王茂書， 陳永仁

(1.巴中市氣象局，四川巴中　636001; 2.四川省氣象臺(tái)，四川成都　610072)

?

2014年盛夏川東北一次強(qiáng)對(duì)流天氣成因分析

王茂書1， 陳永仁2

(1.巴中市氣象局，四川巴中636001; 2.四川省氣象臺(tái)，四川成都610072)

摘要：利用常規(guī)地面和高空實(shí)況、雷達(dá)、衛(wèi)星資料，對(duì)2014年6月2日川東北出現(xiàn)的短時(shí)強(qiáng)降水和大風(fēng)天氣進(jìn)行了分析，結(jié)果表明：1)該次強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生在高能高濕大氣環(huán)境中，500 hPa冷槽、850 hPa切變及偏東氣流、地面中尺度輻合流場共同影響是該次強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生的主要原因。2)該次強(qiáng)對(duì)流天氣是發(fā)生在由低層偏南風(fēng)和高層西北風(fēng)形成的垂直風(fēng)切變逐漸演變成為由低層偏南風(fēng)和高層西風(fēng)形成的垂直風(fēng)切變，垂直風(fēng)切變逐漸加強(qiáng)(始終為弱的垂直風(fēng)切變)的過程中。3)對(duì)于初始對(duì)流和后續(xù)激發(fā)對(duì)流，地面輻合線的走向與強(qiáng)對(duì)流天氣的落區(qū)、移動(dòng)基本吻合。4)衛(wèi)星和雷達(dá)在臨近預(yù)報(bào)方面有很好的參考，例如強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生前，MCS對(duì)流云團(tuán)為線狀，雷達(dá)回波強(qiáng)度大，反射率因子核隨高度迅速下降，0.5°和1.5°仰角徑向速度圖都出現(xiàn)了速度輻合。

關(guān)鍵詞：天氣學(xué)； 短時(shí)強(qiáng)降水； 大風(fēng)； 中尺度分析； 冷平流； 盛夏； 川東北

短時(shí)強(qiáng)降水和對(duì)流大風(fēng)災(zāi)害天氣一直是我國乃至全世界預(yù)報(bào)的難點(diǎn)，其造成的氣象災(zāi)害十分嚴(yán)重。為此，氣象學(xué)者也做了相關(guān)研究，其中，中尺度分析是十分有效的方法[1-5]。對(duì)流暴雨屬于強(qiáng)對(duì)流天氣之一，也稱為短時(shí)暴雨或短時(shí)強(qiáng)降水，由超級(jí)單體、颮線、中尺度對(duì)流系統(tǒng)等對(duì)流風(fēng)暴造成的[6]。陳永仁[7]做相關(guān)研究認(rèn)為，短時(shí)強(qiáng)降水通常由MCS中的深對(duì)流特征造成，水平尺度多為中尺度或更小的中尺度系統(tǒng)，具有云頂亮溫低、雷達(dá)反射率因子大和垂直累積液態(tài)水含量高等特點(diǎn)；鐘利華等[8]研究發(fā)現(xiàn)雷暴大風(fēng)產(chǎn)生前，大氣層結(jié)均有不穩(wěn)定能量聚集，低層有強(qiáng)的水汽輻合，相對(duì)濕度大；出現(xiàn)雷暴大風(fēng)的區(qū)域大氣層結(jié)不穩(wěn)定性更顯著，低層水汽輻合和中低層氣旋性輻合也偏強(qiáng)；王嘯華等[9]通過分析個(gè)例得出，低空急流、低空切變線是短時(shí)暴雨天氣過程的重要影響系統(tǒng);陳炯等[10]研究發(fā)現(xiàn)，短時(shí)強(qiáng)降水發(fā)生頻率最高的區(qū)域?yàn)槿A南，其次為云南南部、四川盆地等地，可見四川盆地也是短時(shí)強(qiáng)降水頻發(fā)地區(qū)。然而在四川，對(duì)短時(shí)強(qiáng)降水的研究還不夠深入，對(duì)同時(shí)出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水和雷暴大風(fēng)的個(gè)例分析就更少，該類強(qiáng)對(duì)流天氣突發(fā)性強(qiáng)，預(yù)報(bào)難度大，造成災(zāi)害十分嚴(yán)重?？紤]平時(shí)工作的實(shí)用性和可操作性，本研究利用常規(guī)地面和高空實(shí)況、雷達(dá)、衛(wèi)星資料分析研究該次強(qiáng)對(duì)流天氣的成因和特點(diǎn)，為以后預(yù)報(bào)短時(shí)強(qiáng)降水和對(duì)流大風(fēng)提供參考。

