2019年7月山東一次強對流天氣成因及數值預報偏差分析

劉潔 楊瑞峰 張艷 王楠喻

摘要? ? 本文首先利用常規(guī)天氣資料和衛(wèi)星資料對2019年7月6日山東地區(qū)的強對流天氣成因進行分析。結果表明，此次強對流天氣是在高空冷渦、低層切變和地面氣旋的共同作用下，形成了大尺度抬升運動和不穩(wěn)定層結，配合低空急流輸送水汽和中尺度輻合造成的抬升運動，造成了大范圍雷暴大風、暴雨和局部冰雹天氣。同時，對流云團的合并發(fā)展增強了暴雨強度。最后，通過分析歐洲中心數值模式資料，得到對中尺度輻合中心的預報能力不足是造成暴雨落區(qū)預報偏差的主要原因。

關鍵詞? ? 強對流;天氣形勢;數值預報;成因;偏差;山東省;2019年7月

中圖分類號? ? P458? ? ? ? 文獻標識碼? ? A

文章編號? ?1007-5739（2020）11-0208-02? ? ? ? ? ? ? ?開放科學（資源服務）標識碼（OSID）

Analysis? of? Causes? and? Numerical? Forecast? Deviations? of? a? Severe? Convection? in? Shandong? Province? in? July，2019

LIU Jie 1? ? YANG Rui-feng 1? ? ZHANG Yan 1? ? WANG Nan-yu 2

（1 Tai′an Meteorological Bureau in Shandong Province，Tai′an Shandong 271001; 2 Yantai Meteorological Bureau）

Abstract? ? Using conventional weather data and satellite data，the causes of severe convection in the Shandong area in July 6，2019 were analyzed.The results showed that this severe convection was caused by the combination of high cold vortex，lower shear and surface cyclones. The scale uplift，unstable stratification，low-altitude torrent transporting water vapor and uplift caused by mesoscale convergence had caused a wide range of thunderstorms，heavy rains and local hail. At the same time，the combined development of convective clouds increased the intensity of the storm. Finally，by analyzing the data of the numerical model of the European Center，it′s found that the insufficient forecasting ability of the mesoscale convergence center was the main reason for the deviation of the forecast of the heavy rainfall area.

Key words? ? severe convection;weather situation;numerical forecast;cause;deviation;Shandong Province;July，2019

強對流天氣具有天氣現象劇烈、發(fā)展迅速、持續(xù)時間短、局地性強、易導致災害等特點。強對流天氣的預報預警工作是天氣預報中的重點和難點，國內外相關學者已對強對流天氣的形成與發(fā)展機制進行了深入研究[1-5]，并取得了許多有價值的研究成果。充足的水汽、不穩(wěn)定層結和抬升機制是強對流天氣發(fā)生的3個必備條件[6]。水汽和不穩(wěn)定層結是強對流發(fā)生發(fā)展的基礎，而抬升機制是強對流預報中的關鍵和難點[7-8]。不同類型的強對流天氣形成機制也不同，山東地區(qū)的強對流天氣以雷暴大風、冰雹和短時強降水為主。本文選取山東省2019年夏季的一次強對流天氣過程，在對3種強對流天氣的形成機制進行深入了解和區(qū)分的基礎上，從環(huán)流特征、影響系統、探空圖、物理量場和衛(wèi)星云圖等幾個方面分析其成因，同時結合歐洲中心細網格模式，簡要分析此次模式預報暴雨落區(qū)偏差的原因。通過對此次強對流天氣過程進行深入分析，以期提高對強對流天氣的預報預警服務能力。

