青海果洛一次持續(xù)性強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程的成因分析

馬玉花，李澤祥，周措毛，黃福壽

果洛藏族自治州氣象臺(tái)，青海瑪沁 814099

強(qiáng)對(duì)流天氣是我國(guó)主要災(zāi)害性天氣之一，常伴隨有雷電、冰雹、短時(shí)強(qiáng)降水等，具有尺度小、突發(fā)性強(qiáng)、災(zāi)害性大特點(diǎn)。近年來(lái)，隨著理論水平的完善以及探測(cè)、數(shù)值模擬等技術(shù)的提高，強(qiáng)對(duì)流天氣預(yù)測(cè)水平有了較大提高，同時(shí)一些氣象條件和物理參數(shù)如CAPE、水汽條件、垂直風(fēng)切變等被證明和強(qiáng)對(duì)流天氣有密切關(guān)系[1-3]。本文利用常規(guī)、探空和FY-2C衛(wèi)星TBB等資料，采用天氣動(dòng)力診斷方法和強(qiáng)天氣診斷技術(shù)對(duì)2021年6月18-19日果洛持續(xù)性強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程的大尺度環(huán)境背景、物理量場(chǎng)分析研究，揭示造成果洛強(qiáng)對(duì)流天氣中小系統(tǒng)天氣系統(tǒng)發(fā)生發(fā)展的環(huán)境場(chǎng)條件，以提高強(qiáng)對(duì)流天氣預(yù)報(bào)預(yù)警服務(wù)能力。

1 天氣實(shí)況

2021年6月16—19日下午到前半夜，青海省果洛藏族自治州持續(xù)出現(xiàn)強(qiáng)對(duì)流天氣，涉及果洛州所轄六縣，分布范圍廣、強(qiáng)度大，全州產(chǎn)生雷暴，達(dá)日、瑪沁分別出現(xiàn)冰雹，果洛中北部出現(xiàn)大風(fēng)，瑪沁、達(dá)日、久治出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水天氣。這次連續(xù)性強(qiáng)對(duì)流天氣有以下特點(diǎn)：一是連續(xù)4 d出現(xiàn)強(qiáng)對(duì)流天氣，強(qiáng)度和范圍較前一日減弱，逐漸向南緩慢擴(kuò)展，每日持續(xù)6 h左右；二是雷暴站次多，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)；三是大風(fēng)范圍廣，在果洛中北部出現(xiàn)，強(qiáng)度強(qiáng)（風(fēng)力約為10級(jí)）；四是冰雹直徑小，持續(xù)時(shí)間短；五是降水范圍廣，果洛中南部均有降水出現(xiàn)，強(qiáng)度大，最大小時(shí)降水量達(dá)短時(shí)強(qiáng)降水標(biāo)準(zhǔn)（20 mm/h），時(shí)段集中，為對(duì)流性降水；六是災(zāi)害涉及面積廣，損失嚴(yán)重，全州6個(gè)縣共計(jì)283戶1 072人受災(zāi)。

2 環(huán)流形勢(shì)特征

2.1 500 hPa環(huán)流形勢(shì)場(chǎng)

500 hPa形勢(shì)場(chǎng)上，6月18日08:00，歐亞中高緯為兩槽一脊型，青海處于西太平洋副熱帶高壓邊緣高壓脊控制區(qū)中，具有足夠熱量，副高外圍584線位于青南中北部，攜帶充足水汽到達(dá)青南。18日20:00，副高稍有回落，584線南壓至果洛南部，西北氣流中不斷攜帶短波槽下滑,引導(dǎo)冷空氣南下，冷暖空氣在青南地區(qū)交匯，為短時(shí)強(qiáng)降水提供良好條件。19日08:00，高壓脊稍微減弱并逐漸東移，脊后短波槽進(jìn)入青海，暖濕氣流隨槽前西南氣流到達(dá)青南地區(qū)，為午后短時(shí)強(qiáng)降水提供充足水汽條件；青海玉樹(shù)一帶有暖中心，中高緯地區(qū)繼續(xù)有冷空氣下滑，冷暖空氣在青南地區(qū)持續(xù)交匯。19日20:00，青南暖脊加強(qiáng)，暖中心斷裂為三，副高繼續(xù)減弱，584線持續(xù)南壓，并退出果洛到達(dá)四川北部，充足的冷暖空氣交匯維持在青南地區(qū)中部，造成此次果洛中部大的降水?？偟膩?lái)看，這是一次西太平洋副熱帶高壓不斷南壓過(guò)程中其邊緣584線過(guò)境引起的強(qiáng)對(duì)流天氣。

