長治市一次極端暴雨天氣雷達特征分析

李晶晶　趙業芬　吳素芬

摘要 利用常規氣象觀測資料、自動站及區域加密資料、葵花紅外衛星云圖和長治多普勒天氣雷達資料，結合天氣形勢及天氣實況，分析了2021年7月11日發生在長治市的一次極端暴雨天氣過程。結果表明：（1）此次過程為500 hPa低壓槽和副熱帶高壓對峙的華北暴雨典型環流形勢。（2）此次強降水過程共經歷了從γ中尺度對流單體到β中尺度對流云團，再到α中尺度對流云團，最后形成中尺度對流系統MCS的3個多尺度積云并和過程。強對流云團和列車效應對此次強降水的形成起到了十分重要的作用。（3）雷達上多個強對流單體持續不斷影響而造成的列車效應，以及低質心降水回波的高降水效率，導致長治市多站出現短時強降水。低仰角、近距離處，長治上空低層徑向速度出現超過20 m/s的大速度區，說明近地面有大風天氣發生。

關鍵詞 極端暴雨;后向傳播;列車效應;雷達

中圖分類號：P458.121.1 文獻標識碼：B 文章編號：2095–3305（2022）04–0085–03

暴雨是誘發洪澇、泥石流等自然災害的主要因素之一，往往會給人民生命財產造成重大的損失[1]。近年來不少學者通過多普勒天氣雷達和中尺度特征分析等方法詳細分析了各地強降水的成因[2-5]。而長治市地形復雜，為太行山、太岳山所環繞，屬典型暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候，雨熱同季，四季分明[6]。夏季暴雨又是長治地區主要的災害性天氣之一，因此深入研究長治市極端強降水天氣的成因及機理具有重要意義。

1 天氣實況和環流背景

1.1 降水實況

7月11日08：00—12日08：00，長治市自西南向東北出現了一次強降雨天氣過程，強降雨時段主要集中在11日08：00～20：00（圖1）。此次過程，各區（縣）代表站降水量介于20.1～71.7 mm之間。全市大部分地區達到大雨以上量級;長治市東南部出現大暴雨，主要分布在壺關、平順和上黨區;其中壺關縣鵝屋達到特大暴雨，降雨量為266.9 mm。

同時，此次暴雨天氣過程，伴有以短時強降水為主的對流性天氣。其中有14站出現短時強降水，主要集中在壺關、平順、上黨區和武鄉，最大雨強出現在壺關縣鵝屋，達76.4 mm。從壺關縣鵝屋逐小時降雨量上看，從11日09：00～14：00，連續5個時次均出現了短時強降水（圖2）。

1.2 大風實況

伴隨強降水天氣過程，平順龍溪、平順杏城和武鄉板山境內出現了風速超過17.2 m/s的大風天氣，主要集中在7月11日09：00～17：00;平順杏城在11日12：00出現最大風速，達22.4 m/s。

1.3 環流背景

此次過程在東部副高和西部低壓槽對峙的環流背景下，為華北暴雨典型的環流形勢。低層低渦切變線穩定少動，以及低空西南急流持續不斷的影響，使得長治市水汽條件充沛、上升運動強烈，并且降雨持續時間長，再加上對流性質明顯，局地出現短時強降水，造成了部分地區累積雨量達到大暴雨，甚至特大暴雨。

2 衛星云圖

11日08：00在長治四周有多個中尺度對流云團發展（圖3a）。09：00，受西南氣流影響，整個云團向東北方向移動和發展。其中，中α云團1和中γ云團6合并加強，并有明顯后向傳播特征;中γ云團2和3合并加強;中γ云團4、5、7向東北方向移動并發展加強，范圍有所增大;中γ云團7的后部有新生對流云團發展，有明顯單體后向傳播特征（圖3b）。10：00，中α云團1+6與中β云團2+3、中γ云團5、7合并加強為MCS，中尺度對流云團范圍明顯增大，基本覆蓋了長治市南部和東部，對應實況壺關縣鵝屋和平順縣杏城分別出現了一小時降雨量達46.9和23.4 mm的短時強降水;中β云團4繼續加強向東北方向移動，位于長治武鄉上空，對應實況武鄉板山出現了一小時降雨量達30.6 mm的短時強降水（圖3c）。11：00，中α云團1+2+3+5+6+7與中β云團4、中γ云團8完全合并加強（圖3d）。隨著云團不斷發展，云頂亮溫較低，云體發展旺盛。長治市長時間受中尺度對流云團的不斷影響，并形成類似雷達列車效應的現象，導致長治市出現了大范圍的暴雨天氣，個別站點甚至達到特大暴雨。

