蒙古冷渦影響下的蘭州連續強對流天氣

張寧 茍浩鋒 趙龍

摘要 利用常規氣象觀測資料、環流再分析資料，采用天氣動力學診斷方法和強天氣分析技術，對蘭州市2015年7月連續11 d的強對流天氣成因進行分析，針對致災最重的7月13日雹暴天氣進行大尺度環流背景、物理量場及中尺度分析；同時，將2013年8月連續5 d的強對流天氣與2015年7月連續11 d的強對流天氣進行天氣實況、環流形勢的對比分析。結果表明，夏季500 hPa高空蒙古冷渦與新疆至青海一帶的大陸高壓相配合，使蘭州地區處于冷渦西南部的西北氣流控制下，從冷渦底部不斷分裂下滑的冷槽，中高層冷槽和低層暖溫度脊的上下疊置，有利于對流不穩定的建立和發展，極易造成蘭州地區午后強對流天氣。蒙古冷渦的位置及強度，決定了蘭州地區連續性強對流天氣的持續日數、對流性天氣的強度及影響范圍。

關鍵詞 蒙古冷渦；連續強對流天氣；相似天氣對比；中尺度分析

中圖分類號 S16 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2017）25-0175-05

Abstract Based on the conventional meteorological observation data and cyclic reanalysis data， the causes of strong convective weather in Lanzhou City in July 2015 were analyzed by weather dynamics diagnosis method and strong weather analysis technique，and a largescale circulation background， physical field and mesoscale were analyzed for the most damaging hail storm weather on July 13.At the same time， the convective weather in August 2013 for 5 consecutive days was compared with the strong convective weather in July 2015 for 11 days from weather conditions， weather circulation situation.The results showed that the Mongolian cold vortex at 500 hPa in summer coincided with the continental high pressure from Xinjiang area to Qinghai， so that the Lanzhou area was under the control of the northwest airflow in the southwest of the cold vortex.From the bottom of the cold vortex to continue to split down the cold trough， highlevel cold trough and lowlevel warm ridge above and below the stack， were conducive to the establishment and development of convective instability， easily lead to strong convective weather in Lanzhou.The location and intensity of the Mongolian cold vortex determined the duration of continuous convective weather in Lanzhou， the intensity and influence of convective weather.

Key words Mongolian cold vortex；Continuous convective weather；Similar weather contrast； Mesoscale analysis

強對流天氣具有影響范圍小、發展速度快、持續時間短、預報難度大等特點，它的發生伴有雷暴、短時強降水、冰雹、大風等災害性天氣。強對流天氣雖然是一種局部的災害性天氣，但往往也是最嚴重的自然災害之一。孟妙志等[1]對2011年7月陜西出現的連續強對流天氣成因進行分析得出，蒙古冷渦槽后冷平流與西南暖濕氣流配合，可造成陜西連續性強對流天氣；鄭媛媛等[2]依據大尺度環流背景分類建立強對流天氣的天氣概念模型，即槽前類濕對流風暴、槽后類干對流風暴，研究其物理機制，可以有效提高預報針對性；許新田等[3]采用天氣動力學診斷方法和強天氣分析技術，通過對陜西一次持續性強對流天氣過程的大尺度環流背景、物理量場進行研究，揭示了強對流天氣過程的中小尺度天氣系統演變特征及觸發機制。許多學者針對甘肅省的強對流天氣個例、強降水變化情況、環流特征及水汽輸送等方面進行了研究[4-7]。筆者利用常規氣象觀測資料、環流再分析資料，采用天氣動力學診斷方法和強天氣分析技術，對蘭州市2015年7月連續11 d的強對流天氣成因進行分析，針對致災最重的7月13日雹暴天氣進行大尺度環流背景、物理量場及中尺度分析；同時，通過查詢歷史資料，將2次由蒙古冷渦引起的蘭州地區連續的強對流天氣（2013年8月連續5 d的強對流天氣與2015年7月連續11 d的強對流天氣）進行天氣實況、環流形勢的對比分析，尋求蒙古冷渦背景下蘭州地區強對流天氣的預報著眼點。

1 天氣實況及災情

2015年7月12—23日，蘭州地區連續11 d在午后出現不同強度的雷陣雨天氣，并伴有局地的陣性大風、冰雹和短時強降水等災害性天氣。全市累計最大降水量61.7 mm，較大降水集中在永登西北部（圖1a）。蘭州站出現4 d降水（其余7 d為微量降水，市區其余區域站點均出現不同程度降水），榆中站出現6 d降水，皋蘭站出現9 d降水，永登站連續出現11 d降水。連續性的強對流天氣，造成蘭州地區接二連三出現不同程度的大風、冰雹災害，對農業生產及基礎設施建設造成了巨大損失。

