2017年8月4日一次局地強對流過程成因分析

王選嵩 王培 姚鵬程 張新貝

摘要 2017年8月4日16：00～18：00，荊門市出現局地短時強降水和雷暴大風等強對流天氣，當地出現城市內澇，造成人民財產損失。通過綜合分析該次天氣過程可知：前期受臺風外圍云系影響，湖北西部低層高溫高濕，暖濕空氣近乎飽和，不穩定能量持續聚集，同時疊加高層冷空氣，使不穩定能量進一步發展加強，由于干冷空氣的侵入，在荊門形成局地強對流天氣;荊門地區出現的地面中尺度輻合線和地形抬升觸發中尺度單體形成，導致強對流的發生;陣風鋒激發中尺度對流云團發展并在其左側不斷產生新的對流云團，新生云團迅速發展，造成了強達75.9 mm/h的短時強降水和雷暴大風。

關鍵詞 強對流;短時強降水;雷暴大風;地形抬升

中圖分類號：P458.2 文獻標識碼：A 文章編號：2095–3305（2020）07–0–05

DOI：10.19383/j.cnki.nyzhyj.2020.07.045

Analysis of the Cause of a Strong Local Convection Process on August 4， 2017

WANG Xuan-song et al （Zhongxiang Municipal Meteorological Service， Zhongxiang， Hubei 431900）

Abstract From 16：00 to 18：00 on August 4， 2017， severe convective weather such as local short-term heavy rainfall and thunderstorms occurred in Jingmen City， and the city experienced waterlogging in the local area， causing property losses to the people. Through a comprehensive analysis of the weather process， it can be seen that affected by the typhoon peripheral cloud system in the early stage， the low-level high temperature and high humidity in the western part of Hubei， the warm and humid air is almost saturated， the unstable energy continues to accumulate， and the high-level cold air is superimposed to further strengthen the unstable energy. Due to the intrusion of dry and cold air， strong local convective weather occurred in Jingmen; the meso-scale convergence line and terrain uplift in Jingmen area triggered the formation of meso-scale monomers， leading to the occurrence of strong convection; gust fronts stimulated the development of meso-scale convective cloud clusters On the left side， new convective cloud clusters are continuously produced. The new cloud clusters develop rapidly， causing short-term heavy rainfall and thunderstorms of up to 75.9 mm/h.

Key words Strong convection; Short-term heavy precipitation; Thunderstorms and strong winds; Terrain uplift

荊門市地處鄂中丘陵地帶，近年來，荊門地區強對流天氣突發性強、強度大、影響重，給社會發展和人民生活帶來諸多不利影響。因此，加強對強對流天氣預報的研究有著十分重要的意義[1-5]。丁一匯[6]系統評述了暴雨和中尺度氣象學進展，認為強降水是以有利的大尺度天氣形勢為前提，通過中尺度系統觸發而產生的，中尺度系統直接決定了強降水的強度和落區。朱乾根等[7]詳細總結了暴雨中尺度系統的觸發條件，其中一條就是露點鋒或干鋒抬升，認為只有當500 hPa有小槽移近時，干鋒便會活躍，進而出現強對流天氣。王堅紅等[8]對2008年6月25日發生在天津的強對流降水過程進行研究，認為中尺度露點鋒鋒生的動力學、熱力學過程是此次強對流降水天氣發生發展的重要機制。本文研究背景為2017年8月4日荊門出現短時強降水和雷暴大風天氣。

1 天氣成因分析

1.1 天氣實況

受副熱帶高壓外圍暖濕氣流影響，2017年8月4日湖北出現了大范圍的強對流天氣，4日16∶00～17∶00荊門市東寶站（Q6168）降水75.9 mm，周邊3個加密站降雨量均超過30 mm，降水減弱后，雷暴出流邊界造成大風天氣，17∶00～18∶00 2個加密站極大風速超過20 m/s，其中最大為漳河站（Q6161），達27.7 m/s（圖1）。

1.2 研究資料

研究資料為2017年8月4日16∶00～18∶00湖北省加密觀測站逐小時雨量、2017年8月4日08∶00～20∶00高空和地面實況觀測資料、紅外云圖、逐6 min雷達基本反射率因子等資料。

