2018年7月16日至17日首都機場對流天氣過程分析

馮瑞艮 杜旭 李自鑫

摘 ?要：該文利用首都機場報文、雷達和衛星云圖資料、北京探空資料、ERA-interim再分析資料（0.5°×0.5°，逐6h）等，對2018年7月16～17日首都機場對流天氣過程進行主客觀診斷分析。結果表明：此次對流過程可分兩個階段，其中第一階段為副高邊緣對流，水汽和不穩定能量充足，急流輻合及高層輻散抽吸作用為對流提供了良好的熱力和動力條件;第二階段為高空槽配合低渦切變線引發的對流，低空急流的加強和中層冷平流入侵提供了動力和熱力條件，而高層輻散場的填塞，則是對流過程減弱趨向結束的原因。

關鍵詞：西南急流 ?暖濕切變 ?輻散抽吸 ?熱力作用 ?冷平流 ?垂直風切變

中圖分類號：V321.2 ? 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）11（a）-0212-03

Doswell等提出的基于構成要素的預報方法“配料法”已逐漸成為強對流天氣分析和預報的重要方法之一[1]。該文以“配料法”為基礎，利用高空和地面觀測資料（或有效的數值模式輸出場）診斷中尺度對流系統發生、發展的4個條件（水汽、不穩定、抬升和垂直風切變），識別對流天氣發生、發展的天氣型，對首都機場16日02時至17日12時（北京時，下同）的對流天氣過程進行主客觀診斷分析，總結經驗，提高夏季對流的預報水平。

1 ?天氣過程概述

2018年7月16～17日首都機場對流天氣過程的主要特點：持續時間長，累計降水量大，不同階段對流特性差異大。整個對流過程可分為兩個階段：第一階段為16日凌晨至傍晚和16日半夜至17日中午。該階段有典型的暖區對流降雨特征，期間首都機場共出現4次陣性雷暴，分別是：16日02：50～05：00、06：52～08：30、15：50～17：30和19：04～20：30;第二階段則主要為大陸性對流特征，首都機場以短時強降水為主，期間于16日23：48至17日01：47、17日04：46～09：30和10：45-11：30出現弱雷暴。

2 ?過程分析

2.1 天氣圖分析

由16日08時和17日08時形勢場（圖略）分析：第一階段北京地區位于副高西北側邊緣，是典型的副高邊緣的暖區對流，500hPa低渦東移、副高東退北抬，700hPa和850hPa存在強盛的西南急流是該階段對流的主要環流形勢特征，而200hPa北京地區處于急流南側的輻散區。中低空急流提供了充沛的水汽和熱力條件，急流輻合及高層輻散抽吸作用為對流提供了良好的動力條件，這一階段的累積降水量很大。

第二階段為高空槽和低層切變線結合的大陸性對流，500hPa高空槽過境，700hPa低渦快速東移北抬和850hPa切變輻合是此階段對流的主要環流形勢特征，而200hPa北京地區輻散場逐漸填塞。低層切變和低渦東移是對流觸發的主要動力條件，中層的冷平流提供了對流維持所需的熱力差異條件，而高層輻散場的填塞，則是對流減弱趨向結束的原因。

2.2 探空曲線分析

由15日20時T-logP圖（圖略）看，對流發生前北京站CAPE值到達1108.2J/kg，K指數為37℃，說明北京地區具有較大的熱力不穩定能量。從風的垂直變化來看，850～700hPa為西南風，且風速為12～16m/s，地面1～2m/s的偏南風，近地面3000m以下風速存在明顯的垂直切變。到了17日08時，北京站CAPE值只有366J/kg，地面溫度也降至25℃，表明北京地區的不穩定能量明顯減弱。而從風的垂直變化來看，850～500hPa西南風加大至22～26m/s，地面轉為弱的偏東風，近地面6000m以下風速和風向的垂直切變明顯增強。總體來說，第一階段的熱力不穩定能量較大，而第二階段垂直風切變明顯增強。

2.3 物理量分析

2.3.1 熱力條件和不穩定層結分析

從假相當位溫圖（見圖1a）來看，16日02時至17日08時首都機場附近850hPa的假相當位溫16日08時（空心圓線）最大（368K），17日08時（交叉線）最小（351K），均達340K以上（定義夏季風前沿的假相當位溫為340K），這表明北京地區位于非常暖濕的夏季風氣團內，但第二階段對流過程的熱力不穩定能量較第一階段明顯減弱。

從相對濕度圖1b所示，16日02～08時（十字線和空心圓），溫度隨高度遞減率基本不變，而相對濕度存在低層明顯增濕（850hPa以下相對濕度接近100%，且濕層厚度加深至700hPa），中層明顯變干的現象。對比圖1a和圖1b，假相當位溫與相對濕度隨高度的變化有著相似的趨勢，表明低層明顯增濕，中層明顯變干造成了位勢不穩定層結;而從溫度廓線（圖1c）看，14時（實心圓線）近地面溫度明顯升高，地面溫度達31℃，對流層頂溫度有所降低，表明對流層上下層出現明顯的溫差是觸發位勢不穩定層結的原因;17日02～08時（實心方形線和交叉線），整層溫度出現明顯降低，且中層（500hPa附近）降溫最為明顯，表明中層冷平流的入侵是觸發位勢不穩定層結的原因。

2.3.2 水汽條件分析

對流天氣的發生和持續需要源源不斷的水汽來源，下面通過16日08時和17日08時首都機場附近925hPa的水汽通量和水汽通量散度圖分析此次對流過程的水汽輸送和水汽輻合條件。如圖2所示，16日08時，由于西南急流的增強，首都機場附近形成了強烈的水汽輸送和水汽通量輻合區，造成該區域的對流天氣，16日整天首都機場附近一直維持水汽通量輻合，直至17日08時北京地區水汽輸送和水汽通量輻合才明顯減弱。

3 ?結語

（1）此次對流天氣過程可分兩個階段：第一階段（16日凌晨至傍晚）為副高邊緣暖區對流;第二階段（16日半夜至17日中午）為高空槽配合低渦切變線引發的對流。

（2）第一階段對流天氣過程主要環流形勢特征是副高東退北抬，700hPa和850hPa均有急流存在，急流輻合及高層輻散抽吸作用為對流提供了良好的熱力和動力條件。此階段首都機場位于副高邊緣和非常暖濕的夏季風氣團內，有大量的不穩定能量。

（3）第二階段的對流天氣過程主要環流形勢特征是500hPa高空槽過境，700hPa低渦東移和850hPa暖式切變輻合影響。此階段首都機場的熱力不穩定條件明顯減弱，但低層動力條件好，中層的冷平流提供了對流熱力差異條件，急流的加強和垂直風切變的加強給對流的發生提供了有利觸發條件，而高層輻散場的填塞，則是對流減弱趨向結束的原因。

參考文獻

[1] 俞小鼎.基于構成要素的預報方法——配料法[J].氣象，2011，37（8）：913-918.

[2] 卓鴻，王冀，霍苗，等.不同天氣影響形勢下首都國際機場雷暴的空間分布及移動特征[J].暴雨災害，2018，37（1）：57-66.

[3] 孫嵩燾.2013—2015年首都機場多段雷雨天氣的分析研究[J].科技視界，2017（3）：248-249，261.