豫北一次強(qiáng)降水過(guò)程的多尺度診斷

李改琴，杜麗婭，趙海青，許慶娥，吳麗敏，王 聰

(1.河南省濮陽(yáng)市氣象局，河南 濮陽(yáng) 457000； 2.河南省鄭州市氣象局，河南 鄭州 450005)

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豫北一次強(qiáng)降水過(guò)程的多尺度診斷

李改琴1，杜麗婭1，趙海青2，許慶娥1，吳麗敏1，王 聰1

(1.河南省濮陽(yáng)市氣象局，河南 濮陽(yáng) 457000； 2.河南省鄭州市氣象局，河南 鄭州 450005)

2013年7月8日河南濮陽(yáng)發(fā)生強(qiáng)降水天氣，利用常規(guī)天氣觀測(cè)資料、NECP再分析資料、地面自動(dòng)站加密資料、衛(wèi)星云圖和天氣雷達(dá)產(chǎn)品，診斷此次強(qiáng)降水過(guò)程產(chǎn)生的原因及中尺度特征。分析表明：(1)此過(guò)程屬切變線暴雨過(guò)程，高空低槽東移、副熱帶高壓加強(qiáng)北上、西南暖濕氣流加強(qiáng)、中低層切變線和地面倒槽發(fā)展是強(qiáng)降水過(guò)程的環(huán)流特征。強(qiáng)降水發(fā)生在大氣層結(jié)不穩(wěn)定區(qū)域，低層水汽充沛，有低層強(qiáng)輻合、高層強(qiáng)輻散的環(huán)境場(chǎng)特征。降水中心位于中低層“人”字型切變頂端右側(cè)暖切變線附近、地面倒槽頂端冷暖空氣氣旋性輻合最強(qiáng)區(qū)域；(2)沿倒槽輻合線強(qiáng)烈發(fā)展的β中尺度的對(duì)流云團(tuán)東北移與濮陽(yáng)周圍發(fā)展的對(duì)流云團(tuán)合并加強(qiáng)，形成較強(qiáng)的中α尺度的對(duì)流系統(tǒng)(MCS)，對(duì)流性強(qiáng)降水落區(qū)處于MCS的前端對(duì)流發(fā)展旺盛區(qū)及附近，此處云頂亮溫(TBB)值達(dá)到最低(203 K)；(3)多普勒雷達(dá)回波圖上，多條中尺度回波短帶匯合加強(qiáng)，形成“人”字型帶狀回波北抬，與濮陽(yáng)附近發(fā)展的對(duì)流回波合并加強(qiáng)，強(qiáng)回波在濮陽(yáng)當(dāng)?shù)卮蜣D(zhuǎn)滯留，造成強(qiáng)降水；徑向速度圖上，低層較大的東南風(fēng)入流和中層大范圍強(qiáng)盛的西南風(fēng)入流在雷達(dá)站周圍形成中小尺度的強(qiáng)旋轉(zhuǎn)輻合風(fēng)場(chǎng)，使對(duì)流上升運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，造成極端對(duì)流性強(qiáng)降水。同時(shí)此處也是地面中小尺度的氣旋性輻合處。

