姜 兵,喬樹亮,景學(xué)義,高夢竹,趙 放,董學(xué)賢

（1.哈爾濱市氣象局，黑龍江 哈爾濱150000；2.黑龍江省氣象臺(tái)，黑龍江 哈爾濱150030；3.雞西市氣象局，黑龍江 雞西158100）

1 引言

短時(shí)強(qiáng)降雨天氣對(duì)城市排水防內(nèi)澇工作帶來了巨大的壓力。 強(qiáng)降水在雨量上多表現(xiàn)為暴雨（每小時(shí)降雨量在16 mm 以上， 或24 h 降雨量在50 mm 以上）的形式，是多種尺度天氣系統(tǒng)共同作用的結(jié)果［1-3］。 目前有很多研究針對(duì)于短時(shí)強(qiáng)降雨天氣，但是對(duì)于氣象服務(wù)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)的卻較少， 因此利用歐洲細(xì)網(wǎng)格資料、 地面實(shí)況資料以及雷達(dá)資料， 對(duì)2019 年7月17 日哈爾濱主城區(qū)局部站點(diǎn)的短時(shí)暴雨過程進(jìn)行了分析研究、總結(jié)其成因特點(diǎn)及預(yù)報(bào)著眼點(diǎn)，為這類強(qiáng)天氣的預(yù)警預(yù)報(bào)提供使用技術(shù)與參考依據(jù)。

2 實(shí)況回顧

哈爾濱市主城區(qū)此次降水過程于7 月17 日15時(shí)開始，17 時(shí)結(jié)束， 暴雨落區(qū)位于哈西客站區(qū)域附近。 15-16 時(shí)哈西客站骨干站的觀測降雨量達(dá)21.7 mm， 植物園骨干站的觀測降雨量達(dá)11.8 mm；16-17時(shí)哈西客站骨干站降雨量達(dá)38.5 mm，小時(shí)雨強(qiáng)達(dá)到了甚至遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了短時(shí)強(qiáng)降水16 mm/h 的標(biāo)準(zhǔn)，植物園骨干站觀測降雨量達(dá)8.6 mm，引發(fā)城市內(nèi)澇，造成道路積水嚴(yán)重，房屋、設(shè)備等不同程度受損。

3 天氣形勢分析

行星尺度及天氣尺度制約著形成暴雨的中小尺度系統(tǒng)的活動(dòng)，為其提供形成條件或者水汽供應(yīng)，因此要分析中小尺度對(duì)流系統(tǒng)的發(fā)生發(fā)展， 必須首先了解其大尺度環(huán)流背景。

7 月17 日08 時(shí)，降雨開始前，500 hPa 高空槽主體位于黑河、大慶一帶，哈爾濱市位于槽線前部，環(huán)流經(jīng)向度較大，隨著高空槽東移，其主體逐漸影響到哈爾濱市， 引導(dǎo)高空冷空氣不斷侵入；850 hPa 高度上，低空切變線位于黑龍江省西部齊齊哈爾附近，哈爾濱市處于西南氣流內(nèi)， 這樣的動(dòng)力結(jié)構(gòu)配置為下午的短時(shí)強(qiáng)降水提供了有利的環(huán)流背景。 20 時(shí)高空槽線位于哈爾濱市東部， 哈爾濱市已處于西北氣流控制，850 hPa 低空切變線位于哈爾濱市東部通河、方正一帶， 哈爾濱市逐漸受切變線后部較強(qiáng)西北氣流控制。 14 時(shí)、17 時(shí)地面圖上哈爾濱市處于弱低壓帶內(nèi)。

強(qiáng)對(duì)流天氣形成的基本條件有三個(gè)：水汽、不穩(wěn)定層結(jié)及抬升力， 因此將從這三個(gè)方面分析本次過程中的短時(shí)強(qiáng)降水成因。

3.1 水汽條件

08 時(shí)哈爾濱市相對(duì)濕度在850 hPa 高度以下都達(dá)到了90%以上。 850 hPa 高度上的比濕為13,且850 hPa 以下溫度露點(diǎn)差維持在1 ℃， 水汽接近飽和。 黃、渤海輸送的水汽是本次降水的主要來源，西南氣流將水汽源源不斷的輸送至哈爾濱市， 此路徑明顯大于西北路徑， 同時(shí)在哈爾濱市存在著西南風(fēng)風(fēng)速的明顯輻合， 這為水汽的積聚提供了很好的條件。

