一次極端短時強降水天氣分析

賈安琪,張 帥, 張 鐸, 趙玉潔

(1.雞西市氣象局，黑龍江 雞西 158100；2.大興安嶺地區氣象局，黑龍江 大興安嶺165000)

1 引言

麻山區是雞西市短時強天氣及暴雨事件的多發中心，短時強降水易造成城市內澇、山洪等災害。 雞西市年降水量較小，泄洪及城鎮排水能力有限。 本次強降水小時雨強達70 mm， 對雞西麻山區造成較嚴重損害，局地突發性很強，在本地非常罕見，因而分析本次極端異常天氣過程對提高本地短時強對流天氣的監測預警能力及預報經驗的總結具有重要意義。

2 降水實況

2019 年 7 月 18 日 14-17 時，雞西市西部出現短時強降水天氣，雨區主要出現在雞西市麻山區，麻山區雨量站3 h 累計降水量為：麻山區（無人站）121.9 mm、麻山農委109.0 mm、麻山新光村85.2 mm。 本次降水雨區范圍小、持續時間短、局地降水強度大，周圍觀測站3 h 降水量在20 mm 以內。 強降水主要集中在15 時25 分-16 時25 分， 麻山最大小時雨強出現在麻山區無人站，為78.8 mm/h，達到短時大暴雨量級， 為雞西歷史上極端異常天氣。 受短時暴雨影響，麻山區麻山鎮新光村發生泥石流災害，導致S309道路被泥石流堵塞，居民23 間房屋進水，3 戶房屋倒塌，沖毀道路50 m、涵洞2 個，500 m2冷庫機器被淹，直接經濟損失280 萬元。

3 環流背景

3.1 高空形勢

7 月18 日 08 時500 hPa 歐亞大陸環流相對平直，西風帶多槽脊活動，貝加爾湖以西為冷渦，冷空氣在貝加爾湖以西堆積，貝加爾湖以東為一暖脊，黑龍江省位于脊前冷槽內。 槽區較深厚，降水區在對流層中層有冷空氣入侵，700 hPa 及850 hPa 槽區基本與500 hPa 槽區重合，系統穩定少動，雞西低層位于西風槽前西南氣流中，整體處于上冷下暖狀態。

3.2 地面形勢

08 時地面圖上西太平洋副熱帶高壓在海上，脊線呈“東西”走向且穩定維持，在東阻背景下，黑龍江省北部為氣旋控制， 雞西市處在氣旋底部偏暖區一側。 東阻的穩定維持為短時暴雨的發生提供了有利的天氣背景，15 時雞西市西部出現兩條地面中尺度輻合線， 地面輻合線在低壓暖區中為本次強對流天氣的發生提供了良好的動力條件。

4 中尺度分析

4.1 抬升觸發條件

Dosewell(1978)認為天氣尺度上升運動將氣塊抬升到自由對流高度一般需要1 d 以上，因而不足以觸發雷暴，雷暴一般由低層中尺度系統觸發。 此次超級單體的暴發是由850 hPa 槽線觸發，18 日08-20 時850 hPa 槽線呈 “南-北” 走向穩定維持在雞西市上空， 低層的強輻合上升運動是強對流天氣的動力機制，使不穩定能量暴發，且能不斷觸發新的對流，致使麻山區出現1 h78.8 mm 的降水。

4.2 水汽條件

從形勢上看，降水區中、低層均處在槽前西南風控制， 一致的西南氣流不斷將副高外圍的水汽輸送至降水區，08 時 850 hPa 比濕在 10 g/kg，14 時增大至12 g/kg；850 hPa 相對濕度達85%；從水汽通量來看，吉林南部有水汽通量高值中心，降水區水汽通量達 7 g/（cm·hPa·s）， 高濕的水汽條件是形成本次強降水的重要原因。

4.3 不穩定條件

500 hPa 黑龍江省在冷槽控制下，850 hPa 有暖脊自西向東延伸至降水區， 中層冷空氣與低層暖脊配置形成熱力不穩定。 14 時降水區 K 指數達40，850 hPa 假相當位溫為 303 K。 另外，夏季午后地面溫度迅速升高，由08 時22 ℃增長到14 時28 ℃，暖空氣上升易引發熱對流， 低層高溫高濕能量不斷積累，對流不穩定逐漸增強，導致突發性暴雨。

