2020年廊坊市大暴雨天氣過程成因分析

劉小雪 許敏 黃浩杰

摘要 利用2020年8月23—24日廊坊市降水實況資料、MICAPS常規(guī)氣象資料、地面加密觀測等資料，對廊坊地區(qū)一次區(qū)域性大暴雨天氣過程進(jìn)行成因分析。結(jié)果表明：此次區(qū)域性大暴雨過程是典型的低槽冷鋒類暴雨，過程中行星尺度影響系統(tǒng)是南亞高壓北側(cè)的副熱帶西風(fēng)急流，天氣尺度影響系統(tǒng)為高空槽、低空低渦、切變線和冷鋒等，中小尺度系統(tǒng)是較長時間維持的中尺度輻合線，高低空系統(tǒng)配合較好;低空輻合，高空強輻散，形成強烈的上升運動，配合良好的水汽條件以及強垂直風(fēng)切變，使得普通風(fēng)暴發(fā)展成強風(fēng)暴，最終出現(xiàn)大范圍的暴雨、大暴雨天氣。

關(guān)鍵詞 大暴雨;高空槽;低空切變;地面冷鋒

中圖分類號：P458.121.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095–3305（2021）01–0092–03

廊坊市位于華北平原，地處中緯度地帶，屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，夏季炎熱多雨。暴雨是夏季主要的氣象災(zāi)害之一，具有較強的突發(fā)性、局地性和致災(zāi)性。暴雨的產(chǎn)生往往是多尺度天氣系統(tǒng)共同作用的結(jié)果[1]。暴雨按天氣尺度系統(tǒng)分為低槽冷鋒類暴雨、低渦類暴雨和臺風(fēng)類暴雨[2-5]。河北省主汛期為7月下旬至8月上旬，此時夏玉米正處于關(guān)鍵生長期，如果出現(xiàn)暴雨或大暴雨天氣，將會嚴(yán)重影響夏玉米等農(nóng)作物的生長，甚至造成不可逆轉(zhuǎn)的危害，從而造成經(jīng)濟損失，因此夏季暴雨的預(yù)報是汛期天氣預(yù)報的重點和難點之一。

2020年8月23日廊坊出現(xiàn)區(qū)域性大暴雨天氣。此次強降雨過程具有過程雨量大、降水持續(xù)時間長、影響范圍廣、社會關(guān)注度高等突出特點，是廊坊市大暴雨典型個例。對此次天氣過程進(jìn)行成因分析，診斷大暴雨產(chǎn)生的機理和物理量特征，旨在從中汲取經(jīng)驗，為今后的暴雨預(yù)報工作提供有益的幫助。

1 降水實況

受冷暖氣流共同影響，2020年8月23日傍晚至24日上午廊坊市出現(xiàn)大暴雨天氣過程，9個國家站中出現(xiàn)大暴雨3站、暴雨3站、大雨1站及中雨2站，降雨分布極不均勻。全市平均雨量為85.2 mm，其中暴雨區(qū)主要分布在廊坊市中北部地區(qū)，降雨量超過100 mm的區(qū)域站有46個，降雨量50～100 mm的站點有30個，最大雨量190.2 mm出現(xiàn)在永清管家務(wù)鄉(xiāng)，廊坊市區(qū)最大雨量173.5 mm。降雨過程中出現(xiàn)的強對流種類為短時強降水（小時雨強≥20 mm/h）和雷暴，5個國家站出現(xiàn)短時強降水，最大小時雨強為71.7 mm/h，出現(xiàn)在永清國家觀測站，降雨較強時段集中在23日22：00—24日02：00。

2 環(huán)流形勢演變及主要影響系統(tǒng)

