淮北市一次冷渦暴雨過程診斷分析

張永芹 黨修伍 孫金賀

摘要 利用常規(guī)數(shù)值預(yù)報(bào)資料，對(duì)2016年7月1日發(fā)生在淮北市一次局地暴雨天氣過程的降水形勢(shì)、環(huán)流特征、物理量、雷達(dá)回波、衛(wèi)星云圖等進(jìn)行較全面系統(tǒng)的分析。結(jié)果表明，此次強(qiáng)降水主要是由于冷渦在東移過程中攜帶冷空氣下滑造成的；沙氏指數(shù)、K指數(shù)、抬升指數(shù)、對(duì)流穩(wěn)定度指數(shù)、風(fēng)暴強(qiáng)度指數(shù)等對(duì)局地強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生發(fā)展有較好的指示作用；衛(wèi)星云圖和雷達(dá)回波也能很好地把握對(duì)流云團(tuán)的發(fā)生發(fā)展，是目前短時(shí)臨近預(yù)報(bào)的較好工具。

關(guān)鍵詞 暴雨；環(huán)流形勢(shì)；物理量；衛(wèi)星云圖；雷達(dá)回波

中圖分類號(hào) S161.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2018）20-0148-03

Abstract Using conventional numerical forecasting data， a more comprehensive and systematic analysis of the precipitation situation， circulation characteristics， physical quantities， radar echoes， satellite cloud maps， etc. during a local heavy rain event in Huaibei City on July 1， 2016 was carried out.The results showed that this heavy precipitation was mainly caused by the cold air escaping during the eastward move；Showalter index， K index， uplift index， convective stability index and storm intensity index had a good indication of the development of local strong convective weather.Satellite cloud maps and radar echoes could also well understand the development of convective cloud clusters. It was a better tool for shortterm nowcasting.

Key words Rainstorm；Circulation situation；Physical quantity；Satellite cloud chart；Radar echo

暴雨是淮北地區(qū)主要災(zāi)害性天氣之一，由于它具有突發(fā)性和強(qiáng)度大等特點(diǎn)，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)以及人民生命財(cái)產(chǎn)構(gòu)成嚴(yán)重威脅，因此做好暴雨天氣的預(yù)報(bào)服務(wù)有重要的現(xiàn)實(shí)意義。很多氣象學(xué)者對(duì)暴雨天氣進(jìn)行了分析，并取得了一定的成果[1-6]，如尹東屏等[1]分析得出高低空急流的耦合對(duì)暴雨產(chǎn)生起著重要作用，同時(shí)低層水汽通量輻合的增大和上升運(yùn)動(dòng)是暴雨產(chǎn)生的關(guān)鍵；陳楠等[7]研究表明，強(qiáng)對(duì)流暴雨出現(xiàn)在中尺度暴雨云團(tuán)發(fā)展階段的后期和成熟階段的早期，在地面氣旋式環(huán)流右前方、地面輻合線北側(cè)、對(duì)流云團(tuán)發(fā)展的前端；劉勇等[8]研究表明，特大暴雨發(fā)生在冷鋒云系前部，500 hPa槽前的弱冷空氣觸發(fā)對(duì)流產(chǎn)生，衛(wèi)星云圖上表現(xiàn)為一中-β尺度對(duì)流云團(tuán)和一片低云。筆者利用常規(guī)觀測(cè)資料、雷達(dá)、衛(wèi)星云圖等氣象資料，對(duì)環(huán)流背景、物理量特征、中小尺度天氣系統(tǒng)等方面，對(duì)2016年6月30日—7月1日發(fā)生在淮北市的一次暴雨過程進(jìn)行分析，以期為城市短時(shí)臨近強(qiáng)降水預(yù)報(bào)拓寬思路。

1 降水實(shí)況

2016年6月30日20：00—7月1日08：00，淮北市出現(xiàn)明顯降水，雨量分布不均，并伴有7～9級(jí)陣風(fēng)。強(qiáng)降水落區(qū)集中在淮北市北部，共有7個(gè)暴雨點(diǎn)。從單站逐小時(shí)降水量來看，強(qiáng)降水時(shí)段主要出現(xiàn)在6月30日22：00—7月1日00：00，2 h降雨量達(dá)到75.6 mm。

