2019年7月豫東地區(qū)一次局地短時強降水過程分析

李辰

摘 要：利用常規(guī)觀測資料、NECP再分析資料、區(qū)域自動站加密觀測資料和商丘站多普勒雷達產(chǎn)品，對2019年7月27日豫東地區(qū)發(fā)生的一次局地短時強降水過程進行綜合診斷分析。結(jié)果表明：高空下滑冷槽侵襲副熱帶高壓西北側(cè)暖濕空氣，配合中低層切變和地面輻合線，為此次強對流天氣提供了良好的環(huán)流背景;雖然沒有急流出現(xiàn)，但較好的比濕為短時強降水提供了充沛的水汽條件;加之前期溫度較高，配合副高邊緣的弱冷空氣活動，有利于強對流天氣的觸發(fā)。在今后此類天氣的預(yù)報服務(wù)過程中，應(yīng)當(dāng)多關(guān)注地面風(fēng)場、雷達圖等實況天氣的變化。

關(guān)鍵詞：短時強降水;環(huán)流背景;地面輻合線

中圖分類號：P458.121.1文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2020）25-0136-04

Abstract： By using the conventional observation data， NECP reanalysis data ，regional observation data and radar data of Shangqiu，a local severe convection weather accompanied with short-time heavy rainfall in July 27，2019 of Shangqiu was comprehensive analyzed. The results showed that the high-altitude sliding cold trough invadeing the warm and humid air on the northwest side of the subtropical high， and cooperates with the low-to-middle layer shear and the ground convergence line. It provides a good circulation background for the convective weather. Although there is no low-level jet， the good divergence provided water vapor conditions for the occurrence of this heavy rainfall. The higher temperature and weak cold air activity at the edge of the subtropical high are conducive to the triggering of strong convective weather. In the process of the future of this kind of weather forecast service， We should pay more attention to the changes of the real weather such as the ground wind field and Doppler radar data.

Keywords： short-time heavy rainfall;the circulation background;surface convergence line

短時強降水在我國天氣預(yù)報業(yè)務(wù)中一般指1 h雨量在20 mm或3 h雨量在50 mm以上的降水事件[1]，也是夏季豫東地區(qū)的主要氣象災(zāi)害之一。當(dāng)豫東地區(qū)盛夏處于副熱帶高壓西北邊緣，受下滑冷空氣影響時，對流性強降水多發(fā)，它具有空間尺度小、持續(xù)時間短、突發(fā)性強等特點，并且容易造成城市內(nèi)澇等次生災(zāi)害，有時也會對農(nóng)業(yè)、交通和人民生命財產(chǎn)造成嚴重影響[2-4]。由于其預(yù)報難度較大，因此，短時強降水的監(jiān)測和預(yù)報預(yù)警也越來越受到眾多學(xué)者專家的關(guān)注[5]。楊詩芳等[6]的研究發(fā)現(xiàn)，短時強降水時大氣層結(jié)不穩(wěn)定，大氣對流各個參數(shù)場中心與短時強降水中心對應(yīng)較好。狄瀟泓等[7]、孫磊等[8]通過分析物理量指標(biāo)得出，充沛的水汽、深厚的濕層、中等強度的對流有效位能等有利于短時強降水的發(fā)生。劉帆等[9]分析了徑向速度圖上零速度線呈“S”型，表示低層暖平流，風(fēng)向輻合、輻散和逆風(fēng)區(qū)等特征均有利于短時強降水的發(fā)生。

本文利用常規(guī)觀測資料、NECP再分析資料[10]、區(qū)域自動站加密觀測資料和商丘站多普勒雷達產(chǎn)品[11]，對2019年7月27日夜里豫東地區(qū)發(fā)生的強對流天氣過程進行綜合診斷分析。由于此次過程各家模式均出現(xiàn)不同程度的漏報，因此，本文著重分析了其環(huán)流背景和物理量配置，為今后此類強對流天氣的預(yù)報預(yù)警提供參考依據(jù)。

1 資料選取和天氣過程概況

1.1 資料選取

利用商丘市各縣國家站及加密氣象站10 min降水?dāng)?shù)據(jù)、常規(guī)觀測資料、新一代天氣雷達等分析環(huán)流形勢、高中低層風(fēng)場配置等特征;利用NCEP再分析資料分析水汽輸送及動力條件等。

1.2 天氣過程概況

2019年7月27日夜里，在副熱帶高壓西北側(cè)，受高空低槽和中低空切變線共同影響，河南省商丘市東北部突發(fā)強對流天氣，并伴有短時強降水、雷暴大風(fēng)。有24個站點降水量超過50 mm，2個站點降水量超過100 mm，降水主要集中在虞城、夏邑的北部，以及永城北部和西部，最大降雨量出現(xiàn)在虞城大楊集103.9 mm。

