最大降水量統計資料可知，此次小時最大雨量為56.9 mm，出現在費城站（5月17日22：00）和榮成城西站（5月18日00：00）。由極大風統計資料可知，山東省大多數區域發生了雷雨陣風，風力等級為8～10 級，最大風力達12級。

2 環流背景分析

對2020年5月16—18日500 hPa形勢、700 hPa形勢場、850 hPa 形勢場以及地面形勢場進行分析發現，2020年5月16 日20：00，山東處在高空冷渦東南象限，500 hPa冷渦后部分布著急流，數值處于26.0～30 m/s之間；5月17 日20：00，700 hPa 處分布著1條暖脊，處于魯南至豫南區域，850 hPa處暖脊延伸至山東半島南部和山東東南部區域，山東省分布低渦中心，切變線橫跨山東區域，風速處于12.0～16.0 m/s之間；5月17日20：00—5月18日08：00，850 hPa和500 hPa溫度溫差處于28.0～30.0 ℃之間，構成了上層冷下層暖的對流性不穩定層結；隨著時間的推移，高空東北冷渦持續旋轉南落，高空冷渦橫槽慢慢轉豎，5月18日08：00冷渦徘徊在渤海灣上空，系統比較深厚，700 hPa和850 hPa分布著一低渦，地面有氣旋持續朝著偏東方向發展，系統總體上表現為后傾結構。此時，山東主要受冷渦的影響。地面形勢場上，5月17日20：00山東東南一帶分布著地面氣旋中心，5月18日08：00移動至黃海北部與渤海海峽相交區域。此次強對流過程發展較為旺盛；5月17日晚上，山東處于低層低渦右側，高空冷渦東南象限、地面氣旋東北象限，具備非常好的抬升觸發條件，這促進了此次強對流天氣的發生發展。

3 探空資料分析

由山東省青島探空站資料可知，2020年5月17日晚上，青島測站有顯著的逆溫分布925 hPa以下高度層，主要表現為中層干低層濕的喇叭口狀，對流有效位能（CAPE）為2 536 J/kg；0～6 km環境垂直風切變較強，青島探空站數值達34 m/s。0 ℃層高度保持在3.7 km左右，20 ℃層高度保持在6.6 km左右，ΔH值為2.9 km，這表明青島大氣層結非常不穩定，該地區出現冰雹、雷電、強降水等強對流天氣的潛勢非常大。對與山東棗莊毗鄰的徐州探空資料進行分析可知，2020年5月17日08：00徐州的大氣層結處于不穩定狀態；700 hPa處大氣層結曲線和露點曲線非常近，具備較高的濕度條件，這為強降雨天氣的產生提供了有利的水汽條件；在600～500 hPa高度層之間較干，適宜雷暴大風、冰雹的形成；600 hPa處，溫度隨著高度呈“下降—上升—下降”的變化趨勢，并且在此層結上分布著逆溫層，過冷卻水滴或者冰晶在層結上面融化、碰撞，容易產生大的水滴，被強大的上升氣流帶到高空促進了冰雹的形成。5月17日20：00對流有效位能（CAPE）大幅度上升，幾乎達到3 000 J/kg；700～500 hPa 高度層，風向隨高度的上升存在顯著的逆轉，中高層存在冷平流，850 hPa下方屬于西南風，風向隨高度順轉，中低層分布著暖平流；如此在垂直方向上形成的大氣層結分布特征為“中低層暖、高層冷”，這比較適宜不穩定能量的產生與聚集，并且這時0～3 km環境垂直風切變較強，數值為16.0 m/s，低空風切變促進了風暴的產生，進而有利于雷暴大風、冰雹等強對流天氣的發生與發展。

4 雷達資料分析

由圖1可知，2020年5月17日19：07，山東西北一帶分布著若干單體，這些單體均在不斷發展，局部地區反射率因子＞60 dBz，ZDR處于3.5～4.0范圍內；冰雹區域KDP局部＞7，CC出現部分＜小于0.8現象，還有非均勻分布的波束。濟寧一帶存在單體，反射率＞60 dBz。

由圖2可知，2020年5月17日19：00單體風暴主體分布在山東濰坊一帶，最大反射率因子為71 dBz，19：29 回波逐漸朝東邊發展，中心持續增強，最大反射率因子為77 dBz，20：31在有1條多單體風暴產生于山東半島一帶，在此之后持續有單體產生，構成列車效應，21：34能夠發現存在顯著的線狀對流帶。

