2019年7月山東一次強(qiáng)對流天氣成因及數(shù)值預(yù)報(bào)偏差分析

劉潔 楊瑞峰 張艷 王楠喻

摘要? ? 本文首先利用常規(guī)天氣資料和衛(wèi)星資料對2019年7月6日山東地區(qū)的強(qiáng)對流天氣成因進(jìn)行分析。結(jié)果表明，此次強(qiáng)對流天氣是在高空冷渦、低層切變和地面氣旋的共同作用下，形成了大尺度抬升運(yùn)動和不穩(wěn)定層結(jié)，配合低空急流輸送水汽和中尺度輻合造成的抬升運(yùn)動，造成了大范圍雷暴大風(fēng)、暴雨和局部冰雹天氣。同時(shí)，對流云團(tuán)的合并發(fā)展增強(qiáng)了暴雨強(qiáng)度。最后，通過分析歐洲中心數(shù)值模式資料，得到對中尺度輻合中心的預(yù)報(bào)能力不足是造成暴雨落區(qū)預(yù)報(bào)偏差的主要原因。

關(guān)鍵詞? ? 強(qiáng)對流;天氣形勢;數(shù)值預(yù)報(bào);成因;偏差;山東省;2019年7月

中圖分類號? ? P458? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼? ? A

文章編號? ?1007-5739（2020）11-0208-02? ? ? ? ? ? ? ?開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）

Analysis? of? Causes? and? Numerical? Forecast? Deviations? of? a? Severe? Convection? in? Shandong? Province? in? July，2019

LIU Jie 1? ? YANG Rui-feng 1? ? ZHANG Yan 1? ? WANG Nan-yu 2

（1 Tai′an Meteorological Bureau in Shandong Province，Tai′an Shandong 271001; 2 Yantai Meteorological Bureau）

Abstract? ? Using conventional weather data and satellite data，the causes of severe convection in the Shandong area in July 6，2019 were analyzed.The results showed that this severe convection was caused by the combination of high cold vortex，lower shear and surface cyclones. The scale uplift，unstable stratification，low-altitude torrent transporting water vapor and uplift caused by mesoscale convergence had caused a wide range of thunderstorms，heavy rains and local hail. At the same time，the combined development of convective clouds increased the intensity of the storm. Finally，by analyzing the data of the numerical model of the European Center，it′s found that the insufficient forecasting ability of the mesoscale convergence center was the main reason for the deviation of the forecast of the heavy rainfall area.

Key words? ? severe convection;weather situation;numerical forecast;cause;deviation;Shandong Province;July，2019

強(qiáng)對流天氣具有天氣現(xiàn)象劇烈、發(fā)展迅速、持續(xù)時(shí)間短、局地性強(qiáng)、易導(dǎo)致災(zāi)害等特點(diǎn)。強(qiáng)對流天氣的預(yù)報(bào)預(yù)警工作是天氣預(yù)報(bào)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，國內(nèi)外相關(guān)學(xué)者已對強(qiáng)對流天氣的形成與發(fā)展機(jī)制進(jìn)行了深入研究[1-5]，并取得了許多有價(jià)值的研究成果。充足的水汽、不穩(wěn)定層結(jié)和抬升機(jī)制是強(qiáng)對流天氣發(fā)生的3個(gè)必備條件[6]。水汽和不穩(wěn)定層結(jié)是強(qiáng)對流發(fā)生發(fā)展的基礎(chǔ)，而抬升機(jī)制是強(qiáng)對流預(yù)報(bào)中的關(guān)鍵和難點(diǎn)[7-8]。不同類型的強(qiáng)對流天氣形成機(jī)制也不同，山東地區(qū)的強(qiáng)對流天氣以雷暴大風(fēng)、冰雹和短時(shí)強(qiáng)降水為主。本文選取山東省2019年夏季的一次強(qiáng)對流天氣過程，在對3種強(qiáng)對流天氣的形成機(jī)制進(jìn)行深入了解和區(qū)分的基礎(chǔ)上，從環(huán)流特征、影響系統(tǒng)、探空圖、物理量場和衛(wèi)星云圖等幾個(gè)方面分析其成因，同時(shí)結(jié)合歐洲中心細(xì)網(wǎng)格模式，簡要分析此次模式預(yù)報(bào)暴雨落區(qū)偏差的原因。通過對此次強(qiáng)對流天氣過程進(jìn)行深入分析，以期提高對強(qiáng)對流天氣的預(yù)報(bào)預(yù)警服務(wù)能力。

