作者簡介 蔣姍姍（1989—），女，安徽亳州人，碩士，工程師，從事遙感應(yīng)用與氣象防災(zāi)減災(zāi)工作。

通信作者 徐玉秀（1989—），女，江蘇連云港人，碩士，工程師，從事天氣預(yù)報(bào)、預(yù)測研究。

收稿日期 2024-01-16

摘要 為探究強(qiáng)對流天氣發(fā)生機(jī)理，更好地為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供氣象服務(wù)，本文利用氣象信息綜合處理系統(tǒng)實(shí)況資料、自動站加密觀測資料、MICAPS4平臺資料、衛(wèi)星和雷達(dá)資料，對2023年7月7日遼寧錦州地區(qū)的一次強(qiáng)對流過程的環(huán)流形勢、對流不穩(wěn)定條件、衛(wèi)星和雷達(dá)特征進(jìn)行分析。結(jié)果表明，此次過程是發(fā)生在東北冷渦天氣背景下的強(qiáng)對流天氣，高空東北冷渦加強(qiáng)，地面華北低壓向東北移動，槽后冷空氣補(bǔ)充，冷暖空氣交綏，且垂直風(fēng)切變較強(qiáng)，低層高濕高能環(huán)境為此次強(qiáng)對流提供充足的水汽和能量，促使出現(xiàn)了雷暴大風(fēng)和短時強(qiáng)降水天氣。同時，充分利用氣象部門發(fā)布的農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估產(chǎn)品、預(yù)報(bào)預(yù)測產(chǎn)品，以應(yīng)對強(qiáng)對流天氣對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響，做好低洼地帶農(nóng)田防護(hù)與排澇工作，做好病蟲害防治措施。

關(guān)鍵詞 東北冷渦；短時強(qiáng)降水；雷暴大風(fēng)；雷達(dá)回波

中圖分類號 P458.121；S165"" 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A

文章編號 1007-7731（2024）13-0103-05

強(qiáng)對流天氣是指伴隨雷暴現(xiàn)象的對流性大風(fēng)（≥17.2 m/s）、冰雹和短時強(qiáng)降水等劇烈天氣，具有突發(fā)性強(qiáng)、強(qiáng)度大、生命史短、局地性強(qiáng)和致災(zāi)性強(qiáng)等特點(diǎn)，是夏季東北地區(qū)主要的災(zāi)害性天氣之一[1]。因此，強(qiáng)對流天氣的預(yù)報(bào)既有難度，又是重點(diǎn)。目前已有許多學(xué)者對強(qiáng)對流天氣進(jìn)行研究，通常認(rèn)為，短時強(qiáng)降水的發(fā)生需要較強(qiáng)的抬升運(yùn)動、充足的水汽、熱力不穩(wěn)定層結(jié)以及適當(dāng)?shù)拇怪憋L(fēng)切變條件[2]，但不同區(qū)域所需的環(huán)境條件和具體對流參數(shù)閾值不盡相同[3-5]。何晗等[6]對冷渦背景下短時強(qiáng)降水的統(tǒng)計(jì)表明，降水主要集中在冷渦中心東南部和西南部。李爽等[7]認(rèn)為，切變輻合與水汽輸送結(jié)合是影響東北冷渦背景下短時強(qiáng)降水的重要因素。雷暴大風(fēng)過程多伴有颮線，颮線過境時，氣象要素劇烈變化，引起東北地區(qū)雷暴大風(fēng)的弓狀回波，其天氣背景主要是東北冷渦和高空槽，中等的對流不穩(wěn)定度和垂直風(fēng)切變，中層存在明顯干層[8]，而中到強(qiáng)的垂直風(fēng)切變下形成雷暴大風(fēng)的過程中，大范圍的雷暴大風(fēng)多由沿著颮線的弓形回波造成[9]。

本文利用氣象信息綜合處理系統(tǒng)實(shí)況資料、自動站加密觀測資料、MICAPS4平臺資料、衛(wèi)星和雷達(dá)資料，對2023年7月7日傍晚至夜間遼寧錦州地區(qū)出現(xiàn)的強(qiáng)對流天氣過程的環(huán)流形勢、對流不穩(wěn)定條件、衛(wèi)星和雷達(dá)特征進(jìn)行分析，分析有利于此次強(qiáng)對流天氣的條件，為氣象預(yù)報(bào)和服務(wù)提供參考。

