干旱地區(qū)阿拉善盟強對流天氣特征分析

寶樂爾

摘要 利用2000—2015年16 a阿拉善盟對流天氣實況資料，篩選51個天氣過程個例，分析強對流天氣發(fā)生的環(huán)流背景、形成條件及雷達回波特征，并從強對流天氣形成條件入手，對強對流天氣過程進行分類，建立阿拉善盟地區(qū)強對流預(yù)報概念模型。從而提高預(yù)報員對雷達資料的識別能力，提高預(yù)報、預(yù)警提前量和準(zhǔn)確率，為阿拉善盟經(jīng)濟社會發(fā)展和人民群眾的福祉安康作出新貢獻。

關(guān)鍵詞 干旱地區(qū);強對流天氣;概念模型

中圖分類號：P458 文獻標(biāo)識碼：B 文章編號：2095–3305（2021）03–0030–03

阿拉善盟地處亞洲大陸腹地，遠離海洋，境內(nèi)又有巴丹吉林、騰格里、烏蘭布和三大沙漠橫貫全境，為典型的大陸性氣候，四季氣候特征明顯，全年干旱少雨，年降水量35～207 mm，同時年降水量分布不均勻，6—8月降水量最為集中，占全年降水量的70%。近幾年，阿左旗及周邊地區(qū)汛期強對流天氣顯著增多，其中巴彥浩特及賀蘭山山區(qū)，受地形影響，強對流天氣明顯多于其他地區(qū)，特別是短時強降雨所引發(fā)的山洪、城市內(nèi)澇等氣象災(zāi)害影響日趨嚴(yán)重，受到社會各界的高度關(guān)注。

強對流天氣因其突發(fā)性、局地性特征，一直是天氣預(yù)報中的重點和難點。隨著713天氣雷達投入業(yè)務(wù)應(yīng)用，經(jīng)過不斷加強技術(shù)培訓(xùn)和分析總結(jié)，強對流天氣的檢測預(yù)警能力有所提升。然而，實際工作中仍暴露出預(yù)報員對各類觀測資料綜合分析能力的欠缺、對強對流天氣形成機理認(rèn)識膚淺等問題。鑒于此，篩選2000—2015年阿拉善盟地區(qū)51個天氣過程個例，分析強對流天氣發(fā)生的環(huán)流背景、形成條件及雷達回波特征，并從強對流天氣形成條件入手對強對流天氣過程進行分類，建立預(yù)報概念模型，旨在提高阿拉善盟強對流天氣預(yù)報準(zhǔn)確率及預(yù)警提前量。

1 阿拉善盟強對流天氣概念模型

強對流天氣個例選擇：定義阿拉善盟1個以上站點（含1個）出現(xiàn)短時強降水、冰雹等強對流天氣，3個以上站點（含3個站點）發(fā)生雷暴為1次雷暴天氣過程。

1.1 高空冷平流強迫類概念模型

主要影響系統(tǒng)：500 hPa及700 hPa溫度槽，700 hPa切變線，地面弱低壓或均壓場。

高空冷平流強迫類常出現(xiàn)在高壓脊前部的西北、偏北氣流中。500 hPa受較強偏北風(fēng)控制，有顯著流線存在，強偏北風(fēng)導(dǎo)致的強垂直風(fēng)切變以及偏北風(fēng)上存在的弱槽或切變線共同提供了垂直方向上的動力不穩(wěn)定條件。500 hPa高壓脊前常存在干冷平流，地面為弱的低壓或均壓場，相互形成對流不穩(wěn)定層結(jié)。在探空圖上，從低層到高層風(fēng)向通常逆轉(zhuǎn)，有冷平流存在，且500 hPa以上風(fēng)速較強，垂直風(fēng)切變較大。強對流天氣出現(xiàn)前，天氣以多云或晴天為主，地面增溫，層結(jié)不穩(wěn)定性進一步加強，在高空干冷平流的作用下，強對流天氣一般出現(xiàn)在午后至夜間，以雷雨大風(fēng)和冰雹為主（圖1）。