1? ? 天氣實(shí)況

2019年7月6日2：00到7日8：00，山東自西北向東南出現(xiàn)了雷暴大風(fēng)、短時(shí)強(qiáng)降水和冰雹天氣。泰安、臨沂出現(xiàn)了冰雹;多市縣、多時(shí)次出現(xiàn)了17 m/s以上的雷暴大風(fēng)，最大為24 m/s，出現(xiàn)在濱州。6 h內(nèi)，多地區(qū)出現(xiàn)了>50 mm的短時(shí)暴雨，最大98 mm出現(xiàn)在德州慶云。此次強(qiáng)對流過程具有發(fā)展迅速、強(qiáng)度大、分布范圍廣、多種災(zāi)害性天氣并發(fā)的特點(diǎn);在魯南、魯西北等地形成風(fēng)雹災(zāi)害，造成玉米、棉花、花生、大豆、露天蔬菜等農(nóng)作物不同程度受災(zāi)，果樹落果，塑料大棚薄膜損壞;此次災(zāi)害共造成山東省7個(gè)市12個(gè)縣（市、區(qū)）的30個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)（街道）不同程度受災(zāi)。

2? ? 成因分析

2.1? ? 天氣形勢分析

2.1.1? ? 500 hPa分析。6日8：00，500 hPa在我國東北地區(qū)有一冷渦，表明干冷空氣即將南下，其槽線從東北一直延伸到河南、河北一帶，整個(gè)山東處于高空槽前，高空槽前有較強(qiáng)的正渦度平流，造成較強(qiáng)的上升運(yùn)動。

2.1.2? ? 700 hPa分析。700 hPa東北地區(qū)低渦逐漸向東南發(fā)展，6日20：00，低渦中心位于山東西北部，有較強(qiáng)東南暖濕氣流輸送水汽。6日8：00，魯西北、魯中和魯南地區(qū)T-Td（溫度露點(diǎn)差）≤3 ℃，濕度區(qū)逐漸向東移動，7日8：00，山東北部地區(qū)T-Td≤3 ℃，其中半島北部T-Td=0.2 ℃，接近飽和，濕區(qū)位置和移動方向與暴雨落區(qū)有較好的對應(yīng)關(guān)系。

2.1.3? ? 850 hPa分析。6日8：00 850 hPa從東北地區(qū)到山東省西北部有一深厚切變線，前傾槽結(jié)構(gòu)明顯，不穩(wěn)定度增強(qiáng);低空急流較強(qiáng)，加強(qiáng)了低層擾動，有利于不穩(wěn)定能量的觸發(fā)釋放;與500 hPa溫差達(dá)到了28 ℃以上。6日20：00，切變線位于山東省，東南急流較強(qiáng)，魯西北T-Td≤1 ℃，魯中和魯南地區(qū)T-Td≤3 ℃，有明顯的濕度脊，水汽條件充沛。結(jié)合500 hPa分析可知，高層干冷空氣疊加在低層暖濕平流之上，形成了上干冷、下暖濕的不穩(wěn)定層結(jié)，造成大氣層結(jié)的強(qiáng)烈不穩(wěn)定，有利于對流不穩(wěn)定能量儲存，有利于對流產(chǎn)生。

2.1.4? ? 200 hPa分析。6日8：00 200 hPa有一起始于新疆東部的高空急流，其自西北向東南方向延伸，然后在北緯30°附近轉(zhuǎn)向東北方向，最大急流核位于陜西至河南一帶，山東位于高空急流出口區(qū)的左側(cè)，水平風(fēng)切變大，高空輻散對應(yīng)低層輻合，有利于山東地區(qū)上升運(yùn)動加強(qiáng)。

