2020年8月23日唐山市強降水過程分析

收稿日期：2024-01-18

作者簡介：張鑠（1997—），女，河北樂亭人，助理工程師，主要從事氣象服務(wù)與應(yīng)用氣象研究。

摘 要：針對2020年8月23日夜間至24日早上河北省中北部地區(qū)出現(xiàn)一次暴雨、局地大暴雨過程，利用高空和地面常規(guī)觀測資料對此次強降雨進行分析，得出結(jié)論：（1）此次強降水過程系統(tǒng)較為深厚，較強的西南急流為降水提供了較好的水汽條件，低層輻合高層輻散加強了大氣垂直運動的發(fā)展，地面輻合線對暴雨的出現(xiàn)起到了關(guān)鍵作用，鋒面抬升、地形輻合抬升以及海陸風(fēng)輻合也起到了重要作用。因此，在預(yù)報此類天氣中要特別注意地面系統(tǒng)的發(fā)展。（2）在此次天氣過程中，大氣具有一定的對流發(fā)展?jié)搫荩环€(wěn)定能量條件相對較弱，較好的水汽條件是造成短時強降水出現(xiàn)的主要原因，在今后預(yù)報中可根據(jù)不同天氣條件，結(jié)合當(dāng)?shù)匮芯砍晒麃磉M一步提高雨強預(yù)報分析能力。

關(guān)鍵詞：強降水；環(huán)流形勢；物理量；雷達分析

中圖分類號：P458.121 文獻標(biāo)志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）04–0-03

2020年8月23日夜間至24日早上河北省中北部地區(qū)出現(xiàn)一次暴雨、局地大暴雨過程，全省共有137個站點降水量超過100 mm（其中包括7個國家站），強降水主要集中在廊坊、唐山及秦皇島一帶（圖1）。唐山出現(xiàn)大到暴雨，個別站點出現(xiàn)大暴雨，南北2個強降水落區(qū)共有24個站點降水量超過100 mm，主要集中在玉田、遵化以及灤南，最大降水量出現(xiàn)在遵化魯家峪村，為158.6 mm。此次強降水時間集中且雨強較大，唐山市共有140站出現(xiàn)短時強降水（小時雨強≥

20 mm），出現(xiàn)時間集中于24日02：00～08：00，最大小時雨強出現(xiàn)在灤南長寧鎮(zhèn)，為24日07：00的68 mm/h。

1 環(huán)流形勢分析

1.1 高空形勢

8月23日20：00，500 hPa亞洲中高緯維持兩槽一脊的形勢（圖2），副高退至海上，影響河北省的主要系統(tǒng)是位于河套平原附近的長波槽，該長波槽位于100°E

～110°E，同時下游的弱高壓脊位于120°～130°E，使得長波槽的移速減慢，這對河北省暴雨的產(chǎn)生極為有利。

23日20：00 700 hPa、850 hPa在河套以東地區(qū)均形成低渦（圖3～圖4），并存在東北—西南向切變線，上下兩層系統(tǒng)近乎垂直，有利于對流天氣的產(chǎn)生。唐山位于切變線前西南暖濕氣流當(dāng)中，此時700 hPa西南氣流在唐山上空已達到急流，隨著系統(tǒng)的東移發(fā)展

700 hPa急流進一步增強，850 hPa、925 hPa也形成了西南急流（圖略），大量的水汽向北輸送，低層高溫高濕的環(huán)境場也導(dǎo)致大氣不穩(wěn)定性增強。