1.2 典型個例分析：2015年7月21日巴彥浩特及賀蘭山冰雹、強雷暴、大風(fēng)、強陣雨

實況：2015年7月21日阿拉善盟大部地區(qū)出現(xiàn)分布不均陣雨，巴彥浩特及賀蘭山山區(qū)出現(xiàn)強雷暴天氣，并伴有冰雹、強陣雨、大風(fēng)。從全盟5 mm以上降水站點統(tǒng)計情況、站點雨量分布情況可以看出，降水集中于巴彥浩特及賀蘭山一帶。巴彥浩特2015年7月21日12：48開始出現(xiàn)雷暴，主要分為兩個時段：12：48～14：55和17：40～18：30。第一階段巴彥浩特降水量為4.2 mm，主要表現(xiàn)為干雷暴;15：00～17：00降水停止，降水量只有0.1 mm。

2015年7月21日17：40左右受強對流云團影響，巴彥浩特上空電閃雷鳴，出現(xiàn)強陣雨，40 min降水量達9 mm左右，賀蘭山山區(qū)南寺、北寺、樊家營子均出現(xiàn)短時強降水天氣。

系統(tǒng)配置及演變： 2015年7月21日08：00隨著500 hPa阿拉善盟以北地區(qū)冷渦旋轉(zhuǎn)，原位于額旗地區(qū)東北-西南向槽線逆轉(zhuǎn)為南—北向并東移南壓至阿拉善盟東部地區(qū)。700 hPa形勢與500 hPa一致，海平面氣壓場2015年7月21日08：00阿拉善盟東部地區(qū)受倒槽控制，隨著冷高壓擴散南壓，倒槽減弱南退，觸發(fā)強對流天氣。

從銀川探空資料分析，2015年7月21日08：00較有利于雷暴、短時強降水的發(fā)生的環(huán)境條件：（1）從850 hPa到500 hPa下降了11.68℃，條件不穩(wěn)定特征較明顯;（2）有強的對流有效位能，CAPE值達568.1 J/kg，且CAPE區(qū)域呈狹長形狀，該形狀為短時強降水T-lnp圖的典型形式;（3）LI指數(shù)為-1.9℃，SI指數(shù)為-2.03℃，K指數(shù)為32℃，表明對流層中下層，存在熱力不穩(wěn)定層結(jié);（4）垂直風(fēng)切變較小，低層有淺薄冷平流;（5）對流層高層有明顯的干空氣層，具有“上干冷、下暖濕”特征。

2 阿拉善低層暖平流強迫類概念模型

2.1 低層暖平流強迫類概念模型主要影響系統(tǒng)

500 hPa低槽，700 hPa切變線，700 hPa低渦，700 hPa氣旋式輻合中心，700 hPa低空急流或顯著流線。

低空暖平流強迫類常出現(xiàn)在700 hPa暖濕平流中，并與低空急流或低空顯著流線密切相關(guān)（圖2）。低空顯著流線帶來的暖濕平流有利于對流不穩(wěn)定條件的建立，同時其左前側(cè)的輻合區(qū)也為不穩(wěn)定能量的釋放提供了動力條件。這類強對流天氣多發(fā)生在500 hPa低槽前部，槽前的正渦度平流有利于低空低值系統(tǒng)的發(fā)展。700 hPa切變線、地面輻合線附近的暖濕氣流內(nèi)部是對流天氣的主要落區(qū)。低空另一種常見的低值系統(tǒng)為西南低渦，西南低渦強烈發(fā)展，向東北方向伸出偏南、偏東風(fēng)的暖濕切變線，并與副熱帶高壓之間形成偏南風(fēng)強風(fēng)速帶，為阿拉善盟地區(qū)（主要是阿拉善左旗地區(qū)）提供水汽、不穩(wěn)定能量條件。強對流天氣主要出現(xiàn)在暖濕切變線附近及其以南地區(qū)（圖2）。

2.2 典型個例分析：2013年8月22日巴彥浩特、烏斯太短時強降水

實況：2013年8月21日夜間至22日夜間，阿右旗南部、阿左旗南部及吉蘭泰地區(qū)出現(xiàn)降水天氣，其中巴彥浩特、烏斯太及賀蘭山沿山地區(qū)出現(xiàn)短時強降水并伴有強雷電，小時降水量樊家營子、巴彥浩特分別為26.7， 21.0 mm/h，工業(yè)園區(qū)、烏斯太、小麥粒溝小時降水量分別為20.9、17.3、15.9 mm/h（巴彥浩特及賀蘭山沿山地區(qū)短時強降水時段：22日03：00～05：00;烏斯太及附近地區(qū)短時強降水時段：22日13：00～14：00）。