2.2 200 hPa環(huán)流形勢(shì)場(chǎng)

6月18日08:00，200 hPa高空有急流，青海位于高空急流入口區(qū)右側(cè)，產(chǎn)生強(qiáng)烈輻散，具有抽吸作用，產(chǎn)生低層輻合，造成強(qiáng)烈上升運(yùn)動(dòng)，動(dòng)力作用加強(qiáng)，有助于降水強(qiáng)度增大和降水量增加。18日20:00，高空急流維持，抽吸作用持續(xù)，果洛上空風(fēng)力加大，促使更多冷空氣快速到達(dá)果洛，冷暖空氣充分交匯。19日08:00影響系統(tǒng)東移，冷空氣東移到果洛東部，與該地暖濕空氣交匯，降水維持。19日20:00強(qiáng)盛西南氣流維持，高空西風(fēng)急流也維持，冷暖空氣交匯活動(dòng)異?；钴S。可見(jiàn)，高空強(qiáng)烈抽吸作用是產(chǎn)生較大降水的必要條件。

2.3 地面形勢(shì)場(chǎng)

地面場(chǎng)上，18日08:00海西西部有一弱高壓中心，青海大部受位于西藏的強(qiáng)地面氣旋控制，氣旋中心值達(dá)990 hPa；低壓外圍持續(xù)強(qiáng)盛西南氣流引導(dǎo)孟加拉灣水汽北上到達(dá)果洛；果洛中部達(dá)日至瑪沁一線有風(fēng)向輻合中心，低層水汽輻合至此地，再通過(guò)強(qiáng)烈抬升作用將水汽向上輸送，動(dòng)力作用明顯。18日20:00在西風(fēng)帶環(huán)流帶動(dòng)下，高壓東移到青海北部，強(qiáng)大的低壓中心東移并增強(qiáng)，在四川與青南交界處產(chǎn)生一中心值為987.5 hPa的低壓中心；果洛中部輻合中心維持，同時(shí)又產(chǎn)生風(fēng)速輻合，加強(qiáng)低層抬升作用。19日08:00位于青海北部小高壓移出青海，隨后高原地面氣旋強(qiáng)度稍有減弱；達(dá)日有風(fēng)向輻合，久治存在風(fēng)向切變，這兩地中尺度系統(tǒng)使層結(jié)不穩(wěn)定性加大，并觸發(fā)不穩(wěn)定能量釋放，利于對(duì)流發(fā)生發(fā)展。19日20:00，青海北部不斷有弱高壓系統(tǒng)生成并東移，其前側(cè)偏北氣流攜帶冷空氣南下；南部氣旋又重新發(fā)展，其前側(cè)偏南氣流將水汽源源不斷補(bǔ)充上來(lái)，使得冷暖氣流不斷在果洛地區(qū)交匯；達(dá)日風(fēng)速輻合，久治風(fēng)向輻合，造成這兩處強(qiáng)烈抬升。

2.4 中尺度分析

通過(guò)中尺度分析表明：果洛整體處于500 hPa高濕區(qū)，上游地區(qū)存在西南風(fēng)急流，向降水區(qū)輸送大量水汽，底層水汽輻合強(qiáng)；上冷槽下暖脊，底層冷平流侵入，高層暖平流控制，有利于上冷下暖不穩(wěn)定形勢(shì)維持；果洛中部處于潛在不穩(wěn)定區(qū)，對(duì)流層中層對(duì)流有效位能均大于500 J/kg；存在中空急流，上下層風(fēng)垂直切變明顯；同時(shí)北部低空急流活躍，當(dāng)日雷暴大風(fēng)主要出現(xiàn)在急流大風(fēng)核左前方；500 hPa切變線逐步東移，地面存在輻合線，有利于底層抬升機(jī)制的觸發(fā)。