強降水的重要集中時段主要出現(xiàn)在27日22：00至28日02：00，小時雨強超過20 mm的站點有62個，并出現(xiàn)極端短時強降水，其中超過50 mm的站點有7個，最大小時雨強出現(xiàn)在虞城劉集，小時降雨量為92.4 mm（22：00—23：00）。該站10 min雨強在21：40—22：00均超過20 mm（見圖1）。可見，此次過程降水時段集中，雨強極大，局地性強，是2019年小時雨強最大的一次降水過程。

2 全球模式檢驗

對EC、日本和GRAPS等6個全球模式26日20：00起報的27日20：00至28日20：00的24 h累積降水進行檢驗（見圖2），各家產(chǎn)品均出現(xiàn)不同程度的漏報和缺報，并且對大雨以上量級的降水全部漏報。其中，GRAPES對降水范圍有所反映，但量級明顯偏小。可見，全球模式對此類突發(fā)局地短時強降水的預(yù)報能力有限，預(yù)報效果不理想，也說明此類由中尺度引發(fā)的強對流天氣預(yù)報難度大。

3 大氣環(huán)流形勢

通過繪制27日20：00高空中尺度分析圖[12]及強降水時段的地面中尺度分析圖，揭示此次短時強降水的大氣環(huán)流場和物理量配置。

3.1 高低空配置

降水過程前期，在27日08：00的5 500 m高空，呂梁、西安、漢中一線有一低槽，850 hPa切變線位于蘭考、魚臺至連云港，27日20：00，588線略北抬至甘孜、盧氏到射陽一線，同時高空低槽東移，低空切變線北抬，豫東地區(qū)位于588線外圍西南氣流中，并且在強降水區(qū)的整層[T-Td]≤4 ℃，其中豫魯蘇皖四省交界處的[T-Td]≤2 ℃。在強降水地區(qū)，850 hPa與500 hPa溫度差為26 ℃，上冷下暖使大氣層結(jié)不穩(wěn)定性加強，有利于強對流的發(fā)生。除此之外，在700 hPa有一干舌從山西伸向強降水地區(qū)，而在925 hPa有一濕舌從黃海海域伸向該地區(qū)，說明中低層有干冷空氣侵入，有利于對流的觸發(fā)。

在20：00的地面圖上，菏澤地區(qū)有弱冷空氣南下，在蘭考、曹縣、豐縣一帶形成地面輻合線，雖然輻合區(qū)較小，但使得對流發(fā)生的動力條件得到加強。輻合區(qū)快速向東南移，到23：00移至山東渦陽到泗縣一帶，雨區(qū)也隨之東南移，隨后逐漸消散。另外，輻合區(qū)的存在比強降水時段的發(fā)生提前2 h左右，對提前預(yù)警有一定的指導(dǎo)作用。商丘地面14：00最高溫度連續(xù)7天維持在36～37 ℃，露點溫度在26 ℃以上，為對流的發(fā)生儲備了能量和濕度條件。

3.2 物理量診斷分析

從27日08：00和20：00徐州站的探空資料來看，在08：00[見圖3（a）]，徐州站的[CAPE]值已經(jīng)達到1 481.3 J/kg，有較好的能量儲備，而在700～850 hPa，有弱的干冷空氣入侵，500 hPa以上基本是干區(qū)，但整層處在暖平流之中。在20：00[見圖3（b）]，500 hPa以下整層濕度較好，[K]指數(shù)達到44，[SI]指數(shù)為-4.82，說明在對流發(fā)生前大氣層結(jié)極為不穩(wěn)定。但是，20：00的探空資料由于時效問題，對實際預(yù)報預(yù)警作用不大。值得注意的是，從08：00探空資料來看，[K]指數(shù)為36，[SI]指數(shù)為-1.47，已經(jīng)說明大氣層結(jié)具有一定的不穩(wěn)定性，為強對流天氣的發(fā)生提供了條件，但由于其有效時間大約為4 h，故不能完全依賴08：00的探空圖。

此外，從強降水前期27日20：00的925 hPa水汽通量場[見圖4（a）]來看，此次降水的水汽主要來源于南海，途經(jīng)廣西、湖南、湖北，直至豫東地區(qū);而從850 hPa的比濕場[見圖4（b）]來看，水汽條件配合非常好，超過15 g/kg;從20：00假相當(dāng)位溫分布[見圖4（c）]來看，由于前期溫度較高，850 hPa的[θse]均大于85 ℃，說明不穩(wěn)定能力相當(dāng)高，有利于強對流天氣的觸發(fā)。

