2020年8月14—15日聊城極端降水過程成因分析

馮彩金 紀凡華

摘 要：【目的】通過研究聊城出現的一次極端降水過程，揭示天氣成因，提升農業氣象服務水平。【方法】從天氣實況、環流背景和影響系統、雷達產品出發，對該次極端降水過程進行多尺度特征分析。【結果】低層大氣有順時針的垂直風切變，強暖平流，為此次聊城暴雨發生提供有利的水汽和能量供應，主要影響系統為副高邊緣的西南急流和暖式切變線。通過雷達產品分析，聊城市在云頂亮溫最低的中部地區，云團合并、亮溫梯度最大的南部地區，產生短時強降水和暴雨天氣。【結論】研究結果可為暴雨預報預測和相關研究提供參考依據。

關鍵詞：暴雨；短時強降水；葵花8號衛星；MCC；聊城

中圖分類號：P458.3? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? 文章編號：1003-5168（2023）10-0106-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2023.010.022

Abstract： [Purposes] To reveal the cause of this extreme precipitation and improve the level of agrometeorological services by studying an extreme precipitation process in Liaocheng. [Methods] The multi-scale characteristics of the extreme precipitation process were analyzed based on the weather conditions， circulation background， impact system and radar products. [Findings] There was a clockwise vertical wind shear and strong warm advection in the lower atmosphere on the Tlogp map of Zhengzhou， which provided favorable water vapor and energy supply for the Liaocheng rainstorm; The main impact system of this heavy rainfall is the southwest jet and warm shear line at the edge of the subtropical high. Through the analysis of radar products， Liaocheng City produces short-term heavy rainfall and rainstorm weather in the central region with the lowest brightness temperature at the top of the cloud， and in the southern region with the highest brightness temperature gradient due to the combination of cloud clusters. [Conclusions] The research results can provide some reference basis for rainstorm forecast and related research.

Keywords： rainstorm; short term heavy rainfall; sunflower 8 satellite; MCC; Liaocheng

0 引言

暴雨是一種災害性天氣，容易產生積水或徑流淹沒低洼地段［1］，造成洪澇災害。暴雨或大暴雨、特大暴雨，常導致山洪暴發、水庫垮壩、江河泛濫、房屋被沖塌等災害，給國民經濟和人民生命財產帶來嚴重危害［2］。

國內學者對暴雨進行了大量細致的研究，取得一些重要的成果。黃娟等［3］對比分析2015年11月發生在湖南省兩次秋冬季暴雨天氣過程，發現暴雨過程與異常的大尺度環流背景有關。賀哲等［4］診斷2019年8月1日河南省一次分散性對流暴雨過程發現，副熱帶高壓邊緣西南暖濕氣流是本次暴雨天氣的大尺度環流背景之一。趙嫻婷等［5］利用多種常規和非常規觀測資料診斷分析了湖北2016年7月18—20日特大暴雨過程，發現特大暴雨過程具有很強的極端性，具有較為極端的水汽條件。袁海翔等［6］利用中尺度天氣預報模式對2016年7月長江中下游地區的一次暴雨過程進行了模擬，發現有利的不穩定條件、較好的水汽條件、高層輻合、低層輻散的形勢為暴雨的發生提供抬升動力條件。

山東聊城處于暴雨重災區，暴雨形成機制的研究尤為重要，以往研究存在資料常規、技術手段落后等問題，更缺少利用衛星對暴雨極端性、短時強降水等強對流特征的研究。基于此，本研究利用常規氣象資料和葵花8號衛星產品對2020年8月14—15日聊城一次極端降水過程成因進行多尺度特征分析，有助于氣象部門提高預報預警能力，在防災減災中起到積極作用［7］。

1 降水過程天氣實況

2020年8月14日22時至2020年8月15日08時聊城市出現一次局地特大暴雨天氣過程，全市平均降水量96.9 mm，最大降水點出現在陽谷定水鎮，為349.1 mm。此次強降水區域差異顯著，除高唐、臨清、茌平、東阿和高新區外，其余縣區降水量均在100 mm以上，東昌府、城區和度假區超過了150 mm，高唐縣最小（32.7 mm），度假區最大（192.8 mm）。降水等級方面，統計顯示全市出現特大暴雨（＞250 mm）的鄉鎮6個，大暴雨（100～250 mm）的鄉鎮40個，暴雨（50～99.9 mm）的鄉鎮28個，降水實況如圖1所示。

