新鄉(xiāng)市一次強對流天氣過程分析

張益煒

（封丘縣氣象局，河南 封丘 453000）

新鄉(xiāng)市一次強對流天氣過程分析

張益煒

（封丘縣氣象局，河南 封丘 453000）

本文利用常規(guī)觀測資料、NCEP 1°×1°再分析資料，數(shù)值預(yù)報、衛(wèi)星云圖等，從天氣形勢、物理量場和衛(wèi)星云圖演變特征等方面對2015年8月3日傍晚前后發(fā)生在河南省新鄉(xiāng)地區(qū)的強對流天氣進行分析發(fā)現(xiàn)：這是一次高空冷渦后部西北氣流攜帶冷空氣南下，副高外圍暖濕氣流共同影響下，上干冷下暖濕的不穩(wěn)定層結(jié)下產(chǎn)生的強對流天氣。本次強對流過程是東北冷渦與副高共同影響的，降水強度大，強降水持續(xù)時間短，落區(qū)難以把握，強降水的落區(qū)及系統(tǒng)移動方向受副熱帶高壓位置的變化和高空引導(dǎo)氣流影響較大，是本次預(yù)報的難點。

強對流；天氣分析；不穩(wěn)定能量

強對流天氣是夏季經(jīng)常出現(xiàn)的一種災(zāi)害性天氣現(xiàn)象，具有影響范圍小、持續(xù)時間短的特點，但由于發(fā)生時常伴有短時強降水、大風(fēng)、冰雹、龍卷等激烈的天氣現(xiàn)象，其引發(fā)的自然災(zāi)害，給人民生產(chǎn)、生活造成極大的危害。探討強對流天氣的發(fā)生發(fā)展過程，對提高預(yù)報準(zhǔn)確率和保障人民財產(chǎn)有重要的意義。近年來，國內(nèi)很多學(xué)者都對強對流天氣進行了分析研究，毛冬艷［1］總結(jié)了近幾年我國強對流天氣業(yè)務(wù)的主要進展，提出強對流業(yè)務(wù)的未來發(fā)展和主要任務(wù)；張一平等［2-4］對近10年河南區(qū)域強對流天氣的環(huán)境條件的中尺度天氣綜合分析和物理量要素進行了分析。2015年8月3日15:00-18:00，在河南省新鄉(xiāng)市區(qū)及衛(wèi)輝市出現(xiàn)了短歷時強降水、雷暴和大風(fēng)等災(zāi)害性天氣。本文利用常規(guī)資料、NCEP再分析資料及衛(wèi)星云圖等，對該過程進行診斷分析，以期對今后工作中遇到此類災(zāi)害性天氣提前發(fā)出預(yù)報預(yù)警和提高預(yù)報準(zhǔn)確率提供一些參考。

1 天氣概況

受東北冷渦和副熱帶高壓共同影響，2015年8月3日8:00-4日8:00新鄉(xiāng)市出現(xiàn)區(qū)域性大雨，局地暴雨過程，并伴有大風(fēng)等強對流天氣，147個雨量站紀(jì)錄降水，降水最強時段發(fā)生在3日16:00-20:00，雨量分布不均，新鄉(xiāng)西北部雨量較大。其中降水量大于25mm的鄉(xiāng)鎮(zhèn)雨量站有52個，大于50mm的有21個，大于100mm的有1個，最大降水量出現(xiàn)在輝縣梨園溝村，為101.7mm。新鄉(xiāng)市內(nèi)和衛(wèi)輝市自動站達到暴雨分別為70.5、61.9mm，小時雨強分別為51、36mm。

2 成因分析

2.1 資料與方法

利用MICAPS數(shù)據(jù)資料、常規(guī)觀測站和加密自動站資料等，對此次過程的成因進行分析。從大尺度環(huán)流形勢演變、影響系統(tǒng)、探空資料、水汽條件、能量分析等方面進行綜合分析，確定本次過程為東北冷渦和副熱帶高壓共同影響形成的強對流天氣。

