2019年8月商丘市一次對流暴雨過程分析

李瑩

摘 要：利用NCEP再分析資料和地面觀測資料，對2019年8月6到7日商丘地區(qū)出現(xiàn)的一次區(qū)域性暴雨過程發(fā)生前的環(huán)流形勢、對流潛勢、水汽條件、動力條件、熱力條件、過程降水實(shí)況及過程發(fā)生發(fā)展最強(qiáng)時段的衛(wèi)星及雷達(dá)特征進(jìn)行分析。結(jié)果顯示：此次強(qiáng)降水過程高低空低槽系統(tǒng)深厚，配合地面輻合線的生成與發(fā)展和冷空氣的補(bǔ)充，動力作用明顯，同時水汽、動力和熱力條件較好。云圖上呈現(xiàn)出暴雨云團(tuán)形態(tài)，呈橢圓形、邊界光滑、在移動過程中與對流云團(tuán)合并加強(qiáng)，云團(tuán)中心白亮區(qū)域?qū)?yīng)降水大值區(qū)。雷達(dá)回波表現(xiàn)出較顯著的低質(zhì)心降水特征，降水最強(qiáng)時段徑向速度圖上存在著明顯的氣旋式輻合區(qū)。這些因素共同作用造成商丘地區(qū)的區(qū)域性暴雨。

關(guān)鍵詞：暴雨;低槽;強(qiáng)對流

中圖分類號：P458.121 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）28-0144-04

Analysis of a Convective Rainstorm in Shangqiu City in August 2019

LI Ying

（Shangqiu Meteorological Bureau，Shangqiu Henan 476000）

Abstract： Using NCEP reanalysis data and the ground observation data， on August 6 to 7， 2019， shangqiu area of a regional rainstorm process occurred before the circulation situation， convection potential， moisture conditions， dynamic conditions， and thermodynamic conditions， process and process development of live， the strongest period of satellite and radar characteristics were analyzed. The results show that the high and low air trough system is very deep in this heavy precipitation process， which is combined with the formation and development of ground convergence line and the supplement of cold air， and the dynamic effect is obvious， and the water vapor， dynamic and thermal conditions are good. The satellite shows the shape of the storm cloud， which is oval in shape， with smooth boundary， and consolidated with the convective cloud in the process of moving. The white bright area in the center of the cloud corresponds to the area of heavy precipitation. The radar echo shows obvious characteristics of low-mass core precipitation， and there is an obvious cyclonic convergence area in the radial velocity diagram of the period when the precipitation is the strongest. These factors together cause the regional rainstorm in Shangqiu area.

Keywords： rainstorm;low trough;strong convection

商丘地處河南東部，是短時強(qiáng)降水等強(qiáng)對流天氣的多發(fā)地帶，強(qiáng)對流天氣多發(fā)生于夏半年[1]。受夏季降水異常的影響，近年來由于強(qiáng)降水造成城市內(nèi)澇，給城市交通和人民生產(chǎn)生活造成不便和經(jīng)濟(jì)損失。但是，由于對流性暴雨空間尺度小，突發(fā)性強(qiáng)，預(yù)報(bào)難度大，在日常短期預(yù)報(bào)中容易漏報(bào)。不少學(xué)者對對流暴雨發(fā)生的系統(tǒng)配置[1，2]、中尺度特征[3，4]等進(jìn)行了研究。例如，蘇愛芳等[5]統(tǒng)計(jì)分析了暴雨中尺度對流系統(tǒng)的活動規(guī)律和降水特征，建立了河南省典型的對流性暴雨概念模型。諶蕓等[6]、孫軍等[7]對北京特大暴雨的極端性進(jìn)行了研究，指出低渦切變線和地形觸發(fā)了MCS的生成和發(fā)展。高萬泉等[8]對2009年6月8日發(fā)生在華北的一次強(qiáng)對流暴雨過程進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，濕位渦的分布對強(qiáng)對流暴雨的發(fā)生、落區(qū)有較強(qiáng)的指示性作用。劉新偉等[9]通過對甘肅省東部兩次短時強(qiáng)降水天氣過程進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn)水汽條件是短時強(qiáng)降水的主要因素。