1 材料與方法

1.1 天氣實(shí)況

研究區(qū)位于遼寧錦州地區(qū)，2023年7月7日17：00到8日5：00，研究區(qū)陸續(xù)出現(xiàn)一次強(qiáng)對流天氣。氣象信息綜合處理系統(tǒng)實(shí)況資料和自動站加密觀測資料顯示，強(qiáng)對流持續(xù)時間短，雨強(qiáng)大，以短時強(qiáng)降水為主，有62個區(qū)域自動觀測站出現(xiàn)短時強(qiáng)降水（雨強(qiáng)≥20 mm/h），其中11個自動站小時雨強(qiáng)超過50"mm/h，最大1"h時降水量95.9"mm，為有氣象數(shù)據(jù)以來的極值，最大累計(jì)降水量193.6"mm，均出現(xiàn)在研究區(qū)東北部黑山縣芳山鎮(zhèn)，強(qiáng)降水集中在18：00—22：00，累計(jì)降水量50"mm以上的有49個站，其中超過100"mm的有11個站，大暴雨區(qū)域主要集中在黑山縣西北部。強(qiáng)對流過程同時伴有雷電、8～9級瞬時大風(fēng)，且局部地區(qū)出現(xiàn)冰雹。

黑山縣西北部強(qiáng)降水主要集中在18：00—20：00，18：00—19：00降水量超過20"mm的有12個區(qū)域站，其中有4個區(qū)域站1"h降水量超過50"mm。研究區(qū)東北部黑山縣芳山鎮(zhèn)降水量如圖1A所示，其中最大整小時降水量95.9"mm，滾動小時降水量102"mm。從芳山鎮(zhèn)逐5"min降水量（圖1B）可以看出，此時黑山縣降水強(qiáng)度很大，5"min最大降水量達(dá)到13.7"mm；20：00，降水強(qiáng)度略有減弱，但小時雨強(qiáng)依舊達(dá)到48.6"mm；21：00之后降水強(qiáng)度逐漸減弱。

1.2 環(huán)流形勢和對流不穩(wěn)定條件

利用MICAPS4平臺提供的500和850 hPa天氣圖資料來分析此次強(qiáng)對流天氣下的高空大氣環(huán)流形勢，包括高空槽、急流和東北冷渦及地面等壓面等的強(qiáng)度，以及位置變化情況，以此體現(xiàn)此次強(qiáng)對流天氣的環(huán)流特征。

利用錦州探空站的T-lnP探空結(jié)果、歐陽位溫分析結(jié)果及相對應(yīng)的物理量數(shù)據(jù)，分析此次強(qiáng)對流天氣過程的大氣環(huán)境特征及對流產(chǎn)生條件。

1.3 衛(wèi)星云圖

使用FY-4的紅外衛(wèi)星云圖采集數(shù)據(jù)，使用軟件Micaps 4.5進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，利用多時次對比分析方法對對流云團(tuán)的發(fā)展、移動方向和云頂亮溫等要素進(jìn)行分析，來研究此次強(qiáng)對流天氣的演變過程。

1.4 雷達(dá)回波特征

雷達(dá)數(shù)據(jù)使用的是錦州站的雷達(dá)監(jiān)測數(shù)據(jù)，使用SWAN 3.0軟件進(jìn)行解譯，利用時空對比分析方法對雷達(dá)回波形狀、強(qiáng)度變化和移動方向等要素進(jìn)行分析，來研究產(chǎn)生此次極端強(qiáng)對流天氣的原因。

2 結(jié)果與分析

2.1 環(huán)流形勢和不穩(wěn)定條件分析

2.1.1 環(huán)流形勢" 此次強(qiáng)對流過程發(fā)生在東北冷渦天氣背景下，2023年7月7日8：00，東北冷渦加強(qiáng)，500 hPa冷渦中心位于內(nèi)蒙古中部邊境交界處，由冷渦中心延伸的槽線經(jīng)過河北中西部，850 hPa低渦中心位于內(nèi)蒙古錫林郭勒盟，由低渦中心延伸的冷切位于河北中東部，暖切此時位于內(nèi)蒙古興安盟、吉林白城和黑龍江大慶的連線上，西南氣流較強(qiáng)，水汽條件充足。強(qiáng)對流在7日午后爆發(fā)，對流單體開始陸續(xù)發(fā)展、壯大，且逐漸往東北方向移動，18：00左右移至錦州黑山縣。20：00，500 hPa冷渦中心略有東移，高空槽移至遼寧西部，850 hPa冷切略微東移，此時低空切變落后于高空槽，呈前傾槽結(jié)構(gòu)，配合低空急流，最大風(fēng)速達(dá)20 m/s，且不斷向中西部地區(qū)輸送暖濕空氣，提供充足的水汽條件。高空槽后的干冷空氣疊加在低層暖濕氣流上，在研究區(qū)形成“上干冷下暖濕”結(jié)構(gòu)，有助于靜力不穩(wěn)定層結(jié)發(fā)展，為此次強(qiáng)對流天氣發(fā)生提供了有利的環(huán)境條件。由低渦中心延伸的暖切移至遼寧西部，位于朝陽、阜新和研究區(qū)的交界處，研究區(qū)處于切變線影響區(qū)域的強(qiáng)濕度梯度區(qū)中。地面華北低壓東移北上，低層輻合，高層輻散，為本次強(qiáng)對流過程提供較強(qiáng)的動力條件。當(dāng)日地面氣溫均較高，14：00研究區(qū)最高氣溫在33～35 ℃，位于研究區(qū)上游的朝陽部分地區(qū)最高氣溫在39～40 ℃，為強(qiáng)對流天氣的觸發(fā)和發(fā)展提供了充足的能量。

