2015年7月18日子洲氣象站短時暴雨的中尺度特征分析

李曉利，嚴珠琴，康 磊，鄭榮玉，侯柯然

（1.榆林市氣象臺，陜西榆林 719000；2.樅陽縣氣象局，安徽安慶 246701；3.三明市氣象局，福建三明 365000）

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2015年7月18日子洲氣象站短時暴雨的中尺度特征分析

李曉利1，嚴珠琴2，康 磊1，鄭榮玉3，侯柯然1

（1.榆林市氣象臺，陜西榆林 719000；2.樅陽縣氣象局，安徽安慶 246701；3.三明市氣象局，福建三明 365000）

摘 要：利用常規(guī)觀測資料、天氣雷達資料對2015年7月18日子洲氣象站觀測到的短時暴雨從中尺度特征進行分析。結(jié)果表明:此次過程發(fā)生在“前傾槽”的形勢下，呈上干冷下暖濕的結(jié)構(gòu)，為強對流天氣創(chuàng)造了有利的環(huán)境條件。強降水發(fā)生區(qū)位于850 hPa濕舌中，比濕達12 g·kg-1，中低層暖平流使層結(jié)不穩(wěn)定度增強，為此次強對流天氣暴發(fā)提供了熱力不穩(wěn)定條件，有利于強對流的發(fā)展和維持；地面輻合為強對流天氣提供了抬升和觸發(fā)機制。強對流發(fā)生前由正變溫轉(zhuǎn)為負變溫，氣象要素中尺度特征變化明顯，一小時變溫對中尺度天氣有較好的指示意義。雷達圖上表現(xiàn)為多個中小尺度單體陸續(xù)移動經(jīng)過子洲，造成強降水天氣，組合反射率大于50 dBz回波與大于1.0 mm降水率有很好的對應(yīng)關(guān)系，大的VIL值及其突變對強降水和冰雹有較強的指示作用。

關(guān)鍵詞：前傾槽；地面輻合；一小時變溫；垂直風(fēng)切變

文獻著錄格式:李曉利，嚴珠琴，康磊，等.2015年7月18日子洲氣象站短時暴雨的中尺度特征分析［J］.浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016，57 （6）: 922-926.

榆林市全年降水分布不均，主要降水集中在夏季，多短時強降水天氣。中小尺度系統(tǒng)是造成短時暴雨的直接影響系統(tǒng)，氣象工作者對暴雨天氣發(fā)生發(fā)展機理和預(yù)報方法的不斷研究取得了豐富的成果［1-5］，但對不同地區(qū)、不同季節(jié)和不同天氣背景下中尺度暴雨的觸發(fā)因素的認識還比較有限。中尺度暴雨由于強度大、突發(fā)性強，所造成的影響和損失越來越大?！冬F(xiàn)代天氣業(yè)務(wù)發(fā)展指導(dǎo)意見》指出，中尺度暴雨預(yù)報應(yīng)逐步以天氣尺度分析為主轉(zhuǎn)換為天氣尺度與中尺度天氣分析相結(jié)合。本文以2015年7月18日子洲氣象站觀測到的短時暴雨為研究對象，對其開展中尺度的相關(guān)分析研究，為當(dāng)?shù)乇┯甑亩膛R預(yù)警提供參考。

1 過程概況

2015年7月18日，榆林市大部分縣區(qū)出現(xiàn)強對流天氣，表現(xiàn)為短時雷暴、強降水及冰雹。最強天氣出現(xiàn)在子洲縣城，強降水出現(xiàn)時伴有冰雹，最大冰雹直徑10 mm，2 h降水量達114 mm（16: 00—17: 40），最大分鐘雨強達3.6 mm。但距子洲縣城最近的苗家坪鎮(zhèn)雨量僅為29 mm（圖1），可見此次強對流天氣局地性特征明顯，強度大、突發(fā)性強、歷時短、前兆性差，預(yù)報預(yù)警難度大，造成局地性山洪、城市內(nèi)澇等災(zāi)害。

圖1　2015年7月18日16：00—18：00的降水量分布

2 影響系統(tǒng)

2.1 環(huán)流背景

在強對流天氣發(fā)生前的18日08時，500 hPa槽線位于榆林與山西交界處，榆林處于槽后西北氣流中，伴有冷平流，其北部濕度較大，南部較干；700～850 hPa呼和浩特—榆林有一東北西南向切變線，切變線南側(cè)為西南氣流，延安站南風(fēng)風(fēng)速為10 m·s-1，河套附近濕度較大，低層的暖濕氣流為短時強降水提供了有利的水汽條件；850 hPa上河套西部有暖舌向河套北部伸展，在河套的東部形成500 hPa干冷平流與中低層暖濕氣流相疊置，這種上層干冷、低層暖濕的不穩(wěn)定層結(jié)，非常有利于熱力不穩(wěn)定的加強，為強對流的發(fā)生提供了熱力、動力條件以及啟動機制，同時“前傾槽”結(jié)構(gòu)有利于對流層中低層垂直切變的維持。

