一次極端短時強降水天氣分析

賈安琪,張 帥, 張 鐸, 趙玉潔

(1.雞西市氣象局，黑龍江 雞西 158100；2.大興安嶺地區(qū)氣象局，黑龍江 大興安嶺165000)

1 引言

麻山區(qū)是雞西市短時強天氣及暴雨事件的多發(fā)中心，短時強降水易造成城市內(nèi)澇、山洪等災害。 雞西市年降水量較小，泄洪及城鎮(zhèn)排水能力有限。 本次強降水小時雨強達70 mm， 對雞西麻山區(qū)造成較嚴重損害，局地突發(fā)性很強，在本地非常罕見，因而分析本次極端異常天氣過程對提高本地短時強對流天氣的監(jiān)測預警能力及預報經(jīng)驗的總結具有重要意義。

2 降水實況

2019 年 7 月 18 日 14-17 時，雞西市西部出現(xiàn)短時強降水天氣，雨區(qū)主要出現(xiàn)在雞西市麻山區(qū)，麻山區(qū)雨量站3 h 累計降水量為：麻山區(qū)（無人站）121.9 mm、麻山農(nóng)委109.0 mm、麻山新光村85.2 mm。 本次降水雨區(qū)范圍小、持續(xù)時間短、局地降水強度大，周圍觀測站3 h 降水量在20 mm 以內(nèi)。 強降水主要集中在15 時25 分-16 時25 分， 麻山最大小時雨強出現(xiàn)在麻山區(qū)無人站，為78.8 mm/h，達到短時大暴雨量級， 為雞西歷史上極端異常天氣。 受短時暴雨影響，麻山區(qū)麻山鎮(zhèn)新光村發(fā)生泥石流災害，導致S309道路被泥石流堵塞，居民23 間房屋進水，3 戶房屋倒塌，沖毀道路50 m、涵洞2 個，500 m2冷庫機器被淹，直接經(jīng)濟損失280 萬元。

3 環(huán)流背景

3.1 高空形勢

7 月18 日 08 時500 hPa 歐亞大陸環(huán)流相對平直，西風帶多槽脊活動，貝加爾湖以西為冷渦，冷空氣在貝加爾湖以西堆積，貝加爾湖以東為一暖脊，黑龍江省位于脊前冷槽內(nèi)。 槽區(qū)較深厚，降水區(qū)在對流層中層有冷空氣入侵，700 hPa 及850 hPa 槽區(qū)基本與500 hPa 槽區(qū)重合，系統(tǒng)穩(wěn)定少動，雞西低層位于西風槽前西南氣流中，整體處于上冷下暖狀態(tài)。

3.2 地面形勢

08 時地面圖上西太平洋副熱帶高壓在海上，脊線呈“東西”走向且穩(wěn)定維持，在東阻背景下，黑龍江省北部為氣旋控制， 雞西市處在氣旋底部偏暖區(qū)一側。 東阻的穩(wěn)定維持為短時暴雨的發(fā)生提供了有利的天氣背景，15 時雞西市西部出現(xiàn)兩條地面中尺度輻合線， 地面輻合線在低壓暖區(qū)中為本次強對流天氣的發(fā)生提供了良好的動力條件。

4 中尺度分析

4.1 抬升觸發(fā)條件

Dosewell(1978)認為天氣尺度上升運動將氣塊抬升到自由對流高度一般需要1 d 以上，因而不足以觸發(fā)雷暴，雷暴一般由低層中尺度系統(tǒng)觸發(fā)。 此次超級單體的暴發(fā)是由850 hPa 槽線觸發(fā)，18 日08-20 時850 hPa 槽線呈 “南-北” 走向穩(wěn)定維持在雞西市上空， 低層的強輻合上升運動是強對流天氣的動力機制，使不穩(wěn)定能量暴發(fā)，且能不斷觸發(fā)新的對流，致使麻山區(qū)出現(xiàn)1 h78.8 mm 的降水。

4.2 水汽條件

從形勢上看，降水區(qū)中、低層均處在槽前西南風控制， 一致的西南氣流不斷將副高外圍的水汽輸送至降水區(qū)，08 時 850 hPa 比濕在 10 g/kg，14 時增大至12 g/kg；850 hPa 相對濕度達85%；從水汽通量來看，吉林南部有水汽通量高值中心，降水區(qū)水汽通量達 7 g/（cm·hPa·s）， 高濕的水汽條件是形成本次強降水的重要原因。

4.3 不穩(wěn)定條件

500 hPa 黑龍江省在冷槽控制下，850 hPa 有暖脊自西向東延伸至降水區(qū)， 中層冷空氣與低層暖脊配置形成熱力不穩(wěn)定。 14 時降水區(qū) K 指數(shù)達40，850 hPa 假相當位溫為 303 K。 另外，夏季午后地面溫度迅速升高，由08 時22 ℃增長到14 時28 ℃，暖空氣上升易引發(fā)熱對流， 低層高溫高濕能量不斷積累，對流不穩(wěn)定逐漸增強，導致突發(fā)性暴雨。