2 環(huán)流形勢(shì)分析

分析此次過程期間500 hPa天氣形勢(shì)發(fā)現(xiàn)，6月30日20：00亞歐中高緯呈西高東低形勢(shì)，東北維持一低渦，河套經(jīng)河南西部到重慶一線為高空低槽，副高584 dagpm線在沿淮一帶，淮北市處于槽前西南氣流中（圖1a）；700、850 hPa切變線位于河南西部，淮北上空吹西南風(fēng)。7月1日08：00 700 hPa 冷式切變線移至江淮之間，500 hPa槽線北端移至山東東部，此時(shí)淮北市轉(zhuǎn)為槽后西北氣流控制，降水停止（圖1b）。

3 物理量診斷分析

3.1 水汽條件

3.1.1 水汽通量和水汽通量散度。從6月30日20：00的700、850、925 hPa各層水汽通量（圖2）可以看出，湖南、湖北與安徽交界處有一大的水汽通量輸送帶，淮北上空水汽通量為12～16 g/（cm·hPa·s）。

分析EC細(xì)網(wǎng)格6月30日20：00的700、850 hPa水汽通量散度場(chǎng)發(fā)現(xiàn)，淮北處在負(fù)值當(dāng)中，表明對(duì)流層下半部分為輻合狀態(tài)，水汽相當(dāng)充沛，為強(qiáng)降水提供了豐富水汽。

3.1.2 相對(duì)濕度和比濕。

6月30日20：00 700、850 hPa相對(duì)濕度和比濕場(chǎng)上，淮北西南方向有一濕度大值區(qū)，淮北上空的700 hPa相對(duì)濕度為70%，比濕達(dá)8 g/kg，850 hPa相對(duì)濕度為80%，比濕達(dá)12 g/kg，可見對(duì)流層中低層水汽含量比較豐富。

3.2 能量及層結(jié)特征分析

分析6月30日20：00阜陽和徐州2個(gè)探空站的T-lnP發(fā)現(xiàn)，整個(gè)氣層的正不穩(wěn)定能量是相當(dāng)大的，整層比較濕厚，且阜陽明顯大于徐州；阜陽和徐州兩站的對(duì)流上限高度均超過了200 hPa，說明淮北附近具備強(qiáng)對(duì)流發(fā)展的條件。

從阜陽站和徐州站的探空資料各項(xiàng)指數(shù)（表1）可以看出，6月30日20：00 沙氏指數(shù)（SI）、K指數(shù)、抬升指數(shù)（LI）、對(duì)流穩(wěn)定度指數(shù)（IC）、大風(fēng)指數(shù)（VV）、風(fēng)暴強(qiáng)度指數(shù)（SSI）、對(duì)流有效位能（CAPE）的值較大，說明淮北出現(xiàn)局地強(qiáng)降水時(shí)上空已經(jīng)聚集了足夠的不穩(wěn)定能量；但徐州站的K指數(shù)和CAPE均小于阜陽站，這可能是此次強(qiáng)降水出現(xiàn)時(shí)間短、范圍小的原因之一。

3.3 動(dòng)力條件

3.3.1 渦度。從700、850 hPa渦度場(chǎng)（圖3）可以看出，6月30日20：00暴雨發(fā)生前，中低層渦度場(chǎng)呈現(xiàn)“鞍形”結(jié)構(gòu)。河南西部—湖北—重慶一線有一東北—西南向的正渦度區(qū)，大值中心位于重慶一帶，上游（河南省）為正渦度區(qū)，其值為10×10-5～15×10-5，說明當(dāng)?shù)赜休^強(qiáng)的輻合上升，對(duì)強(qiáng)降水發(fā)生非常有利，而淮北處于正渦度的右前方；7月1日02：00淮北上空為正渦度，此時(shí)降水趨于結(jié)束，說明在出現(xiàn)降水期間，淮北上空維持正渦度。

