漠河市一次漏報熱對流天氣分析

許麗玲 ,韓鳳岐 ,張友誼 ,張春梅

（1.漠河市氣象局，黑龍江 漠河 165399；2.大興安嶺地區(qū)氣象局，黑龍江 加格達奇 165099；3.安寧市氣象局，云南 安寧 650300）

1 引言

熱對流是夏季普遍存在的一種對流活動，時空尺度均不大，是到達地面的降水總量一般較小的一種局地對流性天氣現(xiàn)象，具有明顯的地域性和日變化［1-3］。熱對流降水的水汽主要來源于地表的蒸發(fā)和低層風場輻合攜帶的水汽，然后通過垂直輸送把水汽從低層輸送到高層，而非均勻地表性質(zhì)造成的非均勻陸氣通量輸送在局地熱對流降水中起到觸發(fā)對流的作用［4］。雖然熱對流產(chǎn)生的降水總量不大，但由于降水時間短、強度大，局地性陣雨不僅給交通和重大活動等帶來不便，而且還會引發(fā)內(nèi)澇災(zāi)害。除降水外，熱對流可以發(fā)展成深對流，并造成雷雨大風、冰雹等災(zāi)害性強對流天氣［5-6］。因此，熱對流是一種局地性強，且危害性大的局地天氣現(xiàn)象,但它也是在一定的天氣背景下發(fā)展起來的。目前，在沒有天氣雷達覆蓋的區(qū)域，只能依靠數(shù)值預(yù)報模式、衛(wèi)星云圖、雷電定位系統(tǒng)等資料來分析天氣，全球數(shù)值預(yù)報模式、區(qū)域數(shù)值預(yù)報模式、智能網(wǎng)格預(yù)報等對典型強對流天氣預(yù)報效果比較好，但當天氣系統(tǒng)較弱時，局地不穩(wěn)定天氣形勢下，下墊面的相互作用會引發(fā)局地強對流天氣，這時數(shù)值預(yù)報模式、智能網(wǎng)格預(yù)報效果不理想。其原因是多方面的：一方面預(yù)報模式的物理過程、資料同化方法對于對流天氣的描述還不全面；另一方面復(fù)雜的地理、地形因素對數(shù)值預(yù)報模式和智能網(wǎng)格預(yù)報也有較大影響［8］。由于其維持時間較短，且以往高時空分辨率的觀測資料又相對缺乏，故有效的研究成果較少，熱對流降水的局地性和突發(fā)性給預(yù)報熱對流強降水帶來很大困難。常規(guī)24 h 預(yù)報，往往分析和判斷不出可能發(fā)生強對流天氣條件，日常業(yè)務(wù)中主要依賴短時臨近監(jiān)測，來彌補常規(guī)預(yù)報的不足。本文對2020 年6 月29 日典型弱形勢場下，漏報漠河市午后熱對流天氣過程，進行分析總結(jié)，為以后局地熱對流天氣的預(yù)報預(yù)警提供參考，及時為各級政府、部門、社會防災(zāi)減災(zāi)提供科學(xué)依據(jù)。

2 資料與方法

本文利用大興安嶺地區(qū)漠河市2 個國家站和12個自動站（區(qū)域站和無人站）資料、Micaps 常規(guī)天氣資料，采用天氣學(xué)原理從物理量、云頂量溫（TBB）等方面總結(jié)這次天氣過程，擬探索出一種熱對流天氣較為有效的預(yù)報方法。

根據(jù)翟菁，劉慧娟等對安徽省熱對流短時降水的判別和指標［1］：當站點上午08-12 時沒下雨，下午14-22 時有雨，且T13地＞35.7 ℃，且午后T13地-T08地＞6.4 ℃，且每日日照時數(shù)＞1.7 h，判定為熱對流降水。6月29 日漠河市（漠河國家基準氣候站）上午08-12時沒下雨，T13地=43.9 ℃＞35.7 ℃，T13地-T08地=43.9 ℃-26.1 ℃=17.8 ℃＞6.4 ℃，日照時數(shù)=11.1 h＞1.7 h，其它區(qū)域站無地溫要素數(shù)據(jù)，符合上午08-12 時沒下雨，日照時數(shù)＞1.7 h，可以判定漠河市6 月29 日是一次熱對流降水。

3 地形與天氣實況

漠河市位于大興安嶺北部，屬于內(nèi)陸山系地區(qū)，群山連綿，溝谷縱橫，山頂平坦，河谷開闊，大部分屬于低山丘陵地區(qū)，地勢南高北低，南北呈坡降趨勢，東西兩翼凸起，植被覆蓋率較高，當?shù)乇砘蚪孛鏈囟容^高時，地表的蒸發(fā)量較大，空氣中的水汽含量會增大，加上山區(qū)南高北低地形抬升作用，所以漠河市山區(qū)在夏季午后極易產(chǎn)生熱對流天氣。

