2020年8月14—15日聊城極端降水過(guò)程成因分析

馮彩金 紀(jì)凡華

摘 要：【目的】通過(guò)研究聊城出現(xiàn)的一次極端降水過(guò)程，揭示天氣成因，提升農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)水平?！痉椒ā繌奶鞖鈱?shí)況、環(huán)流背景和影響系統(tǒng)、雷達(dá)產(chǎn)品出發(fā)，對(duì)該次極端降水過(guò)程進(jìn)行多尺度特征分析?！窘Y(jié)果】低層大氣有順時(shí)針的垂直風(fēng)切變，強(qiáng)暖平流，為此次聊城暴雨發(fā)生提供有利的水汽和能量供應(yīng)，主要影響系統(tǒng)為副高邊緣的西南急流和暖式切變線(xiàn)。通過(guò)雷達(dá)產(chǎn)品分析，聊城市在云頂亮溫最低的中部地區(qū)，云團(tuán)合并、亮溫梯度最大的南部地區(qū)，產(chǎn)生短時(shí)強(qiáng)降水和暴雨天氣?！窘Y(jié)論】研究結(jié)果可為暴雨預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)和相關(guān)研究提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：暴雨；短時(shí)強(qiáng)降水；葵花8號(hào)衛(wèi)星；MCC；聊城

中圖分類(lèi)號(hào)：P458.3? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? 文章編號(hào)：1003-5168（2023）10-0106-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2023.010.022

Abstract： [Purposes] To reveal the cause of this extreme precipitation and improve the level of agrometeorological services by studying an extreme precipitation process in Liaocheng. [Methods] The multi-scale characteristics of the extreme precipitation process were analyzed based on the weather conditions， circulation background， impact system and radar products. [Findings] There was a clockwise vertical wind shear and strong warm advection in the lower atmosphere on the Tlogp map of Zhengzhou， which provided favorable water vapor and energy supply for the Liaocheng rainstorm; The main impact system of this heavy rainfall is the southwest jet and warm shear line at the edge of the subtropical high. Through the analysis of radar products， Liaocheng City produces short-term heavy rainfall and rainstorm weather in the central region with the lowest brightness temperature at the top of the cloud， and in the southern region with the highest brightness temperature gradient due to the combination of cloud clusters. [Conclusions] The research results can provide some reference basis for rainstorm forecast and related research.

Keywords： rainstorm; short term heavy rainfall; sunflower 8 satellite; MCC; Liaocheng

0 引言

暴雨是一種災(zāi)害性天氣，容易產(chǎn)生積水或徑流淹沒(méi)低洼地段［1］，造成洪澇災(zāi)害。暴雨或大暴雨、特大暴雨，常導(dǎo)致山洪暴發(fā)、水庫(kù)垮壩、江河泛濫、房屋被沖塌等災(zāi)害，給國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民生命財(cái)產(chǎn)帶來(lái)嚴(yán)重危害［2］。

國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)暴雨進(jìn)行了大量細(xì)致的研究，取得一些重要的成果。黃娟等［3］對(duì)比分析2015年11月發(fā)生在湖南省兩次秋冬季暴雨天氣過(guò)程，發(fā)現(xiàn)暴雨過(guò)程與異常的大尺度環(huán)流背景有關(guān)。賀哲等［4］診斷2019年8月1日河南省一次分散性對(duì)流暴雨過(guò)程發(fā)現(xiàn)，副熱帶高壓邊緣西南暖濕氣流是本次暴雨天氣的大尺度環(huán)流背景之一。趙嫻婷等［5］利用多種常規(guī)和非常規(guī)觀(guān)測(cè)資料診斷分析了湖北2016年7月18—20日特大暴雨過(guò)程，發(fā)現(xiàn)特大暴雨過(guò)程具有很強(qiáng)的極端性，具有較為極端的水汽條件。袁海翔等［6］利用中尺度天氣預(yù)報(bào)模式對(duì)2016年7月長(zhǎng)江中下游地區(qū)的一次暴雨過(guò)程進(jìn)行了模擬，發(fā)現(xiàn)有利的不穩(wěn)定條件、較好的水汽條件、高層輻合、低層輻散的形勢(shì)為暴雨的發(fā)生提供抬升動(dòng)力條件。

