長(zhǎng)治市一次極端暴雨天氣雷達(dá)特征分析

李晶晶　趙業(yè)芬　吳素芬

摘要 利用常規(guī)氣象觀測(cè)資料、自動(dòng)站及區(qū)域加密資料、葵花紅外衛(wèi)星云圖和長(zhǎng)治多普勒天氣雷達(dá)資料，結(jié)合天氣形勢(shì)及天氣實(shí)況，分析了2021年7月11日發(fā)生在長(zhǎng)治市的一次極端暴雨天氣過程。結(jié)果表明：（1）此次過程為500 hPa低壓槽和副熱帶高壓對(duì)峙的華北暴雨典型環(huán)流形勢(shì)。（2）此次強(qiáng)降水過程共經(jīng)歷了從γ中尺度對(duì)流單體到β中尺度對(duì)流云團(tuán)，再到α中尺度對(duì)流云團(tuán)，最后形成中尺度對(duì)流系統(tǒng)MCS的3個(gè)多尺度積云并和過程。強(qiáng)對(duì)流云團(tuán)和列車效應(yīng)對(duì)此次強(qiáng)降水的形成起到了十分重要的作用。（3）雷達(dá)上多個(gè)強(qiáng)對(duì)流單體持續(xù)不斷影響而造成的列車效應(yīng)，以及低質(zhì)心降水回波的高降水效率，導(dǎo)致長(zhǎng)治市多站出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水。低仰角、近距離處，長(zhǎng)治上空低層徑向速度出現(xiàn)超過20 m/s的大速度區(qū)，說明近地面有大風(fēng)天氣發(fā)生。

關(guān)鍵詞 極端暴雨;后向傳播;列車效應(yīng);雷達(dá)

中圖分類號(hào)：P458.121.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2022）04–0085–03

暴雨是誘發(fā)洪澇、泥石流等自然災(zāi)害的主要因素之一，往往會(huì)給人民生命財(cái)產(chǎn)造成重大的損失[1]。近年來不少學(xué)者通過多普勒天氣雷達(dá)和中尺度特征分析等方法詳細(xì)分析了各地強(qiáng)降水的成因[2-5]。而長(zhǎng)治市地形復(fù)雜，為太行山、太岳山所環(huán)繞，屬典型暖溫帶半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候，雨熱同季，四季分明[6]。夏季暴雨又是長(zhǎng)治地區(qū)主要的災(zāi)害性天氣之一，因此深入研究長(zhǎng)治市極端強(qiáng)降水天氣的成因及機(jī)理具有重要意義。

1 天氣實(shí)況和環(huán)流背景

1.1 降水實(shí)況

7月11日08：00—12日08：00，長(zhǎng)治市自西南向東北出現(xiàn)了一次強(qiáng)降雨天氣過程，強(qiáng)降雨時(shí)段主要集中在11日08：00～20：00（圖1）。此次過程，各區(qū)（縣）代表站降水量介于20.1～71.7 mm之間。全市大部分地區(qū)達(dá)到大雨以上量級(jí);長(zhǎng)治市東南部出現(xiàn)大暴雨，主要分布在壺關(guān)、平順和上黨區(qū);其中壺關(guān)縣鵝屋達(dá)到特大暴雨，降雨量為266.9 mm。

同時(shí)，此次暴雨天氣過程，伴有以短時(shí)強(qiáng)降水為主的對(duì)流性天氣。其中有14站出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水，主要集中在壺關(guān)、平順、上黨區(qū)和武鄉(xiāng)，最大雨強(qiáng)出現(xiàn)在壺關(guān)縣鵝屋，達(dá)76.4 mm。從壺關(guān)縣鵝屋逐小時(shí)降雨量上看，從11日09：00～14：00，連續(xù)5個(gè)時(shí)次均出現(xiàn)了短時(shí)強(qiáng)降水（圖2）。

1.2 大風(fēng)實(shí)況

伴隨強(qiáng)降水天氣過程，平順龍溪、平順杏城和武鄉(xiāng)板山境內(nèi)出現(xiàn)了風(fēng)速超過17.2 m/s的大風(fēng)天氣，主要集中在7月11日09：00～17：00;平順杏城在11日12：00出現(xiàn)最大風(fēng)速，達(dá)22.4 m/s。

1.3 環(huán)流背景

此次過程在東部副高和西部低壓槽對(duì)峙的環(huán)流背景下，為華北暴雨典型的環(huán)流形勢(shì)。低層低渦切變線穩(wěn)定少動(dòng)，以及低空西南急流持續(xù)不斷的影響，使得長(zhǎng)治市水汽條件充沛、上升運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，并且降雨持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，再加上對(duì)流性質(zhì)明顯，局地出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水，造成了部分地區(qū)累積雨量達(dá)到大暴雨，甚至特大暴雨。