2.1.5? ? 地面分析。由地面天氣圖分析可知，氣旋生成后，從東北地區(qū)逐漸向山東省移動，6日2：00，氣旋中心已位于山東省西北部，6日17：00，低壓頂部倒槽控制山東省，上升運(yùn)動旺盛。山東地區(qū)在對流發(fā)生過程中位于暖低壓區(qū)，同時(shí)6日8：00，菏澤、泰安、濱州和東營等地區(qū)都有中尺度輻合中心，存在風(fēng)向輻合，輻合抬升運(yùn)動強(qiáng)，將導(dǎo)致不穩(wěn)定能量的觸發(fā)和釋放。另外，白天近地層大氣被加熱也會導(dǎo)致不穩(wěn)定層結(jié)的發(fā)展。

2.2? ? 探空圖分析

由6日8：00章丘站探空圖可知，CAPE值達(dá)1 544 J/kg，可能產(chǎn)生的最大上升速度達(dá)55.6 m/s，K指數(shù)為42 ℃，對流潛勢強(qiáng);濕度層結(jié)上干下濕，位勢不穩(wěn)定強(qiáng);風(fēng)向隨高度順轉(zhuǎn)，垂直風(fēng)切變大，有利于對流組織化;中層有明顯干層，干冷空氣卷入有利于蒸發(fā)，下沉運(yùn)動增強(qiáng)，有利于雷暴大風(fēng)產(chǎn)生;-20 ℃高度位于400 hPa左右，0 ℃層高度位于600 hPa左右，這種環(huán)境條件有利于小冰雹生長[9];低層的水汽含量充足，有利于短時(shí)強(qiáng)降水產(chǎn)生。

2.3? ? 其他物理量場分析

2.3.1? ? 熱力條件（K指數(shù)）。K指數(shù)是溫度直減率、低層水汽條件和中層飽和程度3項(xiàng)的和，能夠反映大氣的層結(jié)穩(wěn)定狀況，6日8：00，山東大部地區(qū)K指數(shù)>38 ℃，表明層結(jié)不穩(wěn)定性較強(qiáng)。個(gè)例研究表明[10]，山東地區(qū)產(chǎn)生冰雹時(shí)K指數(shù)一般>25 ℃，而產(chǎn)生暴雨時(shí)K指數(shù)較高，一般在35 ℃以上，對應(yīng)著此次強(qiáng)對流過程暴雨比較強(qiáng)、冰雹稍弱。

2.3.2? ? 動力條件（低層散度）。6日8：00 925 hPa散度分布可以看出，山東地區(qū)具有明顯的輻合中心，表明低層具有較強(qiáng)輻合上升運(yùn)動，將導(dǎo)致不穩(wěn)定能量的觸發(fā)和釋放，從而造成更劇烈的上升運(yùn)動，有利于產(chǎn)生強(qiáng)對流天氣[11]。

2.3.3? ? 水汽條件（水汽通量散度）。6日8：00 925 hPa水汽通量散度分布可以看出，較強(qiáng)的水汽通量輻合中心控制山東地區(qū)，表明有強(qiáng)烈的水汽輸送和水汽輻合，為強(qiáng)對流提供了充沛的水汽條件。

2.4? ? 衛(wèi)星云圖分析

從6日8：00紅外云圖可以看出，已有大片對流云團(tuán)在魯西北地區(qū)發(fā)生發(fā)展，而魯中東部和魯東南地區(qū)為零散塊狀云團(tuán)，此時(shí)云團(tuán)為白色，云頂光滑。隨著對流云團(tuán)逐漸發(fā)展合并，從魯西北到魯東南為一大片對流云團(tuán)覆蓋，發(fā)展旺盛，云頂變?yōu)闈獍咨┯甑募訌?qiáng)與云團(tuán)的合并及加強(qiáng)有密切關(guān)系[12]，因而對流云團(tuán)的發(fā)展合并過程體現(xiàn)了此次強(qiáng)對流過程從西北向東南的發(fā)展加強(qiáng)路徑。從可見光云圖可以看出，云頂多起伏，出現(xiàn)了皺紋和斑點(diǎn)，表明對流發(fā)展十分旺盛。

3? ? 數(shù)值預(yù)報(bào)偏差分析

由歐洲中心細(xì)網(wǎng)格模式5日20：00起報(bào)的6日8：00至7日8：00的24 h降水量與實(shí)況對比可以看出，模式對濱州南部、濟(jì)南北部和日照地區(qū)暴雨空報(bào)，對泰安東部和臨沂有漏報(bào)，對淄博、濰坊和東營等地區(qū)暴雨預(yù)報(bào)比較準(zhǔn)確。