聊城大監站日降水量為206.7 mm，持續時間長，范圍廣，導致嚴重的農田積水、城市內澇等災害［8］。陽谷定水鎮最大一小時降水量為79.6 mm，具有明顯短時強降水的強對流特征。

2 環流背景

通過分析2020年8月14日20時的高空形勢場，200 hPa上中緯度有強西風帶急流，山東處于急流出口處的左側，有利于上升運動的發展。500 hPa中高緯度冷空氣較弱，河套地區和新疆北部有2個短波槽呈階梯狀，都是溫度槽略落后于高度槽，西風槽后有弱冷平流，2個短波槽東移時有所發展加強，東北冷渦強盛，中心557 dagpm線溫度-11 ℃，冷渦后部沒有冷平流，冷渦將減弱，副熱帶高氣壓強盛，脊線處于31°N，588 dagpm線穿過魯東南、魯中南部和魯西南。聊城處于副高邊緣，在西風槽和東北冷渦減弱的趨勢影響下，588 dagpm線將有所北抬。700 hPa副高邊緣有從北部灣到魯東南的西南急流，山東南部上空存在西南急流和東南氣流構成的暖式切變線，聊城處于急流出口處的左側；850 hPa魯西北上空有一個24 ℃的暖中心，副高邊緣有從北部灣到魯東南的強西南急流，最大風速16 m/s，深厚的強西南急流為降水提供充足的水汽和能量。海平面氣壓場存在2個高壓系統，高壓中心分別為河套地區和太平洋，陸上高壓前側的冷鋒處于河北河南西部，山東處于2個高壓系統中間，為海上高壓前側南風控制，15日08時北方冷空氣擴散南下，冷鋒過境聊城后降水結束，可見強降水都發生在暖區。

從高低空配置上看，500 hPa中緯度地區西風槽加深，槽前的正渦度平流加強，副高588 dagpm線北移，上升氣流加強促使低層700 hPa和850 hPa西南急流往西往北發展，暖式切變線北抬影響聊城地區，為強降水提供有利的動力條件。副高邊緣暖區降水為暴雨和短時強降水的發生提供有利的高溫高濕條件，200 hPa上中緯度強西風帶急流，山東處于急流出口處的左側，有利于上升運動的發展。暴雨的主要影響系統為副高邊緣的西南急流和暖式切變線，T850-T500=27 ℃，上冷下暖的不穩定形勢為強對流天氣發生發展提供有利的條件。

3 水汽和動力條件

2020年8月14日20時聊城上游地區的鄭州站Tlogp圖，如圖2所示，CAPE=3741.9 J/kg，K=39 ℃，SI=-2.61 ℃，有充足的不穩定能量產生強上升運動，整層大氣溫度露點差較小，有充足的水汽條件，低層大氣有順時針的垂直風切變，強暖平流，中高層為一致的西南風，為暴雨發生提供有利的水汽和能量供應。風暴強度指數325.8>100超過強雷暴的指標，強天氣威脅指數420.9，表明能夠產生強對流天氣。0 ℃線在530 hPa，-20 ℃線在330 hPa，不滿足冰雹天氣的條件。

4 葵花8號衛星紅外產品分析

強降雨是在有利的不穩定能量、充足的水汽條件下產生的，TBB溫度越低，對應的云頂越高，對流越旺盛。有結論表明TBB<-20 ℃時有強對流活動，亮溫在-63 ℃～-80 ℃時對暴雨的產生有很好的指示作用［9］。

2020年8月14日22時30分有兩個發展成熟的完整的中尺度對流復合體（MCC）云團。其中一個對流復合體云團（以下簡稱a）云頂亮溫達-68 ℃，遠小于暴雨云團的云頂亮溫指標（-52 ℃），在其西南邊界和云頂亮溫最低的泰安北部、濟南部分地區產生了暴雨和短時強降水；另一個對流復合體云團（以下簡稱b）在a的西南方向，云頂亮溫-65 ℃左右，遠小于暴雨云團的云頂亮溫指標，在其北邊界和云頂亮溫最低的濮陽和菏澤部分地區產生了暴雨和短時強降水。在a和b之間有一發展初期的對流單體云團（以下簡稱c），沒有產生降水。