2020 年6 月29 日13-17 時漠河市自動站實況顯示，南部有8 個站出現(xiàn)短時熱對流天氣，其中勁濤站出現(xiàn)短時雷雨大風，極大風速監(jiān)測到21.9 m/s(9級)，有7 個站出現(xiàn)短時雷雨天氣伴有陣風5-6 級，北部6 個站沒有出現(xiàn)降水。

4 高空形勢

2020 年6 月29 日08 時500 hPa 高度場上（圖1a），亞歐大陸中高緯度為兩槽一脊的形式，脊東側(cè)有明顯而寬廣的低壓槽，槽內(nèi)有冷渦，槽后脊前有明顯的偏北和西北冷平流，漠河市受西北冷平流影響；700 hPa 高度場上（圖1b），大興安嶺地區(qū)漠河市受高空槽影響，從海上有東北氣流的水汽輸送，在大興安嶺西南部有暖平流北伸，在大興安嶺漠河市西北部有冷暖平流交匯；850 hPa 圖上（圖1c），漠河西北部有兩暖一冷中心，東部鄂霍次克海東北氣流從海上向陸地輸送冷濕空氣，南部為暖脊，西南氣流不斷向北輸送暖濕空氣。在500 hPa 大興安嶺地區(qū)北部西北氣流為主，形成上冷下暖的不穩(wěn)定層結(jié)，有利于對流發(fā)展。

圖1 2020 年6 月29 日08 時(a)500 hPa,(b)700 hPa,(c)850 hPa

5 地面形勢

6 月29 日08 時地面低壓中心（圖2a）與850 hPa 低渦位置基本一致，漠河處在低壓的北部，漠河站天氣晴好無云，西北風，漠河西北上游站東南風，陰天并出現(xiàn)陣雨天氣，14 時漠河西北上游站由東南風轉(zhuǎn)西北風（圖2b），陰天無雨，漠河站由西北風轉(zhuǎn)西南風，云量2-3，兩站之間有風切變形成，大興安嶺東南側(cè)有東南氣流向西北提供了暖濕空氣的輸送，在風向上由于地面輻合形成動力作用，而且還由于地形抬升作用使這支氣流，從東南向西北有爬升和聚合抬升過程，這種類型形成的降水往往強烈而分布不均[8]，導(dǎo)致勁濤站短時降水12.5 mm（13-15 h），漠河站8.4 mm（14-17 h）。

圖2 2020 年6 月29 日(a)08 時,(b)14 時地面形勢場

6 中尺度分析

29 日08 時500 hPa（圖3），貝加爾湖東北部一帶的冷空氣向大興安嶺地區(qū)北部輸送，使高空溫度下降，同時冷空氣的下沉作用又促使云層消散，有利于低層輻射增溫。低層和地面大興安嶺地區(qū)北部有東北和西北弱冷空氣，850 hPa 滿洲里有強暖脊，暖中心在沈陽附近，強度為20 ℃。14 時地面西北轉(zhuǎn)西南風，由西南向東北輸送暖空氣，地面非絕熱加熱作用明顯，使地面增溫，漠河區(qū)域內(nèi)T850-T500＞28 ℃，這種高層降溫與低層增溫同時出現(xiàn)的機制，引起大氣層結(jié)穩(wěn)定度的急劇下降，導(dǎo)致大興安嶺地區(qū)北部出現(xiàn)對流不穩(wěn)定區(qū)，從而為熱對流天氣的發(fā)生、發(fā)展創(chuàng)造了條件。

圖3 2020 年6 月29 日08 時、14 時高空和14 時地面實況資料中尺度分析圖

7 水汽、熱力、動力相關(guān)物理量分析

7.1 水汽條件

29 日14 時700 hPa 水汽通量散度中心最大值50×10-8g·cm-2（hPa·s)-1,在漠河南部，說明阿木爾鎮(zhèn)和漠河中層水汽是輻散的；850 hPa 水汽通量中心最大值35×10-1g(cm·hPa·s)-1在漠河?xùn)|部，阿木爾鎮(zhèn)，漠河水汽通量是25×10-1g(cm·hPa·s)-1，水汽通量散度中心最大值-50×10-8g·cm-2（hPa·s)-1,在漠河南部，說明阿木爾鎮(zhèn)和漠河低層不僅有水汽輸送，而且還有水汽輻合，為該地區(qū)降雨的產(chǎn)生和維持提供了水汽條件。