1.3 天氣系統分析

2017年8月1～2日受減弱的臺風低壓影響，湖北東部出現了一次強降水天氣過程，3日開始隨熱帶低壓北抬，副高逐漸加強，4日08∶00 588線西伸至鄂東南，湖北處于副高外圍西南暖濕氣流中，大氣為高能高濕狀態。在廣西有一低壓發展，北方有一高空淺槽東移，帶動干冷空氣南下，與低壓外圍的西南氣流在湖北上空交匯，在湖北上空形成狹窄輻合帶。荊門主要受低槽影響，處于槽西南氣流中，到4日下午，隨著低槽東移，地面弱冷空氣擴散南下，荊門出現降水并開始加強（圖2）。

4日08：00 700 hPa高度上，鄂西上空形成一冷式切變線，850 hPa在鄂西有一暖式切變線，700 hPa切變線后的弱冷空氣疊置在850 hPa西南暖濕氣流之上，上冷下熱的溫度層結有利于鄂西地區上空不穩定能量的聚集。850 hPa切變線以東偏南氣流風速較小，僅為2～4 m/s，切變線南部未出現低空急流（圖3）。

從距離荊門最近的宜昌探空曲線可以看到，4日08：00，高層存在干侵入，抬升高度低，850 hPa以下濕度比較大，其上濕度小，上干下濕的不穩定層結有利于對流發展。K指數是表征低層暖濕程度和層結不穩定程度的一個物理量，4日08∶00宜昌K指數超過39℃，SI指數為-0.71℃，較有利于對流形成。對流有效位能達到2 343.2 J/kg，拖動訂正后，超過4 000 J/kg，不穩定能量較大（圖4）。綜合K指數、SI指數和CAPE值可以看出，在局地暴雨發生前幾個小時，環境場有利于局地強對流的發生。

1.4 抬升觸發機制分析

1.4.1 中尺度輻合線觸發 從地面風場可以看出（圓圈處為荊門城區），4日16∶00荊門西存在地面中尺度輻合線，呈東北—西南向，此時輻合線位于高假相當位溫和高比濕區域，由于中高層弱干冷空氣從西北向侵入南下，加大了近地面層的靜力不穩定度，觸發了對流的發展。回波的移動發展路徑與該處輻合線位置變化對應（圖5）。

1.4.2 地形觸發 從圖5地形上可以看出（圓點為強降水中心），西部為山區阻擋，地面有偏東氣流，偏東氣流與地形的夾角近于直角，氣流遇到山地地形后被強迫抬升，局地強降水出現在迎風坡上，有地形抬升作用。綜上，地面中尺度輻合線和地形抬升是造成本次強對流的主要觸發機制。

1.5 物理量診斷分析

1.5.1 熱力條件 8月3日白天隨副高的加強，在低層南風的作用下，湖北溫度上升很快，最高氣溫大部地區都在35℃～37℃，西部部分地區的高溫達到39℃～40℃，儲備了大量熱能。從3日20∶00 850 hPa的假相當位溫也可以看出，850 hPa θse在湖北大部均達到了80℃以上，表明低層是高能高濕，θse鋒區在湖北鄂東北—鄂西南一線，同時湖北東部和南部的K指數>39℃，4日08∶00，荊門地區K指數都在32℃以上，CAPE值在1 500～2 000 J/kg（圖6）。下墊面的顯著增溫，為強對流發展提供了能量。

1.5.2 水汽條件 8月3日20∶00，隨著副高北抬，其外圍西南暖濕氣流發展，高濕舌自西南向鄂東北伸展，850 hPa露點≥19℃，925 hPa比濕為15 g/kg;4日08∶00 850 hPa露點達到了21℃，925 hPa露點達到了23℃（圖略），湖北東部和南部的大氣可降水量達到了70 mm以上，比濕快速增加到19 g/kg（圖7）。

1.5.3 動力條件 8月4日08∶00，湖北處于200 hPa的分流區中，對應高層明顯的輻散中心，特別是江漢平原及以東925 hPa和850 hPa有較強上升運動，伴隨著中低層切變東移南下，帶動冷空氣形成干侵入，兩者相互配合觸發不穩定能量釋放，造成短時強降水、雷雨大風等強對流天氣（圖8）。

