河北一次局地暴雨過(guò)程診斷分析

楊天禧，王晶晶

1.河北省滄州市氣象局，河北滄州 061001；2.民航河南空管分局，河南鄭州 451162

局地暴雨一般由中小尺度天氣系統(tǒng)造成，具有突發(fā)性、強(qiáng)度大和時(shí)間短等特點(diǎn)，可能造成極大大的氣象災(zāi)害。田秀霞等[1]人對(duì)一次河北大暴雨的低渦結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析指出，此類(lèi)暴雨區(qū)對(duì)應(yīng)著深厚的正渦度區(qū)，而散度場(chǎng)結(jié)構(gòu)相對(duì)零散。王婷婷等[2]人利用背景城區(qū)兩部地基微波輻射儀資料，對(duì)比了北京地區(qū)2008年2次雷暴過(guò)程發(fā)生前的局地環(huán)境大氣溫濕廓線特征，發(fā)現(xiàn)干濕雷暴發(fā)生前大氣層結(jié)明顯不同。祁東平等[3]人對(duì)一次局地強(qiáng)降水過(guò)程的中尺度特征及預(yù)報(bào)難點(diǎn)分析表明，地面中尺度輻合線、中尺度對(duì)流云團(tuán)是造成強(qiáng)降水的重要中尺度系統(tǒng)。梁鈺等[4]人在分析局地暴雨預(yù)報(bào)難點(diǎn)時(shí)指出，雷達(dá)比衛(wèi)星表現(xiàn)得更為直觀，而且時(shí)間尺度和空間尺度更小，是做好短時(shí)臨近預(yù)報(bào)的最為有力的工具。本研究利用常規(guī)資料、NCEP再分析資料和多普勒雷達(dá)等非常規(guī)觀測(cè)資料，對(duì)此次局地暴雨進(jìn)行綜合分析，探討了局地暴雨特征及其可預(yù)報(bào)性，為今后預(yù)報(bào)預(yù)警提供啟示和參考。

1 降水實(shí)況和環(huán)流形勢(shì)分析

1.1 “8·10”天氣實(shí)況

2020年8月10日凌晨，滄州市區(qū)出現(xiàn)了比較罕見(jiàn)的局地暴雨。由于這次暴雨只發(fā)生在市區(qū)的狹小范圍內(nèi)，短時(shí)雨強(qiáng)較為罕見(jiàn)。

此次暴雨過(guò)程的主要特點(diǎn)如下：（1）暴雨范圍小，局地性強(qiáng)。02:00～04:00，滄州市區(qū)平均降水量為52.1 mm，超過(guò)50 mm的降水區(qū)域不足30 km×20 km，暴雨發(fā)生前后的3 h內(nèi)，滄州周邊地區(qū)沒(méi)有出現(xiàn)10 mm以上的雨區(qū)。（2）降水強(qiáng)度大。滄州市開(kāi)發(fā)區(qū)1 h最大降水量為50.9 mm。

“8·10”暴雨過(guò)程的特點(diǎn)表明，這是一次典型的β中尺度對(duì)流暴雨天氣過(guò)程。暴雨的發(fā)生需要2個(gè)最基本的物理?xiàng)l件：足夠的水汽來(lái)源和強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)[5-6]。

1.2 環(huán)流形勢(shì)分析

夏季，東北低渦的維持常造成華北地區(qū)的雷雨天氣[7-8]。2020年8月9日20:00形勢(shì)場(chǎng)，500～850 hPa高度場(chǎng)上都有封閉低渦，低渦系統(tǒng)較深厚，中低層存在切變線，地面圖上河北處于熱低壓倒槽中，有地面輻合線形成，整層濕度相對(duì)偏干，濕層淺?。▓D1）。500 hPa存在干舌（T-Td≥20℃），低空急流不明顯，中高層有西北風(fēng)急流存在。

2 環(huán)境條件分析

2.1 水汽條件

從2020年8月9日20:00低層水汽通量場(chǎng)來(lái)看，滄州地區(qū)顯示有利的水汽通量場(chǎng)。河北省北部水汽含量在12 g/kg以上。925 hPa水汽輸送明顯，20:00有一條沿河北東北—西南走向的水汽通量帶，對(duì)應(yīng)水汽通量3個(gè)大值中心。

9日20:00北京站T-logP所反映的環(huán)境場(chǎng)特征有以下特點(diǎn)：（1）近地面到500 hPa高度，假相當(dāng)位溫的垂直遞減率小于0，條件不穩(wěn)定特征明顯；狀態(tài)曲線與層結(jié)曲線之間紅色區(qū)域面積較大，CAPE值為2 299.8 J/kg；（2）整層的相對(duì)濕度較小，850 hPa以下比濕較大，溫濕層結(jié)曲線形成向上開(kāi)口的喇叭形狀，“上干冷、下暖濕”特征明顯（圖2）[9]。