1? ? 天氣實況

2019年7月6日2：00到7日8：00，山東自西北向東南出現了雷暴大風、短時強降水和冰雹天氣。泰安、臨沂出現了冰雹;多市縣、多時次出現了17 m/s以上的雷暴大風，最大為24 m/s，出現在濱州。6 h內，多地區(qū)出現了>50 mm的短時暴雨，最大98 mm出現在德州慶云。此次強對流過程具有發(fā)展迅速、強度大、分布范圍廣、多種災害性天氣并發(fā)的特點;在魯南、魯西北等地形成風雹災害，造成玉米、棉花、花生、大豆、露天蔬菜等農作物不同程度受災，果樹落果，塑料大棚薄膜損壞;此次災害共造成山東省7個市12個縣（市、區(qū)）的30個鄉(xiāng)鎮(zhèn)（街道）不同程度受災。

2? ? 成因分析

2.1? ? 天氣形勢分析

2.1.1? ? 500 hPa分析。6日8：00，500 hPa在我國東北地區(qū)有一冷渦，表明干冷空氣即將南下，其槽線從東北一直延伸到河南、河北一帶，整個山東處于高空槽前，高空槽前有較強的正渦度平流，造成較強的上升運動。

2.1.2? ? 700 hPa分析。700 hPa東北地區(qū)低渦逐漸向東南發(fā)展，6日20：00，低渦中心位于山東西北部，有較強東南暖濕氣流輸送水汽。6日8：00，魯西北、魯中和魯南地區(qū)T-Td（溫度露點差）≤3 ℃，濕度區(qū)逐漸向東移動，7日8：00，山東北部地區(qū)T-Td≤3 ℃，其中半島北部T-Td=0.2 ℃，接近飽和，濕區(qū)位置和移動方向與暴雨落區(qū)有較好的對應關系。

2.1.3? ? 850 hPa分析。6日8：00 850 hPa從東北地區(qū)到山東省西北部有一深厚切變線，前傾槽結構明顯，不穩(wěn)定度增強;低空急流較強，加強了低層擾動，有利于不穩(wěn)定能量的觸發(fā)釋放;與500 hPa溫差達到了28 ℃以上。6日20：00，切變線位于山東省，東南急流較強，魯西北T-Td≤1 ℃，魯中和魯南地區(qū)T-Td≤3 ℃，有明顯的濕度脊，水汽條件充沛。結合500 hPa分析可知，高層干冷空氣疊加在低層暖濕平流之上，形成了上干冷、下暖濕的不穩(wěn)定層結，造成大氣層結的強烈不穩(wěn)定，有利于對流不穩(wěn)定能量儲存，有利于對流產生。

2.1.4? ? 200 hPa分析。6日8：00 200 hPa有一起始于新疆東部的高空急流，其自西北向東南方向延伸，然后在北緯30°附近轉向東北方向，最大急流核位于陜西至河南一帶，山東位于高空急流出口區(qū)的左側，水平風切變大，高空輻散對應低層輻合，有利于山東地區(qū)上升運動加強。

2.1.5? ? 地面分析。由地面天氣圖分析可知，氣旋生成后，從東北地區(qū)逐漸向山東省移動，6日2：00，氣旋中心已位于山東省西北部，6日17：00，低壓頂部倒槽控制山東省，上升運動旺盛。山東地區(qū)在對流發(fā)生過程中位于暖低壓區(qū)，同時6日8：00，菏澤、泰安、濱州和東營等地區(qū)都有中尺度輻合中心，存在風向輻合，輻合抬升運動強，將導致不穩(wěn)定能量的觸發(fā)和釋放。另外，白天近地層大氣被加熱也會導致不穩(wěn)定層結的發(fā)展。

2.2? ? 探空圖分析

由6日8：00章丘站探空圖可知，CAPE值達1 544 J/kg，可能產生的最大上升速度達55.6 m/s，K指數為42 ℃，對流潛勢強;濕度層結上干下濕，位勢不穩(wěn)定強;風向隨高度順轉，垂直風切變大，有利于對流組織化;中層有明顯干層，干冷空氣卷入有利于蒸發(fā)，下沉運動增強，有利于雷暴大風產生;-20 ℃高度位于400 hPa左右，0 ℃層高度位于600 hPa左右，這種環(huán)境條件有利于小冰雹生長[9];低層的水汽含量充足，有利于短時強降水產生。