本文以2019年8月6—7日商丘一次區(qū)域性暴雨天氣過程為研究對象，利用常規(guī)觀測及探空資料、NCEP1°×1°再分析資料、FY2C紅外云圖及雷達(dá)資料，從大尺度環(huán)流背景、高低層系統(tǒng)配置、中小尺度系統(tǒng)的分析等方面分析此次暴雨過程，通過分析水汽、不穩(wěn)定能量及條件剖析最強(qiáng)降水時段的對流特征。

1 天氣過程概述

2019年8月6日10：00至7日17：00，商丘市出現(xiàn)了一次暴雨，局部大暴雨天氣過程，并伴有雷暴大風(fēng)、短時強(qiáng)降水，其中民權(quán)、睢縣、寧陵、柘城、虞城、夏邑、永城、睢陽區(qū)和梁園區(qū)九個區(qū)縣均出現(xiàn)了暴雨天氣。全市9個區(qū)縣的95個雨量站超過50mm，7個區(qū)縣的20個雨量站大于100mm。最大小時雨強(qiáng)出現(xiàn)在永城新城水廠，為80.3mm/h（7日09：00—10：00）;最大降雨量出現(xiàn)在民權(quán)褚廟，為162.6mm;極大風(fēng)速出現(xiàn)在永城雙橋，為21.9m/s（6日17：00—18：00）。由于降水強(qiáng)度大，影響范圍廣，給城市和農(nóng)業(yè)帶來了一定影響。2019年8月6日10：00至7日17：00雨量分布圖如圖1所示。

本次強(qiáng)降水過程集中在8月6日20：00到7日10：00。從20：00開始，降水落區(qū)主要集中在商丘市西部地區(qū)。然后呈南北走向帶狀分布從西北向東南方向移動，系統(tǒng)所經(jīng)之地降水雨強(qiáng)大，降水集中。此次降水的影響范圍大，短時強(qiáng)降水強(qiáng)度大，過程雨量達(dá)暴雨量級的站點(diǎn)較多。最大小時雨強(qiáng)出現(xiàn)在永城新城水廠80.3mm/h（7日09：00—10：00）。其中，09：30—09：40的10min雨量達(dá)到26.4mm，09：40—09：50的10min雨量達(dá)到了27.4mm。新城水廠站逐10min降雨量如圖2所示。

本次強(qiáng)降水過程集中在兩個時段：第一階段降水集中在8月6日10：00—7日01：00，在6日20：00前后降水強(qiáng)度達(dá)到最強(qiáng)，落區(qū)主要集中在商丘市西部地區(qū)，到23：00前后，降水逐漸東移減弱;7日01：00后，雨帶呈南北向帶狀分布出現(xiàn)在商丘市西部一帶，即為強(qiáng)降水過程的第二階段，系統(tǒng)自西北向東南方向移動快速，在09：00—10：00降水強(qiáng)度達(dá)到最強(qiáng)，達(dá)80.3mm/h。

對比兩個時段降水的雨量分布特征可知，第一時段降水局地性顯著，且短時強(qiáng)降水強(qiáng)度較弱，過程雨量達(dá)暴雨量級的站點(diǎn)較少;第二時段降水的影響范圍更大，短時強(qiáng)降水強(qiáng)度相對較強(qiáng)，過程雨量達(dá)暴雨大暴雨量級的站點(diǎn)較多。因此，本文重點(diǎn)討論第二階段的降水。