5 雷達特征分析

5.1 風暴強度演變過程

這是一次由單體風暴逐漸發展成多單體風暴，多單體風暴發展過程中出現強降水超級單體風暴的過程。 13 時46 分，初始對流單體在雞西市麻山區以北生成，自西北向東南緩慢移動發展，反射率逐漸增強至55 dBZ，范圍逐漸擴大，此時麻山北部新光村降水逐漸開始。14 時34 分，可見風暴后側有入流缺口，單體逐漸成熟，回波頂高達15 km。 14 時55 分在單體后側生成一新對流單體，強度增強且不斷東移，風暴呈“東-西”走向，與回波移動方向基本一致，使新光村20 min 產生25 mm。 兩單體風暴逐漸分裂成帶狀雷暴群，后側不斷有新單體生成，回波形態變為多單體風暴，風暴排列緊密，范圍不斷擴大，位置較前期南移，逐漸開始影響麻山以南地區，沿回波移動方向做剖面可見很多單體回波， 回波強度為35-50 dBZ，回波頂高在4-8 km。 15 時17 分多單體風暴中出現一前一后兩個發展旺盛單體， 位置正處于麻山與林口交界處，強度>50 dBZ，后側單體強度迅速增強。 此時雷達液態水含量產品最高達6 g/ m3。 15 時44 分兩強單體回波依次發展成熟，回波高度可達12 km，此時麻山北部新光村降水持續，麻山區站30 min累計降水量達55 mm。 強降水單體“東-西”走向，使麻山區降水持續時間較長，且各單體回波強度均>45 dBZ，雨強較大，明顯的列車效應是造成本次較大累積雨量的重要原因。16 時回波強度逐漸減弱，麻山區降水強度減弱直至降水結束。

5.2 超級單體結構分析

強降水超級單體呈現多單體風暴特征，18 日15時28 分組合反射率產品可見，多單體風暴中兩個對流單體發展旺盛，位置正處于麻山與林口交界處，兩超級單體依次發展成熟，強度達55 dBZ。同一時刻徑向速度場有明顯一大一小兩中氣旋相對應， 且能持續3 個以上體掃， 中氣旋沿雷達徑向方向表現為氣旋式輻合且完全被降水包裹。 超級單體風暴沿回波走向（東-西）剖面可見，中低層上升氣流發展旺盛，回波高度可達12 km。 >40 dBZ 強回波向移動方向（東）一側傾斜，>50 dBZ 強回波延伸至 7 km。 分別從3 個仰角的反射率因子圖上對比可以發現，低層存在弱回波區及中高層的懸垂回波結構。 風暴入流一側強上升氣流為風暴提供足夠的水汽和動力條件，超級單體的回波懸垂、 有界弱回波及向右傾斜特征非常明顯。

6 氣象服務情況

此次降水時間短、局地性強，雨強較大，常規天氣分析資料及預報員的主觀訂正很難作出準確預報。 數值預報由于系統尺度較小，各產品均未報出較大量級降水。 雞西市氣象臺會商指出：白天為多云有陣雨天氣，局地易發短時強降水、雷暴等強對流天氣。此外，利用牡丹江雷達資料密切監視。 15 時02 分，在黑龍江省氣象臺指導下，召開緊急天氣會商，并立即啟動暴雨應急Ⅳ級響應。于15 時22 分發布雷電黃色預警信號，15 時34 分發布暴雨紅色預警信號。

7 結論

（1）本次強對流天氣發生在深厚的西風槽背景下，環流形勢較穩定，降水區位于槽前暖濕氣流中，地面在強大東阻背景下， 系統少動降水持續時間較長。

（2）暴雨的產生是大尺度環流背景下中尺度系統直接作用的結果，850 hPa 槽線是本次對流天氣的觸發機制，上冷下暖造成熱力不穩定，高濕度是本次短時暴雨發生的重要條件。

（3）本次極端天氣范圍小、局地性強。 強降水超級單體呈現多單體風暴特征， 有2-3 個強反射率因子中心，兩個中氣旋，且多個弱回波區。

（4）由于多單體風暴走向與風暴移動方向相對一致且連續經過降水區，明顯的“列車效應”使其出現了短時暴雨天氣。