欒 晨，張 舒

（1.黑龍江省氣象臺(tái)，黑龍江 哈爾濱 150030；2.黑龍江省氣象服務(wù)中心，黑龍江 哈爾濱150001）

1 引言

黑龍江夏季強(qiáng)對(duì)流天氣過程頻發(fā)，常常會(huì)引起強(qiáng)降水、冰雹、雷雨大風(fēng)等災(zāi)害性天氣，造成人民經(jīng)濟(jì)和生命安全的重大損失。而強(qiáng)對(duì)流天氣過程中往往伴隨著對(duì)流云合并過程。對(duì)流云合并對(duì)對(duì)流云的發(fā)展、加強(qiáng)有著重要的影響。對(duì)對(duì)流云合并過程的觀測(cè)與機(jī)理研究有利于對(duì)強(qiáng)天氣發(fā)展加強(qiáng)過程的了解，從而提高對(duì)災(zāi)害性天氣的預(yù)報(bào)預(yù)警能力。

針對(duì)對(duì)流云合并過程的觀測(cè)與機(jī)理研究很早就引起了國內(nèi)外學(xué)者的重視，至今也已獲得了許多成果。但研究多是針對(duì)我國南方強(qiáng)對(duì)流過程中對(duì)流云合并的研究，關(guān)于黑龍江乃至我國北方地區(qū)的對(duì)流云合并的研究很少。而黑龍江有著自己獨(dú)特的地理?xiàng)l件和天氣背景，且夏季強(qiáng)對(duì)流天氣頻發(fā)，所以針對(duì)黑龍江強(qiáng)對(duì)流過程中對(duì)流云合并的觀測(cè)和研究很有必要。為此，文章選取黑龍江強(qiáng)天氣過程中對(duì)流云合并的典型個(gè)例，綜合利用靜止/極軌氣象衛(wèi)星、新一代多普勒天氣雷達(dá)、地面氣象觀測(cè)以及NCEP再分析資料，對(duì)過程中出現(xiàn)的對(duì)流系統(tǒng)合并現(xiàn)象進(jìn)行觀測(cè)分析，討論合并影響及其機(jī)制。最終為短時(shí)災(zāi)害性天氣的預(yù)報(bào)預(yù)警提供可參考的預(yù)報(bào)因子，為進(jìn)一步提高黑龍江省強(qiáng)對(duì)流和災(zāi)害性天氣預(yù)報(bào)預(yù)警業(yè)務(wù)水平提供技術(shù)支持。

2 個(gè)例選取

選取了6月12日作為黑龍江省強(qiáng)天氣過程中對(duì)流云合并的典型個(gè)例，利用衛(wèi)星、雷達(dá)以及地面加密觀測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)過程中出現(xiàn)的對(duì)流系統(tǒng)合并現(xiàn)象進(jìn)行觀測(cè)分析，討論分析其合并影響及機(jī)理。

3 研究個(gè)例的天氣背景

2016年6月12日下午14時(shí)，黑龍江省西南部地區(qū)出現(xiàn)強(qiáng)對(duì)流天氣，14時(shí)20分，哈爾濱市主城區(qū)出現(xiàn)強(qiáng)降水伴有冰雹的災(zāi)害性天氣。冰雹持續(xù)時(shí)間長（達(dá) 30 min），尺度大（豆粒大小），密度密集，在多地形成洶涌的“白色洪流”。2個(gè)多小時(shí)內(nèi)個(gè)別區(qū)域降水量超過50 mm，許多置于室外的簡易遮陽棚被砸倒，冰雹甚至把車頂砸出小坑。

此次過程為高空冷渦配合地面冷鋒的天氣形勢(shì)。08時(shí)500 hPa高空冷渦中心位于黑龍江省西北，20時(shí)，高空冷渦向東南方向擴(kuò)展，位于黑龍江省中西部。850 hPa溫度場(chǎng)的冷槽控制黑龍江省。在中西部，低空風(fēng)風(fēng)向具有氣旋式切變輻合。