分析造成偏差的原因，在大尺度環(huán)流形勢上，模式預(yù)報(bào)與實(shí)況比較接近，而在地面風(fēng)場預(yù)報(bào)中，通過對比分析6日14：00的10 m風(fēng)場預(yù)報(bào)和地面風(fēng)場實(shí)況可知，濟(jì)南附近的輻合中心預(yù)報(bào)過強(qiáng)，然而臨沂附近的風(fēng)場輻合中心在模式預(yù)報(bào)中沒有體現(xiàn)，這是造成此次暴雨落區(qū)預(yù)報(bào)偏差的主要原因。

4? ? 結(jié)論

此次強(qiáng)對流過程是典型的高空冷渦造成的雷暴大風(fēng)、暴雨和冰雹過程，中低層配合有切變線，形成了大尺度抬升運(yùn)動和上干冷、下暖濕的不穩(wěn)定層結(jié)，低空急流輸送水汽，配合地面中尺度輻合中心造成較強(qiáng)抬升運(yùn)動，對流云團(tuán)的合并發(fā)展也加劇了對流強(qiáng)度。在熱力、動力、水汽條件的配合下，造成了大范圍的雷暴大風(fēng)和暴雨天氣，局部發(fā)生了冰雹。最后分析歐洲中心細(xì)網(wǎng)格模式對暴雨落區(qū)的預(yù)報(bào)結(jié)果，得到其產(chǎn)生偏差的主要原因是對中尺度輻合中心的預(yù)報(bào)能力不足。

5? ? 參考文獻(xiàn)

[1] WILSON J W，MUELLER C K.Nowcasts of thunderstorm initiation and evolution[J].Weather and Forecasting，1993，8（1）：113-131.

[2] AYLWARD R P，DYER J L.Synoptic environments associated with the training of convective cells[J].Weather and Forecasting，2010，25（2）：446-464.

[3] 陶詩言，丁一匯，周曉平.暴雨和強(qiáng)對流天氣的研究[J].大氣科學(xué)，1979（3）：35-46.

[4] 孫繼松，陶祖鈺.強(qiáng)對流天氣分析與預(yù)報(bào)中的若干基本問題[J].氣象，2012，38（2）：164-173.

[5] 俞小鼎，周小剛，王秀明.雷暴與強(qiáng)對流臨近天氣預(yù)報(bào)技術(shù)進(jìn)展[J].氣象學(xué)報(bào)，2012，70（3）：311-337.

[6] 朱乾根，林錦瑞，壽紹文，等.天氣學(xué)原理和方法[M].北京：氣象出版社，2007：422-436.

[7] 王秀明，俞小鼎，周小剛.雷暴潛勢預(yù)報(bào)中幾個(gè)基本問題的討論[J].氣象，2014，40（4）：389-399.

[8] 侯淑梅，王秀明，尉英華，等.山東省初秋一次大范圍強(qiáng)對流過程落區(qū)和抬升觸發(fā)機(jī)制分析[J].氣象，2018，44（1）：80-92.

[9] 王勤.成都春夏之交一次冰雹強(qiáng)對流天氣過程分析[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2019（24）：177-178.

[10] 閻麗鳳，楊成芳，張少林，等.山東省災(zāi)害性天氣預(yù)報(bào)技術(shù)手冊[M].北京：氣象出版社，2014：134-135.

[11] 楊曉霞，張愛華，賀業(yè)坤.連續(xù)冰雹天氣的物理量場特征分析[J].氣象，2000（4）：50-54.

[12] 于希里，閆麗鳳.山東半島北部沿海強(qiáng)對流云團(tuán)與局地暴雨[J].氣象科技，2001（1）：39-41.

基金項(xiàng)目? ?山東省氣象局青年科研基金項(xiàng)目（2019SDQN15）。

作者簡介? ?劉潔（1991-），女，山東滕州人，碩士，助理工程師。研究方向：暴雨診斷和數(shù)值模擬。

收稿日期? ?2020-03-11