1.6 衛星云圖特征分析 從衛星云圖上可以看出，8月4日早上湖北省內上空基本沒有云系，中午10∶00前后隨地面氣溫升高，全省各地對流云系開始發展，以小型孤立對流云團為主;14∶00前后對流云團迅速發展，向西南方向傳播，伴隨小股冷空氣從河套南下，在鄂西和江漢平原北部有中尺度對流云團生成，并逐漸形成一帶狀云系;16∶00前后對流發展到最強，對流云團具有后向傳播特點。紅外云圖上荊門上空云頂亮溫達到200 K以下，對比同時次可見光云圖，可以看到云頂有對流泡，色調白，云團邊緣清晰，下部有暗影（圖9）。對應天氣實況，此時正是降水最強時段。

1.7 雷達回波演變分析 利用荊州雷達0.5°仰角基本反射率因子圖，對強對流過程進行分析。8月4日12∶00前后，京山北部在地面中尺度輻合線的觸發下，有對流單體生成，隨后兩小時，對流單體加強，并在陣風鋒作用下向南傳播如14∶34圖中，回波①、回波②、回波③，回波不斷向南分裂發展，北方回波逐漸減弱，15∶22圖中回波③發展到最旺盛，回波中心反射率達60 dBz以上，且結構緊密，地面加密站鐘祥石門站15∶00～16∶00 1 h降水量達44 mm，極大風速15 m/s，伴隨著強烈的下沉氣流，回波③前部出現了陣風鋒，近地面輻散氣流推動陣風鋒不斷向南移動，在陣風鋒的左側不斷有新的回波產生，并向荊門市區方向傳播;16∶11，隨著陣風鋒遠離回波主體，回波③開始減弱并消失，回波③陣風鋒與荊門本地輻合線在高溫高濕區相遇，使回波④開始迅速發展且穩定少動，造成了16∶00～17∶00荊門東寶站出現了小時雨強達75.9 mm的短時強降水;隨著回波④的消亡，回波④前方出現了陣風鋒，造成了17∶00～18∶00的大風天氣，在陣風鋒的后端不斷有新的風暴單體觸發（圖10）。

2 結論

2017年8月4日16：00～18∶00，荊門出現短時強降水和雷暴大風天氣，當地出現城市內澇，造成了一定的財產損失。

（1）2017年8月4日受副高外圍暖濕氣流影響，湖北出現了大范圍的強對流天氣，其中荊門4日16∶00～17∶00荊門東寶站（Q6168）小時雨強達75.9 mm，周邊3個加密站小時降雨量均超過30 mm，降水減弱后，雷暴出流邊界造成了大風天氣，17∶00～18∶00 2個加密站極大風速超過20 m/s，其中最大為漳河站（Q6161），達27.7 m/s。

（2）前期受臺風外圍云系影響，湖北西部低層高溫高濕，不穩定能量持續聚集，強對流發生前低壓外圍的西南氣流與變性冷空氣在湖北上空形成狹窄輻合帶。低層暖濕空氣近乎飽和，同時疊加高層冷空氣使不穩定能量進一步發展加強，最終由于冷空氣的侵入，在荊門形成局地強對流天氣。

（3）4日16∶00，荊門地區出現明顯地面中尺度輻合線，偏東氣流與地形的夾角近于直角，氣流受地形影響強迫抬升，觸發新中尺度單體形成。地面中尺度輻合線和地形抬升是造成本次強對流的主要觸發機制。

（4）15∶22，雷達回波中心反射率達60 dBz以上，且結構緊密;16∶11，伴隨著強烈的下沉氣流，回波前部出現了陣風鋒，近地面輻散氣流推動陣風鋒不斷向南移動，陣風鋒激發中尺度對流云團發展并在其左側不斷觸發新的對流云團產生，并向荊門市區方向傳播，回波迅速發展且穩定少動，造成了16∶00～17∶00荊門東寶站（荊門城區）出現了小時雨強達75.9 mm的短時強降水;隨著中尺度單體的消亡，單體前方出現的陣風鋒，造成了17∶00～18∶00的大風天氣。在陣風鋒的后端不斷有新的中尺度單體生成，陣風鋒是本次強對流過程的另一觸發機制。

參考文獻

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責任編輯：黃艷飛