3 對(duì)流環(huán)境條件的分析

3.1 地面熱量

地面溫度場(chǎng)上，18日17:00，午后在瑪沁至達(dá)日一線有暖中心，使得此處能量比周圍強(qiáng)，在一定觸發(fā)條件下，發(fā)生對(duì)流可能性很大；19日15:00，達(dá)日、班瑪一線也存在暖中心，隨著時(shí)間推移，暖中心逐漸移向久治，說(shuō)明隨著系統(tǒng)發(fā)展能量大值區(qū)東移南壓。

3.2 水汽條件

分析地面露點(diǎn)，18日15:00降水發(fā)生前，果洛中部地區(qū)露點(diǎn)溫度迅速增大，瑪沁至達(dá)日一線是露點(diǎn)溫度大值區(qū)，這與地面溫度場(chǎng)相配合?，斍呗饵c(diǎn)溫度≥11℃，甘德、達(dá)日露點(diǎn)溫度≥8℃，在地面風(fēng)場(chǎng)輻合作用下，對(duì)水汽輻合產(chǎn)生很重要作用。19日20:00果洛南部露點(diǎn)溫度≥10℃，表明此處有強(qiáng)烈水汽輻合，非常利于降水的產(chǎn)生。

3.3 上升運(yùn)動(dòng)

600 hPa散度場(chǎng)上，18日午后果洛中部是輻合大值區(qū)，其中瑪沁中心值分別 達(dá)-6×10-5g ·cm-2·hPa-1·S-1以 上，表明低空水汽在此處強(qiáng)烈輻合，對(duì)大降水形成具有動(dòng)力作用。19日午后達(dá)日和班瑪、久治之間存在散度大值區(qū)，其中達(dá)日西部中心值達(dá)-27×10-5g ·cm-2·hPa-1·S-1隨著系統(tǒng)東移，散度大值區(qū)中心在19日21:00左右移到久治地區(qū)，造成此處強(qiáng)烈輻合。

300 hPa散度場(chǎng)上，18日20:00達(dá)日西部和瑪沁地區(qū)是輻散大值區(qū)，其中心值 分 別 達(dá)9×10-5g ·cm-2·hPa-1·S-1和16×10-5g·cm-2·hPa-1·S-1，抽 吸 作 用 明顯，是大降水形成的動(dòng)力因子。19日午后在達(dá)日西北部和久治存在輻散大值區(qū)，中心值分別達(dá)19×10-5g ·cm-2·hPa-1·S-1和10×10-5g ·cm-2·hPa-1·S-1，此 處 有強(qiáng)烈輻散。

3.4 探空數(shù)據(jù)

達(dá)日站探空資料，18日08:00和19日08:00探空?qǐng)D訂正前溫濕曲線均緊靠，水汽集中在中低層，有一定不穩(wěn)定層，CAPE值很小，2 d 0℃和-20℃層所在高度分別為5.8、8.9、6.6和9.2 km，與果洛地區(qū)產(chǎn)生短時(shí)強(qiáng)降水所需高度較一致，抬升凝結(jié)高度較低（608 hPa和617 hPa）,垂直風(fēng)切變分別為0.7和0.77。經(jīng)過(guò)訂正后，探空曲線形態(tài)趨于“高瘦、喇叭”型，CAPE值分別增大至3 586.3、3 249.5 J/kg，與實(shí)況中雷暴大風(fēng)、冰雹、短時(shí)強(qiáng)降水相對(duì)應(yīng)。20:00探空產(chǎn)品上，2 d內(nèi)溫濕廓線均緊靠，有一定的CAPE值，0℃和-20℃層高度與果洛地區(qū)短時(shí)強(qiáng)降水指標(biāo)高度較一致。

3.5 溫度平流

18日08:00和19日08:00，單站探空（達(dá)日）風(fēng)隨高度變化上，2 d均有風(fēng)向隨高度順轉(zhuǎn)，高層風(fēng)向隨高度逆轉(zhuǎn)，因而低層暖平流、高層冷平流，存在不穩(wěn)定層結(jié)，利于對(duì)流的發(fā)生。