圖1 6月12日08時(shí)中尺度分析圖

從08時(shí)和20時(shí)的中尺度分析(圖1-2)可知，08時(shí)和20時(shí)，動(dòng)力條件比較好的地區(qū)在黑龍江省中西部自北向南一帶，自500 hPa以下均有較強(qiáng)的風(fēng)的輻合。除了西北地區(qū)，黑龍江省大部中層均較干，而700 hPa以下則是深厚的濕層，具備上干下濕的不穩(wěn)定層結(jié)條件。08時(shí)西南部850 hPa有暖脊，高層為冷槽控制，形成有利的熱力不穩(wěn)定條件。從哈爾濱探空?qǐng)D可見（圖略），風(fēng)隨高度逆轉(zhuǎn)，但風(fēng)向的變化較為一致，有組織性；且高空風(fēng)速較大，風(fēng)速隨高度增加快，風(fēng)的垂直切變較大，有利于超級(jí)單體風(fēng)暴的組織發(fā)展；700 hPa以下為深厚的濕層、600 hPa以上為干層，具有不穩(wěn)定的層結(jié)條件。且CAPE值較大，不穩(wěn)定能量大。再從0℃層和-20℃高度來看，0℃層高度在2-3 km之間，-20℃層高度在6 km左右，這種環(huán)境條件下有利于冰雹的生長。

4 對(duì)流云合并的衛(wèi)星云圖

6月12日，由于冷渦后部冷空氣的補(bǔ)充，黑龍江省西南部有新的冷渦生成，齊齊哈爾、大慶一帶午后有多個(gè)塊狀對(duì)流云生成，其中在大慶的一塊狀對(duì)流云發(fā)展(記為A)最為旺盛，高度最高，對(duì)流云A即此次對(duì)流云合并過程的主體云體。12時(shí)，對(duì)流云A處于發(fā)展階段，云頂亮溫（TBB）最低可達(dá)-51.2℃，面積為8010 km2,其前側(cè)有一個(gè)新生出的對(duì)流單體；13時(shí)，對(duì)流云A不斷發(fā)展，最低云頂亮溫仍為-51.2℃，面積擴(kuò)大，達(dá)13726 km2，其前側(cè)的對(duì)流單體也同樣發(fā)展加強(qiáng)，且兩對(duì)流云團(tuán)之間產(chǎn)生云橋，有合并的趨勢(shì)；14時(shí)主冷鋒的后部，低壓中心處兩條副冷鋒的形態(tài)愈發(fā)明顯，正是由于冷鋒后部的冷區(qū)中層結(jié)不穩(wěn)定，在午后極易產(chǎn)生暴雨和冰雹天氣。此副冷鋒是由于氣旋長時(shí)間維持、冷空氣補(bǔ)充所形成的。與主冷鋒相比，副冷鋒的長度和寬度都較小，且主要以對(duì)流云為主，冰雹則產(chǎn)生在副冷鋒鋒線附近的塊狀對(duì)流云中。此時(shí)，對(duì)流云A進(jìn)一步發(fā)展，面積擴(kuò)大，且與前側(cè)出流邊界上新生的小塊對(duì)流云發(fā)生合并，云頂亮溫進(jìn)一步降低，最低云頂亮溫達(dá)-53.2℃。15時(shí)，對(duì)流云A面積不斷緩慢擴(kuò)大，其后側(cè)對(duì)流單體也有所加強(qiáng)，云頂亮溫繼續(xù)降低，低亮溫區(qū)域擴(kuò)大，15時(shí)最低亮溫達(dá)-54.2℃。16時(shí)最低云頂亮溫達(dá)-55.2℃，17時(shí)最低云頂亮溫達(dá)到-56.2℃?？梢?，合并之后對(duì)流單體結(jié)構(gòu)密實(shí)，尺度變大，維持時(shí)間長，色調(diào)變得更加明亮，邊界更加清晰，云頂發(fā)展更高，亮溫梯度變大，對(duì)流活動(dòng)強(qiáng)，利于冰雹、強(qiáng)降水、大風(fēng)等強(qiáng)天氣的產(chǎn)生。

5 對(duì)流云合并過程的地面降水與風(fēng)速演變特征

表1 對(duì)流云合并過程中地面降水與風(fēng)速演變特征表

計(jì)算發(fā)生合并的對(duì)流活動(dòng)區(qū)內(nèi)降水量的單站最大值和區(qū)域平均值（算術(shù)平均）；再以小時(shí)降水量大于0.1 mm為標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)計(jì)對(duì)流活動(dòng)區(qū)內(nèi)降水站點(diǎn)個(gè)數(shù)，以此來表示降水的范圍。統(tǒng)計(jì)合并過程中逐小時(shí)單站降水量最大值、區(qū)域平均雨量和區(qū)域降水站點(diǎn)個(gè)數(shù)，從而分析地面降水量與對(duì)流云合并的關(guān)系。統(tǒng)計(jì)發(fā)生合并的對(duì)流活動(dòng)區(qū)內(nèi)的單站最大瞬時(shí)風(fēng)速，分析地面風(fēng)速演變特征與對(duì)流云合并的關(guān)系。