3.3.2 散度。從散度的垂直剖面（圖4）可以看出，在強(qiáng)降水發(fā)生前高層輻散、低層輻合形勢(shì)比較明顯；降水發(fā)生前400 hPa以下為很強(qiáng)的輻合，300 hPa以上為強(qiáng)的輻散，這種強(qiáng)烈的抽吸作用利于上升氣流發(fā)展，易產(chǎn)生劇烈的強(qiáng)對(duì)流天氣；在降水出現(xiàn)期間，高層仍為輻散，但中低層輻合減弱，而且還存在相對(duì)較弱的輻散層，這也可能是產(chǎn)生局地強(qiáng)降水的另一原因。

3.3.3 垂直速度。從33.9°N、116.8°E垂直速度的時(shí)間剖面（圖5）可以看出，暴雨發(fā)生前后淮北地區(qū)垂直速度850～150 hPa都是負(fù)值，且暴雨發(fā)生時(shí)上升速度增大，等值線較密集。最大的上升速度出現(xiàn)在300～400 hPa，其垂直速度中心值為-33×10-3 hPa/s。由此可見，各層次的上升運(yùn)動(dòng)將低層的水汽向上輸送，增大了濕層厚度，使對(duì)流層達(dá)到準(zhǔn)飽和狀態(tài)，觸發(fā)不穩(wěn)定能量的釋放，造成了局地暴雨。

4 云圖分析

分析FY2G紅外（IR1）衛(wèi)星云圖發(fā)現(xiàn)，6月30日20：30阜陽一帶有積雨云團(tuán)生成，并不斷地向東北方向擴(kuò)展壯大，21：30移至淮北上空，淮北降水開始；22：00—23：00該對(duì)流云團(tuán)發(fā)展呈團(tuán)狀，此時(shí)對(duì)應(yīng)雨強(qiáng)達(dá)到最大，此后該云體不斷向東北方向移動(dòng)，密度減小，強(qiáng)度減弱，雨勢(shì)和風(fēng)力也隨之減小，并逐漸趨于停止。

5 雷達(dá)分析

分析阜陽雷達(dá)0.5°仰角的反射率因子發(fā)現(xiàn)，6月30日21：40淮北市中部有零散回波，亳州一帶有回波發(fā)展并向偏東方向移動(dòng)，22：08回波連成一片，最大回波強(qiáng)度45 dBz；22：25回波覆蓋淮北市北部，最大回波強(qiáng)度面積也在増大，此后回波不斷發(fā)展增強(qiáng)；23：06整個(gè)淮北上空被降水回波所覆蓋，最大回波強(qiáng)度40～45 dBz，此回波在淮北上空維持近1 h，造成該地區(qū)局地暴雨。隨后回波繼續(xù)東移，00：32移出淮北市，降水逐漸停止[9]。

6 結(jié)論

（1）此次局地對(duì)流性降水主要是由于東北冷渦東移南下攜帶冷空氣下滑造成的。

（2）EC細(xì)網(wǎng)格產(chǎn)品的形勢(shì)預(yù)報(bào)、渦度、散度、K指數(shù)等物理量都有較好的預(yù)報(bào)能力。

（3）沙氏指數(shù)、K指數(shù)、抬升指數(shù)、對(duì)流穩(wěn)定度指數(shù)、風(fēng)暴強(qiáng)度指數(shù)等對(duì)局地強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生發(fā)展有較好的指示作用。

（4）衛(wèi)星云圖和雷達(dá)回波能很好地把握對(duì)流云團(tuán)的發(fā)生發(fā)展，是目前短時(shí)臨近預(yù)報(bào)中的較好工具。

（5）此次局地性的大風(fēng)暴雨天氣持續(xù)時(shí)間短、小時(shí)雨強(qiáng)大，淮北市氣象臺(tái)在24 h預(yù)報(bào)中未能準(zhǔn)確預(yù)報(bào)出來。各家數(shù)值預(yù)報(bào)對(duì)于這次降水量級(jí)也只給出了大雨量級(jí)，所以在今后的預(yù)報(bào)當(dāng)中，對(duì)這類天氣的準(zhǔn)確把握還有待于進(jìn)一步研究。

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