2 環(huán)流形勢

2.1 500hPa環(huán)流形勢分析

8月6日到7日，高空冷渦位于我國內(nèi)蒙古地區(qū)，我國受逐漸東移的高空低槽影響。588線從日本海伸向渤海，隨著低槽東移和588線的西伸加強(qiáng)，槽前為西南暖濕氣流，提供了充足的水汽與能量，槽在東移過程中攜帶冷空氣南下。8月6日到7日，商丘市位于低槽前部的上升運(yùn)動區(qū)，動力抬升條件較好，且高空槽移動緩慢，使得低層的低值系統(tǒng)得以長時間發(fā)展和維持，造成連續(xù)性降水。

2.2 高低層系統(tǒng)配置

6日20：00，東北冷渦在內(nèi)蒙東部地區(qū)，700hPa和850hPa上低槽位于內(nèi)蒙古、河北到河南西部一帶，并逐漸緩慢東移。從高低空低槽配置來看，此次過程低槽系統(tǒng)深厚，500hPa和700hPa系統(tǒng)接近，容易觸發(fā)對流，低槽和冷空氣是這次降水的主要動力條件。隨著低槽東移，槽前西南氣流給商丘地區(qū)帶來了充足的水汽，商丘處在925hPa和850hPa的濕舌內(nèi)，配合地面輻合線的觸發(fā)使對流發(fā)展強(qiáng)盛。此次過程中屬于典型的東北低渦型強(qiáng)對流天氣，無低空急流，主要是以短時強(qiáng)降水為主的濕對流。

3 對流潛勢分析

2019年8月6日和7日。850hPa比濕場如圖3所示。8月6日20：00，850hPa，商丘為顯著濕區(qū)，500hPa冷槽位于河南西部，低層暖濕高層冷的層結(jié)條件十分有利于對流在河南省東部的觸發(fā)。配合徐州站的探空資料分析[見圖4（a）]，6日20：00徐州站的K指數(shù)為32℃，CAPE值為2 895J/kg，SI指數(shù)為-0.6℃，能量條件十分有利。同時，700～1 000hPa為顯著濕層，500～600hPa為干層，上干下濕，層結(jié)不穩(wěn)定，對流潛勢十分明顯。8月6日20：00，假相當(dāng)位溫的大值帶則分布于河南省東部，商丘市處在75K的高溫高濕區(qū)中，不穩(wěn)定能量條件較好，如圖5所示。從阜陽站的探空資料可知[見圖4（b）]，阜陽站的K指數(shù)為35℃，CAPE值為3 294J/kg，SI指數(shù)-2.47℃，能量條件十分有利于對流活動。同時，500hPa及以上的干層十分明顯，且探空曲線所表現(xiàn)出上干下濕的層結(jié)，表明層結(jié)存在著強(qiáng)的不穩(wěn)定，較有利于強(qiáng)對流天氣的發(fā)生?？梢?，不穩(wěn)定潛勢條件已然具備，后期850hPa西南暖濕氣流逐漸加強(qiáng)北推，配合低槽及輻合線的抬升運(yùn)動，對流就容易被觸發(fā)。到8月7日08：00，700hPa渦度場一直處于正值區(qū)，如圖6所示，商丘處于正渦度平流區(qū)，低層輻合加強(qiáng)，有利于上升運(yùn)動。

4 衛(wèi)星云圖及雷達(dá)資料分析

4.1 衛(wèi)星云圖分析

從紅外云圖分析8月7日03：00開始的云系發(fā)展及演變可以看出（圖略），03：00一橢圓形中尺度對流云團(tuán)主體位于商丘市西北部偏北與開封市交界處，隨后該云團(tuán)逐漸向東移發(fā)展擴(kuò)大，受云團(tuán)東北部對流云團(tuán)的合并影響，云團(tuán)范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，近似呈圓形，云頂溫度較低，使得商丘市降水從西到東降雨量較大。直至8月7日10：00左右，對流云團(tuán)才逐漸移出商丘并減弱消散。在對流云團(tuán)發(fā)展過程中，除了單個對流云團(tuán)的發(fā)展，還伴隨有與周邊云團(tuán)的合并與擴(kuò)大，對流云團(tuán)在東移過程中合并加強(qiáng)，出現(xiàn)中尺度對流輻合體（MCC），對流云團(tuán)發(fā)展旺盛，對應(yīng)著商丘地區(qū)短時強(qiáng)降水和區(qū)域性暴雨的實(shí)況。

