摘? 要：利用常規(guī)觀測(cè)資料、探空數(shù)據(jù)和太原單站雷達(dá)數(shù)據(jù)等，對(duì)2023年7月27日太原地區(qū)的強(qiáng)對(duì)流過(guò)程進(jìn)行分析。結(jié)果表明，該次強(qiáng)對(duì)流過(guò)程以短時(shí)強(qiáng)降水和短時(shí)暴雨天氣為主，主要發(fā)生在副高邊緣，受到高空槽影響和臺(tái)風(fēng)遠(yuǎn)距離輸送水汽產(chǎn)生。充足的水汽和不穩(wěn)定能量為強(qiáng)降水的發(fā)生提供有利條件。夜間高空槽東移，臺(tái)風(fēng)北上偏東氣流加強(qiáng)，使得中高層更加干冷，低層更加暖濕，層結(jié)變得更加不穩(wěn)定；低層西南和東南2支氣流在太原地區(qū)交匯，導(dǎo)致該區(qū)域更強(qiáng)烈地輻合上升運(yùn)動(dòng)，滿足強(qiáng)對(duì)流發(fā)展的動(dòng)力條件，同時(shí)有利于對(duì)流在此被觸發(fā)。雷達(dá)圖上顯示，陽(yáng)曲境內(nèi)出現(xiàn)“列車效應(yīng)”，且風(fēng)暴質(zhì)心較低，降水效率高，有利于短時(shí)強(qiáng)降水發(fā)生。

關(guān)鍵詞：短時(shí)強(qiáng)降水；副高邊緣；天氣；高空槽；雷達(dá)

中圖分類號(hào)：P44? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號(hào)：2095-2945（2024）19-0095-04

Abstract： Based on the conventional observation data， sounding data and Taiyuan static radar data， the strong convection process in Taiyuan on July 27， 2023 was analyzed. The results show that the strong convective process is dominated by short-term heavy precipitation and short-term rainstorm， which mainly occurs at the edge of the subtropical high， affected by the upper trough and the long-distance transport of water vapor by typhoon. Sufficient water vapor and unstable energy provide favorable conditions for the occurrence of heavy precipitation. At night， the upper trough moves eastward， the typhoon northward and eastward flow strengthens， which makes the middle and upper level drier and colder， the lower layer warmer and wetter， and the stratification becomes more unstable; the lower southwest and southeast branches converge in Taiyuan area， which leads to a stronger convergence and ascending movement in this area， which meets the dynamic conditions for the development of strong convection， and is conducive to convection being triggered here. On the radar map， the "train effect" appears in Yangqu， and the storm centroid is low and the precipitation efficiency is high， which is beneficial to the occurrence of short-term heavy precipitation.

Keywords： short-term heavy precipitation; subtropical high edge; weather; upper trough; radar

強(qiáng)對(duì)流天氣主要包括短時(shí)強(qiáng)降水、雷暴大風(fēng)、冰雹等[1-4]。每年春夏季節(jié)，是華北強(qiáng)對(duì)流天氣頻發(fā)的時(shí)期。因強(qiáng)對(duì)流天氣具有突發(fā)性和致災(zāi)性強(qiáng)的特點(diǎn)[5-6]，一直是不少學(xué)者關(guān)注的熱點(diǎn)。周晉紅等[7]通過(guò)分析將太原地區(qū)的短時(shí)強(qiáng)降水的環(huán)流形勢(shì)分為冷渦型、高空槽型、高空槽加副高型和西北氣流型4類，并得出了對(duì)太原短時(shí)強(qiáng)降水有較好指示意義的環(huán)境參量。馬志敏等[8]分析了云南8月的一次強(qiáng)對(duì)流暴雨過(guò)程，并對(duì)其成因進(jìn)行了詳細(xì)的分析，得出了該暴雨過(guò)程產(chǎn)生的有利天氣背景及產(chǎn)生強(qiáng)對(duì)流暴雨的直接影響系統(tǒng)。

由于強(qiáng)對(duì)流天氣受到當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境條件影響較大[9-10]，針對(duì)不同地區(qū)開展強(qiáng)對(duì)流天氣特點(diǎn)和形成原因的相關(guān)研究是十分必要的。太原是山西的省會(huì)城市，地形較為復(fù)雜，三面環(huán)山，北高南低，市區(qū)坐落于汾河河谷平原之上[11]。而強(qiáng)對(duì)流預(yù)報(bào)一直是太原地區(qū)氣象預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)工作的難點(diǎn)和重點(diǎn)。為此，利用相關(guān)資料對(duì)2023年7月太原的一次強(qiáng)降水過(guò)程進(jìn)行分析，以期為太原地區(qū)此類強(qiáng)對(duì)流天氣的預(yù)報(bào)預(yù)警提供一定的參考。