5 雷達特征分析

5.1 風暴強度演變過程

這是一次由單體風暴逐漸發(fā)展成多單體風暴，多單體風暴發(fā)展過程中出現(xiàn)強降水超級單體風暴的過程。 13 時46 分，初始對流單體在雞西市麻山區(qū)以北生成，自西北向東南緩慢移動發(fā)展，反射率逐漸增強至55 dBZ，范圍逐漸擴大，此時麻山北部新光村降水逐漸開始。14 時34 分，可見風暴后側有入流缺口，單體逐漸成熟，回波頂高達15 km。 14 時55 分在單體后側生成一新對流單體，強度增強且不斷東移，風暴呈“東-西”走向，與回波移動方向基本一致，使新光村20 min 產(chǎn)生25 mm。 兩單體風暴逐漸分裂成帶狀雷暴群，后側不斷有新單體生成，回波形態(tài)變?yōu)槎鄦误w風暴，風暴排列緊密，范圍不斷擴大，位置較前期南移，逐漸開始影響麻山以南地區(qū)，沿回波移動方向做剖面可見很多單體回波， 回波強度為35-50 dBZ，回波頂高在4-8 km。 15 時17 分多單體風暴中出現(xiàn)一前一后兩個發(fā)展旺盛單體， 位置正處于麻山與林口交界處，強度>50 dBZ，后側單體強度迅速增強。 此時雷達液態(tài)水含量產(chǎn)品最高達6 g/ m3。 15 時44 分兩強單體回波依次發(fā)展成熟，回波高度可達12 km，此時麻山北部新光村降水持續(xù)，麻山區(qū)站30 min累計降水量達55 mm。 強降水單體“東-西”走向，使麻山區(qū)降水持續(xù)時間較長，且各單體回波強度均>45 dBZ，雨強較大，明顯的列車效應是造成本次較大累積雨量的重要原因。16 時回波強度逐漸減弱，麻山區(qū)降水強度減弱直至降水結束。

5.2 超級單體結構分析

強降水超級單體呈現(xiàn)多單體風暴特征，18 日15時28 分組合反射率產(chǎn)品可見，多單體風暴中兩個對流單體發(fā)展旺盛，位置正處于麻山與林口交界處，兩超級單體依次發(fā)展成熟，強度達55 dBZ。同一時刻徑向速度場有明顯一大一小兩中氣旋相對應， 且能持續(xù)3 個以上體掃， 中氣旋沿雷達徑向方向表現(xiàn)為氣旋式輻合且完全被降水包裹。 超級單體風暴沿回波走向（東-西）剖面可見，中低層上升氣流發(fā)展旺盛，回波高度可達12 km。 >40 dBZ 強回波向移動方向（東）一側傾斜，>50 dBZ 強回波延伸至 7 km。 分別從3 個仰角的反射率因子圖上對比可以發(fā)現(xiàn)，低層存在弱回波區(qū)及中高層的懸垂回波結構。 風暴入流一側強上升氣流為風暴提供足夠的水汽和動力條件，超級單體的回波懸垂、 有界弱回波及向右傾斜特征非常明顯。

6 氣象服務情況

此次降水時間短、局地性強，雨強較大，常規(guī)天氣分析資料及預報員的主觀訂正很難作出準確預報。 數(shù)值預報由于系統(tǒng)尺度較小，各產(chǎn)品均未報出較大量級降水。 雞西市氣象臺會商指出：白天為多云有陣雨天氣，局地易發(fā)短時強降水、雷暴等強對流天氣。此外，利用牡丹江雷達資料密切監(jiān)視。 15 時02 分，在黑龍江省氣象臺指導下，召開緊急天氣會商，并立即啟動暴雨應急Ⅳ級響應。于15 時22 分發(fā)布雷電黃色預警信號，15 時34 分發(fā)布暴雨紅色預警信號。

7 結論

（1）本次強對流天氣發(fā)生在深厚的西風槽背景下，環(huán)流形勢較穩(wěn)定，降水區(qū)位于槽前暖濕氣流中，地面在強大東阻背景下， 系統(tǒng)少動降水持續(xù)時間較長。

（2）暴雨的產(chǎn)生是大尺度環(huán)流背景下中尺度系統(tǒng)直接作用的結果，850 hPa 槽線是本次對流天氣的觸發(fā)機制，上冷下暖造成熱力不穩(wěn)定，高濕度是本次短時暴雨發(fā)生的重要條件。

（3）本次極端天氣范圍小、局地性強。 強降水超級單體呈現(xiàn)多單體風暴特征， 有2-3 個強反射率因子中心，兩個中氣旋，且多個弱回波區(qū)。

（4）由于多單體風暴走向與風暴移動方向相對一致且連續(xù)經(jīng)過降水區(qū)，明顯的“列車效應”使其出現(xiàn)了短時暴雨天氣。