3.2 不穩(wěn)定分析

強(qiáng)天氣的發(fā)生需要一定的不穩(wěn)定條件，在08 時(shí)T-lnp 圖上 （圖1a）， 低層水汽較為充沛， 中層500 hPa 附近存在著明顯的干侵入，這種“上干下濕”的配置為強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)生提供了條件性不穩(wěn)定層結(jié)，另外，低層有弱暖平流，而高層平流不明顯，增加了層結(jié)不穩(wěn)定潛勢。 從08 時(shí)位溫隨高度變化的垂直剖面圖（圖1b），可以看到位溫隨著高度的增加而減小，直至700 hPa 達(dá)到最小， 之后隨高度上升而增加，說明700 hPa 高度以下存在著熱力不穩(wěn)定。 同時(shí)CAPE值達(dá)到了1067.9 ，對(duì)流有效位能非常的大，且K 指數(shù)達(dá)到了36 ℃，強(qiáng)天氣指數(shù)SWEAT 為232.2，有利于強(qiáng)對(duì)流的發(fā)生。

圖1 （a）08 時(shí)T-lnp 圖、（b）位溫層結(jié)圖

3.3 抬升條件

抬升機(jī)制是對(duì)流啟動(dòng)的“開關(guān)”，大氣中存在的不穩(wěn)定層結(jié)需要有某種機(jī)制（觸發(fā)條件）導(dǎo)致低層輻合抬升，對(duì)流才將迅速發(fā)展。

從降水時(shí)段之前的中尺度系統(tǒng)分析來看， 最直接的觸發(fā)系統(tǒng)是低層的切變線。 08 時(shí)切變線位于黑龍江省西部齊齊哈爾附近，20 時(shí)切變線位于哈爾濱市東部通河、方正一帶，暴雨發(fā)生時(shí)正是切變線經(jīng)過哈爾濱市的時(shí)間， 切變線觸發(fā)了不穩(wěn)定能量的釋放使得對(duì)流系統(tǒng)發(fā)生、發(fā)展；另外，地面輻合線也對(duì)中尺度對(duì)流系統(tǒng)的觸發(fā)有重要作用，15-16 時(shí)哈爾濱市存在著明顯的偏北風(fēng)和西南風(fēng)的風(fēng)向氣旋性切變，張小玲[8]等指出對(duì)流通常在地面輻合線附近發(fā)生發(fā)展，17 時(shí)開始轉(zhuǎn)為偏西風(fēng)、西北風(fēng)，風(fēng)向具有一致性，輻合特征消失，地面低空切變線呈南-北走向，位于綏化、鐵力一帶，這表明高空槽移近哈爾濱后與中低層切變線附近垂直上升運(yùn)動(dòng)的耦合為降水提供了有力的動(dòng)力抬升條件。

4 多普勒雷達(dá)回波分析

（1）雷達(dá)回波軌跡

此過程是以短時(shí)強(qiáng)降水為主的強(qiáng)對(duì)流天氣，在雷達(dá)回波圖上并未發(fā)現(xiàn)有中氣旋， 反射率因子和徑向速度產(chǎn)品在短臨預(yù)報(bào)預(yù)警中發(fā)揮至關(guān)重要的作用。

15 時(shí)開始， 有塊狀對(duì)流云回波從道里區(qū)進(jìn)入哈爾濱市，降水回波自西向東移動(dòng)，進(jìn)來時(shí)以黃色、綠色回波為主；在15-16 時(shí)回波邊東移邊發(fā)展，回波面積逐漸增大，回波強(qiáng)度始終在45 dBZ 上下，移動(dòng)緩慢，回波影響地區(qū)主要為道里區(qū)、南崗區(qū)、香坊區(qū)西部，在西南偏西氣流的引導(dǎo)下，系統(tǒng)回波向東北偏東方向移動(dòng)，移速約在10 km/h。 塊狀回波中出現(xiàn)兩個(gè)強(qiáng)度大值中心， 前面的回波強(qiáng)度大值中心相對(duì)后面的回波大值中心較強(qiáng)，分別對(duì)應(yīng)在道里區(qū)、香坊區(qū)的位置上。 受其影響，1 h 內(nèi)哈西客站降雨量達(dá)21.7 mm，植物園降雨量達(dá)11.8 mm。

16-17 時(shí)回波緩慢東移，最大回波強(qiáng)度在50-55 dBZ 之間，影響區(qū)域?yàn)榈览飬^(qū)東部、南崗、香坊區(qū)西部，移速約在20 km/h。 上個(gè)時(shí)刻的兩個(gè)回波強(qiáng)度大值中心，后面的回波強(qiáng)度大值中心在發(fā)展，前面的中心在減弱，分別對(duì)應(yīng)在道里區(qū)、香坊區(qū)的位置上，受其影響，1 h 內(nèi)哈西客站降雨量達(dá)38.5 mm，植物園降雨量達(dá)8.6 mm，17 時(shí)后回波減弱、 回波中心強(qiáng)度也迅速減弱，并移出哈爾濱市。 雨量大值區(qū)與回波強(qiáng)度較強(qiáng)的位置符合得很好，主要在哈爾濱市南部。