山東聊城處于暴雨重災(zāi)區(qū)，暴雨形成機(jī)制的研究尤為重要，以往研究存在資料常規(guī)、技術(shù)手段落后等問(wèn)題，更缺少利用衛(wèi)星對(duì)暴雨極端性、短時(shí)強(qiáng)降水等強(qiáng)對(duì)流特征的研究。基于此，本研究利用常規(guī)氣象資料和葵花8號(hào)衛(wèi)星產(chǎn)品對(duì)2020年8月14—15日聊城一次極端降水過(guò)程成因進(jìn)行多尺度特征分析，有助于氣象部門(mén)提高預(yù)報(bào)預(yù)警能力，在防災(zāi)減災(zāi)中起到積極作用［7］。

1 降水過(guò)程天氣實(shí)況

2020年8月14日22時(shí)至2020年8月15日08時(shí)聊城市出現(xiàn)一次局地特大暴雨天氣過(guò)程，全市平均降水量96.9 mm，最大降水點(diǎn)出現(xiàn)在陽(yáng)谷定水鎮(zhèn)，為349.1 mm。此次強(qiáng)降水區(qū)域差異顯著，除高唐、臨清、茌平、東阿和高新區(qū)外，其余縣區(qū)降水量均在100 mm以上，東昌府、城區(qū)和度假區(qū)超過(guò)了150 mm，高唐縣最?。?2.7 mm），度假區(qū)最大（192.8 mm）。降水等級(jí)方面，統(tǒng)計(jì)顯示全市出現(xiàn)特大暴雨（＞250 mm）的鄉(xiāng)鎮(zhèn)6個(gè)，大暴雨（100～250 mm）的鄉(xiāng)鎮(zhèn)40個(gè)，暴雨（50～99.9 mm）的鄉(xiāng)鎮(zhèn)28個(gè)，降水實(shí)況如圖1所示。

聊城大監(jiān)站日降水量為206.7 mm，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，范圍廣，導(dǎo)致嚴(yán)重的農(nóng)田積水、城市內(nèi)澇等災(zāi)害［8］。陽(yáng)谷定水鎮(zhèn)最大一小時(shí)降水量為79.6 mm，具有明顯短時(shí)強(qiáng)降水的強(qiáng)對(duì)流特征。

2 環(huán)流背景

通過(guò)分析2020年8月14日20時(shí)的高空形勢(shì)場(chǎng)，200 hPa上中緯度有強(qiáng)西風(fēng)帶急流，山東處于急流出口處的左側(cè)，有利于上升運(yùn)動(dòng)的發(fā)展。500 hPa中高緯度冷空氣較弱，河套地區(qū)和新疆北部有2個(gè)短波槽呈階梯狀，都是溫度槽略落后于高度槽，西風(fēng)槽后有弱冷平流，2個(gè)短波槽東移時(shí)有所發(fā)展加強(qiáng)，東北冷渦強(qiáng)盛，中心557 dagpm線(xiàn)溫度-11 ℃，冷渦后部沒(méi)有冷平流，冷渦將減弱，副熱帶高氣壓強(qiáng)盛，脊線(xiàn)處于31°N，588 dagpm線(xiàn)穿過(guò)魯東南、魯中南部和魯西南。聊城處于副高邊緣，在西風(fēng)槽和東北冷渦減弱的趨勢(shì)影響下，588 dagpm線(xiàn)將有所北抬。700 hPa副高邊緣有從北部灣到魯東南的西南急流，山東南部上空存在西南急流和東南氣流構(gòu)成的暖式切變線(xiàn)，聊城處于急流出口處的左側(cè)；850 hPa魯西北上空有一個(gè)24 ℃的暖中心，副高邊緣有從北部灣到魯東南的強(qiáng)西南急流，最大風(fēng)速16 m/s，深厚的強(qiáng)西南急流為降水提供充足的水汽和能量。海平面氣壓場(chǎng)存在2個(gè)高壓系統(tǒng)，高壓中心分別為河套地區(qū)和太平洋，陸上高壓前側(cè)的冷鋒處于河北河南西部，山東處于2個(gè)高壓系統(tǒng)中間，為海上高壓前側(cè)南風(fēng)控制，15日08時(shí)北方冷空氣擴(kuò)散南下，冷鋒過(guò)境聊城后降水結(jié)束，可見(jiàn)強(qiáng)降水都發(fā)生在暖區(qū)。