2.2 中尺度系統(tǒng)

研究表明，中尺度系統(tǒng)是產(chǎn)生強降水的直接系統(tǒng)［6］。對18日8: 00天氣影響系統(tǒng)進行中尺度分析（圖2），河套東部整層大氣均為輻合型氣流，從低層到高層表現(xiàn)為輻合、切變、槽、氣旋性輻合環(huán)流，輻合區(qū)隨高度向右傾斜，這種“前傾槽”形勢為對流系統(tǒng)提供了非常有利的動力條件。

圖2　2015年7月18日8：00的中尺度系統(tǒng)

850 hPa榆林西北部大部露點溫度為10℃，榆林東部露點溫度為13℃，榆林南部延安到西安露點溫度為14～17℃，強降水發(fā)生區(qū)位于850 hPa濕舌中，比濕達12 g·kg-1，可見強降水區(qū)空氣含水量大，有利于其上空水汽的集聚，同時中低層西南氣流對水汽輸送補充起到重要作用，有利于強對流的發(fā)展和維持。強降水區(qū)上層干冷平流與低層暖濕平流相疊置，大氣不穩(wěn)定層結(jié)明顯，該區(qū)域位于850 hPa與500 hPa溫度遞減率的高值舌內(nèi)（兩層溫差25～28℃），為此次過程提供了不穩(wěn)定條件，加之午后升溫迅速，不穩(wěn)定能量增強，地面偏北風(fēng)和偏南風(fēng)形成的中尺度輻合線，為強對流天氣提供了觸發(fā)抬升機制。

2.3 高空要素

分析榆林附近太原站探空圖（圖3），18日8: 00 SI指數(shù)為-1.68℃，K指數(shù)為35℃，850 hPa 與500 hPa假相當(dāng)位溫差為-12℃，對流有效位能為702.6 J·kg-1，說明有很強的不穩(wěn)定能量存在。500 hPa以下為相對濕層，500 hPa以上為相對較干層，這種上干下濕的不穩(wěn)定層結(jié)為強對流提供了有利條件，且濕層較厚，有利于水汽的集聚，從而有利于形成大降水。風(fēng)矢端圖顯示，地面至700 hPa風(fēng)隨高度順轉(zhuǎn)，說明地面至700 hPa有暖平流，中低層暖平流使層結(jié)不穩(wěn)定度增強，為此次強對流天氣暴發(fā)提供了熱力不穩(wěn)定條件，700～500 hPa風(fēng)隨高度逆轉(zhuǎn)，有冷平流，冷暖平流的疊置非常有利于對流的發(fā)生。

圖3　2015年7月18日8：00的太原站探空

2.4 地面中尺度分析及要素

從地面流場（圖4）可以看出，11: 00—17: 00地面輻合區(qū)由西向東移動，在移動過程中由豎轉(zhuǎn)橫，并逐漸南壓，強降水區(qū)與輻合區(qū)有很好的對應(yīng)關(guān)系，地面輻合為強對流天氣提供了抬升和觸發(fā)機制。

分析地面全風(fēng)速場，14: 00子洲附近風(fēng)速在1～3 m·s-1，17: 00增大到7 m·s-1，而周邊風(fēng)速變化不大，可見子洲附近為高能聚集區(qū)，強對流天氣是在局地動力、熱力作用下產(chǎn)生的。

對子洲站地面要素（表1）進行分析，13: 00—14: 00為正變溫，15: 00—17: 00為負變溫，18: 00又為正變溫，16: 00—17: 00變溫幅度大，對應(yīng)此時對流天氣強度大，強降水維持近2 h，18: 00強天氣結(jié)束，移出子洲。強天氣出現(xiàn)時氣壓突升，伴隨氣溫突降，中尺度特征明顯。在強天氣出現(xiàn)之前的15: 00出現(xiàn)負變溫，16: 00后出現(xiàn)強降水、冰雹等強天氣，說明一小時變溫對中尺度天氣有較好的指示意義。強對流出現(xiàn)前，地面露點溫度持續(xù)增大，均在10℃以上，底層的高能高濕為大降水提供了有利的動力條件，同時地面吹東南風(fēng)，有暖平流，16: 00—17: 00轉(zhuǎn)為北風(fēng)，表明有冷平流移入子洲，冷平流的入侵觸發(fā)了強對流天氣。