1.2 高低空急流影響機制

急流是造成此次強降水的一個關(guān)鍵因素。降水前期河北省中北部地區(qū)處于200 hPa高空急流當(dāng)中，23日20：00（圖5）急流核位于內(nèi)蒙古北部到東北地區(qū)一帶，中心值超過了40 m/s，唐山位于急流軸右側(cè)輻散區(qū)，急流最大值可達30 m/s。700 hPa切變線從山西一直延伸至四川盆地，經(jīng)向度較大，其前方形成了顯著的西南氣流，而850 hPa從華北至西南地區(qū)存在階梯形的低渦切變線，前方也存在較強的西南氣流，副高主體位于海上，隨著低壓系統(tǒng)的東移，高低壓系統(tǒng)之間氣壓梯度力不斷增強而導(dǎo)致氣流速度增加，進而形成低空急流。強盛的西南低空急流將孟加拉灣、南海一帶的水汽一路向北持續(xù)輸送，為強降水提供了充足的水汽條件。此外，唐山位于低空急流出口區(qū)附近，風(fēng)場上有較強的輻合，高低空急流的共同作用，形成低空輻合高空輻散，為強降水提供了較好的動力

條件。

1.3 地面形勢

23日20：00華北地區(qū)地面氣壓場呈西高東低形勢，冷鋒北部已經(jīng)移至承唐交界一帶，唐山此前一直處于鋒前暖區(qū)，南部沿海地區(qū)出現(xiàn)輕霧，說明鋒前空氣溫暖濕潤，積聚了一定的不穩(wěn)定能量。此外，低壓倒槽由南向北延伸至河北中部地區(qū)，唐山處于倒槽頂部，較好的地面輻合，有利于近地層水汽的積聚，對強降水的出現(xiàn)十分有利。24日02：00～08：00冷鋒自西北向東南從唐山上空經(jīng)過，鋒面的動力抬升作用觸發(fā)了對流性降水的出現(xiàn)。

1.4 暴雨落區(qū)

從1 000 hPa流場可以看出，從秦皇島經(jīng)唐山、廊坊至保定一帶，有一條明顯的輻合線，輻合線位置與河北省的暴雨落區(qū)對應(yīng)較好。唐山的一個暴雨落區(qū)在北部山區(qū)一帶，地形抬升對降水起到了很大的增幅作用。另一個暴雨落區(qū)在東南沿海一帶，一方面由于水汽自南向北輸送，唐山南部水汽條件相對較好；另一方面隨著輻合線南移，沿海地區(qū)海陸風(fēng)的作用使得地面輻合加強，對暴雨的出現(xiàn)也起到了關(guān)鍵作用。

2 物理量分析

2.1 水汽條件

充足的水汽條件是暴雨發(fā)生的重要物理條件，大氣中水汽的多少、傳輸特點和密集度是決定降水量的重要因子。分析23日20：00比濕場，可以看出唐山市700 hPa比濕達到9～10 g/kg，850 hPa比濕達到13～

14 g/kg，非常有利于暴雨的形成。水汽通量結(jié)果顯示，

此次降水過程的水汽輸送主要來自對流層中下層，以西南氣流為主。從23日20：00 850 hPa水汽通量散度圖可以看出，較強的水汽通量輻合中心位于四川盆地附近，在河北省中南部與山西交界處也存在一個較強的水汽通量輻合中心，可以看出來自孟加拉灣的暖濕水汽沿西南氣流源源不斷朝著東北方向輸送。從24日08：00水汽通量散度圖可以看出，此時較強的輻合中心處于河北省與遼寧省的交界處。結(jié)合這2個時刻的水汽通量散度圖可以推測出，該輻合中心在夜間處于唐山上空，因此形成了此次降水時間集中且強度較大的過程。

2.2 不穩(wěn)定條件

分析23日20：00樂亭站探空圖，從濕度條件來看，

600 hPa以上存在一個明顯的干區(qū)，反映了大氣上干下濕的層結(jié)狀態(tài)，有利于形成對流降水。0～6 km高空有約14 m/s中等強度的垂直風(fēng)切變，且700 hPa風(fēng)速達

11 m/s，存在明顯的低空急流，有利于強降水的出現(xiàn)。從不穩(wěn)定條件來看，樂亭的K指數(shù)高達37，不穩(wěn)定能量的聚集為對流云團的發(fā)展和強降水的產(chǎn)生提供了有利條件。CAPE值較小，但此次過程比濕較大。此外，零度層高度在5 km左右，高度較高，抬升凝結(jié)高度相對較低，說明暖云層較厚，有利于產(chǎn)生高效率的降水，因此小時雨強較大。