從高低空配置上看，500 hPa中緯度地區(qū)西風(fēng)槽加深，槽前的正渦度平流加強(qiáng)，副高588 dagpm線(xiàn)北移，上升氣流加強(qiáng)促使低層700 hPa和850 hPa西南急流往西往北發(fā)展，暖式切變線(xiàn)北抬影響聊城地區(qū)，為強(qiáng)降水提供有利的動(dòng)力條件。副高邊緣暖區(qū)降水為暴雨和短時(shí)強(qiáng)降水的發(fā)生提供有利的高溫高濕條件，200 hPa上中緯度強(qiáng)西風(fēng)帶急流，山東處于急流出口處的左側(cè)，有利于上升運(yùn)動(dòng)的發(fā)展。暴雨的主要影響系統(tǒng)為副高邊緣的西南急流和暖式切變線(xiàn)，T850-T500=27 ℃，上冷下暖的不穩(wěn)定形勢(shì)為強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生發(fā)展提供有利的條件。

3 水汽和動(dòng)力條件

2020年8月14日20時(shí)聊城上游地區(qū)的鄭州站Tlogp圖，如圖2所示，CAPE=3741.9 J/kg，K=39 ℃，SI=-2.61 ℃，有充足的不穩(wěn)定能量產(chǎn)生強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)，整層大氣溫度露點(diǎn)差較小，有充足的水汽條件，低層大氣有順時(shí)針的垂直風(fēng)切變，強(qiáng)暖平流，中高層為一致的西南風(fēng)，為暴雨發(fā)生提供有利的水汽和能量供應(yīng)。風(fēng)暴強(qiáng)度指數(shù)325.8>100超過(guò)強(qiáng)雷暴的指標(biāo)，強(qiáng)天氣威脅指數(shù)420.9，表明能夠產(chǎn)生強(qiáng)對(duì)流天氣。0 ℃線(xiàn)在530 hPa，-20 ℃線(xiàn)在330 hPa，不滿(mǎn)足冰雹天氣的條件。

4 葵花8號(hào)衛(wèi)星紅外產(chǎn)品分析

強(qiáng)降雨是在有利的不穩(wěn)定能量、充足的水汽條件下產(chǎn)生的，TBB溫度越低，對(duì)應(yīng)的云頂越高，對(duì)流越旺盛。有結(jié)論表明TBB<-20 ℃時(shí)有強(qiáng)對(duì)流活動(dòng)，亮溫在-63 ℃～-80 ℃時(shí)對(duì)暴雨的產(chǎn)生有很好的指示作用［9］。

2020年8月14日22時(shí)30分有兩個(gè)發(fā)展成熟的完整的中尺度對(duì)流復(fù)合體（MCC）云團(tuán)。其中一個(gè)對(duì)流復(fù)合體云團(tuán)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)a）云頂亮溫達(dá)-68 ℃，遠(yuǎn)小于暴雨云團(tuán)的云頂亮溫指標(biāo)（-52 ℃），在其西南邊界和云頂亮溫最低的泰安北部、濟(jì)南部分地區(qū)產(chǎn)生了暴雨和短時(shí)強(qiáng)降水；另一個(gè)對(duì)流復(fù)合體云團(tuán)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)b）在a的西南方向，云頂亮溫-65 ℃左右，遠(yuǎn)小于暴雨云團(tuán)的云頂亮溫指標(biāo)，在其北邊界和云頂亮溫最低的濮陽(yáng)和菏澤部分地區(qū)產(chǎn)生了暴雨和短時(shí)強(qiáng)降水。在a和b之間有一發(fā)展初期的對(duì)流單體云團(tuán)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)c），沒(méi)有產(chǎn)生降水。

