黑龍江省一次局地強(qiáng)降水過(guò)程成因及預(yù)報(bào)難點(diǎn)分析

孟瑩瑩，趙玲

（黑龍江省氣象臺(tái)，黑龍江哈爾濱150030）

黑龍江省一次局地強(qiáng)降水過(guò)程成因及預(yù)報(bào)難點(diǎn)分析

孟瑩瑩，趙玲

（黑龍江省氣象臺(tái)，黑龍江哈爾濱150030）

利用常規(guī)氣象站觀測(cè)資料和衛(wèi)星云圖資料，分析2015年8月8日發(fā)生在黑龍江省中西部地區(qū)一次局地對(duì)流性強(qiáng)降水量級(jí)預(yù)報(bào)偏小的原因。結(jié)果表明：中高層西南氣流把干冷空氣向黑龍江省中西部地區(qū)輸送，并疊加在低層西南暖濕氣流之上，熱力抬升和低層切變輻合動(dòng)力抬升共同作用，從而觸發(fā)對(duì)流云團(tuán)生成發(fā)展和局地短時(shí)強(qiáng)降水發(fā)生。強(qiáng)降水落區(qū)位于KI指數(shù)和高低空假相當(dāng)位溫差大值區(qū)疊加區(qū)域內(nèi)；強(qiáng)降水發(fā)生在對(duì)流云團(tuán)邊緣云頂亮溫梯度大值區(qū)以及TBB逐漸降低階段。預(yù)報(bào)時(shí)只考慮低層暖濕氣流偏弱，而忽略前期有持續(xù)性暖濕氣流增溫增濕使不穩(wěn)定能量積蓄充足的特點(diǎn)，并且對(duì)500 hPa西南氣流輸送干冷空氣這一罕見(jiàn)現(xiàn)象分析和認(rèn)識(shí)不足，致使對(duì)黑龍江省中西部地區(qū)不穩(wěn)定層結(jié)和短時(shí)強(qiáng)降水等強(qiáng)對(duì)流天氣強(qiáng)度預(yù)報(bào)偏弱。

1 引言

朱乾根等[1]給出了一個(gè)東北夏季暴雨的典型環(huán)流特征：500 hPa上位于110-120°E之間的長(zhǎng)波槽與位于30°N以北的副熱帶高壓脊相結(jié)合，且中低層存在西南急流及急流北端的暖式切變。在這種形勢(shì)下，地面氣旋活動(dòng)頻繁，當(dāng)它移入東北時(shí)，常產(chǎn)生暴雨，對(duì)這種典型的范圍較大的暴雨天氣預(yù)報(bào)難度一般小于局地對(duì)流性暴雨。賈小龍和鄭秀雅等[2-3]研究指出，東北地區(qū)夏季多以對(duì)流性降水為主，具有很大的突發(fā)性和局地性，降水時(shí)間短，強(qiáng)度大，危害大。因此，對(duì)東北地區(qū)夏季強(qiáng)對(duì)流天氣的研究是氣象工作者的研究重點(diǎn)之一。眾多學(xué)者[4-6]對(duì)強(qiáng)對(duì)流天氣中尺度特征的各項(xiàng)研究表明，低層不斷增溫增濕、上層有干冷空氣入侵的環(huán)境下易使大氣中不穩(wěn)定能量增加，在一定動(dòng)力條件的觸發(fā)下將產(chǎn)生對(duì)流性天氣，這些是研究強(qiáng)對(duì)流天氣的基礎(chǔ)出發(fā)點(diǎn)。2015年8月8日下午到夜間，黑龍江省中西部出現(xiàn)分散的對(duì)流性大到暴雨天氣，局地性強(qiáng)，預(yù)報(bào)難度大，各級(jí)氣象臺(tái)站未能預(yù)報(bào)出暴雨量級(jí)和落區(qū)。本文分析這次局地對(duì)流性大到暴雨天氣的具體成因以及預(yù)報(bào)難點(diǎn)和可預(yù)報(bào)性，以期為今后提高暴雨預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率增加預(yù)報(bào)依據(jù)。