2.2 天氣尺度系統(tǒng)分析

2.2.1 環(huán)流背景分析

2.2.1.1 高空形勢場分析。從200hPa高空圖上可以看出，3日8:00，河南省北部處于高空急流的分流區(qū)內(nèi)，對流層高層為強烈輻散區(qū)，高空抽吸作用為產(chǎn)生暴雨提供了有利的環(huán)流背景，同時3日8:00 500hPa高空圖上可以看出，貝加爾湖東部有一低值系統(tǒng)，對應(yīng)溫度場為冷區(qū)，落后于高度場，低值系統(tǒng)未來將有所發(fā)展。河南位于冷渦后部的西南氣流中，同時584線位于河北南部，有利于副高外圍西南氣流的水汽輸送；低層700、850hPa東北冷渦位置與500hPa較為一致，副高外圍的西南急流在新鄉(xiāng)有明顯的風(fēng)速輻合，700hPa有切變線處于山西至陜西境內(nèi)，850hPa在山東半島北部至河北中部有一明顯風(fēng)向及風(fēng)速切變，在新鄉(xiāng)有西南急流的側(cè)向水平輻合，925hPa在河南北部有明顯的風(fēng)向輻合，這些條件有利于能量的積累。8月3日8:00 200、500、700、850hPa的高空圖如圖1所示。

圖1 8月3日8:00的高空圖

2.2.1.2 地面形勢場分析。從地面氣壓場圖2來看，本次過程地面系統(tǒng)與高空配合較好，3日8:00新鄉(xiāng)位于弱的低壓帶中，以偏南風(fēng)為主，地面溫度在30℃左右，地面溫度較高有利于能量的積累；14:00河南北部位于低壓中心，在西北部有一高壓系統(tǒng)，冷空氣逐漸向東南部擴散影響新鄉(xiāng)，同時在新鄉(xiāng)北部出現(xiàn)地面輻合線，為強對流天氣的發(fā)生提供了較好的觸發(fā)條件。

圖2 8月3日17:00地面圖

2.2.2 探空資料分析。由探空資料分析可知，8月3日8:00從鄭州站探空分析，如圖3所示，新鄉(xiāng)附近上空從地面到700hPa整層T-TD較小，濕度條件較好，500hPa濕度條件迅速變差，存在明顯干層，CAPE值較大，且呈狹長的走勢，濕層較厚，高空存在干侵入，對流天氣主要以短時強降水和雷暴大風(fēng)為主，0℃層高度偏高，不利于冰雹天氣的產(chǎn)生。

圖3 8月3日8:00 57083（鄭州站）探空

2.2.3 物理量診斷分析

2.2.3.1 動力條件。產(chǎn)生暴雨，需要具備動力觸發(fā)條件。利用NCEP在分析資料得圖4，從中可以看出，3日8:00新鄉(xiāng)地區(qū)上空中低層處于上升運動區(qū)且相對濕度較大，在17:00左右，上升運動區(qū)加強，高空700hPa以上存在明顯的干侵入，低層上升運動及高空的干侵入有利于強對流天氣的發(fā)生、發(fā)展。從整層散度場隨時間演變來看，新鄉(xiāng)地區(qū)從3日起低層有明顯的輻合，在17:00左右存在輔合中心，對應(yīng)高空200hPa是輻散中心，高空強輻散的抽吸和通風(fēng)作用也有利于強對流天氣的發(fā)生、發(fā)展。

圖4 8月3日8:00-4日8:00相對濕度與垂直速度隨時間變化剖面圖

2.2.3.2 熱力條件。分析3日8:00 850hPa假相當(dāng)位溫場（見圖5），新鄉(xiāng)位于弱的能量鋒區(qū)中，假相當(dāng)位溫達到地區(qū)低層假相當(dāng)位溫78℃以上，達到本地暴雨指標(biāo)，且假相當(dāng)位溫隨高度增加，存在對流性不穩(wěn)定；同時，3日8:00新鄉(xiāng)地區(qū)K指數(shù)也較大（見圖6），達到33℃，綜合考慮，上述指標(biāo)有利于新鄉(xiāng)地區(qū)產(chǎn)生短時強降水和雷暴等對流性天氣。

圖5 3日8:00 850hPaθse

圖6 3日8:00 K指數(shù)