2.3 小時雨強分析

經(jīng)研究，短時強降水均需要一定的TPW、K、LI、CAPE、LCL和Z0，但不同月份短時強降水的上述物理量閾值區(qū)間存在一定的差異。挑選各層物理量最大值與強降水過程中的最大小時雨強進行雙變量相關(guān)性分析，結(jié)果可以看出各物理量中與最大小時雨強相關(guān)性最好的是700 hPa比濕達0.418，500～1 000 hPa 比濕與雨強的相關(guān)性均達到0.37以上，可見各層比濕越大，雨強越強。

利用逐步回歸分析方法對最大小時雨強建模，只引入了700 hPa比濕這一個因子，可見各物理量之間具有相關(guān)性，6—9月高濕往往伴隨著高溫，底層偏東風(fēng)和低空偏南風(fēng)增強的結(jié)果也是濕度加大，在高溫、高濕的情況下，CAPE值也大。當(dāng)700 hPa 比濕小于7 g/kg

時，最大小時雨強與CAPE值相關(guān)性較大，當(dāng)CAPE 值每增加1 000 J/kg，最大小時雨強增加4 mm/h。隨著700 hPa

比濕增至最大，小時雨強逐漸增加，700 hPa比濕每增加 1 g/kg，最大小時雨強增加 4 mm/h。此次過程700 hPa比濕為9～10 g/kg，最大小時雨強為68 mm/h，與指標(biāo)能較好地應(yīng)對。

3 雷達資料分析

2020年8月23日22：00開始，北京與天津交界處的

回波逐漸東移加強，玉田開始出現(xiàn)降水。03：00開始，玉田附近的回波逐漸向東北方向移動并加強，遵化開始出現(xiàn)短時強降水，04：00左右，該回波移出遵化市，回波強度可達45～50 dBz，03：00～04：00遵化魯家峪村小時雨強達49.4 mm/h。

05：00開始，曹妃甸附近不斷激發(fā)出小的對流泡，并逐漸朝著東北方向移動加強，05：30，灤南處的回波發(fā)展加強至45～50 dBz，且曹妃甸和寧河交界處不斷地形成新的對流泡，這些新形成的對流泡不斷地朝著東北方向移動并加強，使得灤南附近的回波強度一直穩(wěn)定維持在45～55 dBz之間且維持時間較長，05：00～06：00灤南國家氣象觀測站小時雨強達53.9 mm/h，06：00～07：00灤南長寧鎮(zhèn)小時雨強達68 mm/h。灤南此次降水時間集中且強度較大，但較為

局地。

從06：30過灤南縣做反射率因子剖面圖可以看出，

該時刻灤南地區(qū)強回波的質(zhì)心較低在6 km以下，回波中心強度為50～55 dBz，屬于熱帶型降水回波，有利于高效率降水的出現(xiàn)，結(jié)合PPI圖上強回波與移動路徑基本一致，產(chǎn)生一定的列車效應(yīng)，導(dǎo)致灤南地區(qū)出現(xiàn)68 mm的雨強。

4 數(shù)值預(yù)報檢驗及可預(yù)報性分析

通過對比22日20：00起報的多家模式降水產(chǎn)品可以看出，此次過程對整個河北地區(qū)暴雨落區(qū)預(yù)報效果較好的是GRAPES-MESO和BEIJING模式，針對唐山暴雨落區(qū)，僅EC對唐山南北2個暴雨落區(qū)都報出了趨勢，但強降雨中心量級預(yù)報偏小。EC在此次過程中，環(huán)流形勢預(yù)報較好，從23日20：00對比圖可以看出，切變線的位置和走向，以及副高的位置均與實況接近，具有較高的參考價值。

5 相似個例對比

5.1 降水量

由表1可知，8月12、18、23日河北省出現(xiàn)了3次強降水過程，從降雨量級及最大小時雨強來看，8月12日降雨最強，8月23日次之，8月18日相對較弱，在這3次強降水過程中，唐山北部地區(qū)降水均較強。