2 降水特征分析

2015年8月8日，受高空低槽東移影響，黑龍江省自西向東出現(xiàn)一次明顯降水天氣過(guò)程。8日08時(shí)-9日08時(shí)較大降水主要集中在黑龍江省中西部地區(qū)，14個(gè)站降水量超過(guò)25mm，達(dá)到大雨量級(jí)，其中孫吳、林甸、青岡、呼蘭降水量達(dá)到暴雨量級(jí)。這次降水主要集中時(shí)段為8日16-22時(shí)，林甸和巴彥8日18-19時(shí)、遜克8日20-21時(shí)1 h降雨量分別為44 mm、22mm和39 mm，為短時(shí)強(qiáng)降水，降水量分布不均勻，具有明顯的局地強(qiáng)對(duì)流天氣特征，預(yù)報(bào)難度大。

3 衛(wèi)星云圖特征分析

有研究表明，TBB值減小時(shí)對(duì)應(yīng)的降水強(qiáng)度大[7]。TBB減小則表明對(duì)流云團(tuán)正在發(fā)展，云中上升運(yùn)動(dòng)較強(qiáng)，因此常伴隨強(qiáng)降水天氣，而伴隨TBB低值范圍減小，云團(tuán)處于消散，云中上升運(yùn)動(dòng)減弱，降水亦隨之減弱。分析本次過(guò)程TBB值及降水強(qiáng)度的變化關(guān)系也符合這種規(guī)律。

紅外云圖分析顯示（圖略），與降水落區(qū)相對(duì)應(yīng)，整個(gè)過(guò)程對(duì)流云團(tuán)主要集中在中西部地區(qū)，云系比較分散。8日14時(shí)在黑河與伊春交界處有一對(duì)流云團(tuán)A強(qiáng)烈發(fā)展，云團(tuán)大部云頂亮溫在230 K以下。A分東、西兩部分，其中東部的云團(tuán)中低于230 K云頂亮溫面積逐漸減小，云團(tuán)逐漸消散。而西部的云團(tuán)向西向南發(fā)展并與齊齊哈爾北部發(fā)展起來(lái)的對(duì)流云團(tuán)B合并增強(qiáng)，合并后云中低于230 K云頂亮溫的面積不斷擴(kuò)大，8日18時(shí)云團(tuán)位于齊齊哈爾北部且發(fā)展旺盛，林甸小時(shí)最強(qiáng)降水（44 mm）也產(chǎn)生在此時(shí)，8日20時(shí)伴隨著云團(tuán)的減弱，降水強(qiáng)度也減弱。C云團(tuán)于8日16時(shí)前后在哈爾濱西部發(fā)展起來(lái)，8日18時(shí)云團(tuán)大片云頂亮溫低于230 K，此時(shí)云團(tuán)處于發(fā)展旺盛階段，巴彥小時(shí)最強(qiáng)降水量（22 mm）便產(chǎn)生在此時(shí)，8日20時(shí)，C云團(tuán)明顯減弱，其對(duì)應(yīng)小時(shí)降水量也比8日18時(shí)減小。可見(jiàn)，降低的云頂TBB與強(qiáng)降水有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，另外，降水點(diǎn)多集中在云團(tuán)邊緣云頂亮溫梯度大值區(qū)附近。