1? 天氣實(shí)況

7月27日下午至夜間太原出現(xiàn)了陣雨或雷陣雨，陽(yáng)曲縣、杏花嶺區(qū)部分地區(qū)出現(xiàn)了短時(shí)強(qiáng)降水和暴雨，局部出現(xiàn)了大暴雨，最大雨量出現(xiàn)在陽(yáng)曲的東黃水西殿村，達(dá)118.5 mm。強(qiáng)降水主要開始于21時(shí)左右，自南向北快速發(fā)展，28日0時(shí)，陽(yáng)曲偏東地區(qū)已出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水，28日1時(shí)陽(yáng)曲區(qū)域站最大雨強(qiáng)達(dá)到51.3 mm/h，出現(xiàn)了短時(shí)暴雨。

2? 環(huán)流背景

27日08時(shí)500 hPa（垂直高度上的氣壓值）有冷空氣在貝湖附近堆積，在河套以西地區(qū)有高空槽發(fā)展，溫度槽落后于高度槽，有冷平流，槽在東移過(guò)程中發(fā)展。27日20時(shí)，原位于河套以西的高空槽快速東移至我國(guó)內(nèi)蒙古中部及河套地區(qū)，與西南地區(qū)的短波槽同位相疊加，環(huán)流徑向度加大，西南氣流有所加強(qiáng)，此時(shí)副熱帶高壓（以下簡(jiǎn)稱“副高”）位于我國(guó)沿海一帶，在我國(guó)臺(tái)灣島附近有臺(tái)風(fēng)活動(dòng)。山西大部分地區(qū)處于高空槽前副高外圍較強(qiáng)偏南氣流之中。28日08時(shí)，位于貝湖以東的高空槽發(fā)展形成冷渦，原位于河套地區(qū)的高空槽已東移至山西中部地區(qū)，副高略有東退，臺(tái)風(fēng)北上在我國(guó)沿海登陸。

從27日20時(shí)的環(huán)境場(chǎng)分析情況來(lái)看，700 hPa和850 hPa西南地區(qū)至山西以南地區(qū)濕度條件較好，700 hPa和850 hPa上存在較強(qiáng)西南氣流，且均存在自我國(guó)沿海向山西以南地區(qū)的較強(qiáng)偏東氣流。從不穩(wěn)定能量條件來(lái)看，山西大部分地區(qū)沙氏指數(shù)SI<0 ℃，北中部地區(qū)850 hPa和500 hPa垂直溫差T850-500>28 ℃，表明山西北中部存在不穩(wěn)定能量，滿足對(duì)流發(fā)展的能量條件。28日08時(shí)，原位于山西以南的偏東氣流隨著夜間臺(tái)風(fēng)北上登陸，其外圍偏東氣流加強(qiáng)并北移，使得太原地區(qū)出現(xiàn)西南和東南2支氣流的強(qiáng)烈輻合。從27日20時(shí)到28日08時(shí)，高空槽逐漸東移影響山西，使得中高層更加干冷，而由于夜間偏東氣流迅速加強(qiáng)使得低層更加暖濕，導(dǎo)致層結(jié)變得更加不穩(wěn)定，而西南和東南2支氣流匯合于太原地區(qū)，則會(huì)導(dǎo)致該區(qū)域更強(qiáng)烈的輻合上升運(yùn)動(dòng)，滿足強(qiáng)對(duì)流發(fā)展的動(dòng)力條件，同時(shí)有利于對(duì)流在此被觸發(fā)。

3? 強(qiáng)降水成因分析

3.1? 水汽條件和不穩(wěn)定能量

充足的水汽是產(chǎn)生強(qiáng)降水的必要條件。從850 hPa水汽通量上看，27日20時(shí)陽(yáng)曲縣水汽通量為6～9 g/（s·hPa·cm），27日23時(shí)隨著臺(tái)風(fēng)北移，陽(yáng)曲縣附近水汽通量快速增大，最大達(dá)12 g/（s·hPa·cm）以上，疊加風(fēng)場(chǎng)可看出該區(qū)域存在水汽通量的輻合。