2 衛(wèi)星云圖

11日08：00在長(zhǎng)治四周有多個(gè)中尺度對(duì)流云團(tuán)發(fā)展（圖3a）。09：00，受西南氣流影響，整個(gè)云團(tuán)向東北方向移動(dòng)和發(fā)展。其中，中α云團(tuán)1和中γ云團(tuán)6合并加強(qiáng)，并有明顯后向傳播特征;中γ云團(tuán)2和3合并加強(qiáng);中γ云團(tuán)4、5、7向東北方向移動(dòng)并發(fā)展加強(qiáng)，范圍有所增大;中γ云團(tuán)7的后部有新生對(duì)流云團(tuán)發(fā)展，有明顯單體后向傳播特征（圖3b）。10：00，中α云團(tuán)1+6與中β云團(tuán)2+3、中γ云團(tuán)5、7合并加強(qiáng)為MCS，中尺度對(duì)流云團(tuán)范圍明顯增大，基本覆蓋了長(zhǎng)治市南部和東部，對(duì)應(yīng)實(shí)況壺關(guān)縣鵝屋和平順縣杏城分別出現(xiàn)了一小時(shí)降雨量達(dá)46.9和23.4 mm的短時(shí)強(qiáng)降水;中β云團(tuán)4繼續(xù)加強(qiáng)向東北方向移動(dòng)，位于長(zhǎng)治武鄉(xiāng)上空，對(duì)應(yīng)實(shí)況武鄉(xiāng)板山出現(xiàn)了一小時(shí)降雨量達(dá)30.6 mm的短時(shí)強(qiáng)降水（圖3c）。11：00，中α云團(tuán)1+2+3+5+6+7與中β云團(tuán)4、中γ云團(tuán)8完全合并加強(qiáng)（圖3d）。隨著云團(tuán)不斷發(fā)展，云頂亮溫較低，云體發(fā)展旺盛。長(zhǎng)治市長(zhǎng)時(shí)間受中尺度對(duì)流云團(tuán)的不斷影響，并形成類似雷達(dá)列車效應(yīng)的現(xiàn)象，導(dǎo)致長(zhǎng)治市出現(xiàn)了大范圍的暴雨天氣，個(gè)別站點(diǎn)甚至達(dá)到特大暴雨。

3 雷達(dá)分析

3.1 反射率因子

從11日09：03長(zhǎng)治市多普勒雷達(dá)的反射率因子圖可以看出，長(zhǎng)治市境內(nèi)降水回波為積云和層狀云混合降水回波，在晉城陵川東北部有反射率因子超過50 dBZ的強(qiáng)回波，未來回波向東北方向移動(dòng)而影響壺關(guān)（圖4a）。09：15位于陵川東北部超過50 dBZ的強(qiáng)回波范圍增大，并向壺關(guān)東南部移動(dòng)，強(qiáng)回波帶呈東北—西南走向（圖4b）。09：20強(qiáng)回波移入壺關(guān)東部，該強(qiáng)對(duì)流回波的移動(dòng)速度矢量基本平行于其走向，強(qiáng)回波持續(xù)經(jīng)過壺關(guān)鵝屋站點(diǎn)，形成列車效應(yīng)，導(dǎo)致壺關(guān)鵝屋多個(gè)時(shí)次出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水（圖4c）。09：43沿著晉城陵川—壺關(guān)鵝屋呈東北—西南向的帶狀回波做反射率因子剖面（圖4d）。從剖面圖上可以看出：影響壺關(guān)鵝屋的為低質(zhì)心降水回波，最強(qiáng)回波的質(zhì)心高度在3 km以下，且有多個(gè)對(duì)流單體持續(xù)不斷經(jīng)過壺關(guān)鵝屋，列車效應(yīng)加上降水效率高，極易出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水，因此造成了壺關(guān)鵝屋特大暴雨天氣過程（圖4e）。

3.2 平均徑向速度

從10：00 0.5°仰角徑向速度圖上看，零速度線呈“S”形，說明風(fēng)隨高度順轉(zhuǎn)，有明顯暖平流;同時(shí)零速度線兩側(cè)分別對(duì)應(yīng)正負(fù)速度大值中心，朝向雷達(dá)的負(fù)速度區(qū)甚至出現(xiàn)速度模糊，退模糊后速度可達(dá)30 m/s以上，且大速度區(qū)距離雷達(dá)65 km以內(nèi)，說明邊界層內(nèi)存在強(qiáng)盛的偏南低空急流（圖5a）。12：04 0.5°仰角平順杏城低層徑向速度達(dá)20 m/s，杏城距離雷達(dá)54 km，0.5°仰角波束中心距離地面小于1 km，對(duì)應(yīng)實(shí)況平順杏城出現(xiàn)了風(fēng)速22.4 m/s的大風(fēng)（圖5b）。

