2023年5月河北一次強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程成因分析

摘 要：基于探空資料、地面資料、多普勒雷達(dá)資料、ERA5再分析資料，對(duì)2023年5月19日河北中南部地區(qū)一次強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程進(jìn)行分析。結(jié)果表明 ：（1）此次過(guò)程發(fā)生在蒙古冷渦天氣背景下，冷渦后部冷空氣與低層暖濕空氣形成上干冷、下暖濕的不穩(wěn)定層結(jié)，具有較強(qiáng)的不穩(wěn)定能量和垂直風(fēng)切變。（2）地面輻合線和鋒線、850 hPa切變線和急流為過(guò)程提供了動(dòng)力和水汽條件。（3）對(duì)流在衡水地區(qū)合并加強(qiáng)形成超級(jí)單體。（4）冰雹混合強(qiáng)降水的拖曳引發(fā)下?lián)舯┝鲝亩纬傻孛胬涑睾屠妆└邏?，冷池密度流、變壓梯度共同作用造成地面大風(fēng)。

關(guān)鍵詞：強(qiáng)對(duì)流天氣；超級(jí)單體；下?lián)舯┝?/p>

中圖分類號(hào)：P458.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2024）06–0-03

強(qiáng)對(duì)流天氣是一種歷時(shí)短、突發(fā)性強(qiáng)、破壞性強(qiáng)的災(zāi)害性天氣，主要是指出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水、雷暴大風(fēng)（瞬時(shí)最大風(fēng)速≥17.2 m/s）、龍卷風(fēng)、冰雹和颮線等具有重大殺傷性的災(zāi)害性天氣。由于其空間尺度小、發(fā)展速度快，持續(xù)時(shí)間短，因而預(yù)測(cè)難度較大，近年來(lái)許多學(xué)者對(duì)強(qiáng)對(duì)流天氣成因、影響等方面進(jìn)行研究，并取得一定成果[1-6]。

短時(shí)強(qiáng)降水、雷暴大風(fēng)、冰雹是河北地區(qū)常發(fā)的強(qiáng)對(duì)流天氣，給城市的正常運(yùn)行帶來(lái)挑戰(zhàn)，其引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害、城市內(nèi)澇等次生災(zāi)害更是嚴(yán)重危害人民生命財(cái)產(chǎn)安全。通過(guò)對(duì)2023年5月19日河北中南部地區(qū)一次強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程進(jìn)行成因分析，深入了解強(qiáng)對(duì)流天氣形成的原因，為日后河北地區(qū)進(jìn)一步提高強(qiáng)對(duì)流天氣預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率和預(yù)警服務(wù)水平提供參考。

1 天氣實(shí)況

2023年5月19日午后至夜間河北省出現(xiàn)強(qiáng)對(duì)流天氣，主要影響地區(qū)大致在37°～39°N，沿西北—東南呈帶狀分布（圖1）。暴雨區(qū)集中在石家莊市東部、衡水市中北部、滄州市南部，6站累計(jì)降水量＞100 mm，47站＞50 mm，最大累計(jì)降水量出現(xiàn)在衡水武強(qiáng)中化試驗(yàn)田站，為120.1 mm，最大小時(shí)雨強(qiáng)出現(xiàn)在衡水深州高古莊站，為78.4 mm（圖1a）；大風(fēng)區(qū)主要集中在衡水和滄州市，最大瞬時(shí)風(fēng)速出現(xiàn)在衡水深州兵曹鄉(xiāng)張村站，為29.9 m/s（圖1b）；過(guò)程中多地觀測(cè)到小的濕冰雹。此次過(guò)程強(qiáng)度大、突發(fā)性強(qiáng)、局地性強(qiáng)，造成小麥等農(nóng)作物大面積受災(zāi)嚴(yán)重。

2 環(huán)流形勢(shì)

5月19日08：00，500 hPa貝加爾湖以東有蒙古冷渦活動(dòng)，受下游高壓脊阻擋穩(wěn)定少動(dòng)，冷渦后部不斷有冷空氣南下影響河北。20：00，由中尺度分析場(chǎng)（圖2）可見(jiàn)：高層（圖2a）200 hPa有急流經(jīng)內(nèi)蒙古、河北延伸至朝鮮，急流中心風(fēng)速＞40 m/s，河北省中南部位于急流出口右側(cè)，受500 hPa冷槽影響，整個(gè)河北省處于負(fù)變溫區(qū)有明顯干冷空氣侵入；低層（圖2b）有暖平流，石家莊市、滄州市及其以南地區(qū)850～500 hPa溫度差＞28 ℃，850 hPa風(fēng)場(chǎng)上河北省中南部位于切變線前側(cè)的輻合區(qū)，有濕軸延伸河北中南部，西南急流位于衡水市東側(cè)，925 hPa的露點(diǎn)溫度高達(dá)16 ℃，上干冷下暖濕形勢(shì)明顯，地面有冷鋒壓至張家口—承德一帶，衡水市與石家莊市交界處有地面輻合線。

從環(huán)流形勢(shì)來(lái)看，此次過(guò)程發(fā)生在蒙古冷渦穩(wěn)定的天氣尺度背景下，為典型的高空冷平流強(qiáng)迫類強(qiáng)對(duì)流天氣[7]。850 hPa西南急流和切變線可提供良好的水汽條件和動(dòng)力條件，地面輻合線、鋒線有利于對(duì)流移入后的維持和加強(qiáng)。

