2017年7月豫北一次雷雨大風過程成因分析

李磊

摘 要：通過對2017年7月9日夜里發(fā)生在豫北地區(qū)的雷雨大風強對流過程進行綜合分析可知：高空東移冷槽和低層暖脊疊加造成較強的大氣層結(jié)不穩(wěn)定，有利于雷雨大風強對流天氣的出現(xiàn)；同時，強對流天氣發(fā)生前，0～6km垂直風切變達到中等偏強程度，有利于對流系統(tǒng)的形成和維持；邊界層輻合線和雷暴外流邊界是主要觸發(fā)機制。

關(guān)鍵詞：雷雨大風；高空冷槽；邊界層輻合線；雷暴外流邊界

中圖分類號：P458.12 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）17-0153-03

Analysis of Thunderstorm Causes in the July 2017

LI Lei

Abstract： The strong convection process of thunderstorm and strong wind occurred in the north of Henan Province in July 9， 2017 night was analyzed comprehensively. The results showed that the superposition of the cold trough and the low layer of warm ridge caused the strong atmospheric instability， which was beneficial to the occurrence of heavy wind and strong convective weather，. At the same time， the vertical wind shear of the 0～6km reached the moderate intensity before the severe convective weather occurs， which was conducive to the formation and maintenance of the convective system. The boundary layer convergence line and the thunderstorm outflow boundary was the main triggering mechanisms； there was a deep middle radial convergence zone at the high altitude of 3～8km， and the existence and stability of the counter wind zone indicate the occurrence of short time strong precipitation.

Keywords： thunderstorm wind；high altitude cold trough；boundary layer convergence line；thunderstorm outflow boundary

近年來，雷暴大風、冰雹、短時強降水等強對流天氣所誘發(fā)的災(zāi)害日益嚴重。而強對流天氣具有空間尺度小、生命史短、突發(fā)性強、發(fā)展迅速、破壞力大和影響因素錯綜復雜等特征。蘇永玲等[1]通過對京津冀地區(qū)近8年的強對流天氣進行統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，強對流高頻區(qū)與太行山山脈走向較為一致，雷雨大風并伴有短時暴雨的天氣多出現(xiàn)在冷槽型天氣形勢下。蘇愛芳等[2]通過對豫北一次局地雹暴強對流過程分析后發(fā)現(xiàn)，地面輻合線具有觸發(fā)和組織對流的作用。王金蘭等[3]在研究豫西北發(fā)生的一次致災(zāi)強對流過程的觸發(fā)機制也發(fā)現(xiàn)，地面輻合線起重要的觸發(fā)作用。

2017年7月9日傍晚，豫北地區(qū)自北向南先后出現(xiàn)了以雷暴大風為主的強對流，局部伴有短時強降水。共有37個區(qū)域站極大風速超過了17m/s，其中安陽滑縣站23：19瞬時風速達到了28.4m/s。

本文綜合利用常規(guī)觀測資料、衛(wèi)星云圖資料、濮陽多普勒雷達資料、區(qū)域自動站觀測資料和NCEP再分析資料對2017年7月9日晚上豫北雷雨大風強對流過程進行研究。

1 環(huán)流背景和中尺度影響系統(tǒng)

2017年7月9日08：00（見圖1），500hPa高空，在蒙古東南部50°N，115.5°E有一低渦，中緯度地區(qū)有階梯槽存在，北支西風槽位于低渦南部錫林浩特至張家口一線東側(cè)，南支位于邢臺、鄭州至達川一線東側(cè)，呈東北西南向。在109°E附近存在南北向的溫度槽，溫度槽落后于高度槽有利于西風槽在東移的過程中不斷得到加強發(fā)展。850hPa高空同樣存在南北兩支低槽，從圖中可以清楚地發(fā)現(xiàn)，500～850hPa南北兩支西風槽都具備明顯的前傾結(jié)構(gòu)，有利于強對流天氣的出現(xiàn)。500hPa河套及華北南部存在24h -3℃顯著降溫區(qū)，說明這個區(qū)域有比較明顯的冷平流。850hPa，24℃等溫線自西北向東南伸至華北南部地區(qū)，溫度脊呈西北東南向經(jīng)過邢臺，豫北地區(qū)受暖區(qū)控制。中層500～700hPa，河南中北部和華北地區(qū)處在溫度露點差大于15℃的干區(qū)內(nèi)。850hPa，露點溫度大于8℃的濕舌伸至華北南部地區(qū)。20：00，500hPa南支西風槽快速轉(zhuǎn)豎，南北低槽同位相疊加快速東移，華北南部及豫北地區(qū)轉(zhuǎn)受槽后較強的西北氣流影響。925hPa，在豫北地區(qū)存在一條東北西南向的風向風速輻合線，輻合線北側(cè)邢臺風速達到14m/s。