其中，13日下午到夜間，蘭州市出現強對流天氣，全市最大降水量29.2 mm，其中永登北部和西固區降水相對較大（圖1b），18∶00—19∶00永登縣共6個區域站出現小時雨量>10 mm的短時強降水，造成局地洪澇災害，永登縣武勝驛鎮、中堡鎮、坪城鄉、民樂鄉、蘭州新區秦川鎮出現大風、冰雹等災害性天氣，冰雹持續時間在20 min以上，冰雹顆粒最大直徑4 cm；此次強對流天氣致使當地近2 500 hm2農作物受災，6.67 hm2絕收，沖毀河壩300 m，沖走羊只32頭，各項經濟損失達6 303.94萬元。16日午后，永登縣民樂鄉遭受冰雹災害，冰雹持續時間在10 min以上，經濟損失121.7萬元；22日午后至夜間，皋蘭縣發生強雷暴、冰雹和短時強降水天氣，導致部分農作物受災，直接經濟損失32.02萬元。

2 環流形勢

2.1 500 hPa高空形勢

7月13日08∶00（圖2a），我國西部和西南部的新疆西部、青藏高原以及貴州等地分別形成3個588 dagpm的高壓中心；貝加爾湖正南方的蒙古中部地區為冷低壓中心，中心高度為560 dagpm，冷空氣中心溫度-14 ℃，我國整體呈西高東低的徑向環流；新疆北部至河西走廊為強西北氣流風速帶，最大風速達32 m/s；河西中部武威一帶有一明顯的風速切變，冷平流較強。

至13日20∶00（圖2a），新疆西部的高壓范圍擴大，蒙古冷渦位置略有南壓，冷空氣中心強度減弱至-12 ℃，低渦中心略有填塞，為564 dagpm，徑向環流較08∶00有所加強；河西走廊仍維持一大的西北氣流風速帶，而08∶00位于武威一帶的風速切變東移南壓到寧夏至蘭州以東。

2.2 700 hPa高空形勢

從13日08∶00和20∶00 700 hPa高空圖（圖3）可以看出，蒙古冷渦維持存在，低渦西南部的強西北氣流風速帶在20∶00有所減弱。08∶00 500 hPa武威一帶的風速切變在700 hPa對應為風向切變，至20∶00到達蘭州以東。青藏高原夏季熱源作用顯著，在甘肅中東部地區形成一條溫度脊。

蘭州上空高層有持續低渦底部分裂下滑的冷平流，低層暖溫度脊以及晴天地面午后升溫，低空不穩定能量積累，氣層形成對流不穩定，利于強對流天氣的發生。

2.3 地面形勢

從圖4可以看出，13日上午蘭州上空至河西走廊一帶為地面小高壓控制，天氣晴朗少云，地面升溫較快。14∶00起在張掖祁連山區一帶形成地面輻合線，對應在此地生成對流云團，后對流云團東移南下過程中在下暖上冷的不穩定層結作用下加強，17∶00—20∶00蘭州上空發展壯大，對應地面為切變線，切變線上生成為地面低壓中心。

2.4 中尺度分析

13日08∶00（圖5a），蒙古中北部為冷低壓中心，蘭州位于蒙古冷渦底部西北氣流下，沿河西走廊至寧夏一帶500 hPa高空為一條西北風的顯著流線帶，蘭州上空位于流線出口區的右側，中高層有輻散氣流，500 hPa有大于-3 ℃的顯著降溫區，對流層中層降溫明顯，有利于層結不穩定的發展，是冰雹發生較有利的因素；700與500 hPa溫度差在18 ℃以上，垂直溫度遞減率較高，大氣的垂直不穩定較強；700 hPa蘭州以北為T-Td≥15 ℃的干區，以南為T-Td≤5 ℃及比濕在8 g/kg以上的顯著濕區，蘭州處于濕度梯度大值區、700 hPa干線的前部，此干線則是此次強對流天氣的觸發機制。

13日20∶00（圖5b），蒙古冷渦維持，500 hPa持續顯著降溫區維持，蘭州上空受700 hPa切變線及溫度脊影響，下暖上冷的不穩定層結加強，且700與500 hPa溫度差增加至22 ℃以上，垂直不穩定加強，700 hPa比濕增加到8 g/kg，水汽條件略有增大。

綜上所述，在蒙古冷渦底部的天氣尺度背景下，中高層較強的干冷空氣及低層的暖空氣造成大氣層結強的垂直不穩定，露點鋒（干線）及700 hPa切變線為強對流天氣的發生提供了觸發機制。而不夠充足的水汽條件致使此次過程以短時強降水和冰雹等災害性天氣為主，未造成持續性的大降水或暴雨災害。

3 物理量場分析

3.1 水汽條件

選取13日災情較為嚴重的皋蘭縣站點進行物理量分析，對比相對濕度和水汽通量散度的時間剖面（圖6）可以看出，中低層的相對濕度始終較低，不足50%，但在13日白天至夜間，中低層為較大的水汽通量輻合區。由此可見，13日下午至夜間雖然皋蘭上空水汽含量不足，不足以支撐長時間較大降水的產生，但強的水汽通量輻合易造成當地短時強降水天氣的形成。

3.2 動力條件

從垂直速度時間剖面（圖7）可以看出，13日中午起至夜間，皋蘭站點上空整層為強的上升運動區，尤其是強對流發生的20∶00前后，中高層的500～400 hPa最大上升速度達-26 hPa/s，為強對流天氣的產生提供了充足的動力條件。