2.2.3.3 水汽條件。從探空圖可以看出，8月3日8:00新鄉(xiāng)附近上空地面至700hPa高空T-TD較小，濕層較為深厚，中層有干空氣侵入，有利于短時強降水的產(chǎn)生。此外，從850hPa比濕圖（圖7）可以看出，3日8:00，河南省北部地區(qū)850hPa比濕大于13g/kg，達到新鄉(xiāng)市暴雨預(yù)報指標(biāo)。從風(fēng)場來看（見圖8），925hPa偏南氣流攜帶水汽在新鄉(xiāng)輻合，提供了較好的水汽條件，但850hPa風(fēng)速不大，未達到急流標(biāo)準(zhǔn)，一定程度上導(dǎo)致水汽的連續(xù)性較差，強降水的持續(xù)時間不長。

圖7 8月3日8:00 850hPa比濕圖

圖8 8月3日8:00 925hPa風(fēng)場及相對濕度場

3 衛(wèi)星云圖分析

從衛(wèi)星云圖的演變情況來看，3日13:00在山西南部地區(qū)有分散的對流云團產(chǎn)生，在輝縣西部有一β尺度對流云團A，之后快速發(fā)展，到15:00在新鄉(xiāng)上空激發(fā)出新的對流云團B，隨著時間的推移，兩個云團迅速合并成為新的α尺度云團C，其中新鄉(xiāng)上空云頂溫度達到-55℃，而此時新鄉(xiāng)出現(xiàn)了短時強降水、大風(fēng)等強對流天氣，該云團維持至20:00左右隨著副高外圍西南氣流引導(dǎo)向東北方向移動，位于新鄉(xiāng)上空云帶變窄，伴隨的降水強度和范圍都有所減小。不同時段衛(wèi)星紅外云圖，如圖9所示。

圖9 衛(wèi)星紅外云圖

4 中尺度分析

4.1 形式場分析

從8月3日8:00 200hPa高空圖上（見圖10）可以看出，河南省北部處于高空急流的分流區(qū)下，對流層高層為強烈輻散區(qū)，同時3日8:00 500hPa高空圖上可以看出，貝加爾湖東部有一東移的蒙古冷渦，溫度場明顯落后于高度場，低值系統(tǒng)未來將有所發(fā)展。豫北位于冷渦低槽前部的西南氣流中，同時588線位于河北南部，有利于副高外圍西南氣流的水汽輸送；低層700hPa及850hPa東北冷渦位置與500hPa一致，副高外圍的西南急流在新鄉(xiāng)有明顯的風(fēng)速輻合，700hPa有切變線處于山西至陜西境內(nèi)，850hPa在山東半島北部至河北中部有一明顯風(fēng)向及風(fēng)速切變，在新鄉(xiāng)有西南急流的側(cè)向水平輻合，925hPa在河南北部有明顯的風(fēng)向輻合，這些條件有利于能量的積累。

從8月3日20:00高空圖上（見圖11）可以看到，低渦和低槽東移迫使副熱帶高壓也略有東退，原來的大面積濕區(qū)斷裂在豫北上空仍有濕區(qū)存在，預(yù)示豫北上空的降水將減弱。

圖10 8月3日8:00高空中尺度圖

圖11 8月3日20:00高空中尺度圖

4.2 數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品檢驗

主要針對T639和歐洲中心細(xì)網(wǎng)格降水預(yù)報場進行檢驗（見圖12、13），兩家數(shù)值預(yù)報對于新鄉(xiāng)地區(qū)的降水量級都是大雨、局地暴雨量級，把握相對準(zhǔn)確，但強降水落區(qū)有所偏差，主要將落區(qū)報在了地面輻合線的西側(cè)，整個落區(qū)較實況偏西偏北。

圖12 T639細(xì)網(wǎng)格8月3日8:00后24h降水量預(yù)報場

圖13 EC細(xì)網(wǎng)格8月3日8:00后24h降水量預(yù)報場

5 雷達分析

從1.5°仰角雷達基本反射率圖（見圖14）上看出，8月3日12:00以后山西南部有小塊回波發(fā)展，小塊對流回波在東移的過程中激發(fā)豫北地區(qū)上空出現(xiàn)大面積以積狀云為主的混合降水回波，到17:00左右，強回波帶迅速東移進入豫北地區(qū)，大面積降水回波強度在35dBz以上，出現(xiàn)多處強度在55dBz左右的中心，整個回波呈西南-東北帶狀分布，給新鄉(xiāng)地區(qū)帶來短時強降水，最強時段一小時雨強可達77mm，西段迅速東南移，東段面積增大并有所加強，東南移動較為緩慢，給北部地區(qū)亦帶來較強降水，并伴有雷暴和大風(fēng)，之后西部仍有降水回波東移，雖然強度不強，不斷東移的降水回波移過豫北上空，這種“列車效應(yīng)”為區(qū)域暴雨的形成集聚了力量。

