張寧 茍浩鋒 趙龍

摘要 利用常規(guī)氣象觀測資料、環(huán)流再分析資料，采用天氣動力學(xué)診斷方法和強天氣分析技術(shù)，對蘭州市2015年7月連續(xù)11 d的強對流天氣成因進(jìn)行分析，針對致災(zāi)最重的7月13日雹暴天氣進(jìn)行大尺度環(huán)流背景、物理量場及中尺度分析；同時，將2013年8月連續(xù)5 d的強對流天氣與2015年7月連續(xù)11 d的強對流天氣進(jìn)行天氣實況、環(huán)流形勢的對比分析。結(jié)果表明，夏季500 hPa高空蒙古冷渦與新疆至青海一帶的大陸高壓相配合，使蘭州地區(qū)處于冷渦西南部的西北氣流控制下，從冷渦底部不斷分裂下滑的冷槽，中高層冷槽和低層暖溫度脊的上下疊置，有利于對流不穩(wěn)定的建立和發(fā)展，極易造成蘭州地區(qū)午后強對流天氣。蒙古冷渦的位置及強度，決定了蘭州地區(qū)連續(xù)性強對流天氣的持續(xù)日數(shù)、對流性天氣的強度及影響范圍。

關(guān)鍵詞 蒙古冷渦；連續(xù)強對流天氣；相似天氣對比；中尺度分析

中圖分類號 S16 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 0517-6611（2017）25-0175-05

Abstract Based on the conventional meteorological observation data and cyclic reanalysis data， the causes of strong convective weather in Lanzhou City in July 2015 were analyzed by weather dynamics diagnosis method and strong weather analysis technique，and a largescale circulation background， physical field and mesoscale were analyzed for the most damaging hail storm weather on July 13.At the same time， the convective weather in August 2013 for 5 consecutive days was compared with the strong convective weather in July 2015 for 11 days from weather conditions， weather circulation situation.The results showed that the Mongolian cold vortex at 500 hPa in summer coincided with the continental high pressure from Xinjiang area to Qinghai， so that the Lanzhou area was under the control of the northwest airflow in the southwest of the cold vortex.From the bottom of the cold vortex to continue to split down the cold trough， highlevel cold trough and lowlevel warm ridge above and below the stack， were conducive to the establishment and development of convective instability， easily lead to strong convective weather in Lanzhou.The location and intensity of the Mongolian cold vortex determined the duration of continuous convective weather in Lanzhou， the intensity and influence of convective weather.

Key words Mongolian cold vortex；Continuous convective weather；Similar weather contrast； Mesoscale analysis

強對流天氣具有影響范圍小、發(fā)展速度快、持續(xù)時間短、預(yù)報難度大等特點，它的發(fā)生伴有雷暴、短時強降水、冰雹、大風(fēng)等災(zāi)害性天氣。強對流天氣雖然是一種局部的災(zāi)害性天氣，但往往也是最嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一。孟妙志等[1]對2011年7月陜西出現(xiàn)的連續(xù)強對流天氣成因進(jìn)行分析得出，蒙古冷渦槽后冷平流與西南暖濕氣流配合，可造成陜西連續(xù)性強對流天氣；鄭媛媛等[2]依據(jù)大尺度環(huán)流背景分類建立強對流天氣的天氣概念模型，即槽前類濕對流風(fēng)暴、槽后類干對流風(fēng)暴，研究其物理機制，可以有效提高預(yù)報針對性；許新田等[3]采用天氣動力學(xué)診斷方法和強天氣分析技術(shù)，通過對陜西一次持續(xù)性強對流天氣過程的大尺度環(huán)流背景、物理量場進(jìn)行研究，揭示了強對流天氣過程的中小尺度天氣系統(tǒng)演變特征及觸發(fā)機制。許多學(xué)者針對甘肅省的強對流天氣個例、強降水變化情況、環(huán)流特征及水汽輸送等方面進(jìn)行了研究[4-7]。筆者利用常規(guī)氣象觀測資料、環(huán)流再分析資料，采用天氣動力學(xué)診斷方法和強天氣分析技術(shù)，對蘭州市2015年7月連續(xù)11 d的強對流天氣成因進(jìn)行分析，針對致災(zāi)最重的7月13日雹暴天氣進(jìn)行大尺度環(huán)流背景、物理量場及中尺度分析；同時，通過查詢歷史資料，將2次由蒙古冷渦引起的蘭州地區(qū)連續(xù)的強對流天氣（2013年8月連續(xù)5 d的強對流天氣與2015年7月連續(xù)11 d的強對流天氣）進(jìn)行天氣實況、環(huán)流形勢的對比分析，尋求蒙古冷渦背景下蘭州地區(qū)強對流天氣的預(yù)報著眼點。