圖4　2015年7月18日11：00—17：00的地面流場

表1　子洲氣象站地面要素變化

3 中尺度系統(tǒng)雷達特征

多普勒天氣雷達資料不僅可反映強天氣的回波結(jié)構(gòu)特征，還能在一定程度上反映流場結(jié)構(gòu)特征，在強對流天氣研究分析中具有重要作用［7-8］。分析榆林新一代天氣雷達產(chǎn)品，從組合反射率（圖5）可以看出，15: 37子洲城區(qū)附近開始生成對流云回波，強度為30 dBz，2個體掃后迅速加強為60 dBz，強回波高度升展到7 km，并持續(xù)加強，范圍擴大。16: 01子洲站出現(xiàn)降水，降水強度持續(xù)增大，16: 08—16: 40出現(xiàn)冰雹，16: 26子洲西部有另一對流單體東移靠近，16: 38兩單體合并，移速較慢，大于50 dBz回波造成每分鐘大于1.0 mm的強降水，回波強度與降水率有很好的對應(yīng)關(guān)系。17: 21強回波開始移出子洲，降水強度減弱并趨于結(jié)束。

圖5　組合反射率因子的變化

分析垂直累積液態(tài)水含量變化，15: 50累積水含量為10 kg·m-2，之后迅速增大，16: 14增大至54 kg·m-2，16: 32為61 kg·m-2，17: 15開始減小為53 kg·m-2。圖6可以看出，在16: 00左右有值的突變現(xiàn)象，之后較穩(wěn)定，趨于減小。反映出在16: 00左右伴有冰雹天氣，17: 00左右則以降水為主。此過程VIL對冰雹和強降水指示作用較為明顯。

圖6　垂直累積液態(tài)水含量的變化

強降水發(fā)生時段徑向速度圖上表現(xiàn)為有多個中小尺度單體陸續(xù)移動經(jīng)過子洲，單體影響范圍在10 km左右，中低層輻合，高層輻散特征明顯。圖7可以看出，16: 38強度達到最強，在1.5°仰角上（3.5 km高度）入流與出流速度達最大，為15 m·s-1，對流層中層有強烈的輻合上升運動，2.4°仰角（4.7～7 km高度）以上為輻散，有利于對流的發(fā)展。低層吹東南風(fēng)，高層吹西北風(fēng)，風(fēng)隨高度順轉(zhuǎn)，有冷平流不斷觸發(fā)新的對流補充，且有明顯的垂直風(fēng)切變，越到高空對流云體向南一側(cè)傾斜，具有懸垂組織，結(jié)構(gòu)密實，非常有利于冰雹和強降水天氣的發(fā)生。

圖7　2015年7月18日16：38的各仰角平均徑向速度

4 小結(jié)

2015年7月18日子洲氣象站觀測到的適時暴雨過程發(fā)生在“前傾槽”的形勢下，有利于對流層中低層垂直切變的維持，垂直分布呈上干冷下暖濕的結(jié)構(gòu)，為強對流天氣創(chuàng)造了有利的環(huán)境條件。

強降水發(fā)生區(qū)位于850 hPa濕舌中，比濕達12 g·kg-1，中低層暖平流使層結(jié)不穩(wěn)定度增強，為此次強對流天氣暴發(fā)提供了熱力不穩(wěn)定條件，有利于強對流的發(fā)展和維持；地面輻合為強對流天氣提供了抬升和觸發(fā)機制。

強對流發(fā)生前由正變溫轉(zhuǎn)為負變溫，地面露點溫度持續(xù)增大，均在10℃以上，強天氣出現(xiàn)時氣壓突升，伴隨氣溫突降，中尺度特征明顯，一小時變溫對中尺度天氣有較好的指示意義。

從雷達圖上可以看出，強降水發(fā)生時段有多個中小尺度單體陸續(xù)移動經(jīng)過子洲，單體影響范圍在10 km左右，中低層輻合、高層輻散特征明顯，組合反射率大于50 dBz回波與大于1.0 mm降水率有很好的對應(yīng)關(guān)系，大的VIL值及其突變對強降水和冰雹有較強的指示作用。

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（責(zé)任編輯：高 峻）

中圖分類號：P445

文獻標志碼：A

文章編號：0528-9017（2016）06-0922-05

DOI：10.16178/j.issn.0528-9017.20160641

收稿日期:2016-01-26

作者簡介:李曉利（1982—），女，陜西榆林人，工程師，本科，從事短期短臨天氣研究工作，E-mail: 376228086@qq.com。