1強(qiáng)對(duì)流天氣實(shí)況

2014年6月2日08：00—3日08：00(北京時(shí)，下同)，川東北出現(xiàn)了一次明顯的強(qiáng)對(duì)流天氣過程，部分地方出現(xiàn)了暴雨，局部大暴雨，暴雨區(qū)呈現(xiàn)東北-西南向。14：00—18：00雨帶自西南向東北方向移動(dòng)，19：00以后雨帶自東向西移動(dòng)，2日22：00強(qiáng)降水基本結(jié)束。有170個(gè)站大于50 mm，26站大于100 mm，強(qiáng)降水落區(qū)主要位于南充、達(dá)州、巴中一帶。24 h最大雨量出現(xiàn)在達(dá)州市渠縣巖峰為180.8 mm，1 h最大雨量出現(xiàn)在渠縣卷硐為79.8 mm。川東北局部地方出現(xiàn)了10級(jí)左右陣性大風(fēng)，巴州城區(qū)15：57極大風(fēng)速達(dá)到了24.5 m/s。該次短時(shí)強(qiáng)降水具有時(shí)間短、強(qiáng)度大、范圍廣的特點(diǎn)(圖1)。

圖1　6月2日08：00—3日08：00川東北雨量分布　　(單位：mm)

2環(huán)流形勢

2日08：00，500 hPa副高控制云南廣東廣西偏南一帶，副高主體位于南海(圖2a)，2日14：00副高北抬，2日20：00退回原來位置，該次強(qiáng)對(duì)流天氣就發(fā)生在副高南落期間，3日08：00副高繼續(xù)南落到南海。2日08：00 500 hPa亞歐地區(qū)為兩槽一脊形勢，青藏高原為低槽，內(nèi)蒙古中部為高脊，華北地區(qū)為一冷渦，中高緯度為緯向環(huán)流，巴湖為深廣的低槽和溫度槽，槽后里海為冷中心，中心值為-52 ℃，巴湖溫度槽并不斷分裂弱溫度槽東移南壓(圖2)。華北冷渦是該次強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生的重要因素，因此有必要分析華北冷渦垂直結(jié)構(gòu)分布情況，從500 ～925 hPa華北冷渦中心逐漸向南傾斜，500～700 hPa為華北冷渦西側(cè)的西北氣流和偏北氣流，有利引導(dǎo)冷空氣南下，850～925 hPa華北冷渦西側(cè)河南、陜西、湖北一帶流場偏東分量明顯加大，轉(zhuǎn)為偏東或東北氣流，以回流方式引導(dǎo)冷空氣入侵四川盆地東北部。

圖2　6月2日08：00 500 hPa溫度場(虛線，單位：℃)及高度場(單位：dagpm)(a)；

3中尺度對(duì)流發(fā)生環(huán)境條件

3.1高空中尺度分析

2日08：00，盆地100 hPa上空為反氣旋流場，盆地東北部處于兩支氣流的分叉處，十分有利高空形成輻散。500 hPa寧夏到甘肅南部為溫度槽，說明高層有冷空氣活動(dòng)，2日14：00該溫度槽東移南壓到了陜西一帶，同時(shí)達(dá)州探空站有24 h正變溫轉(zhuǎn)為24 h負(fù)變溫，說明2日14：00 500 hPa已經(jīng)有冷平流入侵川東北。2日08：00 500 hPa巴湖低槽東移攜帶青藏高原低槽東移，盆地大部到青藏高原為波動(dòng)偏西氣流，盆地偏東地區(qū)略有偏北風(fēng)量，導(dǎo)致2日14：00以前天氣晴好，地面氣溫較高，有利不穩(wěn)定能量積累(圖3)。