4 局地暴雨成因及預(yù)報(bào)難點(diǎn)分析

4.1 有利的500 hPa大尺度環(huán)流形勢(shì)分析

中尺度對(duì)流系統(tǒng)的發(fā)展需要大尺度環(huán)流形勢(shì)為其提供有利的熱力和動(dòng)力條件。降水前期東亞中高緯持續(xù)維持“一槽一脊”形勢(shì)，黑龍江上游的低槽受下游副高脊影響移動(dòng)緩慢。5日20時(shí)副高5880 gpm脊線位于40°N附近，隨后副高脊線不斷西伸北抬，強(qiáng)度不斷增強(qiáng)，至7日20時(shí)，副高5880 gpm線已經(jīng)西伸入大陸且進(jìn)一步北抬至45°N附近，最大中心增強(qiáng)至5920 gpm，高空槽經(jīng)向度也較5日20時(shí)有所增加。二者共同作用使影響黑龍江省的西南暖濕氣流和鋒區(qū)長(zhǎng)時(shí)間維持并不斷加強(qiáng)，有利于降水前期黑龍江省低層持續(xù)增溫增濕，積蓄不穩(wěn)定能量，黑龍江大部地區(qū)比濕從5日20時(shí)的8-10 g/Kg增至7日20時(shí)的10-12 g/Kg。后期高空槽東移使高層冷空氣疊加在低層暖濕氣流上產(chǎn)生不穩(wěn)定層結(jié)，在中低層輻合抬升作用下，8日黑龍江省偏西地區(qū)對(duì)流云團(tuán)發(fā)展出現(xiàn)局地強(qiáng)降水天氣。

這次強(qiáng)降水天氣預(yù)報(bào)的難點(diǎn)之一是低層偏南氣流較弱，整個(gè)過(guò)程無(wú)明顯急流，容易使降水量級(jí)預(yù)報(bào)偏小。但是如果能充分考慮到西北太平洋副熱帶高壓西伸北抬、高空槽緩慢東移，且二者強(qiáng)度均加強(qiáng)，使黑龍江省中西部持續(xù)受到低槽前低空偏南暖濕氣流的影響，也許可以分析出降水前中低層增溫增濕，不穩(wěn)定能量積蓄充足，后期伴隨高層?xùn)|移低槽后的冷空氣入侵，十分有利于不穩(wěn)定層結(jié)、對(duì)流云團(tuán)和短時(shí)強(qiáng)降水等強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生。

4.2 有利的中尺度條件分析

云圖分析表明，產(chǎn)生降水的對(duì)流云團(tuán)主要產(chǎn)生于黑龍江省中西部地區(qū)，下面進(jìn)一步分析中西部地區(qū)產(chǎn)生對(duì)流云團(tuán)和局地對(duì)流性強(qiáng)降水的成因。500 hPa冷空氣入侵并疊加在低層西南暖濕氣流之上是產(chǎn)生不穩(wěn)定層結(jié)的關(guān)鍵原因，如圖1a所示，8日08時(shí)降水前期，內(nèi)蒙古東部至遼寧省500 hPa有一個(gè)西北-東南向的溫度槽，溫度槽和高空槽前的西南氣流向黑龍江中西部地區(qū)輸送干冷空氣，使黑龍江省上空形成一個(gè)西南-東北向的干舌。低層850 hPa中西部地區(qū)雖然也受西南氣流控制，但是在東北地區(qū)西部的溫度場(chǎng)上是南-北向的暖脊，低層西南氣流向黑龍江省輸送的是暖濕氣流。所以，在黑龍江省中西部地區(qū)具有有利于對(duì)流天氣發(fā)生或加強(qiáng)的中高層干冷、低層暖濕的不穩(wěn)定層結(jié)結(jié)構(gòu)。另外，在黑龍江省中西部850 hPa和925 hPa風(fēng)場(chǎng)上有切變線存在。熱力抬升與動(dòng)力輻合抬升共同作用，觸發(fā)黑龍江省8日下午到夜間中西部地區(qū)不穩(wěn)定能量釋放，形成短時(shí)強(qiáng)降水等對(duì)流性天氣發(fā)生。

圖1 8日(a)08時(shí)、(b)20時(shí)高空中分析（單實(shí)線為高度槽、雙實(shí)線為低空切變線、陰影為500 hPa干區(qū)、實(shí)線圈出850 hPa濕區(qū)、溫度槽脊和導(dǎo)流線均在圖上文字標(biāo)出）