主要影響系統(tǒng)： 500 hPa短波槽，副熱帶高壓，臺風(fēng)，700 hPa低渦，700 hPa暖濕切變，700 hPa顯著流線，地面輻合線。

系統(tǒng)配置及演變：500 hPa副高與臺風(fēng)之間存在著相互制約關(guān)系。副高呈東西帶狀，臺風(fēng)的穩(wěn)定西行（少動）使副高穩(wěn)定少動，從而影響西風(fēng)帶低值系統(tǒng)的移動速度。隨著副高的南退，造成阿拉善降水天氣，之后隨著臺風(fēng)的向西、向北推進，穿過副熱帶高壓脊，使脊斷裂東退，過程結(jié)束。700 hPa臺風(fēng)的登陸使副高外圍暖濕氣流加強，青海地區(qū)低渦發(fā)展東移與副高之間形成偏南風(fēng)（東南）強風(fēng)速帶，有利于水汽的輸送并在我盟東部地區(qū)形成暖濕切變線。強對流天氣發(fā)生在500 hPa槽前，700h Pa切變線、地面輻合線之間。

從銀川探空資料分析，2013年8月21日20：00較有利于雷暴、短時強降水的發(fā)生的環(huán)境條件：（1）從850 hPa到500 hPa下降了9.56℃，條件不穩(wěn)定特征較明顯;（2）有一定的對流有效位能，CAPE值達548.6 J/kg，且能量區(qū)域呈狹長形狀;（3）LI指數(shù)為-1.3℃，SI指數(shù)為-0.3℃，K指數(shù)為41℃，表明對流層中下層，存在熱力不穩(wěn)定層結(jié);（4）850 hPa至500 hPa風(fēng)隨高度順轉(zhuǎn)，低層存在暖平流;（5）垂直切變較弱;（6）600 hPa以下層結(jié)偏濕，850 hPa比濕達13.42 g/kg，對流層高層到500 hPa有明顯的干空氣層，整個溫濕層結(jié)曲線形成向上開口的喇叭口形狀，具有“上干冷、下暖濕”特征。

2013年8月22日03：47（2°仰角）巴彥浩特上空最強回波在50～55 dBz，相應(yīng)速度圖分析，零速度線在低層呈正“S”形，再往上零速度線逆時針旋轉(zhuǎn)，即低層有暖平流，其上有冷平流。這種溫度層結(jié)有利于強回波的進一步維持或加強。此外，在低層可分析出有近10 m/s的西南風(fēng)顯著氣流。2013年8月22日04：12（2°仰角）速度圖上仍可以分析出正“S”形，但已不如之前的明顯。05：02（3°仰角）零速度線逐漸呈直線（一致的西南氣流），巴彥浩特北方出現(xiàn)一條近東西向的輻合區(qū)，相應(yīng)反射率因子圖上巴彥浩特上空強回波逐漸減弱，其北面發(fā)展出一條東西向的線狀回波，最強回波在55 dBz。2013年8月22日05：14（3°仰角）巴彥浩特上空強回波進一步減弱至40 dBz，巴彥浩特短時強降水結(jié)束。

3 冷、暖空氣交匯類（斜壓鋒生類）概念模型

3.1 冷、暖空氣交匯類（斜壓鋒生類）概念模型主要影響系統(tǒng)

500 hPa低槽和溫度槽，700 hPa低槽和溫度槽，700 hPa切變線，700 hPa暖脊，地面冷鋒或地面高低壓過渡帶。

冷、暖空氣交匯類是指發(fā)生在中低層冷暖空氣交匯，并伴有溫度鋒區(qū)和鋒生作用的強對流天氣過程，地面常有冷鋒活動。當(dāng)冷暖平流都不太強烈時，地面上分析不出明顯的鋒面，但可以分析出高、低壓的過渡帶，其氣壓梯度相對較強。冷暖平流導(dǎo)致斜壓鋒生和輻合抬升形成的動力強迫是這類強對流天氣發(fā)生的重要條件（圖3）。