2日08：00 700 hPa川東北上空的比濕分別為12 g/kg，已經(jīng)達(dá)到了川東北暴雨的水汽條件。位于盆地中部的西南顯著氣流于14：00東移到了貴州重慶一帶，風(fēng)速為6～10 m/s，14：00強(qiáng)對(duì)流天氣就發(fā)生在西南顯著氣流左側(cè)。08：00—14：00，500 hPa溫度槽東移南壓，冷空氣由高層入侵到低層，700 hPa達(dá)州探空站由24 h正變溫2 ℃轉(zhuǎn)為24 h負(fù)變溫-2 ℃。

圖3　2014年6月2日08：00中尺度環(huán)境場

2日08：00 850 hPa達(dá)州探空站上空的比濕分別為17 g/kg，廣西、貴州、重慶一帶為偏南氣流，2日20：00風(fēng)速加強(qiáng)到12 m/s。華北地區(qū)為明顯的24 h負(fù)變溫區(qū)，川東北北部850 hPa上空為偏東氣流，有利于引導(dǎo)冷平流入侵盆地，分析2日08：00和14：00變溫場，達(dá)州探空站850 hPa上空為24 h正變溫明顯，分別為3和2 ℃，2日20：00為負(fù)變溫。分析2日08：00 925 hPa溫度場，陜西南部經(jīng)巴中到南充為溫度脊(14：00該溫度脊維持)，以達(dá)州探空站為代表分析，川東北上空925 hPa的24 h正變溫比較明顯，最大正變溫為7 ℃。

分析達(dá)州站2日14：00 T-lnp圖(圖4)顯示，在對(duì)流層中層干冷特征明顯，這與圖2中四川北面存在的溫度槽有關(guān)，850～600 hPa則為濕層，川東北上空上干下濕及能量積累比較明顯。另一個(gè)特征則是在850 hPa以下的邊界層和近地面，溫度廓線幾乎與干絕熱線平行，幾乎沒有對(duì)流抑制能量低層大氣處于非常不穩(wěn)定狀態(tài)。一旦在近地面或邊界層有弱的抬升條件出現(xiàn)，就可能觸發(fā)對(duì)流的發(fā)生發(fā)展。

圖4　6月2日14：00達(dá)州站探空圖

綜合以上分析，在強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生前，川東北大氣層已經(jīng)具備發(fā)生強(qiáng)對(duì)流天氣中尺度環(huán)境背景和高能高濕條件。

3.2地面中尺度分析

林宗桂等[11]利用常規(guī)資料對(duì)2011年6月23日北京對(duì)流暴雨進(jìn)行了分析并指出，中尺度負(fù)變壓區(qū)形成超前于對(duì)流天氣發(fā)生約3 h是強(qiáng)降雨過程的一個(gè)明顯特征。在該次強(qiáng)對(duì)流天氣過程中，也出現(xiàn)了類似的特征。分析2日08：00地面圖，川東北地區(qū)為熱低壓控制，14：00地面最高溫度較高。以巴中為例，2日14：00地面最高氣溫為32.8～34.6 ℃，較歷史同期平均最高溫度偏高4.7～6.4 ℃，說明當(dāng)時(shí)的熱力條件和氣壓擾動(dòng)是十分有利強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生的(圖略)。