1 天氣實況及災(zāi)情

2015年7月12—23日，蘭州地區(qū)連續(xù)11 d在午后出現(xiàn)不同強度的雷陣雨天氣，并伴有局地的陣性大風(fēng)、冰雹和短時強降水等災(zāi)害性天氣。全市累計最大降水量61.7 mm，較大降水集中在永登西北部（圖1a）。蘭州站出現(xiàn)4 d降水（其余7 d為微量降水，市區(qū)其余區(qū)域站點均出現(xiàn)不同程度降水），榆中站出現(xiàn)6 d降水，皋蘭站出現(xiàn)9 d降水，永登站連續(xù)出現(xiàn)11 d降水。連續(xù)性的強對流天氣，造成蘭州地區(qū)接二連三出現(xiàn)不同程度的大風(fēng)、冰雹災(zāi)害，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)造成了巨大損失。

其中，13日下午到夜間，蘭州市出現(xiàn)強對流天氣，全市最大降水量29.2 mm，其中永登北部和西固區(qū)降水相對較大（圖1b），18∶00—19∶00永登縣共6個區(qū)域站出現(xiàn)小時雨量>10 mm的短時強降水，造成局地洪澇災(zāi)害，永登縣武勝驛鎮(zhèn)、中堡鎮(zhèn)、坪城鄉(xiāng)、民樂鄉(xiāng)、蘭州新區(qū)秦川鎮(zhèn)出現(xiàn)大風(fēng)、冰雹等災(zāi)害性天氣，冰雹持續(xù)時間在20 min以上，冰雹顆粒最大直徑4 cm；此次強對流天氣致使當(dāng)?shù)亟? 500 hm2農(nóng)作物受災(zāi)，6.67 hm2絕收，沖毀河壩300 m，沖走羊只32頭，各項經(jīng)濟(jì)損失達(dá)6 303.94萬元。16日午后，永登縣民樂鄉(xiāng)遭受冰雹災(zāi)害，冰雹持續(xù)時間在10 min以上，經(jīng)濟(jì)損失121.7萬元；22日午后至夜間，皋蘭縣發(fā)生強雷暴、冰雹和短時強降水天氣，導(dǎo)致部分農(nóng)作物受災(zāi)，直接經(jīng)濟(jì)損失32.02萬元。

2 環(huán)流形勢

2.1 500 hPa高空形勢

7月13日08∶00（圖2a），我國西部和西南部的新疆西部、青藏高原以及貴州等地分別形成3個588 dagpm的高壓中心；貝加爾湖正南方的蒙古中部地區(qū)為冷低壓中心，中心高度為560 dagpm，冷空氣中心溫度-14 ℃，我國整體呈西高東低的徑向環(huán)流；新疆北部至河西走廊為強西北氣流風(fēng)速帶，最大風(fēng)速達(dá)32 m/s；河西中部武威一帶有一明顯的風(fēng)速切變，冷平流較強。

至13日20∶00（圖2a），新疆西部的高壓范圍擴(kuò)大，蒙古冷渦位置略有南壓，冷空氣中心強度減弱至-12 ℃，低渦中心略有填塞，為564 dagpm，徑向環(huán)流較08∶00有所加強；河西走廊仍維持一大的西北氣流風(fēng)速帶，而08∶00位于武威一帶的風(fēng)速切變東移南壓到寧夏至蘭州以東。

2.2 700 hPa高空形勢

從13日08∶00和20∶00 700 hPa高空圖（圖3）可以看出，蒙古冷渦維持存在，低渦西南部的強西北氣流風(fēng)速帶在20∶00有所減弱。08∶00 500 hPa武威一帶的風(fēng)速切變在700 hPa對應(yīng)為風(fēng)向切變，至20∶00到達(dá)蘭州以東。青藏高原夏季熱源作用顯著，在甘肅中東部地區(qū)形成一條溫度脊。

蘭州上空高層有持續(xù)低渦底部分裂下滑的冷平流，低層暖溫度脊以及晴天地面午后升溫，低空不穩(wěn)定能量積累，氣層形成對流不穩(wěn)定，利于強對流天氣的發(fā)生。

