2023年5月河北一次強對流天氣過程成因分析

摘 要：基于探空資料、地面資料、多普勒雷達資料、ERA5再分析資料，對2023年5月19日河北中南部地區一次強對流天氣過程進行分析。結果表明 ：（1）此次過程發生在蒙古冷渦天氣背景下，冷渦后部冷空氣與低層暖濕空氣形成上干冷、下暖濕的不穩定層結，具有較強的不穩定能量和垂直風切變。（2）地面輻合線和鋒線、850 hPa切變線和急流為過程提供了動力和水汽條件。（3）對流在衡水地區合并加強形成超級單體。（4）冰雹混合強降水的拖曳引發下擊暴流從而形成地面冷池和雷暴高壓，冷池密度流、變壓梯度共同作用造成地面大風。

關鍵詞：強對流天氣；超級單體；下擊暴流

中圖分類號：P458.1 文獻標志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）06–0-03

強對流天氣是一種歷時短、突發性強、破壞性強的災害性天氣，主要是指出現短時強降水、雷暴大風（瞬時最大風速≥17.2 m/s）、龍卷風、冰雹和颮線等具有重大殺傷性的災害性天氣。由于其空間尺度小、發展速度快，持續時間短，因而預測難度較大，近年來許多學者對強對流天氣成因、影響等方面進行研究，并取得一定成果[1-6]。

短時強降水、雷暴大風、冰雹是河北地區常發的強對流天氣，給城市的正常運行帶來挑戰，其引發的地質災害、城市內澇等次生災害更是嚴重危害人民生命財產安全。通過對2023年5月19日河北中南部地區一次強對流天氣過程進行成因分析，深入了解強對流天氣形成的原因，為日后河北地區進一步提高強對流天氣預報準確率和預警服務水平提供參考。

1 天氣實況

2023年5月19日午后至夜間河北省出現強對流天氣，主要影響地區大致在37°～39°N，沿西北—東南呈帶狀分布（圖1）。暴雨區集中在石家莊市東部、衡水市中北部、滄州市南部，6站累計降水量＞100 mm，47站＞50 mm，最大累計降水量出現在衡水武強中化試驗田站，為120.1 mm，最大小時雨強出現在衡水深州高古莊站，為78.4 mm（圖1a）；大風區主要集中在衡水和滄州市，最大瞬時風速出現在衡水深州兵曹鄉張村站，為29.9 m/s（圖1b）；過程中多地觀測到小的濕冰雹。此次過程強度大、突發性強、局地性強，造成小麥等農作物大面積受災嚴重。

2 環流形勢

5月19日08：00，500 hPa貝加爾湖以東有蒙古冷渦活動，受下游高壓脊阻擋穩定少動，冷渦后部不斷有冷空氣南下影響河北。20：00，由中尺度分析場（圖2）可見：高層（圖2a）200 hPa有急流經內蒙古、河北延伸至朝鮮，急流中心風速＞40 m/s，河北省中南部位于急流出口右側，受500 hPa冷槽影響，整個河北省處于負變溫區有明顯干冷空氣侵入；低層（圖2b）有暖平流，石家莊市、滄州市及其以南地區850～500 hPa溫度差＞28 ℃，850 hPa風場上河北省中南部位于切變線前側的輻合區，有濕軸延伸河北中南部，西南急流位于衡水市東側，925 hPa的露點溫度高達16 ℃，上干冷下暖濕形勢明顯，地面有冷鋒壓至張家口—承德一帶，衡水市與石家莊市交界處有地面輻合線。

從環流形勢來看，此次過程發生在蒙古冷渦穩定的天氣尺度背景下，為典型的高空冷平流強迫類強對流天氣[7]。850 hPa西南急流和切變線可提供良好的水汽條件和動力條件，地面輻合線、鋒線有利于對流移入后的維持和加強。

3 物理量診斷分析

5月19日邢臺探空資料顯示，08：00（圖3a）已具備上干下濕的不穩定層結，對流有效位能值為560 J/kg，

低層逆溫層有利于不穩定能量積累；20：00（圖3b）不穩定能量進一步增大，對流有效位能值增至2 200 J/kg左右，0～6 km垂直風切變達17.9 m/s，0 ℃層位于3.6 km