從2日14：00—15：00和19：00—20：00加密站風(fēng)場(圖5)分析，14：00在南充東北部有明顯的中尺度輻合流場存在，而14：00川東北強(qiáng)的對(duì)流天氣先在南充發(fā)生，15：00該中尺度輻合流場向東北方向移動(dòng)到巴州區(qū)。19：00在巴中達(dá)州一帶有地面輻合線生成，20：00該地面輻合線自西向東移動(dòng)到南充一帶。結(jié)合自動(dòng)站小時(shí)雨量和云圖分析，中尺度輻合流場、地面輻合線與強(qiáng)降水的落區(qū)和走向基本吻合。中尺度輻合流場和地面輻合線的存在，為該次強(qiáng)對(duì)流天氣提供了很好的動(dòng)力和觸發(fā)條件。

圖5　6月2日國家加密站風(fēng)場(單位：m/s)

3.3物理量及風(fēng)垂直分析

分析達(dá)州站探空指數(shù)(表略)，可知，在該次強(qiáng)對(duì)流過程中，2日08：00 CAPE為96 J/kg，到了14：00猛增為1 984.5 J/kg；K指數(shù)也從38 升到42 ℃，CAPE和K指數(shù)增速很快。從自由對(duì)流高度變化中也發(fā)現(xiàn)，在強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生前，自由對(duì)流高度明顯下降十分明顯，14：00較08：00下降高度為478.8 hPa，在以后工作中也可以作為預(yù)報(bào)強(qiáng)對(duì)流天氣很好的一個(gè)參考因素。從700 hPa溫度演變看，2日14：00的700 hPa溫度較08：00下降了-2 ℃。正常天氣，14：00的700 hPa溫度應(yīng)該較08：00高，說明此時(shí)，中層有高層的冷平流入侵。中低層的溫度直減率也變化很大，08：00—20：00 850與500 hPa溫度差為25～26 ℃。廖曉農(nóng)等[12]研究個(gè)例發(fā)現(xiàn)，當(dāng)對(duì)流層中層有干冷空氣入侵，同時(shí)對(duì)流層中低層環(huán)境大氣的直減率較大時(shí)，十分有利雷暴大風(fēng)的發(fā)生。

垂直風(fēng)切變是強(qiáng)對(duì)流天氣的一個(gè)加強(qiáng)條件。08：00—14：00—20：00， 500 hPa由偏西北氣流逐漸轉(zhuǎn)為偏西氣流，850 hPa基本為偏南氣流，500和850 hPa風(fēng)速逐漸加強(qiáng)，500和850 hPa之間的垂直風(fēng)切變由0.03 m/s轉(zhuǎn)為0.05 m/s，最后變?yōu)?.09 m/s，也就是說，強(qiáng)對(duì)流天氣是發(fā)生在由低層偏南風(fēng)和高層西北風(fēng)形成的垂直風(fēng)切變逐漸演變?yōu)橛傻蛯悠巷L(fēng)和高層西風(fēng)形成的垂直風(fēng)切變，垂直風(fēng)切變由小到大的過程，整個(gè)過程屬于弱的垂直風(fēng)切變范圍。

4中尺度對(duì)流特征

該次強(qiáng)對(duì)流天氣中，衛(wèi)星和雷達(dá)資料對(duì)中尺度對(duì)流系統(tǒng)特征表現(xiàn)明顯。根據(jù)紅外云圖(圖略)可知，2日13：30，南充附近開始有對(duì)流云團(tuán)MCS生成，14：30 兩個(gè)MCS在發(fā)展，MCS形狀為線狀，可以作為對(duì)流大風(fēng)預(yù)報(bào)的參考。15：30 MCS合并，預(yù)示對(duì)流云團(tuán)未來將發(fā)展，16：30 MCS繼續(xù)發(fā)展，并向東北移動(dòng)，降水落區(qū)和對(duì)流云團(tuán)走向一致。分析19：00—21：00云圖也發(fā)現(xiàn)存在這個(gè)特征，19：00在MCS后向東南部出現(xiàn)了后向傳播，在靠近達(dá)州和平昌的地方又激發(fā)了另一個(gè)MCS，然后迅速發(fā)展合并到了原來的MCS并自東向西移動(dòng)，趨于減弱的MCS重新獲得發(fā)展導(dǎo)致了第2時(shí)間段的強(qiáng)降水發(fā)生(圖略)。

