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，黑龍江 哈爾濱150030；3.雞西市氣象局，黑龍江 雞西158100）

1 引言

短時強降雨天氣對城市排水防內(nèi)澇工作帶來了巨大的壓力。 強降水在雨量上多表現(xiàn)為暴雨（每小時降雨量在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于短時強降雨天氣，但是對于氣象服務(wù)經(jīng)驗總結(jié)的卻較少， 因此利用歐洲細網(wǎng)格資料、 地面實況資料以及雷達資料， 對2019 年7月17 日哈爾濱主城區(qū)局部站點的短時暴雨過程進行了分析研究、總結(jié)其成因特點及預(yù)報著眼點，為這類強天氣的預(yù)警預(yù)報提供使用技術(shù)與參考依據(jù)。

2 實況回顧

哈爾濱市主城區(qū)此次降水過程于7 月17 日15時開始，17 時結(jié)束， 暴雨落區(qū)位于哈西客站區(qū)域附近。 15-16 時哈西客站骨干站的觀測降雨量達21.7 mm， 植物園骨干站的觀測降雨量達11.8 mm；16-17時哈西客站骨干站降雨量達38.5 mm，小時雨強達到了甚至遠遠超過了短時強降水16 mm/h 的標(biāo)準(zhǔn)，植物園骨干站觀測降雨量達8.6 mm，引發(fā)城市內(nèi)澇，造成道路積水嚴重，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，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，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)， 這樣的動力結(jié)構(gòu)配置為下午的短時強降水提供了有利的環(huán)流背景。 20 時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西北氣流控制。 14 時、17 時地面圖上哈爾濱市處于弱低壓帶內(nèi)。

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

3.1 水汽條件

08 時哈爾濱市相對濕度在850 hPa 高度以下都達到了90%以上。 850 hPa 高度上的比濕為13,且850 hPa 以下溫度露點差維持在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

強天氣的發(fā)生需要一定的不穩(wěn)定條件，在08 時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”的配置為強對流天氣的發(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CAPE值達到了1067.9 ，對流有效位能非常的大，且K 指數(shù)達到了36 ℃，強天氣指數(shù)SWEAT 為232.2，有利于強對流的發(fā)生。

圖1 （a）08 時T-lnp 圖、（b）位溫層結(jié)圖

3.3 抬升條件

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

從降水時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 時切變線位于黑龍江省西部齊齊哈爾附近，20 時切變線位于哈爾濱市東部通河、方正一帶，暴雨發(fā)生時正是切變線經(jīng)過哈爾濱市的時間， 切變線觸發(fā)了不穩(wěn)定能量的釋放使得對流系統(tǒng)發(fā)生、發(fā)展；另外，地面輻合線也對中尺度對流系統(tǒng)的觸發(fā)有重要作用，15-16 時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]等指出對流通常在地面輻合線附近發(fā)生發(fā)展，17 時開始轉(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動的耦合為降水提供了有力的動力抬升條件。

4 多普勒雷達回波分析

（1）雷達回波軌跡

此過程是以短時強降水為主的強對流天氣，在雷達回波圖上并未發(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)報預(yù)警中發(fā)揮至關(guān)重要的作用。

15 時開始， 有塊狀對流云回波從道里區(qū)進入哈爾濱市，降水回波自西向東移動，進來時以黃色、綠色回波為主；在15-16 時回波邊東移邊發(fā)展，回波面積逐漸增大，回波強度始終在45 dBZ 上下，移動緩慢，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，移速約在10 km/h。 塊狀回波中出現(xiàn)兩個強度大值中心， 前面的回波強度大值中心相對后面的回波大值中心較強，分別對應(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21.7 mm，植物園降雨量達11.8 mm。

16-17 時回波緩慢東移，最大回波強度在50-55 dBZ 之間，影響區(qū)域為道里區(qū)東部、南崗、香坊區(qū)西部，移速約在20 km/h。 上個時刻的兩個回波強度大值中心，后面的回波強度大值中心在發(fā)展，前面的中心在減弱，分別對應(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38.5 mm，植物園降雨量達8.6 mm，17 時后回波減弱、 回波中心強度也迅速減弱，并移出哈爾濱市。 雨量大值區(qū)與回波強度較強的位置符合得很好，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速度為主， 在大片負速度區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)了兩塊正速度，即存在左右兩個逆風(fēng)區(qū)，受環(huán)境風(fēng)的影響，逆風(fēng)區(qū)不斷向東移動， 左右兩個逆風(fēng)區(qū)正好對應(yīng)兩個降水大值落區(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)展加強與多普勒雷達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)展與移動對于判斷強降水的落區(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19 分時出現(xiàn)一個回波中心，15 時有一個回波中心發(fā)展為兩個回波中心， 位置分別對應(yīng)哈西客站和植物園兩個自動站， 但高度不高， 強回波主要集中在低層3-4 km；16 時21 分，剖面圖上可以看到出現(xiàn)兩個強回波中心，兩個回波中心高度和強度不斷增長，左邊回波中心較右邊回波發(fā)展的高度高， 強回波主要集中在低層4-5 km；16 時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38 分時，左側(cè)強回波中心也開始減弱，右側(cè)強回波中心消失。 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，達到暴雨量級。

5 發(fā)布短臨預(yù)報（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入哈爾濱市時，發(fā)布降雨短臨預(yù)警， 預(yù)警中預(yù)報本次強對流天氣過程降水量為10-20 mm，最大雨強為15 mm，顯然與實況對比，預(yù)報雨量值和雨強的值過于保守。

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，但回波強度較大，雖然回波發(fā)展高度不高，但是移動緩慢，勢必會使強回波維持，降水效率較大，小時雨強較強，逆風(fēng)區(qū)的出現(xiàn)也為預(yù)報降水強度和落區(qū)提供了很好的指示作用，再面對這種情況下，在預(yù)報降雨總量、雨強預(yù)報需要提高一到兩個量級。

7 小結(jié)

此次過程是一次典型的短時強降水天氣過程，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，具有雨強大、局地性強的特點，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強降水天氣系統(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強降水的產(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，但強度較大，雖然回波發(fā)展高度不高，但是移動緩慢，使得強回波維持，降水效率較大，小時雨強較強， 逆風(fēng)區(qū)的出現(xiàn)也為預(yù)報降水強度和落區(qū)提供了很好的指示作用，在預(yù)報降雨總量、雨強預(yù)報需要提高一到兩個量級。