2.3 地面形勢

從圖4可以看出，13日上午蘭州上空至河西走廊一帶為地面小高壓控制，天氣晴朗少云，地面升溫較快。14∶00起在張掖祁連山區(qū)一帶形成地面輻合線，對應(yīng)在此地生成對流云團(tuán)，后對流云團(tuán)東移南下過程中在下暖上冷的不穩(wěn)定層結(jié)作用下加強，17∶00—20∶00蘭州上空發(fā)展壯大，對應(yīng)地面為切變線，切變線上生成為地面低壓中心。

2.4 中尺度分析

13日08∶00（圖5a），蒙古中北部為冷低壓中心，蘭州位于蒙古冷渦底部西北氣流下，沿河西走廊至寧夏一帶500 hPa高空為一條西北風(fēng)的顯著流線帶，蘭州上空位于流線出口區(qū)的右側(cè)，中高層有輻散氣流，500 hPa有大于-3 ℃的顯著降溫區(qū)，對流層中層降溫明顯，有利于層結(jié)不穩(wěn)定的發(fā)展，是冰雹發(fā)生較有利的因素；700與500 hPa溫度差在18 ℃以上，垂直溫度遞減率較高，大氣的垂直不穩(wěn)定較強；700 hPa蘭州以北為T-Td≥15 ℃的干區(qū)，以南為T-Td≤5 ℃及比濕在8 g/kg以上的顯著濕區(qū)，蘭州處于濕度梯度大值區(qū)、700 hPa干線的前部，此干線則是此次強對流天氣的觸發(fā)機制。

13日20∶00（圖5b），蒙古冷渦維持，500 hPa持續(xù)顯著降溫區(qū)維持，蘭州上空受700 hPa切變線及溫度脊影響，下暖上冷的不穩(wěn)定層結(jié)加強，且700與500 hPa溫度差增加至22 ℃以上，垂直不穩(wěn)定加強，700 hPa比濕增加到8 g/kg，水汽條件略有增大。

綜上所述，在蒙古冷渦底部的天氣尺度背景下，中高層較強的干冷空氣及低層的暖空氣造成大氣層結(jié)強的垂直不穩(wěn)定，露點鋒（干線）及700 hPa切變線為強對流天氣的發(fā)生提供了觸發(fā)機制。而不夠充足的水汽條件致使此次過程以短時強降水和冰雹等災(zāi)害性天氣為主，未造成持續(xù)性的大降水或暴雨災(zāi)害。

3 物理量場分析

3.1 水汽條件

選取13日災(zāi)情較為嚴(yán)重的皋蘭縣站點進(jìn)行物理量分析，對比相對濕度和水汽通量散度的時間剖面（圖6）可以看出，中低層的相對濕度始終較低，不足50%，但在13日白天至夜間，中低層為較大的水汽通量輻合區(qū)。由此可見，13日下午至夜間雖然皋蘭上空水汽含量不足，不足以支撐長時間較大降水的產(chǎn)生，但強的水汽通量輻合易造成當(dāng)?shù)囟虝r強降水天氣的形成。

3.2 動力條件

從垂直速度時間剖面（圖7）可以看出，13日中午起至夜間，皋蘭站點上空整層為強的上升運動區(qū)，尤其是強對流發(fā)生的20∶00前后，中高層的500～400 hPa最大上升速度達(dá)-26 hPa/s，為強對流天氣的產(chǎn)生提供了充足的動力條件。

3.3 能量條件

通過分析13日08∶00、14∶00、20∶00的700 hPa假相當(dāng)位溫（圖8）可以看出，13日08∶00在青海中東部地區(qū)有一假相當(dāng)位溫的大值區(qū)，高能舌凸起，至14∶00高能舌位置東移至甘肅中部地區(qū)，但能量略有減弱，20∶00沿甘南、臨夏至蘭州東部為一明顯的高能舌，為此次強對流天氣過程提供了較為充足的能量條件。

4 相似天氣對比分析

通過查閱歷史資料，2013年7月29日—8月3日蘭州地區(qū)同樣出現(xiàn)了連續(xù)的雷陣雨等強對流天氣過程，全市累計降水量在1.2～37.3 mm，其中蘭州站出現(xiàn)4 d降水，榆中站4 d，皋蘭站5 d，永登站4 d。

此次天氣過程雖未出現(xiàn)較大降水，但連續(xù)出現(xiàn)了冰雹、大風(fēng)、短時強降水等強對流天氣。其中7月31日下午，永登、榆中遭受強風(fēng)雹災(zāi)害；8月1日19∶00，榆中縣5個鄉(xiāng)鎮(zhèn)遭受冰雹災(zāi)害；2日20∶00，榆中4個鄉(xiāng)鎮(zhèn)再次遭受冰雹災(zāi)害；3日20∶00，榆中縣遭受短時強降水、冰雹等災(zāi)害性天氣。如此頻繁的強對流災(zāi)害天氣，對全市的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成了極其嚴(yán)重的損失。