強(qiáng)降水；切變線；低空急流；中尺度對(duì)流系統(tǒng)；地面倒槽

引 言

濮陽(yáng)市位于河南省的東北部，在冀、魯、豫三省交界處，夏季強(qiáng)降水多發(fā)。強(qiáng)降水具有突發(fā)性強(qiáng)、雨強(qiáng)大、預(yù)報(bào)難度大等特點(diǎn)，對(duì)農(nóng)業(yè)、交通和人民生命財(cái)產(chǎn)等造成嚴(yán)重影響和較大損失。多年來(lái)，國(guó)內(nèi)外氣象學(xué)者對(duì)強(qiáng)降水的成因進(jìn)行了大量研究[1-12]，隨著人們對(duì)強(qiáng)降水發(fā)展機(jī)理認(rèn)識(shí)的加深，強(qiáng)降水中尺度研究取得進(jìn)展，如陶祖鈺[13]和鄭永光[14]等分別對(duì)全國(guó)1995年、黃海以及其周邊地區(qū)1993—1996年的α中尺度對(duì)流系統(tǒng)進(jìn)行普查分析，揭示出我國(guó)部分區(qū)域中尺度對(duì)流系統(tǒng)的時(shí)空演變特征；廖移山等[15]對(duì)2007年7月18日濟(jì)南大暴雨進(jìn)行β中尺度分析，揭示出地面β中尺度氣旋新生發(fā)展的一種物理機(jī)制。強(qiáng)降水的發(fā)生與物理量和對(duì)流參數(shù)有密切關(guān)系，楊詩(shī)芳等[16]分析發(fā)現(xiàn)，短時(shí)強(qiáng)降水時(shí)大氣層結(jié)不穩(wěn)定，各個(gè)大氣對(duì)流參數(shù)場(chǎng)中心與短時(shí)強(qiáng)降水中心對(duì)應(yīng)較好；王玨等[17]利用中尺度數(shù)值模式產(chǎn)品建立了暴雨落區(qū)潛勢(shì)預(yù)報(bào)；陳秋萍等[18]分析了福建北部前汛期短時(shí)強(qiáng)降水的時(shí)空分布及雷達(dá)回波特征；徐雙柱等[19]在對(duì)武漢暴雨衛(wèi)星云圖和雷達(dá)回波特征及中尺度系統(tǒng)活動(dòng)歸納總結(jié)的基礎(chǔ)上，建立了武漢城區(qū)暴雨短時(shí)預(yù)報(bào)概念模型；金巍等[20]利用多普勒速度資料分析強(qiáng)降水的發(fā)生與低空急流加強(qiáng)的關(guān)系。

河南北部盛夏處于副熱帶高壓西北邊緣，對(duì)流性暴雨多發(fā)，預(yù)報(bào)難度大，但針對(duì)豫北強(qiáng)降水的分析文獻(xiàn)較少。本文利用常規(guī)天氣觀測(cè)資料、NECP1°×1°再分析資料、地面自動(dòng)站加密資料、紅外云圖和TBB產(chǎn)品以及鄭州、濮陽(yáng)兩部新一代天氣雷達(dá)產(chǎn)品，綜合診斷2013年7月8日豫北強(qiáng)降水過(guò)程的大尺度環(huán)流背景場(chǎng)、熱力動(dòng)力抬升條件及強(qiáng)降水系統(tǒng)的中尺度特征等，以期為豫北強(qiáng)降水的預(yù)報(bào)提供參考依據(jù)。

1 資 料

此次強(qiáng)降水于2013年7月8日20:00(北京時(shí)，下同)前后開(kāi)始，背景場(chǎng)分析資料選取8日20:00的常規(guī)觀測(cè)資料；8日14:00和20:00的1°×1°NECP再分析物理量場(chǎng)資料用于強(qiáng)降水的強(qiáng)度和落區(qū)診斷，F(xiàn)Y-2E紅外云圖和云頂亮溫產(chǎn)品用于追蹤α、β中尺度對(duì)流系統(tǒng)的發(fā)生、發(fā)展及造成的短時(shí)強(qiáng)降水，采用Orlanski[21]對(duì)中尺度對(duì)流系統(tǒng)(MCS)的劃分標(biāo)準(zhǔn)，即按尺度大小將MCS劃分為MαCS、MβCS和MγCS，水平尺度分別為200～2 000 km、20～200 km和2～20 km。由于這次強(qiáng)降水天氣發(fā)生在濮陽(yáng)雷達(dá)站靜椎區(qū)附近，回波強(qiáng)度失真，但風(fēng)場(chǎng)特征較明顯，所以應(yīng)用鄭州CIN/SA雷達(dá)探測(cè)的風(fēng)暴回波強(qiáng)度數(shù)據(jù)、濮陽(yáng)CIN/SB雷達(dá)的徑向速度場(chǎng)資料對(duì)這次強(qiáng)降水過(guò)程進(jìn)行分析。區(qū)域地面加密自動(dòng)站資料用于分析地面中小尺度氣旋和輻合系統(tǒng)的發(fā)展。濮陽(yáng)市地理位置為：東經(jīng)114°52′—116°5′，北緯35°20′—36°12′。