附近，-20 ℃層位于6.6 km附近，對流有效位能值約為418 J/kg，由此估算的下沉速度約為14.5 m/s，數值接近雷暴大風閾值（17 m/s），700～400 hPa存在明顯干層，最大的露點溫度差達36 ℃，平均露點溫度差約16.5 ℃，低層900 hPa以下溫度直減率接近干絕熱，K指數增至35 ℃左右，低層濕度條件轉好，850 hPa以下比濕達13g/kg。

整個河北中南部處于上干冷、下暖濕的不穩定層結，強不穩定能量和垂直風切變條件利于對流組織化發展。0 ℃和-20 ℃層高度適宜冰雹的成長和落地，低層豐富水汽有利于暴雨發生，對流層中層的干層有助于下沉氣流中降水粒子融化、蒸發等過程加強。同時，蒸發冷卻作用可加強下曳氣流，低層溫度垂直遞減率大有助于氣塊溫度在下降過程始終低于環境溫度，并保持向下的加速度，有利于地面大風形成[8]。

4 雷達回波特征

19日20：00左右，有兩對流云團在衡水市深州市附近合并加強；20：36，反射率因子高達63.5 dBz且存在鉤狀回波（圖4a），在徑向速度圖上識別到中氣旋（圖4b）旋轉速度20.75 m/s，剖面圖有明顯的回波懸垂（圖4c）和有界弱回波區BWER（圖4d），55 dBz回波延伸至10 km以上，對流發展旺盛且具有明顯的超級單體特征；20：42回波質心迅速下降（圖4e），同時地面風場呈發散狀（圖4f），由此可判斷出現下擊暴流。

5 地面資料分析

19日20：00～21：00，從衡水深州兵曹鄉張村觀測

站5 min降水、瞬時風速、氣壓、氣溫時序變化（圖5）發現，20：15～20：30的15 min正變壓達6 hPa，20：25～

20：35的10 min負變溫達6.6 ℃，20：30～20：35的5 min

降水量分別達到6.9、13.8 mm，20：30瞬時風速增至 29.9 m/s（11級）。

由此可見，冰雹和短時強降水造成的拖曳、蒸發冷卻降溫效果十分明顯，地面迅速形成強冷池和雷暴高壓，在冷池密度流與變壓梯度共同作用下形成地面大風。

6 結論

（1）此次強對流過程發生在蒙古冷渦穩定的天氣尺度背景之下，為典型的高空冷平流強迫類強對流天氣，冷渦后部冷空氣與低層暖濕空氣在河北中南部形成上干冷、下暖濕的不穩定層結，具有較強的不穩定能量和垂直風切變。地面輻合線和鋒線、850 hPa切變線和急流為過程提供了動力和水汽條件。

（2）對流在衡水市深州市附近合，并加強形成超級單體。在超級單體的作用下，衡水市附近出現短時強降水和冰雹，進而引發下擊暴流并導致衡水市及下游滄州地區出現大風天氣，對當地農業造成極大損害。

（3）冰雹和短時強降水造成的拖曳、蒸發冷卻降溫效果十分明顯，地面迅速形成強冷池和雷暴高壓，冷池密度流與變壓梯度共同作用造成地面大風，下擊暴流造成的地面風速線性增加和雨強有密切關系，當雨強預估較大時也應警惕下擊暴流的發生。

參考文獻

[1] 丁一匯.高等天氣學[M].北京：氣象出版社，2005.

[2] 張云，雷恒池，錢貞成.一次東北冷渦衰退階段暴雨成因分析[J].大氣科學，2008（3）：481-498.

[3] 王秀明，俞小鼎，周小剛，等.“6.3”區域致災雷暴大風形成及維持原因分析[J].高原氣象，2012，31（2）：504-514.

[4] 費海燕，王秀明，周小剛，等.中國強雷暴大風的氣候特征和環境參數分析[J].氣象，2016，42（12）：1513-1521.

[5] 李爽，丁治英，劉云樺，等.東北冷渦下遼寧省短時強降水統計與合成分析[J].氣象科學，2017，37（1）：70-77.

[6] 高建平，馬中元，吳才明，等.2017年8月江西上高雷暴大風雷達回波特征分析[J].沙漠與綠洲氣象，2019，13（2）：55-62.

[7] 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.

[8] 壽紹文.中尺度氣象學[M].北京：氣象出版社，2009.

收稿日期：2024-03-11

作者簡介：韓冰（1993—），男，河北衡水人，助理工程師，主要從事天氣預報工作。#通信作者：周煜（1996—），男，天津人，助理工程師，主要從事氣候研究，E-mail：3477638361@qq.com。