圖2 北京站T-logP圖和假相當(dāng)位溫變化圖（0920）

2.2 抬升條件

強(qiáng)烈的抬升運(yùn)動(dòng)包括熱力抬升和動(dòng)力抬升[10-11]。診斷結(jié)果表明， 2020年8月10日02:00 500 hPa、700 hPa滄州附近為下沉運(yùn)動(dòng)，850 hPa為弱上升運(yùn)動(dòng)。熱力抬升主要表現(xiàn)在具有潛在不穩(wěn)定能量，暴雨天氣過(guò)程開(kāi)始前，CAPE超過(guò)1 000 J/kg，9日14:00達(dá) 到1 773.7 J/kg，而此時(shí)對(duì)流抑制能量為0，LI達(dá)到-6.52，K指數(shù)達(dá)到25。

3 地面輻合系統(tǒng)特征

在滿足天氣尺度背景和穩(wěn)定度條件的前提下，局地能否觸發(fā)對(duì)流、產(chǎn)生暴雨主要取決于是否具有低層輻合線和不穩(wěn)定能量釋放[12-13]。保定至滄州西部出現(xiàn)一條弱輻合線，在反射率因子圖上，02:00在滄州的西北方向有對(duì)流單體發(fā)展，并與保定一帶大片回波形成50～60 dBz的較強(qiáng)回波帶，不斷向偏東方向移動(dòng)，02:48經(jīng)過(guò)滄州市區(qū)，1 h滄州出現(xiàn)61.2 mm的短時(shí)暴雨。所以地面輻合線的生成和維持對(duì)不穩(wěn)定能量的觸發(fā)起到了至關(guān)重要的作用[14-15]。

4 強(qiáng)降水雷達(dá)觀測(cè)特征

從雷達(dá)回波的連續(xù)演變可以看到，2020年8月9日21:30，在北京和河北保定西部山區(qū)出現(xiàn)東北—西南向的強(qiáng)回波帶，同時(shí)，在石家莊西部地區(qū)出現(xiàn)強(qiáng)度較大的塊狀回波。01:00，保定附近的回波與位于石家莊向東移動(dòng)發(fā)展的回波匯合形成一條回波帶。此回波帶回波強(qiáng)度大多維持在30～60 dBz，其中最大回波強(qiáng)度達(dá)到61 dBz。

圖3顯示01:24有強(qiáng)回波主體移入滄州任丘境內(nèi)，01:36西部縣市陸續(xù)有對(duì)流單體生成，隨著時(shí)間推移這些對(duì)流單體與強(qiáng)回波帶匯合形成西北—東南的強(qiáng)回波帶。01:48任丘境內(nèi)發(fā)現(xiàn)中氣旋的存在?；夭ú粩嘞驏|移動(dòng)，02:48強(qiáng)回波位于滄州市區(qū)上空并持續(xù)40 min左右。

圖3 雷達(dá)圖

圖4a為2020年8月10日01:54河間附近暴雨回波的反射率因子垂直剖面。其質(zhì)心較低，45 dBz以上強(qiáng)回波都位于6 km高度以下，低層最強(qiáng)回波在55～65 dBz。分析風(fēng)廓線圖可知，滄州在降水開(kāi)始前850 hPa附近為一致的偏東風(fēng)（圖4b）。1 500 m以上高度逐漸轉(zhuǎn)為西南風(fēng)，即整層風(fēng)向隨高度順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，說(shuō)明此時(shí)為暖平流，這種配置有利于850 hPa低渦的發(fā)展。02:30相對(duì)干區(qū)在低層出現(xiàn)，低層西南氣流被破壞。

圖4 反射率因子垂直剖面及風(fēng)廓線圖

5 結(jié)論與討論

（1）此次降水發(fā)生在東北低渦加強(qiáng)維持期間，在不穩(wěn)定層結(jié)和有利的高低空動(dòng)力條件配置下，地面輻合線作為觸發(fā)機(jī)制造成了局地暴雨過(guò)程。

（2）在暴雨開(kāi)始前1～2 h，雨區(qū)附近出現(xiàn)近南北向的地面輻合線，暴雨發(fā)生在輻合線附近。

（3）850 hPa以下西南風(fēng)的轉(zhuǎn)換，以及較大風(fēng)速的出現(xiàn)既為降雨區(qū)提供了暴雨形成的水汽，也加劇了急流附近大氣的層結(jié)不穩(wěn)定性，對(duì)降水開(kāi)始以及雨強(qiáng)大小有一定指示意義。

（4）回波基本上沿地面輻合線排列和移動(dòng)，在移動(dòng)過(guò)程中還伴隨回波單體的新生、發(fā)展、合并、減弱等過(guò)程。