2 過(guò)程概況

2013年7月8日夜間，河南北部、河北南部和山東西部，自西南向東北出現(xiàn)了一次強(qiáng)降水過(guò)程(圖1a)，河南東北部的濮陽(yáng)全市普降暴雨，局部大暴雨，24 h內(nèi)100 mm以上鄉(xiāng)鎮(zhèn)雨量站點(diǎn)8個(gè)，50～100 mm站點(diǎn)15個(gè)。降水最強(qiáng)區(qū)域?yàn)殄ш?yáng)市區(qū)、濮陽(yáng)縣、范縣和臺(tái)前縣南部，強(qiáng)降水主要集中在8日20:00—23:00，過(guò)程出現(xiàn)短歷時(shí)強(qiáng)降水，濮陽(yáng)縣出現(xiàn)短時(shí)大風(fēng)，濮陽(yáng)市區(qū)雷達(dá)站1 h(20:00—21:00)降水量達(dá)88 mm(圖1b)，濮陽(yáng)縣2 h(20:00—22:00)降水量達(dá)77.2 mm，20:49出現(xiàn)18.2 m·s-1的NWW大風(fēng)，范縣陸集1 h(21:00—22:00)降水量達(dá)81.3 mm。

3 環(huán)流背景場(chǎng)及物理量場(chǎng)診斷

3.1 有利的天氣尺度系統(tǒng)和大氣環(huán)境條件

強(qiáng)降水都是在一定的環(huán)流背景下受天氣尺度系統(tǒng)影響，由中尺度系統(tǒng)直接產(chǎn)生，這次強(qiáng)降水過(guò)程主要受天氣尺度系統(tǒng)的500 hPa低壓槽、中低層切變線和地面倒槽的共同影響。8日20:00，暴雨開(kāi)始前，500 hPa西太平洋副熱帶高壓增強(qiáng)西北抬，高原東側(cè)有低槽東移，濮陽(yáng)市處于副熱帶高壓邊沿西北側(cè)和槽前較強(qiáng)的西南氣流里；700 hPa，北京—延安—華亭有一條西南—東北向的大尺度深厚冷切變線，由于副高的阻擋東移緩慢，冷切變線右側(cè)有>8 m·s-1的較強(qiáng)西南氣流向東北輸送，為濮陽(yáng)的強(qiáng)降水提供了充足的水汽條件；850 hPa上有一“人”字型切變線(圖2a)，由東北—西南的冷切變線和西北—東南的暖切變線連接組成，其結(jié)合處氣旋性輻合明顯，容易產(chǎn)生對(duì)流性強(qiáng)天氣，濮陽(yáng)市處于“人”字型切變東側(cè)暖切變線附近，且有一支西南低空急流在暖切變線附近輻合并氣旋性彎曲，為濮陽(yáng)暴雨區(qū)輸送了豐富的水汽和能量，同時(shí)增強(qiáng)了暴雨區(qū)的不穩(wěn)定；地面上為一西南—東北向的深厚低壓倒槽，后部為一弱冷鋒，濮陽(yáng)位于冷鋒前倒槽頂部氣旋性曲率較大處，隨著弱冷鋒的東南移，鋒后弱冷空氣侵入暖濕空氣中觸發(fā)對(duì)流性強(qiáng)降水。濮陽(yáng)大暴雨發(fā)生在850 hPa“人”字型切變靠近暖切變線附近、地面倒槽頂部冷暖空氣交匯處、低空急流左前方。

圖1 2013年7月8日08:00—9日08:00降水量(單位：mm)空間分布(▲為濮陽(yáng)雷達(dá)站,雙黑線為河南省省界線)(a)和濮陽(yáng)雷達(dá)站8日20:00—9日01:00小時(shí)降水量(b)

圖2 2015年7月8日20:00 850 hPa風(fēng)場(chǎng)(單位：m·s-1, ▲為濮陽(yáng)，∥為切變線)(a)和邢臺(tái)站T-lnP圖(b) (棕色線為狀態(tài)曲線；藍(lán)色線為層結(jié)曲線；綠色線為露點(diǎn)線)