2.3? ? 其他物理量場分析

2.3.1? ? 熱力條件（K指數）。K指數是溫度直減率、低層水汽條件和中層飽和程度3項的和，能夠反映大氣的層結穩(wěn)定狀況，6日8：00，山東大部地區(qū)K指數>38 ℃，表明層結不穩(wěn)定性較強。個例研究表明[10]，山東地區(qū)產生冰雹時K指數一般>25 ℃，而產生暴雨時K指數較高，一般在35 ℃以上，對應著此次強對流過程暴雨比較強、冰雹稍弱。

2.3.2? ? 動力條件（低層散度）。6日8：00 925 hPa散度分布可以看出，山東地區(qū)具有明顯的輻合中心，表明低層具有較強輻合上升運動，將導致不穩(wěn)定能量的觸發(fā)和釋放，從而造成更劇烈的上升運動，有利于產生強對流天氣[11]。

2.3.3? ? 水汽條件（水汽通量散度）。6日8：00 925 hPa水汽通量散度分布可以看出，較強的水汽通量輻合中心控制山東地區(qū)，表明有強烈的水汽輸送和水汽輻合，為強對流提供了充沛的水汽條件。

2.4? ? 衛(wèi)星云圖分析

從6日8：00紅外云圖可以看出，已有大片對流云團在魯西北地區(qū)發(fā)生發(fā)展，而魯中東部和魯東南地區(qū)為零散塊狀云團，此時云團為白色，云頂光滑。隨著對流云團逐漸發(fā)展合并，從魯西北到魯東南為一大片對流云團覆蓋，發(fā)展旺盛，云頂變?yōu)闈獍咨?，而暴雨的加強與云團的合并及加強有密切關系[12]，因而對流云團的發(fā)展合并過程體現了此次強對流過程從西北向東南的發(fā)展加強路徑。從可見光云圖可以看出，云頂多起伏，出現了皺紋和斑點，表明對流發(fā)展十分旺盛。

3? ? 數值預報偏差分析

由歐洲中心細網格模式5日20：00起報的6日8：00至7日8：00的24 h降水量與實況對比可以看出，模式對濱州南部、濟南北部和日照地區(qū)暴雨空報，對泰安東部和臨沂有漏報，對淄博、濰坊和東營等地區(qū)暴雨預報比較準確。

分析造成偏差的原因，在大尺度環(huán)流形勢上，模式預報與實況比較接近，而在地面風場預報中，通過對比分析6日14：00的10 m風場預報和地面風場實況可知，濟南附近的輻合中心預報過強，然而臨沂附近的風場輻合中心在模式預報中沒有體現，這是造成此次暴雨落區(qū)預報偏差的主要原因。

4? ? 結論

此次強對流過程是典型的高空冷渦造成的雷暴大風、暴雨和冰雹過程，中低層配合有切變線，形成了大尺度抬升運動和上干冷、下暖濕的不穩(wěn)定層結，低空急流輸送水汽，配合地面中尺度輻合中心造成較強抬升運動，對流云團的合并發(fā)展也加劇了對流強度。在熱力、動力、水汽條件的配合下，造成了大范圍的雷暴大風和暴雨天氣，局部發(fā)生了冰雹。最后分析歐洲中心細網格模式對暴雨落區(qū)的預報結果，得到其產生偏差的主要原因是對中尺度輻合中心的預報能力不足。

5? ? 參考文獻

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基金項目? ?山東省氣象局青年科研基金項目（2019SDQN15）。

作者簡介? ?劉潔（1991-），女，山東滕州人，碩士，助理工程師。研究方向：暴雨診斷和數值模擬。

收稿日期? ?2020-03-11