8日20時(shí)降水后期（圖1b），隨著低槽東移，中西部低層逐漸有干冷空氣自北向南部入侵，850 hPa上冷空氣已經(jīng)南壓在伊春-齊齊哈爾南部一帶，其北部轉(zhuǎn)為偏北氣流控制，整層逐漸轉(zhuǎn)干，不穩(wěn)定層結(jié)減弱，對(duì)應(yīng)云圖上北部云團(tuán)逐漸消散。而南部齊齊哈爾至哈爾濱一帶低層850 hPa、925 hPa上仍受西南暖濕氣流的影響，配合低層輻合切變，降水仍持續(xù)。

對(duì)500 hPa西南氣流輸送干冷空氣這一罕見(jiàn)現(xiàn)象分析和認(rèn)識(shí)不足，也是致使對(duì)不穩(wěn)定層結(jié)和短時(shí)強(qiáng)降水等強(qiáng)對(duì)流天氣強(qiáng)度預(yù)報(bào)偏弱的主要原因之一。

KI指數(shù)和850 hPa與500 hPa假相當(dāng)位溫差可以描述大氣層結(jié)的不穩(wěn)定性，KI指數(shù)和假相當(dāng)位溫差越大，表明大氣層結(jié)越不穩(wěn)定。8日08時(shí)中西部地區(qū)大氣層結(jié)不穩(wěn)定，相應(yīng)KI指數(shù)和假相當(dāng)位溫差大值區(qū)也位于中西部地區(qū)附近。8日20時(shí)，中西部偏北地區(qū)不穩(wěn)定層結(jié)減弱，對(duì)應(yīng)KI指數(shù)和假相當(dāng)位溫差值也在北部地區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)榈椭祬^(qū)，表明該區(qū)域?qū)咏Y(jié)轉(zhuǎn)為穩(wěn)定，而南部齊齊哈爾至哈爾濱一帶仍位于KI指數(shù)和假相當(dāng)位溫差值高值中心附近，表明南部地區(qū)仍存在不穩(wěn)定層結(jié)。KI指數(shù)和假相當(dāng)位溫差高值區(qū)的疊加是強(qiáng)降水落區(qū)所在，可見(jiàn)，KI指數(shù)高值區(qū)和高低空假相當(dāng)位溫差大值區(qū)疊加對(duì)強(qiáng)對(duì)流降水落區(qū)有較好的指示意義。

4.3 有利的探空條件分析

根據(jù)8日14時(shí)地面氣壓、氣溫和露點(diǎn)溫度將8日08時(shí)嫩江和哈爾濱探空站資料進(jìn)行訂正，得到14時(shí)兩站探空?qǐng)D，如圖2a所示，8日14時(shí)中西部對(duì)流云產(chǎn)生，兩站上空大氣中均存在較強(qiáng)的潛在不穩(wěn)定能量（cape分別為1052.4 J/kg和713.1 J/kg），且低層暖濕、高層干冷，表明兩站上空大氣層結(jié)狀態(tài)十分有利于對(duì)流天氣的發(fā)生。而至8日20時(shí)（圖2b），伴隨冷空氣南下北部嫩江站不穩(wěn)定能量消失，還有明顯的對(duì)流抑制能量，低層轉(zhuǎn)為一致的偏北風(fēng)，而哈爾濱站上空仍然有潛在不穩(wěn)定能量存在（cape值為120 J/ kg），從風(fēng)向隨高度變化來(lái)看，哈爾濱低層為暖平流，高層為冷平流，整層水汽條件較好，降水仍持續(xù)。探空?qǐng)D分析結(jié)果與中分析結(jié)果一致。

5 小結(jié)

（1）2015年8月8日強(qiáng)降水主要集中在黑龍江省中西部地區(qū)，具有明顯局地強(qiáng)對(duì)流特征。

（2）與強(qiáng)降水對(duì)應(yīng)，對(duì)流云團(tuán)也集中在黑龍江省中西部地區(qū)。強(qiáng)降水發(fā)生在對(duì)流云團(tuán)邊緣云頂亮溫梯度大值區(qū)以及TBB逐漸降低階段。