利用離濮陽(yáng)較近的邢臺(tái)站探空資料分析濮陽(yáng)強(qiáng)降水的環(huán)境場(chǎng)特征(圖2b)。8日20:00，邢臺(tái)的CAPE值為1 999 J·kg-1，不穩(wěn)定能量較大；濕層深厚，特別是850 hPa以下空氣接近飽和，有利于暴雨形成；在850～700 hPa、500～600 hPa有2段相對(duì)干層，使氣層不穩(wěn)定，有利于較強(qiáng)對(duì)流發(fā)展；925 hPa上有8 m·s-1東北風(fēng)，說(shuō)明低層冷空氣的抬升作用明顯，風(fēng)隨高度順轉(zhuǎn)，說(shuō)明暖平流強(qiáng)盛，0 ℃層高度5.5 km，暖層深厚，不宜形成冰雹，有利于暴雨產(chǎn)生。

3.2 物理量場(chǎng)特征

利用2013年7月8日14:00、20:00的1°×1°NECP再分析資料中的散度、水汽通量、水汽通量散度、假相當(dāng)位溫物理量場(chǎng)，分析濮陽(yáng)強(qiáng)降水發(fā)生的動(dòng)力、水汽及不穩(wěn)定條件變化特征。

從散度場(chǎng)(圖3)來(lái)看，8日14:00，過(guò)程前6 h，200 hPa散度場(chǎng)從西南到東北為一負(fù)值區(qū)，濮陽(yáng)上空散度值為-9×10-5s-1，西側(cè)為正值中心區(qū)，20:00正值區(qū)東移，濮陽(yáng)處于3×10-5s-1正值中心區(qū)，高空輻散抽吸作用明顯增強(qiáng)，有利于低層暖濕空氣的輻合上升運(yùn)動(dòng)；低空850 hPa散度從14:00的0×10-5s-1減小到20:00的-2×10-5s-1，輻合作用明顯增強(qiáng)。

從沿35°N的水汽通量剖面看出，14:00(圖4a)，水汽通量大值中心位于濮陽(yáng)上空115°E的850 hPa附近，最大值為9×10-3g·cm-1·hPa-1·s-1；20:00(圖4b)，隨著低空急流水汽輸送增強(qiáng)，水汽通量大值中心在濮陽(yáng)上空達(dá)到18×10-3g·cm-1·hPa-1·s-1，增大近一倍，范圍明顯擴(kuò)大和下移，低層水汽的增強(qiáng)有利于強(qiáng)降水天氣的發(fā)生發(fā)展。從850 hPa 20:00的水汽通量散度場(chǎng)(圖4c)可以看出，濮陽(yáng)為較強(qiáng)的水汽輻合區(qū)，水汽通量散度為-4×10-8g·cm-2·hPa-1·s-1，為對(duì)流性強(qiáng)降水的發(fā)生提供了充足的水汽條件。

從沿115°E的假相當(dāng)位溫剖面(圖4d)可以看出，34°N—36°N的濮陽(yáng)上空，假相當(dāng)位溫隨高度增加而遞減，且在800 hPa附近存在垂直方向上的能量鋒區(qū)，可見(jiàn)氣層不穩(wěn)定性較強(qiáng)，有利于對(duì)流性強(qiáng)降水的發(fā)生。

4 暴雨云團(tuán)中尺度特征

利用FY-2E紅外云圖和TBB產(chǎn)品，分析強(qiáng)降水過(guò)程中尺度對(duì)流云團(tuán)和MCS的發(fā)生發(fā)展及與強(qiáng)降水形成的關(guān)系。TBB是云頂黑體亮溫，TBB越低，對(duì)應(yīng)的云頂越高，對(duì)流越旺盛，通常TBB<-32 ℃(241 K)的區(qū)域?yàn)閷?duì)流活躍區(qū)；TBB<-52 ℃(221 K)的區(qū)域?yàn)閺?qiáng)對(duì)流活躍區(qū)。濮陽(yáng)強(qiáng)降水發(fā)生在MCS中TBB<-52 ℃的強(qiáng)對(duì)流活躍區(qū)中，TBB最小達(dá)到-70 ℃(203 K)，可見(jiàn)對(duì)流發(fā)展特別旺盛。