9日14：00，地面天氣圖上（見圖2），華北和豫北北部地區(qū)處于華北低壓槽內(nèi)，晴空少云，輻射增溫明顯，大部分站點氣溫都超過了35℃，有助于低層能量的積聚。17：00—20：00豫北上游地區(qū)山西和河北中南部出現(xiàn)了大范圍成片的雷暴大風天氣，局部還伴有短時強降水和冰雹。隨后在21：00—24：00豫北大部分地區(qū)自北向南先后出現(xiàn)了雷雨大風強對流天氣。

通過以上分析發(fā)現(xiàn)，2017年7月9日08：00，整個華北地區(qū)就存在中高層干冷低層暖濕的垂直分布，說明大氣存在很強的潛在不穩(wěn)定。午后隨著500hPa北支西風槽及溫度槽相繼東移，使華北地區(qū)中高層大氣變得更加干冷。安陽地區(qū)從低層到高層溫度垂直遞減率進一步增大，層結(jié)極其不穩(wěn)定。傍晚，河北中南部地區(qū)已經(jīng)減弱的對流系統(tǒng)在經(jīng)過豫北北部的邊界層輻合線時，得到快速發(fā)展加強，造成了豫北地區(qū)大范圍的以雷暴大風的為主的、局部伴有短時強降水的強對流天氣。

2 強對流發(fā)生發(fā)展的環(huán)境特征

選取距離豫北最近的鄭州站來進行探空分析（見圖3）。2017年7月9日08：00，鄭州站上空0℃和-20℃高度分別位于4.8km和8.7km上，不適宜降雹。925～450hPa之間存在深厚的干冷空氣，這有利于干空氣夾卷進風暴下沉氣流中，使雨滴蒸發(fā)，下沉氣流內(nèi)溫度降低到明顯低于環(huán)境溫度而產(chǎn)生向下的加速度，有利于地面大風的形成。從地面至850hPa有暖平流（風向隨高度順轉(zhuǎn)），700～400hPa存在明顯的冷平流（風向隨高度逆轉(zhuǎn)），低層暖平流中層冷平流的垂直結(jié)構(gòu)有利于大氣對流不穩(wěn)定度的加強。08：00，鄭州上空850hPa和500hPa溫度差達到33℃，說明大氣層結(jié)不穩(wěn)定。0～6km垂直風切變達到20m/s，屬于中等偏強程度，可以為強對流的發(fā)生發(fā)展提供動力支持。同時，925hPa附近高空還存在逆溫層，有利于低層能量的積聚。08：00，鄭州站的CAPE值高達2 920J/kg，抬升指數(shù)LI為-11℃?？梢姡磥碓ケ庇邪l(fā)生強對流天氣的潛勢，由于水汽條件不太有利，0℃和-20℃高度偏高，所以強對流類型將以雷暴大風天氣為主。

利用NCEP FNL資料進一步分析強對流過程形成發(fā)展的對流不穩(wěn)定環(huán)境。9日08：00，華北地區(qū)和河南大部分地區(qū)上空850hPa與500hPa溫度差普遍達到30℃以上，這表明強對流過程發(fā)生前，豫北上空大氣層結(jié)已經(jīng)非常不穩(wěn)定。14：00，隨著高空冷槽的東移，整個華北地區(qū)850hPa與500hPa溫度差進一步增大到33～35℃，尤其是山西境內(nèi)增幅達到3～4℃。豫北地區(qū)中低層溫度垂直遞減率也增加了1～2℃，達到了33℃左右，說明強對流過程發(fā)生前豫北上空的大氣層結(jié)已經(jīng)處于強烈不穩(wěn)定狀態(tài)。同時，對流層中低層溫度直減率接近于干絕熱，有利于保持下沉氣流在下沉增溫增壓過程中和環(huán)境之間的負溫差，使得下沉氣流在下降過程中溫度始終低于環(huán)境溫度，一直保持向下的加速度，從而形成更強的地面大風。