2.1.2 對流不穩(wěn)定條件" 從2023年7月7日8：00錦州探空站探空結(jié)果可知，此時錦州站的對流有效位能（Convective available potential energy，CAPE）達(dá)1 585.9 J/kg（用錦州站14：00氣溫35.8 ℃進(jìn)行探空訂正后CAPE達(dá)到3 653.4 J/kg），K指數(shù)28.3 ℃，0～6 km垂直風(fēng)切變?yōu)?8.7 m/s，沙氏指數(shù)SI為-1.53 ℃，動力和熱力條件較好，但整層相對濕度低，水汽條件較弱，8：00的探空結(jié)果表明有出現(xiàn)雷暴大風(fēng)的可能。從20：00錦州探空站探空結(jié)果可以看到，動力和熱力條件仍然較好，整層水汽條件轉(zhuǎn)好。

18：00研究區(qū)開始出現(xiàn)強(qiáng)對流，從黑山縣北部開始，21：00錦州站開始出現(xiàn)強(qiáng)降水。由7日20：00錦州探空站T-lnP結(jié)果及其歐陽位溫分析結(jié)果可知，沙氏指數(shù)SI增強(qiáng)至-5.88 ℃，K指數(shù)達(dá)到36.3 ℃，具有較高的層結(jié)不穩(wěn)定度，此時CAPE值為1 014.5 J/kg，對流不穩(wěn)定能量仍然較強(qiáng)；相當(dāng)位溫θse曲線垂直和左傾于溫度軸，表明大氣層結(jié)不穩(wěn)定，θse在850～1 000 hPa較高，從850 hPa開始向上快速左傾減小，到700 hPa附近達(dá)到最小值；隨后θse向上逐漸增加，700 hPa與地面θse差為-20 ℃。這表明大氣低層暖濕、中層700 hPa附近干冷，中層的干空氣卷入，有利于降水粒子蒸發(fā)冷卻，加強(qiáng)了下沉氣流，對雷暴大風(fēng)的產(chǎn)生起到驅(qū)動作用。

在中等到強(qiáng)的垂直風(fēng)切變條件下，對流風(fēng)暴常常具有很好的組織性，可產(chǎn)生多單體風(fēng)暴、超級單體風(fēng)暴和颮線。通常12～20 m/s為中等以上垂直風(fēng)切變，20 m/s以上為強(qiáng)垂直風(fēng)切變[10]。本次強(qiáng)對流過程錦州站0～6 km垂直風(fēng)切變18.7～20.8 m/s，屬于中等偏強(qiáng)垂直風(fēng)切變，易出現(xiàn)超級單體和多單體風(fēng)暴。

20：00水汽條件較8：00逐漸轉(zhuǎn)好，水汽通量大值區(qū)位于遼寧西部，整層降水量在45～50 mm，低層相對濕度均在90%以上，提供了充足的水汽條件。

由上可知，本次強(qiáng)對流過程不穩(wěn)定能量強(qiáng)，中層有干冷空氣侵入，且垂直風(fēng)切變較強(qiáng)，低層水汽條件較好，因此容易出現(xiàn)雷暴大風(fēng)和短時強(qiáng)降水天氣。