4.1 天氣實況對比

2次過程均為發(fā)生在夏季午后至夜間的連續(xù)性短時陣性天氣過程；

整體降水量不大，但易出現(xiàn)短時強降水、雷暴、冰雹、大風(fēng)等強對流天氣；

2013年7月29日—8月3日的過程天氣更為劇烈，主要影響蘭州偏南地區(qū)，而2015年7月12—23日過程系統(tǒng)主要影響蘭州偏北地區(qū)。

4.2 環(huán)流形勢對比

從2015年7月12—23日500 hPa平均高度場（圖9a）來看，我國北方整體為西高東低的走勢，在43°～50°N、100°～110°E一帶的蒙古中部地區(qū)維持存在著一個低壓中心，中心高度為576 dagpm，新疆西部一帶存在一個588 dagpm高壓中心，甘肅整體處于高低壓中間強西北氣流的控制下，配合北部有明顯的溫度槽，南部青藏高原一帶為暖中心，不穩(wěn)定能量較強。總體來看，甘肅河西走廊一線溫度梯度與高度梯度均較大，大氣斜壓性較強。蒙古冷渦不斷分裂冷空氣南下，是造成蘭州地區(qū)連續(xù)出現(xiàn)雷陣雨天氣的最主要原因。

從2013年7月29日—8月3日500 hPa平均高度場（圖9b）來看，蒙古中東部地區(qū)同樣存在一個低壓中心，中心高度為564 dagpm，新疆至青海一帶的大陸高壓更為偏東，甘肅整體處于槽后西北氣流控制下，高度梯度較2015年7月12—23日的過程明顯增大。蒙古冷渦的強度強、梯度大，是此次過程較2015年劇烈的最主要原因。

從2015年7月12—23日500 hPa低壓中心位置變化情況（圖10a）來看，12日20∶00起，在蒙古西部由低壓槽加強形成一個閉合的低壓中心，隨后低壓中心東移，13—18日在蒙古中東部一帶維持少動，中心強度由560 dagpm逐步減弱至576 dagpm，18日夜間向內(nèi)蒙中東部和東北北部分裂為2個低壓中心，20日起低壓中心減弱為低壓槽。

對比2013年7月29日—8月3日蒙古冷渦中心位置（圖10b）可以看出，7月29日低渦中心在貝加爾湖以北生成，至30日迅速南下，并于7月30日—8月2日維持在蒙古中東部地區(qū)，至3日向東北方向移動，冷渦中心強度始終維持在564～568 dagpm，強度較2015年明顯加強，但維持時間明顯縮短。

5 結(jié)論

通過對2015年7月13日皋蘭縣強對流天氣的個例分析以及對2015年7月12—23日連續(xù)雷陣雨天氣與2013年7月29日—8月3日蘭州連續(xù)強對流天氣過程的對比分析，得出以下結(jié)論：

（1）夏季500 hPa高空中蒙古中部地區(qū)冷渦與新疆至青海一帶的大陸高壓相配合，使蘭州地區(qū)處于冷渦西南部的西北氣流控制下，從冷渦底部分裂的下滑冷槽是強對流天氣的影響系統(tǒng)，中高層冷槽和低層暖溫度脊的上下疊置，有利于對流不穩(wěn)定的建立和發(fā)展，極易造成蘭州地區(qū)午后強對流天氣；由于蘭州地區(qū)地處祖國西北部，氣候常年干燥，不夠充足的水汽條件使得此系統(tǒng)影響下的天氣過程降水量級較小，不易出現(xiàn)長時間的暴雨天氣過程，但極易出現(xiàn)雷暴大風(fēng)、冰雹、短時強降水等災(zāi)害性天氣。

（2）當(dāng)蒙古冷渦位置維持少動時，蘭州地區(qū)將出現(xiàn)連續(xù)性的午后對流性天氣過程，冷渦的填塞或北上，是蘭州地區(qū)夏季午后對流性天氣結(jié)束的標(biāo)志。

（3）蒙古冷渦的強度及高低壓間的梯度，決定了蘭州地區(qū)對流性天氣的強度，冷渦中心強則影響天氣劇烈頻繁，可影響到蘭州偏南部地區(qū)，冷渦中心弱時主要可影響到蘭州偏北部地區(qū)。

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