2.1 環(huán)流形勢分析

2020年8月23日20：00，200 hPa（圖1a）高空副熱帶西風(fēng)急流位于40°N附近，急流軸最大風(fēng)速達(dá)54 m/s，河北省位于急流軸分流區(qū)，此處為高空輻散區(qū)，有利于形成強烈的抽吸作用;500 hPa（圖1b）高空歐亞大陸中高緯地區(qū)為兩脊一槽型，短波槽位于河套地區(qū)，廊坊市處于槽前西南氣流控制當(dāng)中，西南風(fēng)最大風(fēng)速達(dá)到24 m/s，槽線附近風(fēng)向呈90°夾角，槽后強冷平流促使短波槽東移并加強，槽前上升運動利于降水產(chǎn)生;700 hPa和850 hPa（圖1c、圖1d）高空在山西北部形成明顯的低渦系統(tǒng)，系統(tǒng)深厚，低渦外側(cè)存在較強的西南氣流，高空鋒區(qū)位于河北和山西西北側(cè)。

地面（圖1e）主要系統(tǒng)為地面倒槽、冷鋒，20：00，冷鋒位于河北中部，呈東北—西南走向，本次大暴雨主要降水時段集中在23日22：00前后到24日02：00。強降水時段，地面冷鋒位置穩(wěn)定少動，一方面，鋒面抬升，強迫抬升的暖氣團產(chǎn)生上升運動;另一方面鋒面附近有氣流和水汽的輻合，也利于強降水的產(chǎn)生。

2.2 中尺度分析

對23日20：00天氣形勢進(jìn)行中尺度分析（圖2）可見，此次過程是高空槽、低空切變以及地面冷鋒系統(tǒng)共同配合下產(chǎn)生的強降雨過程，系統(tǒng)呈后傾垂直結(jié)構(gòu)。此種垂直結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的降水以穩(wěn)定性降水為主，但200 hPa高空配合強急流，產(chǎn)生較強輻散抽吸作用，為降雨提供強力上升運動，有利于降水持續(xù)，低層水汽充足，濕層較厚，為強降水的產(chǎn)生提供充沛的水汽條件。20：00前后中尺度系統(tǒng)的垂直分布及水汽條件極有利于暴雨的發(fā)生。

3 物理量診斷分析

3.1 水汽條件

充足的水汽是暴雨發(fā)生的基本條件之一。廊坊地區(qū)降水開始前23日08：00～23日20：00 850 hPa上空水汽條件較好，比濕為10～12 g/kg，700 hPa比濕為6～8 g/kg，廊坊地區(qū)本地濕層較厚;23日20：00，降水開始后，700～850 hPa低空比濕略有下降，24日02：00出現(xiàn)比濕低谷，但低空925 hPa比濕有所上升，至02：00，比濕仍維持在14～16 g/kg，水汽條件充足;且降雨過程中，在河北中南部有明顯的水汽輻合，水汽輸送補充降雨過程中水汽的消耗，源源不斷為廊坊提供水汽，使得強降雨維持，并出現(xiàn)大暴雨。

3.2 熱力和動力條件分析

利用北京探空圖分析環(huán)境特征參數(shù)，23日20：00 K指數(shù)為38℃，SI指數(shù)為0.04℃，CAPE值為30.6 J/kg和CIN值均為59 J/kg，廊坊市附近T850-T500為21℃。20：00北京地區(qū)降水已開始，不穩(wěn)定能量有所釋放，因此CAPE值不大;SI指數(shù)值越小，表明大氣層結(jié)越不穩(wěn)定，0.04℃表示有陣性降水的可能[1]。兩個指標(biāo)不利于強對流天氣產(chǎn)生，而K指數(shù)越高越有利于強對流產(chǎn)生。從風(fēng)的垂直分布來看，高空500 hPa風(fēng)速較大，0～6 km垂直風(fēng)切變?yōu)?6 m/s，強垂直風(fēng)切變使得風(fēng)暴加強，且存在深厚濕層，因此出現(xiàn)強短時強降水。