a云團(tuán)穩(wěn)定少動(dòng)，b云團(tuán)往北發(fā)展移動(dòng)，c云團(tuán)迅速發(fā)展，向四周增大范圍，云頂亮溫降低，產(chǎn)生降水。23時(shí)a云團(tuán)西部和c云團(tuán)的東部合并加強(qiáng)，云頂亮溫降低至-70 ℃，在a、c的合并區(qū)域，產(chǎn)生了強(qiáng)降水，b云團(tuán)北部和c云團(tuán)的西南部開(kāi)始合并。15日00時(shí)b云團(tuán)迅速北移，3個(gè)云團(tuán)基本連接在一起，合并之后都有發(fā)展加強(qiáng)的現(xiàn)象，構(gòu)成新的最強(qiáng)MCC，尤其是聊城上空b和c的合并發(fā)展最為迅速，云頂亮溫繼續(xù)降低，雨強(qiáng)也明顯增大。01時(shí)對(duì)流云團(tuán)達(dá)到最強(qiáng)，市區(qū)上空云頂亮溫達(dá)-71 ℃，強(qiáng)對(duì)流云團(tuán)覆蓋聊城全境，云頂亮溫梯度最大的東昌府區(qū)、陽(yáng)谷北部、莘縣北部、東阿南部，冠縣南部產(chǎn)生暴雨天氣，尤其是00至01時(shí)陽(yáng)谷定水鎮(zhèn)一小時(shí)降水79.6 mm，可見(jiàn)在云團(tuán)合并的區(qū)域，亮溫梯度最大，最有可能發(fā)生短時(shí)強(qiáng)降水。02時(shí)d云團(tuán)北移，并在聊城南部地區(qū)上空與b、c合并，進(jìn)一步加大了雨強(qiáng)，使此地區(qū)強(qiáng)降水天氣繼續(xù)維持發(fā)展。03至06時(shí)聊城上空持續(xù)被強(qiáng)對(duì)流云團(tuán)控制，強(qiáng)降水主要出現(xiàn)在云頂亮溫最低的聊城中部和南部地區(qū)，也能達(dá)到短時(shí)強(qiáng)降水。06至08時(shí)云團(tuán)減弱并向北移動(dòng)，聊城從南到北降水結(jié)束。

5 結(jié)論

①本次過(guò)程聊城市平均降水量96.9 mm，降水量大、范圍廣，產(chǎn)生嚴(yán)重的農(nóng)田積水、城市內(nèi)澇等災(zāi)害。陽(yáng)谷定水鎮(zhèn)最大一小時(shí)降水79.6 mm，具有明顯的短時(shí)強(qiáng)對(duì)流特征，強(qiáng)降水的主要影響系統(tǒng)為副高邊緣的西南急流和暖式切變線(xiàn)。

②鄭州站Tlogp圖低層大氣有順時(shí)針的垂直風(fēng)切變，強(qiáng)暖平流，為聊城暴雨發(fā)生提供有利的水汽和能量供應(yīng)。0 ℃線(xiàn)在530 hPa，-20 ℃線(xiàn)在330 hPa，不滿(mǎn)足冰雹天氣的條件。

③葵花8號(hào)衛(wèi)星紅外產(chǎn)品可以識(shí)別MCC，在云頂亮溫最低的聊城中部地區(qū)及云團(tuán)合并、亮溫梯度最大的聊城南部地區(qū)，產(chǎn)生短時(shí)強(qiáng)降水和暴雨天氣，葵花8號(hào)衛(wèi)星紅外產(chǎn)品在暴雨和短時(shí)強(qiáng)降水預(yù)報(bào)預(yù)警工作中作用顯著。

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收稿日期：2022-09-15

基金項(xiàng)目：山東省氣象局引導(dǎo)類(lèi)科研項(xiàng)目“魯西北極端雨雪天氣成因分析與預(yù)報(bào)預(yù)警方法研究”（2021SDYD28）資助。

作者簡(jiǎn)介：馮彩金 （1993—），女，本科，助理工程師，研究方向：綜合氣象觀(guān)測(cè)與預(yù)報(bào)預(yù)警服務(wù)。

通信作者：紀(jì)凡華（1984—），男，本科，高級(jí)工程師，研究方向：天氣預(yù)報(bào)與服務(wù)工作。