2023年7月27—28日太原強對流過程分析

摘? 要：利用常規(guī)觀測資料、探空數據和太原單站雷達數據等，對2023年7月27日太原地區(qū)的強對流過程進行分析。結果表明，該次強對流過程以短時強降水和短時暴雨天氣為主，主要發(fā)生在副高邊緣，受到高空槽影響和臺風遠距離輸送水汽產生。充足的水汽和不穩(wěn)定能量為強降水的發(fā)生提供有利條件。夜間高空槽東移，臺風北上偏東氣流加強，使得中高層更加干冷，低層更加暖濕，層結變得更加不穩(wěn)定；低層西南和東南2支氣流在太原地區(qū)交匯，導致該區(qū)域更強烈地輻合上升運動，滿足強對流發(fā)展的動力條件，同時有利于對流在此被觸發(fā)。雷達圖上顯示，陽曲境內出現(xiàn)“列車效應”，且風暴質心較低，降水效率高，有利于短時強降水發(fā)生。

關鍵詞：短時強降水；副高邊緣；天氣；高空槽；雷達

中圖分類號：P44? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2024）19-0095-04

Abstract： Based on the conventional observation data， sounding data and Taiyuan static radar data， the strong convection process in Taiyuan on July 27， 2023 was analyzed. The results show that the strong convective process is dominated by short-term heavy precipitation and short-term rainstorm， which mainly occurs at the edge of the subtropical high， affected by the upper trough and the long-distance transport of water vapor by typhoon. Sufficient water vapor and unstable energy provide favorable conditions for the occurrence of heavy precipitation. At night， the upper trough moves eastward， the typhoon northward and eastward flow strengthens， which makes the middle and upper level drier and colder， the lower layer warmer and wetter， and the stratification becomes more unstable; the lower southwest and southeast branches converge in Taiyuan area， which leads to a stronger convergence and ascending movement in this area， which meets the dynamic conditions for the development of strong convection， and is conducive to convection being triggered here. On the radar map， the "train effect" appears in Yangqu， and the storm centroid is low and the precipitation efficiency is high， which is beneficial to the occurrence of short-term heavy precipitation.

Keywords： short-term heavy precipitation; subtropical high edge; weather; upper trough; radar

強對流天氣主要包括短時強降水、雷暴大風、冰雹等[1-4]。每年春夏季節(jié)，是華北強對流天氣頻發(fā)的時期。因強對流天氣具有突發(fā)性和致災性強的特點[5-6]，一直是不少學者關注的熱點。周晉紅等[7]通過分析將太原地區(qū)的短時強降水的環(huán)流形勢分為冷渦型、高空槽型、高空槽加副高型和西北氣流型4類，并得出了對太原短時強降水有較好指示意義的環(huán)境參量。馬志敏等[8]分析了云南8月的一次強對流暴雨過程，并對其成因進行了詳細的分析，得出了該暴雨過程產生的有利天氣背景及產生強對流暴雨的直接影響系統(tǒng)。

由于強對流天氣受到當地的環(huán)境條件影響較大[9-10]，針對不同地區(qū)開展強對流天氣特點和形成原因的相關研究是十分必要的。太原是山西的省會城市，地形較為復雜，三面環(huán)山，北高南低，市區(qū)坐落于汾河河谷平原之上[11]。而強對流預報一直是太原地區(qū)氣象預報業(yè)務工作的難點和重點。為此，利用相關資料對2023年7月太原的一次強降水過程進行分析，以期為太原地區(qū)此類強對流天氣的預報預警提供一定的參考。

1? 天氣實況

7月27日下午至夜間太原出現(xiàn)了陣雨或雷陣雨，陽曲縣、杏花嶺區(qū)部分地區(qū)出現(xiàn)了短時強降水和暴雨，局部出現(xiàn)了大暴雨，最大雨量出現(xiàn)在陽曲的東黃水西殿村，達118.5 mm。強降水主要開始于21時左右，自南向北快速發(fā)展，28日0時，陽曲偏東地區(qū)已出現(xiàn)短時強降水，28日1時陽曲區(qū)域站最大雨強達到51.3 mm/h，出現(xiàn)了短時暴雨。