a云團穩定少動，b云團往北發展移動，c云團迅速發展，向四周增大范圍，云頂亮溫降低，產生降水。23時a云團西部和c云團的東部合并加強，云頂亮溫降低至-70 ℃，在a、c的合并區域，產生了強降水，b云團北部和c云團的西南部開始合并。15日00時b云團迅速北移，3個云團基本連接在一起，合并之后都有發展加強的現象，構成新的最強MCC，尤其是聊城上空b和c的合并發展最為迅速，云頂亮溫繼續降低，雨強也明顯增大。01時對流云團達到最強，市區上空云頂亮溫達-71 ℃，強對流云團覆蓋聊城全境，云頂亮溫梯度最大的東昌府區、陽谷北部、莘縣北部、東阿南部，冠縣南部產生暴雨天氣，尤其是00至01時陽谷定水鎮一小時降水79.6 mm，可見在云團合并的區域，亮溫梯度最大，最有可能發生短時強降水。02時d云團北移，并在聊城南部地區上空與b、c合并，進一步加大了雨強，使此地區強降水天氣繼續維持發展。03至06時聊城上空持續被強對流云團控制，強降水主要出現在云頂亮溫最低的聊城中部和南部地區，也能達到短時強降水。06至08時云團減弱并向北移動，聊城從南到北降水結束。

5 結論

①本次過程聊城市平均降水量96.9 mm，降水量大、范圍廣，產生嚴重的農田積水、城市內澇等災害。陽谷定水鎮最大一小時降水79.6 mm，具有明顯的短時強對流特征，強降水的主要影響系統為副高邊緣的西南急流和暖式切變線。

②鄭州站Tlogp圖低層大氣有順時針的垂直風切變，強暖平流，為聊城暴雨發生提供有利的水汽和能量供應。0 ℃線在530 hPa，-20 ℃線在330 hPa，不滿足冰雹天氣的條件。

③葵花8號衛星紅外產品可以識別MCC，在云頂亮溫最低的聊城中部地區及云團合并、亮溫梯度最大的聊城南部地區，產生短時強降水和暴雨天氣，葵花8號衛星紅外產品在暴雨和短時強降水預報預警工作中作用顯著。

參考文獻：

［1］張正濤，崔鵬，李寧，等.武漢市“2016.07.06”暴雨洪澇災害跨區域經濟波及效應評估研究［J］.氣候變化研究進展，2020，16（4）：433-441.

［2］譚玲，姚幃之，李廉水，等.城市暴雨洪澇災害直接經濟損失的文獻計量分析［J］.災害學，2020，35（3）：179-185.

［3］黃娟，范紹佳，周莉，等.湖南省冬汛期兩次暴雨天氣過程對比分析［J］.湖北農業科學，2020，59（10）：44-52，63.

［4］賀哲，王君，栗晗，等.河南省一次副高邊緣對流性暴雨的多尺度特征［J］.干旱氣象，2020，38（3）：423-432.

［5］趙嫻婷，王曉芳，王玨，等.2016年7月18—20日湖北省特大暴雨過程的中尺度特征分析［J］.氣象，2020，46（4）：490-502.

［6］袁海翔，許冬梅，束艾青，等.2016年7月長江中下游一次暴雨過程的診斷分析與數值模擬［J］.蘭州大學學報（自然科學版），2020，56（3）：404-411.

［7］軒春怡，劉勇洪，楊曉燕，等.基于1km網格的北京暴雨洪澇災害風險區劃［J］.氣象科技，2020，48（4）：579-589.

［8］張芹，蘇莉莉，張秀珍，等.山東一次暖區暴雨的環境場特征和觸發機制［J］.干旱氣象，2019，37（6）：933-943.

［9］王玉亮，朱義青，王慶華，等.影響山東切變線特征及典型個例分析［J］.沙漠與綠洲氣象，2019，13（4）：37-45.

收稿日期：2022-09-15

基金項目：山東省氣象局引導類科研項目“魯西北極端雨雪天氣成因分析與預報預警方法研究”（2021SDYD28）資助。

作者簡介：馮彩金 （1993—），女，本科，助理工程師，研究方向：綜合氣象觀測與預報預警服務。

通信作者：紀凡華（1984—），男，本科，高級工程師，研究方向：天氣預報與服務工作。