3.3 能量條件

通過分析13日08∶00、14∶00、20∶00的700 hPa假相當位溫（圖8）可以看出，13日08∶00在青海中東部地區有一假相當位溫的大值區，高能舌凸起，至14∶00高能舌位置東移至甘肅中部地區，但能量略有減弱，20∶00沿甘南、臨夏至蘭州東部為一明顯的高能舌，為此次強對流天氣過程提供了較為充足的能量條件。

4 相似天氣對比分析

通過查閱歷史資料，2013年7月29日—8月3日蘭州地區同樣出現了連續的雷陣雨等強對流天氣過程，全市累計降水量在1.2～37.3 mm，其中蘭州站出現4 d降水，榆中站4 d，皋蘭站5 d，永登站4 d。

此次天氣過程雖未出現較大降水，但連續出現了冰雹、大風、短時強降水等強對流天氣。其中7月31日下午，永登、榆中遭受強風雹災害；8月1日19∶00，榆中縣5個鄉鎮遭受冰雹災害；2日20∶00，榆中4個鄉鎮再次遭受冰雹災害；3日20∶00，榆中縣遭受短時強降水、冰雹等災害性天氣。如此頻繁的強對流災害天氣，對全市的農業生產造成了極其嚴重的損失。

4.1 天氣實況對比

2次過程均為發生在夏季午后至夜間的連續性短時陣性天氣過程；

整體降水量不大，但易出現短時強降水、雷暴、冰雹、大風等強對流天氣；

2013年7月29日—8月3日的過程天氣更為劇烈，主要影響蘭州偏南地區，而2015年7月12—23日過程系統主要影響蘭州偏北地區。

4.2 環流形勢對比

從2015年7月12—23日500 hPa平均高度場（圖9a）來看，我國北方整體為西高東低的走勢，在43°～50°N、100°～110°E一帶的蒙古中部地區維持存在著一個低壓中心，中心高度為576 dagpm，新疆西部一帶存在一個588 dagpm高壓中心，甘肅整體處于高低壓中間強西北氣流的控制下，配合北部有明顯的溫度槽，南部青藏高原一帶為暖中心，不穩定能量較強。總體來看，甘肅河西走廊一線溫度梯度與高度梯度均較大，大氣斜壓性較強。蒙古冷渦不斷分裂冷空氣南下，是造成蘭州地區連續出現雷陣雨天氣的最主要原因。

從2013年7月29日—8月3日500 hPa平均高度場（圖9b）來看，蒙古中東部地區同樣存在一個低壓中心，中心高度為564 dagpm，新疆至青海一帶的大陸高壓更為偏東，甘肅整體處于槽后西北氣流控制下，高度梯度較2015年7月12—23日的過程明顯增大。蒙古冷渦的強度強、梯度大，是此次過程較2015年劇烈的最主要原因。

從2015年7月12—23日500 hPa低壓中心位置變化情況（圖10a）來看，12日20∶00起，在蒙古西部由低壓槽加強形成一個閉合的低壓中心，隨后低壓中心東移，13—18日在蒙古中東部一帶維持少動，中心強度由560 dagpm逐步減弱至576 dagpm，18日夜間向內蒙中東部和東北北部分裂為2個低壓中心，20日起低壓中心減弱為低壓槽。

對比2013年7月29日—8月3日蒙古冷渦中心位置（圖10b）可以看出，7月29日低渦中心在貝加爾湖以北生成，至30日迅速南下，并于7月30日—8月2日維持在蒙古中東部地區，至3日向東北方向移動，冷渦中心強度始終維持在564～568 dagpm，強度較2015年明顯加強，但維持時間明顯縮短。

5 結論

通過對2015年7月13日皋蘭縣強對流天氣的個例分析以及對2015年7月12—23日連續雷陣雨天氣與2013年7月29日—8月3日蘭州連續強對流天氣過程的對比分析，得出以下結論：

（1）夏季500 hPa高空中蒙古中部地區冷渦與新疆至青海一帶的大陸高壓相配合，使蘭州地區處于冷渦西南部的西北氣流控制下，從冷渦底部分裂的下滑冷槽是強對流天氣的影響系統，中高層冷槽和低層暖溫度脊的上下疊置，有利于對流不穩定的建立和發展，極易造成蘭州地區午后強對流天氣；由于蘭州地區地處祖國西北部，氣候常年干燥，不夠充足的水汽條件使得此系統影響下的天氣過程降水量級較小，不易出現長時間的暴雨天氣過程，但極易出現雷暴大風、冰雹、短時強降水等災害性天氣。

（2）當蒙古冷渦位置維持少動時，蘭州地區將出現連續性的午后對流性天氣過程，冷渦的填塞或北上，是蘭州地區夏季午后對流性天氣結束的標志。

（3）蒙古冷渦的強度及高低壓間的梯度，決定了蘭州地區對流性天氣的強度，冷渦中心強則影響天氣劇烈頻繁，可影響到蘭州偏南部地區，冷渦中心弱時主要可影響到蘭州偏北部地區。

參考文獻

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