從廊坊地區(qū)垂直速度剖面可以分析出，降水開始前，23日08：00，在高空急流的作用下，整層為明顯的上升運動，降水開始后低層700 hPa以下為輻合，高層為輻散，高層輻散、低層輻合利于產(chǎn)生強烈的上升運動，為暴雨維持提供動力條件。

3.3 觸發(fā)機制分析

對地面自動站加密觀測風(fēng)場資料進(jìn)行分析（圖3），23日20：00，在石家莊到雄安新區(qū)一線出現(xiàn)東北—西南走向的地面輻合線，輻合線穩(wěn)定少動，至23：00一直維持在此處，并延伸到廊坊中部。對比雷達(dá)資料可以看到在輻合線上不斷生成對流單體，在700 hPa西南風(fēng)引導(dǎo)氣流的作用下，不斷向東北方向移動，在廊坊中北部形成列車效應(yīng)。24日00：00開始，輻合線緩慢南壓，此時輻合線上的多單體風(fēng)暴依然保持較高速度東移北上，在廊坊市中北部地區(qū)產(chǎn)生較強降水，之后輻合線加速南下，至06：00完全移出廊坊，降水過程逐漸減弱結(jié)束。

4 總結(jié)

（1）對2020年8月23日廊坊市大暴雨天氣成因進(jìn)行分析得出，此次過程是高空槽、低空低渦、切變線和冷鋒等有利天氣尺度系統(tǒng)下形成的低槽冷鋒類暴雨，降雨區(qū)發(fā)生在鋒面附近，冷鋒在河北中部較長時間維持，造成大范圍的暴雨、大暴雨。

（2）降雨前本地濕層較厚，水汽充沛，且低層強烈的水汽輻合使得降水過程中下降的850 hPa比濕迅速回升，并且增大，為大暴雨的產(chǎn)生提供充足的水汽;200 hPa高空急流的強輻散區(qū)利于形成抽吸作用，加之地面輻合線形成強烈的輻合上升運動，為暴雨提供良好的動力條件;強垂直風(fēng)切變使得普通風(fēng)暴發(fā)展成強風(fēng)暴，利于強對流的發(fā)生。

（3）地面輻合線是此次大暴雨過程的觸發(fā)機制之一，輻合線在同一地區(qū)長時間維持，使得在本就有利于形成暴雨的環(huán)流背景下，產(chǎn)生更高的降水效率。暴雨的落區(qū)具有很強的局地性，因此在進(jìn)行落區(qū)預(yù)報以及暴雨預(yù)警時多關(guān)注地面加密自動站資料，以期提高預(yù)報準(zhǔn)確率和暴雨預(yù)警準(zhǔn)確率和提前量，從而減輕農(nóng)作物受災(zāi)面積和災(zāi)情程度，減少經(jīng)濟損失。

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責(zé)任編輯：黃艷飛

Analysis on Causes of Heavy Rainstorm Weather in Langfang City in 2020

LIU Xiao-xue et al （Langfang Meteorol-ogical Observatory， Langfang， Hebei 065000）

Abstract Based on the data of precipitation in Langfang from 23 to 24 August 2020， MICAPS conventional meteorological data and ground intensive observation data， this paper analyzed the causes of a regional heavy rainstorm in Langfang. The results show that the regional torrential rain process is formed under the favorable synoptic scale system such as high trough， low altitude vortex， shear line and cold front.Before the rainfall， the local wet layer in Langfang is thick and full of water vapor， and there is strong water vapor convergence in the lower layer， which provides sufficient water vapor for the generation of the heavy rain.The strong divergence zone of the 200hPa upper-level jet stream is conducive to the formation of suction， and the ground convergence line maintains for a long time to form a strong convergence upward movement， which provides a good dynamic condition for the rainstorm.Strong vertical wind shear makes the normal storm develop into a strong storm， which is conducive to the occurrence of short-term heavy precipitation.

Key words Heavy rain; High trough; Low-level shear; Surface cold front