河南省對(duì)流性暴雨多發(fā)生于MCS的形成發(fā)展期，概率達(dá)82%[22]。濮陽(yáng)這次強(qiáng)降水過(guò)程，從FY-2E紅外云圖(圖5)看出，由沿強(qiáng)盛西南氣流東北移的中尺度對(duì)流云團(tuán)b和c，與沿東南氣流西北移的中尺度對(duì)流云團(tuán)d在濮陽(yáng)匯合加強(qiáng)成中α尺度的MCS，強(qiáng)降水中心處于MCS的前端對(duì)流發(fā)展旺盛區(qū)及附近，此處TBB最低達(dá)到203 K。MCS從生成到解體持續(xù)5 h，它的旺盛區(qū)在濮陽(yáng)境內(nèi)滯留3 h，造成濮陽(yáng)地區(qū)對(duì)流性強(qiáng)降水天氣。

圖3 2013年7月8日200 hPa(a,b)和850 hPa(c,d)14:00(a,c)及20:00(b，d)散度場(chǎng)(單位：10-5s-1，▲代表濮陽(yáng))

圖4 2013年7月8日14:00(a)、20:00(b)沿35°N的水汽通量(單位：10-3 g·cm-1·hPa-1·s-1) 經(jīng)度—高度剖面，20:00 850 hPa水汽通量散度(單位：10-8 g·cm-2·hPa-1·s-1)分布(c)和沿115°E的假相當(dāng)位溫(單位：K)緯度—高度剖面(d)

圖5 2013年7月8日紅外云圖和TBB(等值線，單位：K)演變(a)18:00, (b)19:00, (c)20:00, (d)21:00, (e)22:00, (f)23:00(圓點(diǎn)處是濮陽(yáng)位置)

強(qiáng)烈發(fā)展的中尺度對(duì)流云團(tuán)產(chǎn)生對(duì)流性強(qiáng)降水，18:00(圖5a)，洛陽(yáng)和鄭州附近分別有2個(gè)中β尺度對(duì)流云團(tuán)a和b；19:00(圖5b)，a云團(tuán)減弱東南移，b云團(tuán)強(qiáng)烈發(fā)展，范圍增大，云頂最大亮溫接近220 K，此時(shí)濮陽(yáng)西南側(cè)和東南側(cè)分別有c、d中β尺度對(duì)流云團(tuán)；到20:00(圖5c)，強(qiáng)烈發(fā)展的b、c云團(tuán)相連并向北移動(dòng)逼近濮陽(yáng)地區(qū)。19:00—20:00，b云團(tuán)在新鄉(xiāng)輝縣造成36 mm·h-1的強(qiáng)降水，c云團(tuán)在滑縣造成42 mm·h-1強(qiáng)降水。20:30(圖略)，d云團(tuán)發(fā)展并向西北移動(dòng)與c云團(tuán)相連，b、c、d云團(tuán)合并成橢圓形的中α尺度MCS，濮陽(yáng)位于它前端云頂亮溫最低的白亮區(qū)，對(duì)流發(fā)展旺盛，半個(gè)小時(shí)濮陽(yáng)雷達(dá)站、市水廠出現(xiàn)30 mm以上強(qiáng)降水；強(qiáng)降水一直持續(xù)到21:00，此時(shí)MCS仍很強(qiáng)，濮陽(yáng)雷達(dá)站最低亮溫值為203 K(圖5d)，1 h降水達(dá)88 mm，市水廠70 mm；22:00，MCS緩慢東北移(圖5e)，云頂亮溫最低的白亮區(qū)移經(jīng)濮陽(yáng)東北部，造成范縣、臺(tái)前強(qiáng)降水，范縣陸集1 h降水量達(dá)81.3 mm；23:00(圖5f)，MCS的主體云系減弱緩慢東北移，云頂亮溫最低的白亮區(qū)消失，但MCS仍有一定強(qiáng)度，云頂亮溫TBB<-52 ℃，繼續(xù)造成濮陽(yáng)東北部、山東西部和河北南部的多個(gè)暴雨點(diǎn)；到9日00:30，MCS移出濮陽(yáng)并減弱解體成2個(gè)中β尺度云團(tuán)并沿黃河?xùn)|北移，沿途也造成多個(gè)暴雨點(diǎn)。

5 新一代雷達(dá)產(chǎn)品暴雨中尺度系統(tǒng)特征

5.1 雷達(dá)回波特征

幾個(gè)中β尺度的強(qiáng)對(duì)流回波團(tuán)組成的“人”字型回波帶向東北移動(dòng)，通過(guò)發(fā)展、合并、加強(qiáng)滯留，造成濮陽(yáng)對(duì)流性強(qiáng)降水。