3.3 雷達(dá)風(fēng)廓線VWP

從11日08：18～09：15雷達(dá)風(fēng)廓線VWP上可以看出，長(zhǎng)治市上空云體發(fā)展比較旺盛，云頂達(dá)到12.2 km（圖6）。3.4 km以下均為強(qiáng)盛的偏南風(fēng)急流，最強(qiáng)風(fēng)速可達(dá)18 m/s，且持續(xù)多個(gè)體掃，長(zhǎng)時(shí)間的偏南風(fēng)暖濕氣流影響，為長(zhǎng)治市輸送了充沛的水汽。1.2～3.0 km風(fēng)隨高度順轉(zhuǎn)，有明顯的暖平流;3.4～5.8 km風(fēng)隨高度逆轉(zhuǎn)，為明顯的冷平流。上干冷、下暖濕的熱力不穩(wěn)定層結(jié)，配合低層深厚的濕層，有利于形成局地短時(shí)強(qiáng)降水和雷暴大風(fēng)天氣。

4 結(jié)論

（1）此次強(qiáng)降水發(fā)生在500 hPa低壓槽和副高對(duì)峙的大環(huán)流背景下，為華北暴雨典型環(huán)流形勢(shì)。低層低渦切變線和低空西南急流為此次強(qiáng)降水的主要影響系統(tǒng)。

（2）此次強(qiáng)降水過程中共經(jīng)歷了從γ中尺度對(duì)流單體到β中尺度對(duì)流云團(tuán)，再到α中尺度對(duì)流云團(tuán)，最后形成中尺度對(duì)流系統(tǒng)MCS的3個(gè)多尺度積云并和過程。強(qiáng)對(duì)流云團(tuán)和列車效應(yīng)對(duì)此次強(qiáng)降水的形成起到了比較關(guān)鍵的作用。

（3）雷達(dá)上多個(gè)強(qiáng)對(duì)流單體持續(xù)不斷影響造成的列車效應(yīng)，以及低質(zhì)心降水回波的高降水效率，造成長(zhǎng)治市多站出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水。再加上持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、累計(jì)雨量大，造成了此次暴雨天氣過程。低仰角、近距離處，長(zhǎng)治市上空低層徑向速度出現(xiàn)超過20 m/s的大速度區(qū)，說明近地面有大風(fēng)天氣發(fā)生。

參考文獻(xiàn)

[1] 郭云謙，沈越婷，楊舒楠. 2018年“7·16”北京強(qiáng)降水天氣過程成因[J].氣象科技，2019，47（5）：830-840.

[2] 孫繼松，何娜，王國(guó)榮，等.“7·21”北京大暴雨系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)演變特征及成因初探[J].暴雨災(zāi)害，2012，31（3）：218-225.

[3] 蔡雄輝，邱學(xué)興，郭婷，等.安徽北部一次局地特大暴雨過程的中尺度特征分析[J].沙漠與綠洲氣象，2021，15（4）：83-91.

[4] 李瀟瀟，劉曉初，趙胡笳，等.大連地區(qū)短時(shí)暴雨雷達(dá)回波特征分析[J].安徽農(nóng)學(xué)通報(bào)，2018，24（20）：131-140.

[5] 王洪，王東海，萬(wàn)齊林.多普勒雷達(dá)資料同化在“7·21”北京特大暴雨個(gè)例中的應(yīng)用[J].氣象學(xué)報(bào)，2015，73（4）：679-696.

[6] 李晶晶，張卉，王艷，等.近43a山西東南部日照時(shí)數(shù)時(shí)空變化特征及其影響因素[J].高原山地氣象研究，2021，41（3）： 82-87.

責(zé)任編輯：黃艷飛

Analysis of Radar Char-acteristics of an Extreme Rainstorm in Changzhi City

LI Jingjing et al（Changzhi Meteorological Bureau， Changzhi， Shanxi 046000）

Abstract Using conventional meteoro-logical observation data， automatic station and regional encrypted data， sunflower infrared satellite cloud images and Changzhi Doppler weather radar data， combined with the weather situation and actual weather conditions， the process of an extreme rainstorm that occurred in Changzhi on July 11， 2021 was carried out. analyze. The results showed that：（1）This process was a typical circulation situation of heavy rain in North China where the 500 hPa low-pressure trough and the subtropical high confront each other.（2）The heavy precipitation process experienced a total of three multi-scale cumulus merging processes from the γ mesoscale convective single to the β mesoscale convective cloud cluster， then to the α mesoscale convective cloud cluster， and finally the formation of the three multi-scale cumulus clouds of the mesoscale convective system MCS. Strong convective cloud clusters and train effects played a very important role on the formation of this heavy rainfall.（3）The train effect caused by the continuous influence of multiple strong convective monomers on the radar and the high precipitation efficiency of the low-centroid precipitation echo had caused short-term heavy precipitation at many stations in Changzhi city. At low elevation angles and close distances， the low-level radial velocity over Changzhi appears in a high-velocity zone exceeding 20 m/s， indicating that strong winds occur near the ground.

Key words Extreme rain; Backward propagation; The train effect; Radar

基金項(xiàng)目 山西省氣象局面上項(xiàng)目“平順花椒產(chǎn)量與氣象因子的關(guān)系研究”（SXKMSTC 20207132）。

作者簡(jiǎn)介 李晶晶（1989—），女，山西長(zhǎng)治人，工程師，主要從事天氣預(yù)報(bào)、氣象服務(wù)和氣候變化研究。

收稿日期 2022-01-01