4.2 雷達(dá)資料分析

從商丘站雷達(dá)的組合反射率回波圖可知（圖略），7日01：00前后，初始階段有一南北帶狀回波自商丘市西北部逐漸向東南方向移動，局地回波強(qiáng)度達(dá)60～65dBz，商丘市中西部地區(qū)存在風(fēng)向輻合，回波頂高9～14km，垂直累積液態(tài)水含量在20～32kg/m2。隨后，強(qiáng)回波中心自西向東快速移動，強(qiáng)度大，范圍廣，且中心區(qū)域強(qiáng)度逐漸加強(qiáng)，商丘多個站點(diǎn)的小時雨量超過20mm/h，最大小時雨強(qiáng)達(dá)80.3mm/h。之后，強(qiáng)回波區(qū)繼續(xù)東移，雨帶隨之東移。對應(yīng)徑向速度圖及風(fēng)廓線圖上（圖略），04：00商丘市中西部高層盛行西北氣流，但2～4km仍受槽前的西南氣流的影響，風(fēng)速6～12m/s，對應(yīng)低層維持著一定的水汽輸送作用，配合冷暖空氣的交匯作用?？梢姡私邓橛袕?qiáng)烈的對流性特征，但系統(tǒng)移速較快，且在同一地點(diǎn)的維持時間不長。在降水最強(qiáng)階段沿南北方向?qū)ι糖饘α鲉误w的剖面圖上，回波頂雖然延伸至10～12km的高度，但強(qiáng)降水回波中心較低，高度約5km，低質(zhì)心的降水回波，降水效率高，小時雨強(qiáng)大，在預(yù)報(bào)預(yù)警中要特別警惕該類低層高濕的區(qū)域。

5 結(jié)論

此次過程的環(huán)流背景為中高緯呈東北冷渦低槽型的環(huán)流型，長波槽逐漸東移發(fā)展，低層700hPa和850hPa低槽位于內(nèi)蒙河北至山西一帶，隨著低槽東移，配合槽前西南暖濕氣流的輸送，低層水汽條件較好，熱力條件較好，7日凌晨到上午商丘市出現(xiàn)區(qū)域性對流暴雨。

參考降水前期的物理量場及探空資料發(fā)現(xiàn)，此次降水伴有較強(qiáng)的對流性特征。降水發(fā)生前，商丘地區(qū)存在著上干冷下暖濕的層結(jié)條件，隨著850hPa切變線東移，強(qiáng)的上升運(yùn)動位于商丘地區(qū)，同時暖濕氣流的北推也為強(qiáng)降水提供了充足的水汽與能量，從而導(dǎo)致商丘地區(qū)短時強(qiáng)降水的發(fā)生。同時，6日20：00的濕度、不穩(wěn)定能量及層結(jié)條件都較為有利，對流潛勢較高，故此階段降水影響范圍更大，整體持續(xù)時間長。

此階段降水云系表現(xiàn)出更多的暴雨云團(tuán)特征，對流云團(tuán)不斷生成，與東北方向的云團(tuán)合并、擴(kuò)大，呈橢圓形，邊界較為光滑，云團(tuán)生命史也較長，對流發(fā)展最強(qiáng)階段云團(tuán)中存在白亮的亮溫低值中心，對應(yīng)降水大值區(qū)。此時，雷達(dá)回波圖上相應(yīng)的中心強(qiáng)度達(dá)60dBz及以上，且雷達(dá)剖面圖上表現(xiàn)出較顯著的低質(zhì)心的降水特征。對應(yīng)速度圖上在商丘中西部存在著氣旋式輻合區(qū)，此時回波頂高和垂直累積液態(tài)水含量值都較大，從而造成該時段該地出現(xiàn)較大的小時雨強(qiáng)。

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