2.2 衛(wèi)星云圖特征分析

2023年7月7日午后，在朝陽、阜新分別有對流云團(tuán)1生成，并逐漸往東北方向發(fā)展、移動，對流云團(tuán)逐漸增強(qiáng)。15：00阜新上空的云團(tuán)云頂亮溫達(dá)212.5 K，同時在秦皇島與葫蘆島交界處有云團(tuán)2生成，且逐漸與云團(tuán)1合并，朝東北偏東方向移動。18：00對流云團(tuán)1云頂亮溫低值區(qū)移到錦州黑山、義縣，黑山北部云頂亮溫213.9 K（圖2A），造成其前沿的黑山本站、薛屯和義縣頭道河等地大風(fēng)，其中義縣頭道河風(fēng)速19.1 m/s，此時黑山北部部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)降水逐漸加強(qiáng)，19：00—19：30錦州與葫蘆島交界處云團(tuán)有所減弱，斷裂為兩個云團(tuán)，即云團(tuán)1（圖2B）和云團(tuán)3（圖2C），但云頂亮溫的低值區(qū)更大范圍地進(jìn)入研究區(qū)西北部，云頂亮溫212.5 K。此時，黑山西北部鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現(xiàn)短時強(qiáng)降水，滾動最大小時雨強(qiáng)達(dá)到102 mm/h，義縣聚糧屯風(fēng)速開始明顯加強(qiáng)，瞬時風(fēng)速21.9 m/s，風(fēng)力九級，云團(tuán)繼續(xù)東移北上。20：00錦州南部云團(tuán)明顯減弱，北部依舊維持原狀（圖2D）。21：00云團(tuán)3往東北方向發(fā)展加強(qiáng)，并與云團(tuán)1合并，其前沿抵達(dá)研究區(qū)市區(qū)和凌海及沿海地區(qū)（圖2E），附近風(fēng)速明顯加強(qiáng)，其中凌海部分區(qū)域瞬時風(fēng)速22.9 m/s。22：00云團(tuán)3進(jìn)一步往東北方向發(fā)展加強(qiáng)，云頂亮溫215.2 K（圖2F），研究區(qū)和凌海開始出現(xiàn)強(qiáng)降水，此后對流云團(tuán)逐漸移出研究區(qū)并減弱消散。

從云團(tuán)的發(fā)展和演變流程可以看出，對流云團(tuán)整體是往東北方向移動的，且范圍逐漸擴(kuò)大、強(qiáng)度不斷加強(qiáng)。在云團(tuán)發(fā)展加強(qiáng)的過程中，降水加強(qiáng)，出現(xiàn)短時強(qiáng)降水。地面風(fēng)速加大，尤其是云團(tuán)出現(xiàn)合并時地面風(fēng)速明顯加強(qiáng)，大風(fēng)出現(xiàn)的位置基本上位于云團(tuán)移動方向前沿云頂亮溫梯度最大的區(qū)域。

2.3 雷達(dá)回波特征分析

從7月7日18：24強(qiáng)降水的雷達(dá)回波資料可以看出，強(qiáng)降水主要由帶狀強(qiáng)回波造成。在黑山、北鎮(zhèn)及義縣有一條東北—西南向的帶狀強(qiáng)回波，回波強(qiáng)度55～65 dBz。強(qiáng)回波自西南向東北移動，60 dBz以上的強(qiáng)回波不斷經(jīng)過黑山西北部，形成“列車效應(yīng)”，造成黑山多個鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現(xiàn)50 mm/h以上的強(qiáng)降水。由于帶狀強(qiáng)回波中有多處強(qiáng)度在62～64 dBz，造成芳山鎮(zhèn)出現(xiàn)102 mm/h的極端強(qiáng)降水，其前沿的薛屯、黑山本站等多站開始出現(xiàn)瞬時大風(fēng)，其中黑山瞬時風(fēng)速18.9 m/s。從芳山鎮(zhèn)附近的雷達(dá)回波剖面資料可以發(fā)現(xiàn)，回波質(zhì)心較低，降水效率高；移動速度較慢，整個回波影響持續(xù)3～4 h，導(dǎo)致黑山西北部多個鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現(xiàn)大暴雨天氣。

此輪強(qiáng)對流天氣過程分為兩個階段，18：00—20：00回波主要位于研究區(qū)西北部，呈窄帶狀分布，沿西南急流不斷往東北方向移動。19：00—19：30義縣上空的回波帶移速較快，與黑山上空回波合并，形成短帶強(qiáng)回波，此時黑山西北部回波略微減弱，回波大值區(qū)位于北鎮(zhèn)和義縣，最大回波強(qiáng)度55～60 dBz，降水強(qiáng)度增加。20：00短帶回波往東北方向移動，此時強(qiáng)降水主要集中在北鎮(zhèn)部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)，同時在錦州、凌海西部回波增強(qiáng)。21：00黑山上空的回波有所減弱，研究區(qū)和凌海一帶的回波加強(qiáng)為窄帶狀回波，最大回波強(qiáng)度50～55 dBz，研究區(qū)和凌海開始出現(xiàn)短時強(qiáng)降水，同時伴有8～9級大風(fēng)。22：00回波繼續(xù)東移至盤錦，研究區(qū)回波開始減弱，降水強(qiáng)度明顯減小。