3.6 地形

從地形上分析，瑪沁在較寬廣平灘，有風(fēng)向輻合；達(dá)日緊鄰黃河，受水陸溫差影響，有吹向河岸的風(fēng)，在坡地造成抬升；久治地處多個(gè)峽谷風(fēng)的聚集點(diǎn)，有來(lái)自不同方向的風(fēng)的強(qiáng)烈輻合。

4 云圖分析

由紅外云圖（圖1）可以看出，18日14:00瑪沁、達(dá)日開(kāi)始有對(duì)流云系生成，呈團(tuán)（塊）狀，云體范圍小（直徑≈70 km），邊界清晰呈鋸齒狀，云頂亮溫在200 K左右，上游玉樹(shù)地區(qū)也有云系生成；18日17:00，果洛中部對(duì)流云系發(fā)展旺盛并東移南壓至果洛南部，上游云系也有強(qiáng)烈發(fā)展并東移到果洛北部，此云團(tuán)云頂亮溫達(dá)186.41 K，云頂呈白至灰白色，亮溫梯度大；18日20:00，位于果洛南部對(duì)流云系南壓出境，北部地區(qū)對(duì)流云團(tuán)持續(xù)發(fā)展，并迅速覆蓋果洛大部地區(qū)，云頂灰白色調(diào)面積增大，云系仍處于發(fā)展態(tài)勢(shì)，云頂高度增加。18日23:00后，隨著影響系統(tǒng)東移南壓，云系也呈南壓趨勢(shì)，果洛中北部上空云系逐漸減弱，至19日05:00，除班瑪外，果洛其余地區(qū)的天氣轉(zhuǎn)好。

從圖2可以看出，19日14:00果洛上空自北向南生成帶狀對(duì)流云系，云體長(zhǎng)軸約150 km，邊界清晰呈鋸齒狀，云頂亮溫為200~210 K，上游玉樹(shù)也有大量云系生成；19日17:00，果洛上空對(duì)流云系發(fā)展極其旺盛，迅速覆蓋果洛全境，云頂亮溫達(dá)194.9 K，云頂呈白至灰白色，亮溫梯度大；19日20:00，對(duì)流云整體自西向東移動(dòng)并略有減弱，對(duì)流云系主體移出瑪多—達(dá)日一線，但果洛西部仍有零星云系；之后主體云系呈順時(shí)針邊旋轉(zhuǎn)邊東移南壓并緩慢減弱；至19日23:00，北部地區(qū)已不受主體云系影響，中南部地區(qū)仍處于云系影響中；后云系逐漸東移南壓，20日05:00，已完全移出果洛，我州轉(zhuǎn)為多云天氣。

圖2 6月19日紅外云圖

5 小結(jié)

（1）這次強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程主要影響系統(tǒng)是西太平洋副熱帶高壓外圍584線進(jìn)退。前期584線攜帶孟加拉灣暖濕氣流到達(dá)果洛，18—19日又南壓，且北部地區(qū)短波槽不斷下滑引導(dǎo)冷空氣南下，在果洛上空形成上冷下暖不穩(wěn)定形勢(shì)，低層輻合線觸發(fā)不穩(wěn)定能量釋放，果洛連續(xù)2 d出現(xiàn)強(qiáng)對(duì)流天氣。

（2）中高層下滑干冷空氣疊置在底層暖濕空氣上，造成強(qiáng)不穩(wěn)定層結(jié)，是產(chǎn)生這次強(qiáng)對(duì)流天氣的重要原因。CAPE值和垂直風(fēng)切變大小與對(duì)流性天氣強(qiáng)弱有很好對(duì)應(yīng)，其值越大，產(chǎn)生的天氣越激烈。

（3）TBB演變可以清晰看出中尺度系統(tǒng)對(duì)流發(fā)展的旺盛程度。中尺度云團(tuán)在果洛中南部地區(qū)不斷生成且移速緩慢，維持較長(zhǎng)，強(qiáng)降水在TBB梯度最大區(qū)域產(chǎn)生。

（4）短時(shí)強(qiáng)降水發(fā)生時(shí)，果洛的X波段雷達(dá)指示極不明顯，18日反射率因子不超過(guò)15 dBz，19日無(wú)反應(yīng)；但從當(dāng)時(shí)短臨監(jiān)測(cè)看，海南州雷達(dá)組合反射率可用度較高。