2日14：30，在南充地區(qū)有多單體風(fēng)暴存在，在單體風(fēng)暴前沿，巴中境內(nèi)激發(fā)了弱對(duì)流單體回波。14：54南充一帶多單體有所合并，巴中境內(nèi)B處加強(qiáng)并呈現(xiàn)了弓形形狀，從A處到B處做剖面圖，50 dBz所在高度還是不算高，低層有回波達(dá)到了50 dBz左右，表明在出現(xiàn)對(duì)流大風(fēng)前1 h，巴中境內(nèi)出現(xiàn)了對(duì)流大風(fēng)的回波特征。15：30，對(duì)流回波發(fā)展相當(dāng)強(qiáng)，為55 dBz，從C到D做剖面圖看出，強(qiáng)回波(45～55 dBz)的高度在9 km左右，低層的回波明顯加強(qiáng)，面積加大，最大回波為55 dBz，從E處可以發(fā)現(xiàn)，該處的組合反射率因子梯度很大，結(jié)合小時(shí)降水量，此時(shí)的強(qiáng)降水區(qū)主要位于反射率因子梯度大的區(qū)域。在此次強(qiáng)對(duì)流天氣過程中，強(qiáng)回波基本還是向東北方向移動(dòng)(圖略)。從C到D做剖面圖，與15：30相比較，15：48在巴中境內(nèi)106.85°E、31.88°N處高反射率因子隨高度迅速下降，此時(shí)離對(duì)流大風(fēng)出現(xiàn)時(shí)間只有10 min(圖6)。從15：29的速度圖看，在雷達(dá)的東北方向，

1.5°仰角速度圖和0.5°仰角速度圖都出現(xiàn)了中層輻合，0.5°仰角速度局部風(fēng)速達(dá)到了29 m/s(圖略)，到了15：39風(fēng)速達(dá)到了39 m/s，此時(shí)強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生的特征更明顯。

圖6　雷達(dá)反射率因子(swan產(chǎn)品)(單位：dBz)

5結(jié)論

1)該次強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生在高能高濕大氣環(huán)境中，500 hPa冷槽、850 hPa切變及偏東氣流、地面中尺度輻合流場共同影響是該次強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生的主要原因。

2)該次強(qiáng)對(duì)流天氣是發(fā)生在由低層偏南風(fēng)和高層西北風(fēng)形成的垂直風(fēng)切變逐漸演變成為由低層偏南風(fēng)和高層西風(fēng)形成的垂直風(fēng)切變，垂直風(fēng)切變逐漸加強(qiáng)(始終為弱的垂直風(fēng)切變)的過程中。

3)衛(wèi)星和雷達(dá)在臨近預(yù)報(bào)方面有很好的參考，例如強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生前，MCS對(duì)流云團(tuán)為線狀，雷達(dá)回波強(qiáng)度大，反射率因子核隨高度迅速下降，0.5°和1.5°仰角徑向速度圖都出現(xiàn)了速度輻合。

參考文獻(xiàn):

[1]諶志剛，張維，王婷，等.“2010.5.22—23”廣東強(qiáng)對(duì)流過程綜合分析[J].廣東氣象，2011，33(4)：12-15.

[2]李懷宇，張羽，羅聰.2012年初春粵北一次少見高架雷暴過程的分析[J].廣東氣象，2013，35(3)：1-5.

[3]徐珺，畢寶貴，諶蕓.濟(jì)南7.18大暴雨中尺度分析研究[J].高原氣象，2010，29(5)：1218-1229.