5.2 天氣形勢

三次強降水過程唐山均處于500 hPa高空槽前西南氣流當(dāng)中，不同的是8月12日、8月18日同時受到副高的影響。700 hPa三次過程均形成西南急流，其中8月12日強降水過程唐山上空急流最強，并且有明顯的風(fēng)場輻合，8月18日強降水過程急流也比較強，但在降水前期唐山上空風(fēng)速呈輻散狀態(tài)，而8月23日強降水過程雖然急流發(fā)展沒有8月18日強，但有風(fēng)速輻合，為降水提供水汽和動力條件。

5.3 物理量

由表1可知，8月12日強降水過程全市平均降水

28.5 mm，最大降水量出現(xiàn)在遵化西達峪，為154.8 mm，

最大小時雨強出現(xiàn)在遵化曹家堡，為68.0 mm/h。700 hPa的比濕為10～11 g/kg，850 hPa的比濕為12～13 g/kg，

CAPE最大可達3 760.4 J/kg，K指數(shù)為32，SI指數(shù)為

-1.37。8月18日強降水過程全市平均降水60.5 mm，最大降水量出現(xiàn)在遵化魯家峪村，為136.9 mm，最大小時雨強出現(xiàn)在豐南區(qū)西葛，為51.9 mm/h。700 hPa的比濕為10～11 g/kg，850 hPa的比濕為16～17 g/kg，CAPE最大可達3 889.2 J/kg，K指數(shù)為39，SI指數(shù)為-4.47。8月23日此次過程全市平均降水54.2 mm，最大降水量出現(xiàn)在遵化魯家峪村，為157.3 mm，最大小時雨強出現(xiàn)在灤南長寧鎮(zhèn)，為68.0 mm/h。700 hPa的比濕為9～10 g/kg，850 hPa的比濕為13～14 g/kg，CAPE僅為39.8 J/kg，K指數(shù)為37，SI指數(shù)為1.63。

綜合分析，這3次強降水過程可以看出，大的雨強均出現(xiàn)在低層比濕大、暖云層厚的條件下，與以往的研究成果較為一致。

6 結(jié)論

（1）此次強降水過程的系統(tǒng)較為深厚，較強的西南急流為降水提供了較好的水汽條件，低層輻合高層輻散加強了大氣垂直運動的發(fā)展，地面輻合線對暴雨的出現(xiàn)具有關(guān)鍵作用，鋒面抬升、地形輻合抬升以及海陸風(fēng)輻合也具有重要作用。因此在后續(xù)預(yù)報此類天氣中，要特別注意地面系統(tǒng)的發(fā)展。

（2）在此次降水過程中，大氣具有一定的對流發(fā)展?jié)搫?，但不穩(wěn)定能量條件相對較弱，較好的水汽條件是導(dǎo)致短時強降水出現(xiàn)的主要原因，今后在天氣預(yù)報中可根據(jù)不同天氣條件，結(jié)合本地研究成果進一步提高雨強預(yù)報分析能力。

參考文獻

[1] 駱凱，李耀東，秦麗.一次華北暴雨過程的數(shù)值模擬及水汽過程分析[J].暴雨災(zāi)害，2010，29（4）：307-314.

[2] 姜學(xué)恭，李夏子，李彰俊，等.一次阻塞型華北對流性暴雨過程的診斷分析和數(shù)值模擬[J].高原氣象，2012，31（5）：1283 -1293.

[3] 哈建強，王赫.滄州區(qū)域2022年8·21典型暴雨過程分析[J].河北水利電力學(xué)院學(xué)報，2023，33（3）：14-19.

[4] 王步杰.滃江流域“2022·7”暴雨洪水分析[J].地下水，2023，

45（6）：211-212，252.

[5] 李思璇，袁晶，朱玲玲，等.三峽水庫典型暴雨過程徑流泥沙來源組成變化分析[J].泥沙研究，2023，48（6）：38-43.