2? 環(huán)流背景

27日08時500 hPa（垂直高度上的氣壓值）有冷空氣在貝湖附近堆積，在河套以西地區(qū)有高空槽發(fā)展，溫度槽落后于高度槽，有冷平流，槽在東移過程中發(fā)展。27日20時，原位于河套以西的高空槽快速東移至我國內蒙古中部及河套地區(qū)，與西南地區(qū)的短波槽同位相疊加，環(huán)流徑向度加大，西南氣流有所加強，此時副熱帶高壓（以下簡稱“副高”）位于我國沿海一帶，在我國臺灣島附近有臺風活動。山西大部分地區(qū)處于高空槽前副高外圍較強偏南氣流之中。28日08時，位于貝湖以東的高空槽發(fā)展形成冷渦，原位于河套地區(qū)的高空槽已東移至山西中部地區(qū)，副高略有東退，臺風北上在我國沿海登陸。

從27日20時的環(huán)境場分析情況來看，700 hPa和850 hPa西南地區(qū)至山西以南地區(qū)濕度條件較好，700 hPa和850 hPa上存在較強西南氣流，且均存在自我國沿海向山西以南地區(qū)的較強偏東氣流。從不穩(wěn)定能量條件來看，山西大部分地區(qū)沙氏指數SI<0 ℃，北中部地區(qū)850 hPa和500 hPa垂直溫差T850-500>28 ℃，表明山西北中部存在不穩(wěn)定能量，滿足對流發(fā)展的能量條件。28日08時，原位于山西以南的偏東氣流隨著夜間臺風北上登陸，其外圍偏東氣流加強并北移，使得太原地區(qū)出現(xiàn)西南和東南2支氣流的強烈輻合。從27日20時到28日08時，高空槽逐漸東移影響山西，使得中高層更加干冷，而由于夜間偏東氣流迅速加強使得低層更加暖濕，導致層結變得更加不穩(wěn)定，而西南和東南2支氣流匯合于太原地區(qū)，則會導致該區(qū)域更強烈的輻合上升運動，滿足強對流發(fā)展的動力條件，同時有利于對流在此被觸發(fā)。

3? 強降水成因分析

3.1? 水汽條件和不穩(wěn)定能量

充足的水汽是產生強降水的必要條件。從850 hPa水汽通量上看，27日20時陽曲縣水汽通量為6～9 g/（s·hPa·cm），27日23時隨著臺風北移，陽曲縣附近水汽通量快速增大，最大達12 g/（s·hPa·cm）以上，疊加風場可看出該區(qū)域存在水汽通量的輻合。

不穩(wěn)定能量是強對流天氣產生和維持的重要條件。27日20時太原探空圖上，探空曲線呈現(xiàn)上干下濕的“喇叭口”形狀，K指數達到38.4 ℃，對流有效位能（CAPE）值為551.8 J/kg。歐洲中心EC模式的CAPE和850 hPa風場疊加圖上，27日20時，陽曲大部分地區(qū)CAPE值在250 J/kg以下，27日23時，隨著偏東風的增大，陽曲大部分地區(qū)CAPE值達250 J/kg以上。表明夜間陽曲一帶存在一定的不穩(wěn)定能量，且隨著夜間偏東風增強對水汽和不穩(wěn)定能量的輸送，不穩(wěn)定能量進一步增強，滿足產生強對流天氣的能量條件。

3.2? 雷達資料分析

由太原單站雷達資料分析可知，如圖1所示，27日22時56分陽曲縣附近有50 dBZ（雷達回波強度）以上呈線狀多單體風暴發(fā)展，此后該多單體強風暴快速合并加強，23時25分回波最強達60 dBZ，隨后有帶狀回波自太原以南向北迅速發(fā)展，并且逐漸呈現(xiàn)較高組織程度。28日0時4分呈南北向帶狀回波與原在陽曲縣發(fā)展起來的回波在陽曲合并維持，形成“列車效應”。隨著夜間偏東氣流的加強，陽曲東部不斷有對流單體被激發(fā)，形成了東西向帶狀回波。28日0時22分太原偏東地區(qū)形成了南北向和東南—西北向2條強回波帶在陽曲東部匯合，使得55 dBZ強回波較長時間在陽曲東部維持，造成該處的短時強降水。28日1時01分，在晉中一帶有較強對流單體被激發(fā)，與太原南部的回波帶在北移過程中合并加強，形成一條西北—東南向回波帶，該回波帶與自太原南部激發(fā)出的回波逐漸匯合并在西南引導氣流的作用下向北移動。此時，陽曲東部地區(qū)出現(xiàn)了1小時降水量達51.3 mm的短時暴雨。由此可見，該區(qū)域對應的強風暴的降水效率較高。