[4]樊李苗，俞小鼎.中國短時(shí)強(qiáng)對(duì)流天氣的若干環(huán)境參數(shù)特征分析[J].高原氣象，2013，32(1)：156-165.

[5]葉郎明，鄭偉杰，徐碧裕，等.2014年“5.8”廣東大暴雨中尺度特征分析[J].廣東氣象，2014，36(6)：11-15.

[6]俞小鼎，姚秀萍，熊廷南，等.多譜勒天氣雷達(dá)原理與業(yè)務(wù)應(yīng)用[M].北京：氣象出版社，2006.

[7]陳永仁，李躍清.“12.7.22”四川暴雨的MCS特征及對(duì)短時(shí)強(qiáng)降雨的影響[J].氣象，2013，39(7)：848-859.

[8]鐘利華，曾鵬，李勇，等.廣西雷暴大風(fēng)環(huán)流特征和物理量診斷分析[J].氣象，2011，37(1)：59-65.

[9]王嘯華，吳海英，唐紅癉，等．2009年7月7日南京短時(shí)暴雨的中尺度特征分析[J].氣象，2012，38(9)：1060-1069.

[10]陳炯，鄭永光，張小玲，等.中國暖季短時(shí)強(qiáng)降水分布和日變化特征及其與中尺度對(duì)流系統(tǒng)日變化關(guān)系分析[J].氣象學(xué)報(bào)，2013，71(3)：367-382.

[11]林宗桂，林墨，林開平，等.一股高原南下弱冷空氣出發(fā)準(zhǔn)靜止鋒對(duì)流過程分析[J].熱帶氣象學(xué)報(bào)，2014，30(1)：111-118.

[12]廖曉農(nóng)，于波，盧麗華，等.北京雷暴大風(fēng)氣候特征及短時(shí)臨近預(yù)報(bào)方法[J].氣象，2009，35(9)：19-28.

收稿日期：2014-11-10

基金項(xiàng)目：2015年中國氣象局預(yù)報(bào)員專項(xiàng)(CMAYBY2015-063)

作者簡介：王茂書(1984年生)，男，工程師，本科，主要從事短期天氣預(yù)報(bào)。E-mail：wangmaoshu2003@126.com。

中圖分類號(hào)：P44

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi:10.3969/j.issn.1007-6190.2016.01.009

Analysis of the Synoptic Causation of a Severe Convective Weather in Northeastern Sichuan Province in the Prime Summer of 2014

WANGMao-shu1,CHENYong-ren2

(1.Meteorological Bureau of Bashong City, Bazhong Sichuan 636001; 2.Sichuan Meteorological Observatory, Chengdu 610072)

Abstract：Using conventional surface and upper-level observations, radar and satellite data, we studied a short-range severe rain and strong wind that occurred in the northeastern part of Sichuan province 2 June 2014. The result is shown as follows. 1) Taking place in an atmospheric environment that was high in both energy and humidity, the weather was caused jointly by a 500-hPa cold trough, an 850-hPa shear, an easterly airflow and a mesoscale surface convergent flow field. 2) The weather happened as a mildly strengthening shear of vertical wind, formed by a low-level southerly and an upper-level northwesterly, was gradually transforming into one that consisted of a low-level southerly and an upper-level westerly. 3) For the initial convection and subsequently triggered convection, the alignment of a surface convergence line was basically in agreement with the location and movement of the weather. 4) The satellite and radar proved to be good guidance in nowcasting. For instance, prior to the weather, an MCS convective cluster was line-shaped with large radar echoes, rapidly falling reflectivity with height and converging radial velocity at the elevation angles of 0.5° and 1.5°.

Key words：synoptics; severe convection; mesoscale analysis; prime summer; northeastern Sichuan province

王茂書,陳永仁.2014年盛夏川東北一次強(qiáng)對(duì)流天氣成因分析[J].廣東氣象，2016,38(1)：36-39.