圖6為鄭州雷達(dá)站7月8日0.5°仰角19:00—21:30的雷達(dá)反射率因子演變。8日19:00(圖6a)，雷達(dá)站東北方向存在多個(gè)強(qiáng)的中β尺度對(duì)流性回波團(tuán)，最大回波強(qiáng)度>50 dBZ；19:30(圖6b)，回波團(tuán)逐漸發(fā)展合并成中β尺度“人”字型回波帶，向濮陽(yáng)匯合，同時(shí)位于濮陽(yáng)東南部的對(duì)流回波團(tuán)往西北移向濮陽(yáng)雷達(dá)站，20:00兩個(gè)方向的回波在雷達(dá)站匯合加強(qiáng)；20:00—21:00(圖6c、圖6d、圖6e)，強(qiáng)回波加強(qiáng)滯留，緩慢經(jīng)過(guò)濮陽(yáng)市，造成強(qiáng)降水；21:30(圖6f)，強(qiáng)回波帶減弱，部分西北移造成北部邯鄲的強(qiáng)降水，部分東北移造成濮陽(yáng)東北部范縣的強(qiáng)降水。

圖6 2013年7月8日鄭州雷達(dá)0.5°仰角回波強(qiáng)度演變(單位：dBZ，△代表濮陽(yáng)雷達(dá)站，□代表市水廠，距離圈間距50 km)(a)19:00, (b)19:30, (c)20:00, (d)20:30, (e)21:00, (f)21:30

5.2 雷達(dá)徑向速度場(chǎng)特征

王福俠等[23]指出中尺度輻合是大范圍暴雨、區(qū)域暴雨和局地暴雨共有的速度特征和主要的中小尺度影響系統(tǒng)。濮陽(yáng)這次強(qiáng)降水的形成不僅有明顯的大尺度切變輻合存在，在濮陽(yáng)雷達(dá)徑向速度圖上也表現(xiàn)出明顯的中小尺度輻合旋轉(zhuǎn)特征。

圖7為濮陽(yáng)雷達(dá)站2013年7月8日1.5°仰角20:16—21:10的風(fēng)暴平均徑向速度演變。大范圍強(qiáng)盛的中低層西南風(fēng)與東南風(fēng)入流在雷達(dá)站形成中尺度的輻合旋轉(zhuǎn)風(fēng)場(chǎng)，造成雷達(dá)站及其周圍強(qiáng)降水。

20:16(圖7a)，雷達(dá)站周圍中低層有大范圍的偏南風(fēng)入流，并存在中低層入流大風(fēng)區(qū)，最大徑向速度為24 m·s-1，在雷達(dá)站附近形成中小尺度的輻合系統(tǒng)，有利于對(duì)流性強(qiáng)降水的產(chǎn)生，且雷達(dá)站低層為較大的東南風(fēng)入流，中高層為西南風(fēng)，風(fēng)隨高度順轉(zhuǎn)90°，低層風(fēng)切變大，這是造成強(qiáng)對(duì)流性風(fēng)暴的風(fēng)場(chǎng)特征；20:34(圖7b)，雷達(dá)徑向速度場(chǎng)上西南風(fēng)入流依然強(qiáng)盛，且低層風(fēng)場(chǎng)入流面積大于出流面積，風(fēng)場(chǎng)仍為輻合風(fēng)場(chǎng)，低層出現(xiàn)偏北風(fēng)入流，風(fēng)隨高度逆轉(zhuǎn)，有冷平流侵入，為強(qiáng)對(duì)流降水的產(chǎn)生提供了動(dòng)力抬升條件，此時(shí)雷達(dá)站出現(xiàn)30 min 36 mm的強(qiáng)降水；20:52(圖7c)，中低空較強(qiáng)的西南氣流入流仍然存在，水汽輸送條件仍較好，只是大風(fēng)區(qū)范圍明顯減小，出流范圍開(kāi)始增大，說(shuō)明輻合風(fēng)場(chǎng)減弱，此時(shí)雷達(dá)站1 h降水量接近88 mm；21:10(圖7d)，大風(fēng)區(qū)消失，西南入流減弱，雷達(dá)站低層入流面積小于出流面積，風(fēng)場(chǎng)成為輻散風(fēng)場(chǎng)，此時(shí)雷達(dá)站已不在輻合區(qū)內(nèi)，雷達(dá)站降水開(kāi)始減弱。