對(duì)流云合并主要發(fā)生在14-15時(shí)，從表1中可以看出，以兩塊狀對(duì)流云所覆蓋區(qū)域作為統(tǒng)計(jì)區(qū)域，較強(qiáng)降水（單站最大雨量）恰好發(fā)生在對(duì)流云合并時(shí)(14-15時(shí))，達(dá)52.3 mm；區(qū)域平均雨量也在14-15時(shí)達(dá)到最多，為5.3 mm；降水范圍（區(qū)域降水站點(diǎn)個(gè)數(shù)）也在14-15時(shí)從101個(gè)站增加到130個(gè)站，在合并后15-16時(shí)達(dá)到最多；最大單站瞬時(shí)風(fēng)速也在14-15時(shí)達(dá)到最大，為56.4 m/s。

可見，最大單站小時(shí)降水量、區(qū)域平均降水量、最大單站瞬時(shí)風(fēng)速均在14-15時(shí)（對(duì)流云合并時(shí)）達(dá)到最大值。

6 對(duì)流云合并過程的機(jī)理探討

利用NCEP再分析資料，分別對(duì)系統(tǒng)所在區(qū)域垂直方向和水平u、v方向上的風(fēng)場(chǎng)和海平面氣壓場(chǎng)分布情況進(jìn)行分析，探討對(duì)流云合并機(jī)理，得到對(duì)流云合并的動(dòng)力因子。

6月12日對(duì)流云合并區(qū)域位于黑龍江省南部綏化、哈爾濱西部一帶，合并區(qū)域在水平方向上u分量變化不大,西側(cè)偏北一帶有向南v分量的大值中心，南部v分量很小，合并區(qū)為0-1之間的向北v分量，風(fēng)在v分量上有匯聚，有利于合并的發(fā)生。

從14時(shí)風(fēng)矢量圖(圖3(a))上可以看出，合并區(qū)域環(huán)境風(fēng)速較小，但有西北風(fēng)和西南風(fēng)風(fēng)向的輻合。從垂直風(fēng)速圖(圖3(b))上可以看出，合并區(qū)域有較大的上升垂直速度，有利于對(duì)流云的發(fā)展、加強(qiáng)。從14時(shí)海平面氣壓圖(圖3(c))上可以看出，合并區(qū)域處于低壓南部，等值線較密集的區(qū)域，有指向低壓中心的氣壓梯度力，在水平v分量上有向北的氣壓梯度力，可推動(dòng)南部對(duì)流云團(tuán)向北移動(dòng)與其西北方向?qū)α髟茍F(tuán)相遇。

圖3 2016年6月12日14時(shí)(a)風(fēng)矢量圖，(b)垂直風(fēng)速圖（0.001 pa/s），(c)海平面氣壓（hPa）

7 小結(jié)

通過以上分析研究，可以得到以下結(jié)論：

（1）對(duì)流云合并時(shí)，對(duì)流云結(jié)構(gòu)變得緊密，最低云頂亮溫值明顯降低，低云頂亮溫面積明顯增大，云頂亮溫梯度也同時(shí)增大。

（2）地面降水量和風(fēng)速隨著對(duì)流云的合并有所增加，且冰雹、大風(fēng)等強(qiáng)對(duì)流天氣也往往發(fā)生在對(duì)流云合并時(shí)或合并后。對(duì)流云合并有利于對(duì)流云的發(fā)展、加強(qiáng)，且合并后很可能會(huì)引起短時(shí)強(qiáng)降水、冰雹、大風(fēng)等災(zāi)害性天氣。

（3）分析發(fā)現(xiàn)，在合并區(qū)域，850 hPa 上風(fēng)的 u、v分量上有風(fēng)向或者風(fēng)速的輻合，對(duì)流云移動(dòng)方向基本與850 hPa風(fēng)向方向一致；垂直方向上有較強(qiáng)的上升速度，有利于對(duì)流云的發(fā)展擴(kuò)大；合并區(qū)域位于地面低壓中心的南部，有指向低壓中心的氣壓梯度力，在水平u分量上有相向的氣壓梯度力，可推動(dòng)兩對(duì)流云之間相向而行，進(jìn)而合并。

（4）合并區(qū)域垂直方向和水平u、v方向上的風(fēng)場(chǎng)和海平面氣壓場(chǎng)是對(duì)流云合并有利的動(dòng)力因子，可為短時(shí)災(zāi)害性天氣的預(yù)報(bào)預(yù)警提供參考。