3 雷達分析

3.1 反射率因子

從11日09：03長治市多普勒雷達的反射率因子圖可以看出，長治市境內降水回波為積云和層狀云混合降水回波，在晉城陵川東北部有反射率因子超過50 dBZ的強回波，未來回波向東北方向移動而影響壺關（圖4a）。09：15位于陵川東北部超過50 dBZ的強回波范圍增大，并向壺關東南部移動，強回波帶呈東北—西南走向（圖4b）。09：20強回波移入壺關東部，該強對流回波的移動速度矢量基本平行于其走向，強回波持續經過壺關鵝屋站點，形成列車效應，導致壺關鵝屋多個時次出現短時強降水（圖4c）。09：43沿著晉城陵川—壺關鵝屋呈東北—西南向的帶狀回波做反射率因子剖面（圖4d）。從剖面圖上可以看出：影響壺關鵝屋的為低質心降水回波，最強回波的質心高度在3 km以下，且有多個對流單體持續不斷經過壺關鵝屋，列車效應加上降水效率高，極易出現短時強降水，因此造成了壺關鵝屋特大暴雨天氣過程（圖4e）。

3.2 平均徑向速度

從10：00 0.5°仰角徑向速度圖上看，零速度線呈“S”形，說明風隨高度順轉，有明顯暖平流;同時零速度線兩側分別對應正負速度大值中心，朝向雷達的負速度區甚至出現速度模糊，退模糊后速度可達30 m/s以上，且大速度區距離雷達65 km以內，說明邊界層內存在強盛的偏南低空急流（圖5a）。12：04 0.5°仰角平順杏城低層徑向速度達20 m/s，杏城距離雷達54 km，0.5°仰角波束中心距離地面小于1 km，對應實況平順杏城出現了風速22.4 m/s的大風（圖5b）。

3.3 雷達風廓線VWP

從11日08：18～09：15雷達風廓線VWP上可以看出，長治市上空云體發展比較旺盛，云頂達到12.2 km（圖6）。3.4 km以下均為強盛的偏南風急流，最強風速可達18 m/s，且持續多個體掃，長時間的偏南風暖濕氣流影響，為長治市輸送了充沛的水汽。1.2～3.0 km風隨高度順轉，有明顯的暖平流;3.4～5.8 km風隨高度逆轉，為明顯的冷平流。上干冷、下暖濕的熱力不穩定層結，配合低層深厚的濕層，有利于形成局地短時強降水和雷暴大風天氣。

4 結論

（1）此次強降水發生在500 hPa低壓槽和副高對峙的大環流背景下，為華北暴雨典型環流形勢。低層低渦切變線和低空西南急流為此次強降水的主要影響系統。

（2）此次強降水過程中共經歷了從γ中尺度對流單體到β中尺度對流云團，再到α中尺度對流云團，最后形成中尺度對流系統MCS的3個多尺度積云并和過程。強對流云團和列車效應對此次強降水的形成起到了比較關鍵的作用。

（3）雷達上多個強對流單體持續不斷影響造成的列車效應，以及低質心降水回波的高降水效率，造成長治市多站出現短時強降水。再加上持續時間長、累計雨量大，造成了此次暴雨天氣過程。低仰角、近距離處，長治市上空低層徑向速度出現超過20 m/s的大速度區，說明近地面有大風天氣發生。

參考文獻

[1] 郭云謙，沈越婷，楊舒楠. 2018年“7·16”北京強降水天氣過程成因[J].氣象科技，2019，47（5）：830-840.

[2] 孫繼松，何娜，王國榮，等.“7·21”北京大暴雨系統的結構演變特征及成因初探[J].暴雨災害，2012，31（3）：218-225.

[3] 蔡雄輝，邱學興，郭婷，等.安徽北部一次局地特大暴雨過程的中尺度特征分析[J].沙漠與綠洲氣象，2021，15（4）：83-91.

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責任編輯：黃艷飛

Analysis of Radar Char-acteristics of an Extreme Rainstorm in Changzhi City

LI Jingjing et al（Changzhi Meteorological Bureau， Changzhi， Shanxi 046000）

Abstract Using conventional meteoro-logical observation data， automatic station and regional encrypted data， sunflower infrared satellite cloud images and Changzhi Doppler weather radar data， combined with the weather situation and actual weather conditions， the process of an extreme rainstorm that occurred in Changzhi on July 11， 2021 was carried out. analyze. The results showed that：（1）This process was a typical circulation situation of heavy rain in North China where the 500 hPa low-pressure trough and the subtropical high confront each other.（2）The heavy precipitation process experienced a total of three multi-scale cumulus merging processes from the γ mesoscale convective single to the β mesoscale convective cloud cluster， then to the α mesoscale convective cloud cluster， and finally the formation of the three multi-scale cumulus clouds of the mesoscale convective system MCS. Strong convective cloud clusters and train effects played a very important role on the formation of this heavy rainfall.（3）The train effect caused by the continuous influence of multiple strong convective monomers on the radar and the high precipitation efficiency of the low-centroid precipitation echo had caused short-term heavy precipitation at many stations in Changzhi city. At low elevation angles and close distances， the low-level radial velocity over Changzhi appears in a high-velocity zone exceeding 20 m/s， indicating that strong winds occur near the ground.

Key words Extreme rain; Backward propagation; The train effect; Radar

基金項目 山西省氣象局面上項目“平順花椒產量與氣象因子的關系研究”（SXKMSTC 20207132）。

作者簡介 李晶晶（1989—），女，山西長治人，工程師，主要從事天氣預報、氣象服務和氣候變化研究。

收稿日期 2022-01-01