不穩(wěn)定能量是強(qiáng)對(duì)流天氣產(chǎn)生和維持的重要條件。27日20時(shí)太原探空?qǐng)D上，探空曲線呈現(xiàn)上干下濕的“喇叭口”形狀，K指數(shù)達(dá)到38.4 ℃，對(duì)流有效位能（CAPE）值為551.8 J/kg。歐洲中心EC模式的CAPE和850 hPa風(fēng)場(chǎng)疊加圖上，27日20時(shí)，陽(yáng)曲大部分地區(qū)CAPE值在250 J/kg以下，27日23時(shí)，隨著偏東風(fēng)的增大，陽(yáng)曲大部分地區(qū)CAPE值達(dá)250 J/kg以上。表明夜間陽(yáng)曲一帶存在一定的不穩(wěn)定能量，且隨著夜間偏東風(fēng)增強(qiáng)對(duì)水汽和不穩(wěn)定能量的輸送，不穩(wěn)定能量進(jìn)一步增強(qiáng)，滿足產(chǎn)生強(qiáng)對(duì)流天氣的能量條件。

3.2? 雷達(dá)資料分析

由太原單站雷達(dá)資料分析可知，如圖1所示，27日22時(shí)56分陽(yáng)曲縣附近有50 dBZ（雷達(dá)回波強(qiáng)度）以上呈線狀多單體風(fēng)暴發(fā)展，此后該多單體強(qiáng)風(fēng)暴快速合并加強(qiáng)，23時(shí)25分回波最強(qiáng)達(dá)60 dBZ，隨后有帶狀回波自太原以南向北迅速發(fā)展，并且逐漸呈現(xiàn)較高組織程度。28日0時(shí)4分呈南北向帶狀回波與原在陽(yáng)曲縣發(fā)展起來(lái)的回波在陽(yáng)曲合并維持，形成“列車效應(yīng)”。隨著夜間偏東氣流的加強(qiáng)，陽(yáng)曲東部不斷有對(duì)流單體被激發(fā)，形成了東西向帶狀回波。28日0時(shí)22分太原偏東地區(qū)形成了南北向和東南—西北向2條強(qiáng)回波帶在陽(yáng)曲東部匯合，使得55 dBZ強(qiáng)回波較長(zhǎng)時(shí)間在陽(yáng)曲東部維持，造成該處的短時(shí)強(qiáng)降水。28日1時(shí)01分，在晉中一帶有較強(qiáng)對(duì)流單體被激發(fā)，與太原南部的回波帶在北移過(guò)程中合并加強(qiáng)，形成一條西北—東南向回波帶，該回波帶與自太原南部激發(fā)出的回波逐漸匯合并在西南引導(dǎo)氣流的作用下向北移動(dòng)。此時(shí)，陽(yáng)曲東部地區(qū)出現(xiàn)了1小時(shí)降水量達(dá)51.3 mm的短時(shí)暴雨。由此可見，該區(qū)域?qū)?yīng)的強(qiáng)風(fēng)暴的降水效率較高。

選取27日23時(shí)47分陽(yáng)曲境內(nèi)強(qiáng)回波沿垂直于雷達(dá)徑向做剖面，如圖2所示，55 dBZ以上強(qiáng)回波基本位于5 km及以下，風(fēng)暴質(zhì)心較低，降水效率較高，有利于短時(shí)強(qiáng)降水的產(chǎn)生。

強(qiáng)降水過(guò)程中，徑向速度圖如圖3所示，陽(yáng)曲與晉中交界處，在28日0時(shí)56分時(shí)，與西北—東南向強(qiáng)回波相對(duì)應(yīng)，雷達(dá)東北偏東方向距離31.5 km處有中尺度渦旋存在，表明該處輻合作用較強(qiáng)，風(fēng)暴生命史較長(zhǎng)。

本次過(guò)程沒有出現(xiàn)冰雹，而在沒有出現(xiàn)冰雹的情況下，垂直累積液態(tài)水含量（VIL）對(duì)于短時(shí)強(qiáng)降水有一定的指示意義。如圖4所示，27日23時(shí)36分，陽(yáng)曲東南部距離雷達(dá)21.3 km處，VIL值最強(qiáng)達(dá)到29.5 kg/m2，對(duì)于太原地區(qū)出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水有一定的參考價(jià)值。從單站雷達(dá)風(fēng)廓線產(chǎn)品上可以看到，27日22時(shí)22分到23時(shí)19分，1.2～1.8 km高度左右為一致的偏東風(fēng)，且22時(shí)22分到22時(shí)50分，偏東風(fēng)由4 m/s增大到6 m/s，表明夜間偏東氣流加強(qiáng)，并且垂直方向上中低層風(fēng)隨高度順轉(zhuǎn)，有暖平流，使得中低層更加暖濕，層結(jié)趨于更加不穩(wěn)定，由于偏東風(fēng)的增大使得0～6 km垂直風(fēng)切變?cè)龃?，有利于?duì)流風(fēng)暴的發(fā)展與維持。