（3）中高層西南氣流把干冷空氣向黑龍江省中西部地區(qū)輸送，并疊加在低層西南暖濕氣流之上，熱力抬升和低層切變輻合動(dòng)力抬升共同作用，觸發(fā)對(duì)流云團(tuán)生成發(fā)展和局地短時(shí)強(qiáng)降水發(fā)生。

（4）強(qiáng)降水落區(qū)位于KI指數(shù)和高低空假相當(dāng)位溫差大值區(qū)疊加區(qū)域內(nèi)。

（5）預(yù)報(bào)時(shí)只考慮低層暖濕氣流偏弱，而忽略前期有持續(xù)性暖濕氣流增溫增濕使不穩(wěn)定能量積蓄充足的特點(diǎn)，并且對(duì)500 hPa西南氣流輸送干冷空氣這一罕見(jiàn)現(xiàn)象分析和認(rèn)識(shí)不足，致使對(duì)黑龍江省中西部地區(qū)不穩(wěn)定層結(jié)和短時(shí)強(qiáng)降水等強(qiáng)對(duì)流天氣強(qiáng)度預(yù)報(bào)偏弱。

[1]朱乾根,林錦瑞,壽紹文.天氣學(xué)原理和方法[M].北京:氣象出版社，1992,649.

[2]賈小龍,王謙謙.東北地區(qū)汛期降水異常的大氣環(huán)流特征分析[J].高原氣象,2006,25(2):309-318.

[3]鄭秀雅,張廷治,白人海.東北暴雨[M].北京:氣象出版社,1992,299.

[4]張慧君,周奕含,吳迎旭,謝玉靜.黑龍江省一次暴雨過(guò)程的中尺度特征與物理機(jī)制分析[J].黑龍江氣象, 2015，32(1):8-10.

[5]石慕真,周一,任桂林.一次短時(shí)強(qiáng)降水過(guò)程的中小尺度分析[J].黑龍江氣象,2013，30(3):20-22.

[6]周鑫,李斌斌.黑龍江省一次強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程分析[J].黑龍江氣象,2012，29(4):6-7.

[7]張駒,王敏,顧清源.四川2006年“9.3”暴雨過(guò)程中TBB與強(qiáng)降水對(duì)應(yīng)關(guān)系分析[J].高原山地氣象研究. 2007，27(2):7-9.

Analysis on the cause and forecast difficulty of a local heavy precipitation in Heilongjiang

MENG Ying-ying,ZHAO Ling
（Heilongjiang Meteorological Observatory,Heilongjiang Harbin 150030）

Analyzes the reasons for the low level of local convective precipitation forecast in the middle and western regions of Heilongjiang province onAugust 8,2015 with the observational data of conventionalmeteorological stations and satellite cloud images.The results show that,the southwest airflow transport cold air to the top midwest area of Heilongjiang province,and superimposed on the low level southwest warm air,the interaction of thermal upliftand low layer shear convergence dynamic lifting trigger the occurrence and development of convective cloud formation and short local heavy rainfall.The strong drop area is located in the superimposed area of the KI index and the high and low altitude Equivalent potential temperature large value area.The strong precipitation occurred in the large area of the cloud top brightness temperature gradient and the decreasing stage of TBB.Considering the weak low-layer warm airflow only,however ignoring characteristics of accumulation of unstable energy because of increasing temperature and increasing humidity for continuouswarm-wet air and lacking awareness of rare phenomenon of southwest airflow conveying cold-dry air at 500 hPa,that leads to weak strength forecasting of Unstable stratification and short-time heavy precipitation in the central and western regions of Heilongjiang province.

圖2 嫩江站08日(a1)14時(shí)、(b1)20時(shí)以及哈爾濱站08日(a2)14時(shí)、(b2)20時(shí)探空?qǐng)D

P458.1+21

A

1002－252X(2017)01－0009－03

2017－1－1

孟瑩瑩（1989-),女，江蘇省沐陽(yáng)縣人，南京信息工程大學(xué)，碩士生，助理工程師.