從3日徑向速度圖（見圖14）分析發(fā)現(xiàn)，降水初期豫北上空為一致的西南風(fēng)，17:06-17:49分鶴壁淇河公園上空出現(xiàn)逆風(fēng)區(qū)，17:43濮陽東南17km處出現(xiàn)正速度中心達27m/s，正速度中心一邊加強一邊向東北方向移動，一直持續(xù)至19:51。17:49開始在90°、260°和45°、230°方向分別出現(xiàn)一個正負(fù)速度對，低層1.1km處以偏西風(fēng)為主，中高層3.6km處為西南風(fēng)，零度線呈反“S”形，表示風(fēng)隨高度逆轉(zhuǎn)，雷達探測范圍內(nèi)有冷平流存在。這種零度線呈反“S”特征一直持續(xù)到午夜，降水回波東南移動后才消失。

圖14 8月3日濮陽雷達基本反射率和平均徑向速度演變圖

6 預(yù)報技術(shù)著眼點與難點

強對流發(fā)生前高空急流的建立，構(gòu)成了高層強輻散的形勢，整層強的西南暖濕氣流輸送，構(gòu)成了本次強對流天氣的空間結(jié)構(gòu)。本次強對流過程是東北冷渦與副高共同影響的，降水強度大，強降水持續(xù)時間短，落區(qū)難以把握，強降水的落區(qū)及系統(tǒng)移動方向受副熱帶高壓位置的變化和高空引導(dǎo)氣流影響較大，是本次預(yù)報的難點。

7 存在不足及建議

在預(yù)報服務(wù)過程中，通過加強對不同預(yù)報模式及對同一天氣系統(tǒng)強度和位置的比較檢驗，制作影響系統(tǒng)預(yù)報動態(tài)圖，了解把握天氣系統(tǒng)的來龍去脈，利用集合預(yù)報理念使用數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品，結(jié)合預(yù)報員的經(jīng)驗，發(fā)揮首席預(yù)報員的主觀能動性作用，今后工作中要加強對暴雨天氣分型，建立本地化的暴雨預(yù)報指標(biāo)，增強對強降水預(yù)報的準(zhǔn)確性。

［1］ 毛冬艷.我國強對流天氣監(jiān)測和預(yù)報業(yè)務(wù)［J］.氣象科技進展，2012（5）：22-28.

［2］ 張一平，吳蓁，蘇愛芳，等.基于流型識別和物理量要素分析河南強對流天氣特征［J］.高原氣象，2013（5）：1492-1502.

［3］ 張一平，牛淑貞，席世平，等.東北低渦槽后型河南強對流過程的天氣學(xué)特征分析［J］.暴雨災(zāi)害，2011（3）：193-201.

［4］ 朱乾根，林錦瑞，壽紹文.天氣學(xué)原理和方法［M］.北京：氣象出版社，1981.

Analysis of a Strong Convective Weather Process in Xinxiang

Zhang Yiwei

（Fengqiu Meteorological Bureau，F(xiàn)engqiu Henan 453000）

Based on the conventional observed data,the NCEP 1°×1°reanalysis data，Numerical Prediction and Satellite Image,the severe convective weather on August 3,2015 evening in Xinxiang is analyzed by the changing features of the weather situation,the physical quantity field and Satellite Image.The results show that the severe convective weather develops from unstable structure with the warm and moisture air at low layer and the cold and dry air in upper air,influenced by warm and wet airflow on the back of subtropical high and the south cool air carried by southwest air current on the rear of high-level vortex.The severe convective weather is the interaction of Northeast Cold Vortex and subtropical high;this process is characterized by high intensity,short duration and difficult grasping rainfall area.The rainfall area and the system moving direction are greatly affected by the high-level steering flow and the position variation of subtropical high,and that is the main difficulty for the forecast.

strong convective；weather analysis；unstable energy

P458.121.1

A

1003-5168（2017）11-0155-06

2017-10-03

張益煒（1987-），男，碩士，工程師，研究方向：天氣預(yù)報技術(shù)與縣級綜合業(yè)務(wù)。