分析強對流天氣區(qū)上空假相當位溫（θse）的經(jīng)向垂直分布發(fā)現(xiàn)（見圖4），9日08：00，高能區(qū)主要位于33°N至34°N，在33°N附近等值線為330K的高能舌前上伸展至750hPa，豫北上空大于330K的高能區(qū)只伸展到925hPa高度。在550hPa有兩個明顯的干冷中心，一個位于34°N附近，另外一個位于38°N附近。20：00，中低層增溫增濕明顯，高能區(qū)明顯向北擴展的同時，高能舌向空中抬升至600hPa，此時34°N的冷中心也北移至35°N附近，在34°N至35°N之間700hPa附近形成明顯的能量鋒。通過上述分析發(fā)現(xiàn)，中低層暖濕空氣在午后表現(xiàn)出明顯的北抬和向高空擴展的趨勢，使大氣對流不穩(wěn)定度得到顯著加強。20：00以后，隨著能量鋒的進一步北抬，豫北地區(qū)自北向南出現(xiàn)了明顯的強對流過程。

3 中尺度對流云團的形成發(fā)展

FY2E紅外衛(wèi)星云圖顯示：7月9日上午，在華北地區(qū)為晴空少云區(qū)，豫北地區(qū)上空有大片中高云系覆蓋。午后13：00（見圖5（a）），在蒙古東南部D處為高空冷渦云系，F(xiàn)1-F2是與冷渦相聯(lián)的鋒面云帶。在500hPa西風槽后，高空盛行西北干冷氣流，山西北部地表午后受太陽輻射加熱明顯，引起不穩(wěn)定，從而誘發(fā)了大片積云、濃積云的發(fā)生發(fā)展。隨后，沿著西風槽后部的西北氣流快速向東南方向移動，同時強烈發(fā)展成數(shù)個對流云團，云團具有明顯長軸，表明風的垂直切變較大。18：00（見圖5（b）），對流云團移到500hPa低槽（20h位置）尾部，快速合并加強為橢圓形的雹暴云團A，中心位置在石家莊附近，在其南側(cè)有一條東北西南向的螺旋帶云線伸到山西東南部。該雹暴云團云頂亮溫達到-54℃，說明云頂約高達15km，以上特征預示著對流發(fā)展非常旺盛，導致石家莊及其附近站點出現(xiàn)了冰雹。17：00—20：00（見圖5（c）），雹暴云團A沿著500hPa低槽前的西西南氣流向東北方向快速移動，其南側(cè)的螺旋云線迅速掃過河北南部，造成河北中南部出現(xiàn)大范圍的雷暴大風天氣，局地伴有冰雹和短時強降水。20：00以后，河北南部螺旋云線尾部經(jīng)過豫北北部925hPa輻合線（20h位置）附近時，激發(fā)了豫北北部對流云團生成，并快速發(fā)展為雷暴云團B。22：00（見圖5（d）），雷暴云團B快速加強，結(jié)構(gòu)密實，云頂亮溫達到-38℃，并且自西北向東南快速移動經(jīng)過豫北地區(qū)。24：00，雷暴云團B明顯減弱，基本上移出了豫北地區(qū)，強對流過程結(jié)束。

4 結(jié)論

①高空冷槽東移過程中和低層暖脊疊加造成較強的大氣層結(jié)不穩(wěn)定，尤其是午后中低層暖濕空氣明顯北抬并向高空擴展，使大氣對流不穩(wěn)定度得到顯著加強，在邊界層輻合線的觸發(fā)下造成此次強對流過程。由于濕層比較淺薄，所以，此次強對流過程以雷暴大風和局地短時強降水為主要特征。

②強對流過程發(fā)生前，中高層冷平流和低層暖平流促使大氣層結(jié)極其不穩(wěn)定，豫北上空850hPa和500hPa溫度差超過33℃。強對流發(fā)生前具備了較強的不穩(wěn)定能量和中等偏強的垂直風切變。

③華北南部減弱的對流系統(tǒng)在經(jīng)過豫北北部邊界層輻合線時又重新加強，在高空強引導氣流作用下快速自北向南移過豫北地區(qū)，導致發(fā)生雷雨大風強對流天氣。

④此次強對流過程中新生對流單體基本上是在雷暴外流邊界和邊界層輻合線交匯處生成的，可見，雷暴外流邊界和邊界層輻合線是強對流天氣發(fā)生的觸發(fā)機制。

參考文獻：

[1]蘇永玲，何立富，鞏遠發(fā)，等.京津冀地區(qū)強對流時空分布與天氣學特征分析[J].氣象，2011（2）：177-184.

[2]蘇愛芳，梁俊平，崔麗曼，等.豫北一次局地雹暴天氣的預警特征和觸發(fā)機制[J].氣象與環(huán)境學報，2012（6）：1-7.

[3]王金蘭，陳紅霞，段中夏，等.河南省一次致災(zāi)強對流天氣的中尺度分析[J].氣象與環(huán)境科學，2014（3）：14-20.