4 雷達產(chǎn)品分析

從商丘站多普勒雷達圖分析得出，此次降水主要是由局地分散的對流回波逐漸發(fā)展成團狀對流回波引起的短時強降水，降水范圍局地性強，且回波發(fā)展移速快、強度大，對流較為明顯。19：15，在民權(quán)東北部、成武北部和南部以及菏澤南部有分散對流小回波出現(xiàn)，中心強度在50～55 dBZ。與此同時，虞城北部地區(qū)有一小對流回波生成，隨后迅速發(fā)展并向東北移，并與北部南下的分散回波在單縣、成武附近結(jié)合形成團狀回波。21：13，大片回波開始向南移動，且發(fā)展旺盛，同時在22：00的徑向速度上也有開始出現(xiàn)多處輻合區(qū)，張集隨后便出現(xiàn)22.3 m/s的極大風(fēng)速。對比20：00地面圖，在曹縣附近有偏北風(fēng)（地面輻合線出現(xiàn)），對強降水和短時大風(fēng)發(fā)展有提前指示作用。在22：18，虞城北中部大部分地區(qū)已出現(xiàn)大于50 dBZ的強回波，對應(yīng)22：00—22：20，以劉集站為例，該時段降水量超過50 mm。而后回波繼續(xù)東移南下影響夏邑、永城，形成明顯的出流變界，并造成其北部出現(xiàn)短時大風(fēng)。與此同時，在睢縣、寧陵有一回波生成，在逐漸東移的過程中不斷發(fā)展，與南部柘城的回波相結(jié)合，在23：35，夏邑和永城交界出現(xiàn)中氣旋，造成該地區(qū)出現(xiàn)的大風(fēng)天氣;28日00：40，移至睢陽區(qū)時發(fā)展最為旺盛，導(dǎo)致夏邑、永城和睢陽區(qū)部分地區(qū)的出現(xiàn)50 mm/h的短時強降水。

5 結(jié)論與討論

①這次突發(fā)強降水過程是以高空下滑冷槽侵襲副熱帶高壓西北側(cè)暖濕空氣為背景，在中低層切變輻合作用下產(chǎn)生的，地面輻合線和弱干冷空氣的侵襲為強對流提供了觸發(fā)條件。

②較厚的濕層為短時強降水提供了充沛的水汽條件，雖然此次降水沒有低空急流的出現(xiàn)，但925 hPa比濕超過20 g/kg的區(qū)域?qū)πr雨強超過50 mm的強降水落區(qū)有較好的指示作用。

③前期實況溫度較高，且850 hPa的假相當(dāng)位溫大于85 ℃，較高的不穩(wěn)定能量配合副高邊緣的弱冷空氣活動，有利于強對流天氣的觸發(fā)。

④雷達徑向速度圖上，輻合區(qū)的出現(xiàn)與移動方向和短時強降水以及雷暴大風(fēng)的落區(qū)有較好的對應(yīng);另外，中氣旋的出現(xiàn)，也對短時大風(fēng)有提前預(yù)警作用。

由于此次過程各家模式均出現(xiàn)不同程度的漏報，因此，在今后預(yù)報服務(wù)過程中，對于符合此類環(huán)流背景的天氣，尤其是短時臨近預(yù)報，不應(yīng)過多依賴數(shù)值預(yù)報，應(yīng)當(dāng)多關(guān)注實況，特別是地面風(fēng)場和雷達圖的變化，對短時強降水等災(zāi)害性天氣有提前預(yù)警作用。

參考文獻：

[1]孫繼松.短時強降水和暴雨的區(qū)別與聯(lián)系[J].暴雨災(zāi)害，2017（6）：498-506.

[2]李改琴，謝瓊娜，王聰，等.河南東北部一次突發(fā)強降水天氣過程分析[J].陜西氣象，2019（4）：13-17.

[3]武威，牛淑貞.2015年河南兩次東北冷渦型強對流天氣對比分析[J].暴雨災(zāi)害，2017（5）：397-409.

[4]蘇愛芳，張寧，袁小超，等.豫西南一次局地大暴雨中尺度對流系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征分析[J].氣象與環(huán)境學(xué)報，2018（6）：3-12.

[5]段中夏.2016年初夏一次局地強對流天氣過程分析[J].河南科學(xué)，2018（4）：616-620.

[6]楊詩芳，郝世峰，馮曉偉，等.杭州短時強降水特征分析及預(yù)報研究[J].科技通報，2010（4）：2378-2390.

[7]狄瀟泓，王小勇，肖瑋.甘肅一次副高內(nèi)部極端強降水可預(yù)報性思考[J].干旱區(qū)地理.2019（5）：1029-1037.

[8]孫磊，趙杰，張方方，等.2006—2015年徐州短時強降水特征分析與指標(biāo)研究[J].氣象科學(xué)，2018（3）：399-405.

[9]李改琴，杜麗婭，趙海青，等.豫北一次強降水過程的多尺度診斷[J].干旱氣象，2016（5）：828-835.

[10]牛淑貞，鮑向東，喬春貴，等.強對流風(fēng)暴新一代雷達產(chǎn)品特征分析[J].氣象，2008（7）：93-102.

[11]張小玲，張濤，劉鑫華，等.中尺度天氣的高空地面綜合圖分析[J].氣象，2010（7）：143-150.