5 結論

（1）此次山東省強對流天氣是由高空冷渦和地面氣旋的共同影響形成的。5月17日晚上為本次強對流天氣最旺盛的時期，此時山東處于低層低渦右側，高空冷渦東南象限、地面氣旋東北象限，具備非常好的抬升觸發條件，促進了此次強對流天氣的發生與發展。

（2）在此次天氣發生之前，青島、徐州探空站對流有效位能（CAPE）等都具備強對流天氣出現的潛勢；0 ℃與20 ℃高度以及厚度均非常適宜冰雹對流天氣的出現。與此同時，低層暖濕、中層干冷的特性，環境垂直風切變較大，這些均能夠預示雷電、大風、強降水等強對流天氣的發生。

（3）本次強對流天氣發生中尺度對流系統內，回波發展移動速度非常快；借助雷達資料能夠較好地對中尺度系統進行監測和短時預報。雷達產品能夠反映回波強度及其發生發展形勢。

參考文獻

[1] 俞小鼎，鄭永光.中國當代強對流天氣研究與業務進展[J].氣象學報，2020，78 （3）：391-418.

[2] 郭魯.山東地區夏季強對流天氣成因的探討[D].青島：中國海洋大學，2013.

[3] 許愛華，孫繼松，許東蓓，等.中國中東部強對流天氣的天氣形勢分類和基本要素配置特征[J].氣象，2014，40（4）：400-411.

[4] 王錫穩，陶健紅，劉治國，等.“5.26”甘肅局地強對流天氣過程綜合分析[J].高原氣象，2004（6）：815-820.

[5] 王燕娜，張杰，隋婧怡，等.2017年7月延慶地區一次強對流天氣成因分析[J].氣候變化研究快報，2020（1）：40-52.

[6] 李斌，蘇曉嵐，王志龍，等.南疆塔里木盆地西部一次強冰雹天氣過程分析[J].干旱氣象，2013，31（4）：790-795.

[7] 畢瀟瀟，胡中明，孫妍.2016年初夏吉林省一場強對流天氣過程分析[J].氣象災害防御，2016，23（4）：16-20.

[8] 王旭，張立，常成，等.2015年7月29—31日東營市一次強對流天氣過程分析[J].現代農業科技，2015（22）：224-226.

[9] 李宛彧.2018年4月19—20日臨夏州強對流天氣過程分析[J].現代農業科技， 2018（21）：211-213.

[10] 陳濤，張芳華，宗志平.一次南方春季強對流過程中影響對流發展的環境場特征分析[J].高原氣象，2012，31（4）： 1019-1031.

[11] 阿不都外力·阿不力克木，王元，王亦平，等.一次強對流天氣及其中短時強降水的成因分析[J].氣象科學，2014，34 （4）：457-464.

[12] 鄭媛媛，姚晨，郝瑩，等.不同類型大尺度環流背景下強對流天氣的短時臨近預報預警研究[J].氣象，2011，37（7）： 795-801.

Analysis of A Large-scale Strong Convective Weather Process in Shandong in the Middle of May， 2020

Qiu Yan-hui （Shandong Shidao Meteorological Station， Weihai， Shandong 264309）

Abstract This paper selects conventional meteorological observation data， NCEP analysis data， and radar detection data to analyze a severe convective weather process in Shandong Province in the middle of May 2020. The results show that the severe convective weather in Shandong Province was formed by the joint influence of high altitude cold vortices and surface cyclones. The night of May 17th was the most vigorous period of this severe convective weather. At this time， Shandong was located on the right side of the low-level low vortex， the southeast quadrant of the upper cold vortex， and the northeast quadrant of the surface cyclone， which had very good lifting triggering conditions， promoting the occurrence and development of this severe convective weather. Prior to this weather occurrence， the convective effective potential energy （CAPE） of the sounding stations in Qingdao and Xuzhou had the potential for strong convective weather; The height and thickness of 0 ℃ and 20 ℃ were very suitable for the occurrence of hail convective weather. At the same time， the characteristics of warm and wet in the lower layer， dry and cold in the middle layer， and large vertical wind shear in the environment can all predict the occurrence of severe convective weather such as lightning， strong winds， and heavy precipitation. Radar data can reflect the evolution characteristics of strong convective weather， and can play a good indicative role in the prediction and early warning of strong convective weather.

Key words Strong convective weather; Circulation background; Single storm