3 對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響與建議

強(qiáng)對流發(fā)生期正處于該地區(qū)玉米拔節(jié)—抽雄期，需水量增加，一定的降水有利于玉米的生長發(fā)育。但此次強(qiáng)對流天氣具有突發(fā)性強(qiáng)、破壞性大和局地性強(qiáng)的特點(diǎn)，易造成農(nóng)作物受災(zāi)。

強(qiáng)對流天氣對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響具體如下。一是農(nóng)田漬澇災(zāi)害。受強(qiáng)對流天氣影響，尤其是此次強(qiáng)對流天氣過程帶來的短時強(qiáng)降水具有強(qiáng)度大、持續(xù)時間短和局地性強(qiáng)的特點(diǎn)，黑山縣西北部農(nóng)田漬澇風(fēng)險(xiǎn)極大。二是大風(fēng)災(zāi)害。黑山縣農(nóng)作物以旱作作物為主，玉米等農(nóng)作物易受大風(fēng)天氣影響出現(xiàn)倒伏；同時可能造成設(shè)施農(nóng)業(yè)棚膜破裂、棚架折斷。三是冰雹災(zāi)害。強(qiáng)對流帶來的局地冰雹天氣對玉米、果蔬等影響較大，會因機(jī)械損傷而影響部分作物生長，進(jìn)而影響產(chǎn)量。四是次生災(zāi)害。黑山縣西部、北部為低矮丘陵地帶，受短時強(qiáng)降水影響易引發(fā)山洪、泥石流等次生災(zāi)害，對低洼地帶的農(nóng)作物造成影響。

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)建議：一是及時關(guān)注氣象部門對外發(fā)布的預(yù)報(bào)預(yù)警信息，及時采取有效措施進(jìn)行防護(hù)；二是加強(qiáng)田間管理，提前做好排水防澇措施，降濕降漬，增強(qiáng)土壤通氣性，避免田間積水影響作物根莖生長；三是降水后濕度偏大，易引發(fā)病蟲害，及時采取防控措施；四是及時開展人工增雨作業(yè)，防范冰雹對農(nóng)作物的影響；五是加固農(nóng)業(yè)設(shè)施。

綜上，本文對2023年7月7日錦州地區(qū)的一次強(qiáng)對流過程的環(huán)流形勢、對流不穩(wěn)定條件、衛(wèi)星和雷達(dá)特征進(jìn)行分析，得出結(jié)論如下。（1）此次過程是發(fā)生在東北冷渦天氣背景下的強(qiáng)對流天氣，持續(xù)時間短，雨強(qiáng)大，以短時強(qiáng)降水為主，多個鄉(xiāng)鎮(zhèn)雨強(qiáng)超過50 mm/h，最大整小時降水量95.9 mm，突破歷史極值，強(qiáng)對流過程中伴有雷暴大風(fēng)，局地出現(xiàn)冰雹。（2）高空東北冷渦加強(qiáng)，地面華北低壓向東北移動，槽后冷空氣補(bǔ)充，存在低空急流，冷暖空氣交綏，配合不穩(wěn)定能量，中層有干冷空氣侵入，且垂直風(fēng)切變較強(qiáng)，再加上低層水汽條件較好，低層高濕高能環(huán)境為此次強(qiáng)對流提供充足的水汽和能量，因此容易出現(xiàn)雷暴大風(fēng)和短時強(qiáng)降水天氣。（3）衛(wèi)星云圖顯示，影響研究區(qū)的對流云團(tuán)主體往東北方向移動，前期移速較為緩慢，且范圍不斷擴(kuò)大，短時強(qiáng)降水與云頂亮溫低值區(qū)位置相吻合，大風(fēng)出現(xiàn)的位置基本上在云團(tuán)傳播方向前沿云頂亮溫梯度最大的區(qū)域。（4）此輪強(qiáng)對流回波呈窄帶狀分布，主體往東北方向移動，短時強(qiáng)降水、瞬時大風(fēng)多由50～55 dBz帶狀強(qiáng)回波造成，在黑山西北部出現(xiàn)“列車效應(yīng)”，強(qiáng)回波不斷影響同一地區(qū)，回波強(qiáng)度在55～65 dBz，導(dǎo)致多站出現(xiàn)50 mm/h以上的極端強(qiáng)降水。（5）充分利用氣象部門發(fā)布的農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估產(chǎn)品、預(yù)報(bào)預(yù)測產(chǎn)品應(yīng)對強(qiáng)對流天氣對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響，做好農(nóng)田防護(hù)與排澇工作，做好病蟲害防治措施。

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（責(zé)編：楊 歡）