7.2 動力條件

29 日14 時700 hPa 相對渦度在漠河南部有負渦度平流，引起局地渦度減?。?50 hPa 相對渦度在漠河南部有正渦度平流，引起局地渦度增大，風速也隨之增大，阿木爾鎮(zhèn)產(chǎn)生雷雨大風；散度場500 hPa 以下各層阿木爾鎮(zhèn)均處在負散度區(qū)，阿木爾雨量較大，漠河是高低層輻散，中層輻合；850 hPa 垂直速度圖上（圖4），在漠河?xùn)|部上升速度達到-50×10-2hPa·s-1,一定強度的上升運動是形成降水的條件之一，導(dǎo)致漠河部分區(qū)域站出現(xiàn)短時雷雨天氣，其中阿木爾雨量較大，漠河雨量次之。

7.3 熱力條件

從6 月29 日14 時假相當位溫（圖5）可以看出，在漠河市強對流天氣發(fā)生區(qū)域上空700 hPa 以下，假相當位溫隨氣壓降低而減小，滿足對流不穩(wěn)定條件；11 時和14 時漠河市區(qū)域K 指數(shù)范圍在20 ℃＜K＜35 ℃（圖6a），有局部雷雨天氣，14 時抬升指數(shù)范圍在-3＜Ll＜-5（圖6b），說明很可能出現(xiàn)雷雨天氣。

圖5 2020 年6 月29 日(a)14 時700 hPa、(b)850 hPa、(c)925 hPa 假相當位溫

圖6 2020 年6 月29 日14 時(a)K 指數(shù),(b)抬升指數(shù)

8 衛(wèi)星云圖分析

6 月29 日14 時紅外云圖上，漠河市及南部區(qū)域有東西向發(fā)展雷暴云團A，云頂亮溫（TBB）為258.08 K，使漠河市及南部區(qū)域和西部富克山，產(chǎn)生雷雨天氣；15 時東西向雷暴云團A 向北發(fā)展轉(zhuǎn)南北向雷暴云團B，云頂亮溫（TBB）為240.09 K，使漠河市北部前哨出現(xiàn)雷雨天氣。對流云團的云頂亮溫與云團的降水強度有較好的對應(yīng)關(guān)系，在214-265 K 云頂亮溫范圍內(nèi)更容易產(chǎn)生降水，云頂亮溫隨時間降低，表征著大氣有上升運動，有利于云團的生成、發(fā)展、成熟及降水的發(fā)生［9］。

9 探空資料分析

從漠河站T-lnp 圖14 時（圖7）可以看出，對流有效位能（CAPE）開始層在700 hPa 以上，700 hPa 以下風向比較一致，以東風為主，沒有明顯垂直切變，對流有效位能（CAPE）值小，對流抑制（CIN）值較大，低層配合沒有明顯一定強度的抬升作用，一些對對流天氣有重要指示意義的對流參數(shù)不明顯，探空結(jié)果表明氣層存在弱的潛在不穩(wěn)定，說明在弱形勢場下，局地環(huán)境下產(chǎn)生的熱對流天氣，預(yù)報能力有一定的難度。

圖7 6 月29 日14 時T-lnp 圖

10 垂直剖面分析

從6 月29 日垂直剖面圖（圖8）分析可知，14 時地面溫度線為24 ℃，溫度較高，使地面增溫，最高溫度＞Tg 則會產(chǎn)生熱力對流云，且會有熱雷暴發(fā)生的可能，但14 時地面相對濕度≤50%，地面比較干，東南風2 m/s，850 hPa-500 hPa 之間相對濕度為60%-70%，沒有明顯的垂直上升運動，對預(yù)測6 月29 日午后對流天氣效果不是很好，這也是此次對流天氣漏報的一個原因。

圖8 垂直剖面圖

11 小結(jié)

（1）6 月29 日午后漠河地區(qū)地面溫度較高，溫度上升較快，最高溫度達25 ℃以上，T13地-T08地=43.9 ℃-26.1 ℃=17.8 ℃＞6.4 ℃，溫差較大，導(dǎo)致地表向大氣邊界層強烈的感熱輸送，地面熱空氣上升，導(dǎo)致周圍空氣的補償性輻合，低層輻合帶來的水汽和地表蒸發(fā)為這次局地熱對流降水提供了水汽來源。加之漠河山區(qū)南高北低地形抬升觸發(fā)作用，使漠河南部產(chǎn)生熱對流降水。

（2）在沒有天氣雷達覆蓋的區(qū)域，在天氣形勢比較弱的情況下，水汽通量、水汽通量散度、相對渦度、散度、垂直速度、K 指數(shù)、抬升指數(shù)、云頂量溫（TBB）等關(guān)鍵物理量閾值診斷分析，具有越來越顯著的優(yōu)勢。

（3）造成此次對流天氣漏報的主要原因：常規(guī)的天氣資料對此類天氣研究有一定的局限性，熱對流降水時空尺度小，數(shù)值預(yù)報對其預(yù)報能力較差。