如圖5所示，雷達(dá)1小時(shí)累積降水量產(chǎn)品（OHP）上，28日0時(shí)在陽(yáng)曲東南部距離雷達(dá)22 km處有69 mm/h的降水量，而實(shí)際在陽(yáng)曲中東部地區(qū)區(qū)域站上只有1站降水量達(dá)到20 mm以上，雷達(dá)對(duì)于強(qiáng)降水位置的估計(jì)偏南強(qiáng)度明顯偏強(qiáng)；28日1時(shí)OHP產(chǎn)品上在陽(yáng)曲東部和南部邊界附近20 mm/h以上的降水，最大降水量為37 mm/h，而實(shí)況上在陽(yáng)曲東部地區(qū)出現(xiàn)30 mm/h以上的強(qiáng)降水，最大降水量達(dá)到51.3 mm/h，雷達(dá)對(duì)于強(qiáng)降水的位置估計(jì)偏南強(qiáng)度偏弱。從連續(xù)2個(gè)整點(diǎn)OHP產(chǎn)品與實(shí)況對(duì)比情況來(lái)看，雷達(dá)OHP產(chǎn)品對(duì)于強(qiáng)降水的位置估計(jì)存在一定偏差，28日0時(shí)和1時(shí)強(qiáng)降水位置估計(jì)均偏南，對(duì)于強(qiáng)降水強(qiáng)度估計(jì)則存在較大偏差，實(shí)際業(yè)務(wù)應(yīng)用中需根據(jù)實(shí)況對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行偏差訂正。

4? 結(jié)論

本次強(qiáng)降水發(fā)生于副高邊緣，受到高空槽影響和臺(tái)風(fēng)遠(yuǎn)距離輸送水汽而產(chǎn)生。

1）降水具有強(qiáng)度強(qiáng)的特點(diǎn)。暴雨主要發(fā)生在陽(yáng)曲東部和杏花嶺區(qū)北部，大暴雨主要發(fā)生在陽(yáng)曲東部。

2）在有利的環(huán)流背景條件下，充足的水汽和不穩(wěn)定能量為強(qiáng)降水的發(fā)生提供了便利條件。夜間，高空槽逐漸東移影響山西，使得中高層更加干冷，而低層由于臺(tái)風(fēng)北上，偏東氣流迅速加強(qiáng)而更加暖濕，層結(jié)變得更加不穩(wěn)定，并且低層西南和東南氣流匯合于太原，導(dǎo)致該區(qū)域更強(qiáng)烈地輻合上升運(yùn)動(dòng)，滿足強(qiáng)對(duì)流發(fā)展的動(dòng)力條件，同時(shí)有利于對(duì)流在此被觸發(fā)。

3）太原單站雷達(dá)圖上，27日夜間有南北向和東西向帶狀強(qiáng)回波在陽(yáng)曲境內(nèi)匯合，形成“列車效應(yīng)”，使得55 dBZ強(qiáng)回波較長(zhǎng)時(shí)間在陽(yáng)曲東部維持，造成該處出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水。反射率因子剖面上，55 dBZ以上強(qiáng)回波基本位于5 km及以下，風(fēng)暴質(zhì)心較低，降水效率較高，有利于短時(shí)強(qiáng)降水的產(chǎn)生。

4）徑向速度圖上，陽(yáng)曲與晉中交界處，有中尺度渦旋存在，表明該處輻合較強(qiáng)，有利于產(chǎn)生較長(zhǎng)生命史的對(duì)流風(fēng)暴。

5）VIL對(duì)于短時(shí)強(qiáng)降水有一定的指示意義，本次降水過(guò)程匯總，VIL值最強(qiáng)達(dá)到29.5 kg/m2。雷達(dá)單站垂直風(fēng)廓線產(chǎn)品上，27日夜間低層偏東風(fēng)增大，垂直風(fēng)切變?cè)龃?，有利于?duì)流風(fēng)暴的發(fā)展和維持。

6）從OHP產(chǎn)品與實(shí)況對(duì)比情況來(lái)看，雷達(dá)OHP產(chǎn)品對(duì)于強(qiáng)降水的位置估計(jì)存在一定偏差，28日0時(shí)和1時(shí)強(qiáng)降水位置估計(jì)均偏南，對(duì)于強(qiáng)降水強(qiáng)度估計(jì)則存在較大偏差，實(shí)際業(yè)務(wù)應(yīng)用中需根據(jù)實(shí)況對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行偏差訂正。

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