3.2 典型個例分析：2014年7月7日巴彥浩特雷暴、短時強降水

實況：2014年7月6日夜間至7日凌晨，巴彥浩特出現(xiàn)雷暴、短時強降水天氣，短時強降水時間段在2014年7月6日23：40～7日凌晨01：00（巴彥浩特及沿山地區(qū)短時強降水量級：06日23：00～07日00：00為6.5mm，00：00～01：00為7.0 mm）。

主要影響系統(tǒng)：500 hPa低槽，700 hPa 切變線，700 hPa低渦，地面輻合線（高、低壓過渡帶），冷平流，暖平流。

系統(tǒng)配置及演變：500 hPa西風(fēng)氣流中有低槽東移，溫度場落后于高度場，對應(yīng)700 hPa有切變線。從700 hPa溫壓場配置情況分析，冷、暖空氣在巴彥浩特地區(qū)交匯。由于冷、暖平流強度都不強，故在地面圖上分析不出強的冷鋒，但仍可以分析出具有一定鋒面特征的地面輻合線。強對流天氣發(fā)生在500 hPa低槽，700 hPa切變線、地面輻合線附近。

從銀川探空資料分析，2014年7月6日20：00較有利于雷暴、短時強降水的發(fā)生的環(huán)境條件：（1）從850 hPa到500 hPa，θse下降了13.25℃，條件不穩(wěn)定特征較明顯;（2）有強的對流有效位能，CAPE值達1 176 J/kg，且CAPE區(qū)域呈狹長形狀，該形狀為短時強降水T-lnp圖的典型形式;（3）LI指數(shù)為-4.1℃，SI指數(shù)為-2.3℃，K指數(shù)為42℃，表明對流層中低層，存在熱力不穩(wěn)定層結(jié);（4）850 hPa至700 hPa風(fēng)向隨高度逆時針旋轉(zhuǎn)，700 hPa至400 hPa順時針旋轉(zhuǎn)，即低層潛入的淺薄冷空氣觸發(fā)了強對流天氣;（5）850 hPa比濕達11.79 g/kg，對流層高層、500 hPa有明顯的干空氣層，具有“上干冷、下暖濕”特征。

2014年7月6日23：41（3°仰角）巴彥浩特上空為混合型降水回波，但以積云降水回波為主，最強回波強度50 dBz。相應(yīng)速度圖分析，低層為一致的偏北風(fēng)（零速度線呈直線），且近地面風(fēng)速達10 m/s?？梢耘袛噙@時地面輻合線已開始影響巴彥浩特地區(qū)，再一次證明地面潛入的淺薄冷空氣觸發(fā)了強對流天氣。00：17（3°仰角）由于低層潛入的冷空氣，降水回波無法進一步維持或加強，其強度逐漸減弱，00：17（3°仰角）回波強度減弱至40 dBz左右。

4 小結(jié)

2016主持研究課題《阿拉善盟夏季降水分型及預(yù)報方法研究》、2017年《阿拉善盟夏季強對流天氣特征分析》、2018年《賀蘭山沿山地區(qū)強對流潛勢預(yù)報方法研究》、2019年《阿盟強對流天氣分析總結(jié)在Micaps中的應(yīng)用化》，本文將研究成果中的一部分呈現(xiàn)出來，以期幫助預(yù)報員對干旱地區(qū)強對流天氣有進一步的了解及提供研究思路。

主要結(jié)論：選取強對流天氣發(fā)生前最近時次及下一時次的Micaps高空及地面觀測資料（時次間隔12 h），尋找對發(fā)生在阿拉善盟轄區(qū)內(nèi)的強對流天氣有影響的大尺度及中尺度天氣系統(tǒng)，根據(jù)天氣系統(tǒng)的演變規(guī)律及影響機理繪制中尺度天氣環(huán)境條件場分析圖，以便清晰簡潔地表達強對流天氣發(fā)生前后的天氣系統(tǒng)配置及熱力和動力條件。參考《強對流天氣預(yù)報的基本原理與技術(shù)方法—中國強對流天氣預(yù)報手冊》中強度流天氣的分類方法，將所選個例歸為“高空冷平流強迫類”、“低層暖平流強迫類”、“冷、暖空氣交匯（斜壓鋒生類）類”三類，按照天氣形式特征歸納天氣系統(tǒng)概念模型。

參考文獻

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[2] 張亞萍，鄧承之，牟容，等.重慶市強對流天氣分析圖集[M].北京：氣象出版社，2015.

責(zé)任編輯：黃艷飛