（2）回波速度圖

從徑向速度來看（圖略），可以看到哈爾濱市主要以負(fù)速度為主， 在大片負(fù)速度區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)了兩塊正速度，即存在左右兩個(gè)逆風(fēng)區(qū)，受環(huán)境風(fēng)的影響，逆風(fēng)區(qū)不斷向東移動(dòng)， 左右兩個(gè)逆風(fēng)區(qū)正好對(duì)應(yīng)兩個(gè)降水大值落區(qū)（南崗區(qū)哈西客站、香坊區(qū)植物園），由此可以看出， 回波的發(fā)生和發(fā)展加強(qiáng)與多普勒雷達(dá)徑向速度圖上的中尺度逆風(fēng)區(qū)相聯(lián)系， 逆風(fēng)區(qū)的發(fā)展與移動(dòng)對(duì)于判斷強(qiáng)降水的落區(qū)有指示作用。

（3）回波剖面圖

沿著塊狀回波做剖面， 可以看出15 時(shí)19 分時(shí)出現(xiàn)一個(gè)回波中心，15 時(shí)有一個(gè)回波中心發(fā)展為兩個(gè)回波中心， 位置分別對(duì)應(yīng)哈西客站和植物園兩個(gè)自動(dòng)站， 但高度不高， 強(qiáng)回波主要集中在低層3-4 km；16 時(shí)21 分，剖面圖上可以看到出現(xiàn)兩個(gè)強(qiáng)回波中心，兩個(gè)回波中心高度和強(qiáng)度不斷增長，左邊回波中心較右邊回波發(fā)展的高度高， 強(qiáng)回波主要集中在低層4-5 km；16 時(shí)30 分左右， 由于后向傳播效應(yīng)，左邊回波發(fā)展旺盛，中心高度超過5 km,右側(cè)回波逐漸減弱；16 時(shí)38 分時(shí)，左側(cè)強(qiáng)回波中心也開始減弱，右側(cè)強(qiáng)回波中心消失。 回波出現(xiàn)明顯后向傳播特征，形成列車效應(yīng)，導(dǎo)致道里區(qū)哈西客站的降水量較大，達(dá)到暴雨量級(jí)。

5 發(fā)布短臨預(yù)報(bào)（氣象服務(wù)情況）

降雨回波出現(xiàn)后，由于降雨回波面積較小，并未引起足夠重視，雖然在降雨回波剛進(jìn)入哈爾濱市時(shí)，發(fā)布降雨短臨預(yù)警， 預(yù)警中預(yù)報(bào)本次強(qiáng)對(duì)流天氣過程降水量為10-20 mm，最大雨強(qiáng)為15 mm，顯然與實(shí)況對(duì)比，預(yù)報(bào)雨量值和雨強(qiáng)的值過于保守。

6 氣象服務(wù)反思

本次降雨過程是降雨回波在哈爾濱市主城區(qū)生成，成塊狀回波，開始回波面積較小，但回波強(qiáng)度較大，雖然回波發(fā)展高度不高，但是移動(dòng)緩慢，勢必會(huì)使強(qiáng)回波維持，降水效率較大，小時(shí)雨強(qiáng)較強(qiáng)，逆風(fēng)區(qū)的出現(xiàn)也為預(yù)報(bào)降水強(qiáng)度和落區(qū)提供了很好的指示作用，再面對(duì)這種情況下，在預(yù)報(bào)降雨總量、雨強(qiáng)預(yù)報(bào)需要提高一到兩個(gè)量級(jí)。

7 小結(jié)

此次過程是一次典型的短時(shí)強(qiáng)降水天氣過程，產(chǎn)生在極為有利的水汽、 不穩(wěn)定層結(jié)及低空地面觸發(fā)條件下，具有雨強(qiáng)大、局地性強(qiáng)的特點(diǎn)，綜合上文的分析可以得出以下結(jié)論：

（1）本次過程中500 hPa 高空槽、850 hPa 低空切變線、 地面輻合線是影響哈爾濱市短時(shí)強(qiáng)降水天氣系統(tǒng)， 切變線附近發(fā)展起來的中尺度系統(tǒng)是暴雨發(fā)展的直接原因， 它們?yōu)槎虝r(shí)強(qiáng)降水的產(chǎn)生提供了充沛的水汽及不穩(wěn)定能量。

（2）回波在哈爾濱市主城區(qū)生成，開始面積較小，但強(qiáng)度較大，雖然回波發(fā)展高度不高，但是移動(dòng)緩慢，使得強(qiáng)回波維持，降水效率較大，小時(shí)雨強(qiáng)較強(qiáng)， 逆風(fēng)區(qū)的出現(xiàn)也為預(yù)報(bào)降水強(qiáng)度和落區(qū)提供了很好的指示作用，在預(yù)報(bào)降雨總量、雨強(qiáng)預(yù)報(bào)需要提高一到兩個(gè)量級(jí)。