3 物理量診斷分析

5月19日邢臺(tái)探空資料顯示，08：00（圖3a）已具備上干下濕的不穩(wěn)定層結(jié)，對(duì)流有效位能值為560 J/kg，

低層逆溫層有利于不穩(wěn)定能量積累；20：00（圖3b）不穩(wěn)定能量進(jìn)一步增大，對(duì)流有效位能值增至2 200 J/kg左右，0～6 km垂直風(fēng)切變達(dá)17.9 m/s，0 ℃層位于3.6 km

附近，-20 ℃層位于6.6 km附近，對(duì)流有效位能值約為418 J/kg，由此估算的下沉速度約為14.5 m/s，數(shù)值接近雷暴大風(fēng)閾值（17 m/s），700～400 hPa存在明顯干層，最大的露點(diǎn)溫度差達(dá)36 ℃，平均露點(diǎn)溫度差約16.5 ℃，低層900 hPa以下溫度直減率接近干絕熱，K指數(shù)增至35 ℃左右，低層濕度條件轉(zhuǎn)好，850 hPa以下比濕達(dá)13g/kg。

整個(gè)河北中南部處于上干冷、下暖濕的不穩(wěn)定層結(jié)，強(qiáng)不穩(wěn)定能量和垂直風(fēng)切變條件利于對(duì)流組織化發(fā)展。0 ℃和-20 ℃層高度適宜冰雹的成長(zhǎng)和落地，低層豐富水汽有利于暴雨發(fā)生，對(duì)流層中層的干層有助于下沉氣流中降水粒子融化、蒸發(fā)等過(guò)程加強(qiáng)。同時(shí)，蒸發(fā)冷卻作用可加強(qiáng)下曳氣流，低層溫度垂直遞減率大有助于氣塊溫度在下降過(guò)程始終低于環(huán)境溫度，并保持向下的加速度，有利于地面大風(fēng)形成[8]。

4 雷達(dá)回波特征

19日20：00左右，有兩對(duì)流云團(tuán)在衡水市深州市附近合并加強(qiáng)；20：36，反射率因子高達(dá)63.5 dBz且存在鉤狀回波（圖4a），在徑向速度圖上識(shí)別到中氣旋（圖4b）旋轉(zhuǎn)速度20.75 m/s，剖面圖有明顯的回波懸垂（圖4c）和有界弱回波區(qū)BWER（圖4d），55 dBz回波延伸至10 km以上，對(duì)流發(fā)展旺盛且具有明顯的超級(jí)單體特征；20：42回波質(zhì)心迅速下降（圖4e），同時(shí)地面風(fēng)場(chǎng)呈發(fā)散狀（圖4f），由此可判斷出現(xiàn)下?lián)舯┝鳌?/p>

5 地面資料分析

19日20：00～21：00，從衡水深州兵曹鄉(xiāng)張村觀測(cè)

站5 min降水、瞬時(shí)風(fēng)速、氣壓、氣溫時(shí)序變化（圖5）發(fā)現(xiàn)，20：15～20：30的15 min正變壓達(dá)6 hPa，20：25～

20：35的10 min負(fù)變溫達(dá)6.6 ℃，20：30～20：35的5 min

降水量分別達(dá)到6.9、13.8 mm，20：30瞬時(shí)風(fēng)速增至 29.9 m/s（11級(jí)）。

由此可見(jiàn)，冰雹和短時(shí)強(qiáng)降水造成的拖曳、蒸發(fā)冷卻降溫效果十分明顯，地面迅速形成強(qiáng)冷池和雷暴高壓，在冷池密度流與變壓梯度共同作用下形成地面大風(fēng)。

6 結(jié)論

（1）此次強(qiáng)對(duì)流過(guò)程發(fā)生在蒙古冷渦穩(wěn)定的天氣尺度背景之下，為典型的高空冷平流強(qiáng)迫類強(qiáng)對(duì)流天氣，冷渦后部冷空氣與低層暖濕空氣在河北中南部形成上干冷、下暖濕的不穩(wěn)定層結(jié)，具有較強(qiáng)的不穩(wěn)定能量和垂直風(fēng)切變。地面輻合線和鋒線、850 hPa切變線和急流為過(guò)程提供了動(dòng)力和水汽條件。

（2）對(duì)流在衡水市深州市附近合，并加強(qiáng)形成超級(jí)單體。在超級(jí)單體的作用下，衡水市附近出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水和冰雹，進(jìn)而引發(fā)下?lián)舯┝鞑?dǎo)致衡水市及下游滄州地區(qū)出現(xiàn)大風(fēng)天氣，對(duì)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)造成極大損害。

（3）冰雹和短時(shí)強(qiáng)降水造成的拖曳、蒸發(fā)冷卻降溫效果十分明顯，地面迅速形成強(qiáng)冷池和雷暴高壓，冷池密度流與變壓梯度共同作用造成地面大風(fēng)，下?lián)舯┝髟斐傻牡孛骘L(fēng)速線性增加和雨強(qiáng)有密切關(guān)系，當(dāng)雨強(qiáng)預(yù)估較大時(shí)也應(yīng)警惕下?lián)舯┝鞯陌l(fā)生。

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收稿日期：2024-03-11

作者簡(jiǎn)介：韓冰（1993—），男，河北衡水人，助理工程師，主要從事天氣預(yù)報(bào)工作。#通信作者：周煜（1996—），男，天津人，助理工程師，主要從事氣候研究，E-mail：3477638361@qq.com。