6 強(qiáng)降水的地面區(qū)域風(fēng)場(chǎng)特征

這次強(qiáng)降水過(guò)程在濮陽(yáng)區(qū)域地面圖上存在明顯的中尺度輻合系統(tǒng)和氣旋性系統(tǒng)，2013年7月8日19:52(圖8a)，濮陽(yáng)市區(qū)受倒槽東北側(cè)東南風(fēng)控制。在市水廠出現(xiàn)12 m·s-1的較大東南風(fēng)，它的前側(cè)為風(fēng)速輻合區(qū)，雷達(dá)站處于風(fēng)速輻合區(qū)內(nèi)，但輻合區(qū)內(nèi)無(wú)降水，輻合地面風(fēng)場(chǎng)對(duì)于強(qiáng)降水預(yù)報(bào)有一定指示意義。輻合風(fēng)場(chǎng)有利于中小尺度對(duì)流風(fēng)暴的生成和加強(qiáng)；20:22(圖8b)，隨著低層冷空氣的侵入和降水的出現(xiàn)，雷達(dá)站風(fēng)場(chǎng)轉(zhuǎn)為6 m·s-1的東北風(fēng)，雷達(dá)站東側(cè)形成東北—西南向的中尺度風(fēng)向輻合線，風(fēng)場(chǎng)呈氣旋性旋轉(zhuǎn)輻合，此時(shí)地面出現(xiàn)強(qiáng)降水；20:42(圖8c)，雷達(dá)站、市水廠出現(xiàn)40 mm以上降水，雷達(dá)站轉(zhuǎn)偏北風(fēng)，東南側(cè)為中尺度輻合線抬升暖濕氣流，造成較強(qiáng)降水，到21:00雷達(dá)站1 h降水達(dá)88 mm，市水廠達(dá)70 mm，輻合線繼續(xù)東移到市區(qū)東側(cè)和濮陽(yáng)縣之間，說(shuō)明地面中小尺度輻合線在短時(shí)強(qiáng)降水過(guò)程中發(fā)揮了較大的觸發(fā)和加強(qiáng)作用。

圖7 2013年7月8日濮陽(yáng)雷達(dá)1.5°仰角風(fēng)暴徑向速度場(chǎng)(單位：m·s-1) (a)20:16, (b)20:34, (c)20:52, (d)21:10(距離圈間距50 km)

圖8 2013年7月8日19:52(a)、20:22(b)和20:42(c)濮陽(yáng)區(qū)域地面 風(fēng)場(chǎng)(單位：m·s-1)、氣溫(單位：℃)及降水量(單位：mm) (雙實(shí)線為輻合線，△為雷達(dá)站，□為市水廠，紅色數(shù)字是氣溫，黑色數(shù)字是降水量)

7 結(jié) 論

(1)這次切變線暴雨過(guò)程，高空低槽與中低層的切變線及地面倒槽構(gòu)成深厚的大尺度對(duì)流系統(tǒng)，為中尺度對(duì)流性強(qiáng)降水的發(fā)生提供了有利的大尺度背景場(chǎng)；西南低空急流為暴雨發(fā)生提供了充沛的水汽和能量；低層冷鋒后冷空氣侵襲倒槽，使倒槽內(nèi)中小尺度的輻合系統(tǒng)和氣旋性系統(tǒng)強(qiáng)烈發(fā)展，觸發(fā)對(duì)流性強(qiáng)降水。強(qiáng)降水中心位于中低層“人”字形切變頂端右側(cè)暖切變線附近、地面倒槽頂端冷暖空氣氣旋性輻合最強(qiáng)區(qū)域。

(2)輻合上升動(dòng)力作用的加強(qiáng)、低層水汽的迅速增加、對(duì)流不穩(wěn)定性的增強(qiáng)，為對(duì)流性強(qiáng)降水的發(fā)生提供了可能。