選取27日23時47分陽曲境內強回波沿垂直于雷達徑向做剖面，如圖2所示，55 dBZ以上強回波基本位于5 km及以下，風暴質心較低，降水效率較高，有利于短時強降水的產生。

強降水過程中，徑向速度圖如圖3所示，陽曲與晉中交界處，在28日0時56分時，與西北—東南向強回波相對應，雷達東北偏東方向距離31.5 km處有中尺度渦旋存在，表明該處輻合作用較強，風暴生命史較長。

本次過程沒有出現(xiàn)冰雹，而在沒有出現(xiàn)冰雹的情況下，垂直累積液態(tài)水含量（VIL）對于短時強降水有一定的指示意義。如圖4所示，27日23時36分，陽曲東南部距離雷達21.3 km處，VIL值最強達到29.5 kg/m2，對于太原地區(qū)出現(xiàn)短時強降水有一定的參考價值。從單站雷達風廓線產品上可以看到，27日22時22分到23時19分，1.2～1.8 km高度左右為一致的偏東風，且22時22分到22時50分，偏東風由4 m/s增大到6 m/s，表明夜間偏東氣流加強，并且垂直方向上中低層風隨高度順轉，有暖平流，使得中低層更加暖濕，層結趨于更加不穩(wěn)定，由于偏東風的增大使得0～6 km垂直風切變增大，有利于對流風暴的發(fā)展與維持。

如圖5所示，雷達1小時累積降水量產品（OHP）上，28日0時在陽曲東南部距離雷達22 km處有69 mm/h的降水量，而實際在陽曲中東部地區(qū)區(qū)域站上只有1站降水量達到20 mm以上，雷達對于強降水位置的估計偏南強度明顯偏強；28日1時OHP產品上在陽曲東部和南部邊界附近20 mm/h以上的降水，最大降水量為37 mm/h，而實況上在陽曲東部地區(qū)出現(xiàn)30 mm/h以上的強降水，最大降水量達到51.3 mm/h，雷達對于強降水的位置估計偏南強度偏弱。從連續(xù)2個整點OHP產品與實況對比情況來看，雷達OHP產品對于強降水的位置估計存在一定偏差，28日0時和1時強降水位置估計均偏南，對于強降水強度估計則存在較大偏差，實際業(yè)務應用中需根據實況對產品進行偏差訂正。

4? 結論

本次強降水發(fā)生于副高邊緣，受到高空槽影響和臺風遠距離輸送水汽而產生。

1）降水具有強度強的特點。暴雨主要發(fā)生在陽曲東部和杏花嶺區(qū)北部，大暴雨主要發(fā)生在陽曲東部。

2）在有利的環(huán)流背景條件下，充足的水汽和不穩(wěn)定能量為強降水的發(fā)生提供了便利條件。夜間，高空槽逐漸東移影響山西，使得中高層更加干冷，而低層由于臺風北上，偏東氣流迅速加強而更加暖濕，層結變得更加不穩(wěn)定，并且低層西南和東南氣流匯合于太原，導致該區(qū)域更強烈地輻合上升運動，滿足強對流發(fā)展的動力條件，同時有利于對流在此被觸發(fā)。

3）太原單站雷達圖上，27日夜間有南北向和東西向帶狀強回波在陽曲境內匯合，形成“列車效應”，使得55 dBZ強回波較長時間在陽曲東部維持，造成該處出現(xiàn)短時強降水。反射率因子剖面上，55 dBZ以上強回波基本位于5 km及以下，風暴質心較低，降水效率較高，有利于短時強降水的產生。

4）徑向速度圖上，陽曲與晉中交界處，有中尺度渦旋存在，表明該處輻合較強，有利于產生較長生命史的對流風暴。

5）VIL對于短時強降水有一定的指示意義，本次降水過程匯總，VIL值最強達到29.5 kg/m2。雷達單站垂直風廓線產品上，27日夜間低層偏東風增大，垂直風切變增大，有利于對流風暴的發(fā)展和維持。

6）從OHP產品與實況對比情況來看，雷達OHP產品對于強降水的位置估計存在一定偏差，28日0時和1時強降水位置估計均偏南，對于強降水強度估計則存在較大偏差，實際業(yè)務應用中需根據實況對產品進行偏差訂正。

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