(3)沿倒槽輻合線強(qiáng)烈發(fā)展的中β尺度對(duì)流云團(tuán)東北移與濮陽(yáng)周圍發(fā)展的對(duì)流云團(tuán)合并加強(qiáng)，形成較強(qiáng)的中α尺度對(duì)流系統(tǒng)(MCS)，濮陽(yáng)強(qiáng)降水落區(qū)處于MCS的前端對(duì)流發(fā)展旺盛區(qū)及附近，此處云頂亮溫TBB出現(xiàn)203 K的低值。

(4)多條中尺度對(duì)流回波短帶匯合加強(qiáng)，形成“人”字型回波帶北抬，與濮陽(yáng)附近發(fā)展的對(duì)流回波帶合并加強(qiáng)，強(qiáng)回波在濮陽(yáng)當(dāng)?shù)卮蜣D(zhuǎn)滯留，緩慢東移，造成當(dāng)?shù)貜?qiáng)降水。

(5)低層較大的東南風(fēng)入流和中低層大范圍強(qiáng)盛的西南風(fēng)入流在雷達(dá)站周圍形成中小尺度的強(qiáng)旋轉(zhuǎn)輻合風(fēng)場(chǎng)，對(duì)流上升運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，造成極端對(duì)流性強(qiáng)降水。

(6)地面中小尺度氣旋性輻合系統(tǒng)對(duì)濮陽(yáng)對(duì)流性強(qiáng)降水具有觸發(fā)和加強(qiáng)作用。

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Multi-scale Diagnosis of a Strong Precipitation Process in the North of He’nan

LI Gaiqin1, DU Liya1, ZHAO Haiqing2, XU Qinge1, WU Limin1, WANG Cong1

(1.PuyangMeteorologicalBureauofHe’nanProvince,Puyang457000，China;2.ZhengzhouMeteorologicalBureauofHe’nanProvince,Zhengzhou450005，China)

A strong precipitation process occurred on 8 July 2013 in Puyang of He’nan. By using conventional observation data, NCEP reanalysis data, automatic meteorological station data, satellite cloud images and Doppler weather radar data, the meso-scale characteristics and the causes of this strong rainfall were diagnosed and analyzed. Results are as follows: (1)It was a shear line storm process. The high-level trough moving eastward, subtropical high strengthening and moving northward, southwest warm moist flow strengthening, shear line at the low and middle levels and surface inverted trough developing were circulation characteristics. Heavy precipitation occurred in the unstable atmosphere, at the same time, its environmental field characteristics were low-level plenty vapor and severe convergence and high-level severe divergence. Heavy rain center occurred near the warm shear line on the top of “人” shaped shear at low-middle level, and the cold and warm air cyclonic strongest convergence region on the top of surface inverted trough. (2)On cloud pictures,β-scale convective clouds developing strongly along the convergence line of surface inverted trough moved northward and merged the local convective clouds over Puyang into α-scale MCS, and the convective strong precipitation area located in the strong convective region and nearby the front of the MCS. Here the lowest TBB reached 203 K. (3)On radar pictures, multiple mesoscale short band echoes merged into strong vortex zonal banded echo and moved northward. This banded echo and convective echo near Puyang merged into strong echoes, which rounded and stranded over Puyang, and the strong precipitation formed. Low-level southeast inflow and middle-level large strong southwest inflow formed strong mesoscale convergence rotating wind field around radar station, which increased updraft movement and formed extreme convective strong precipitation.

strong rainfall; shear line; low level jet; MCS; surface inverted trough

10.11755/j.issn.1006-7639(2016)-05-0828

2015-11-06；改回日期：2016-03-06

李改琴(1966-)，女，高級(jí)工程師，主要從事暴雨及強(qiáng)對(duì)流天氣研究. E-mail:pysligaiqin@163.com

1006-7639(2016)-05-0828-08 DOI:10.11755/j.issn.1006-7639(2016)-05-0828

P458.1+21

A

李改琴，杜麗婭，趙海青，等.豫北一次強(qiáng)降水過(guò)程的多尺度診斷[J].干旱氣象，2016，34(5)：828-835, [LI Gaiqin, DU Liya, ZHAO Haiqing, et al. Multi-scale Diagnosis of a Strong Precipitation Process in the North of He’nan[J]. Journal of Arid Meteorology, 2016, 34(5):828-835],