一次极端短时强降水天气分析

贾安琪,张 帅, 张 铎, 赵玉洁

(1.鸡西市气象局，黑龙江 鸡西 158100；2.大兴安岭地区气象局，黑龙江 大兴安岭165000)

1 引言

麻山区是鸡西市短时强天气及暴雨事件的多发中心，短时强降水易造成城市内涝、山洪等灾害。 鸡西市年降水量较小，泄洪及城镇排水能力有限。 本次强降水小时雨强达70 mm， 对鸡西麻山区造成较严重损害，局地突发性很强，在本地非常罕见，因而分析本次极端异常天气过程对提高本地短时强对流天气的监测预警能力及预报经验的总结具有重要意义。

2 降水实况

2019 年 7 月 18 日 14-17 时，鸡西市西部出现短时强降水天气，雨区主要出现在鸡西市麻山区，麻山区雨量站3 h 累计降水量为：麻山区（无人站）121.9 mm、麻山农委109.0 mm、麻山新光村85.2 mm。 本次降水雨区范围小、持续时间短、局地降水强度大，周围观测站3 h 降水量在20 mm 以内。 强降水主要集中在15 时25 分-16 时25 分， 麻山最大小时雨强出现在麻山区无人站，为78.8 mm/h，达到短时大暴雨量级， 为鸡西历史上极端异常天气。 受短时暴雨影响，麻山区麻山镇新光村发生泥石流灾害，导致S309道路被泥石流堵塞，居民23 间房屋进水，3 户房屋倒塌，冲毁道路50 m、涵洞2 个，500 m2冷库机器被淹，直接经济损失280 万元。

3 环流背景

3.1 高空形势

7 月18 日 08 时500 hPa 欧亚大陆环流相对平直，西风带多槽脊活动，贝加尔湖以西为冷涡，冷空气在贝加尔湖以西堆积，贝加尔湖以东为一暖脊，黑龙江省位于脊前冷槽内。 槽区较深厚，降水区在对流层中层有冷空气入侵，700 hPa 及850 hPa 槽区基本与500 hPa 槽区重合，系统稳定少动，鸡西低层位于西风槽前西南气流中，整体处于上冷下暖状态。

3.2 地面形势

08 时地面图上西太平洋副热带高压在海上，脊线呈“东西”走向且稳定维持，在东阻背景下，黑龙江省北部为气旋控制， 鸡西市处在气旋底部偏暖区一侧。 东阻的稳定维持为短时暴雨的发生提供了有利的天气背景，15 时鸡西市西部出现两条地面中尺度辐合线， 地面辐合线在低压暖区中为本次强对流天气的发生提供了良好的动力条件。

4 中尺度分析

4.1 抬升触发条件

Dosewell(1978)认为天气尺度上升运动将气块抬升到自由对流高度一般需要1 d 以上，因而不足以触发雷暴，雷暴一般由低层中尺度系统触发。 此次超级单体的暴发是由850 hPa 槽线触发，18 日08-20 时850 hPa 槽线呈 “南-北” 走向稳定维持在鸡西市上空， 低层的强辐合上升运动是强对流天气的动力机制，使不稳定能量暴发，且能不断触发新的对流，致使麻山区出现1 h78.8 mm 的降水。

4.2 水汽条件

从形势上看，降水区中、低层均处在槽前西南风控制， 一致的西南气流不断将副高外围的水汽输送至降水区，08 时 850 hPa 比湿在 10 g/kg，14 时增大至12 g/kg；850 hPa 相对湿度达85%；从水汽通量来看，吉林南部有水汽通量高值中心，降水区水汽通量达 7 g/（cm·hPa·s）， 高湿的水汽条件是形成本次强降水的重要原因。

4.3 不稳定条件

500 hPa 黑龙江省在冷槽控制下，850 hPa 有暖脊自西向东延伸至降水区， 中层冷空气与低层暖脊配置形成热力不稳定。 14 时降水区 K 指数达40，850 hPa 假相当位温为 303 K。 另外，夏季午后地面温度迅速升高，由08 时22 ℃增长到14 时28 ℃，暖空气上升易引发热对流， 低层高温高湿能量不断积累，对流不稳定逐渐增强，导致突发性暴雨。

5 雷达特征分析

5.1 风暴强度演变过程

这是一次由单体风暴逐渐发展成多单体风暴，多单体风暴发展过程中出现强降水超级单体风暴的过程。 13 时46 分，初始对流单体在鸡西市麻山区以北生成，自西北向东南缓慢移动发展，反射率逐渐增强至55 dBZ，范围逐渐扩大，此时麻山北部新光村降水逐渐开始。14 时34 分，可见风暴后侧有入流缺口，单体逐渐成熟，回波顶高达15 km。 14 时55 分在单体后侧生成一新对流单体，强度增强且不断东移，风暴呈“东-西”走向，与回波移动方向基本一致，使新光村20 min 产生25 mm。 两单体风暴逐渐分裂成带状雷暴群，后侧不断有新单体生成，回波形态变为多单体风暴，风暴排列紧密，范围不断扩大，位置较前期南移，逐渐开始影响麻山以南地区，沿回波移动方向做剖面可见很多单体回波， 回波强度为35-50 dBZ，回波顶高在4-8 km。 15 时17 分多单体风暴中出现一前一后两个发展旺盛单体， 位置正处于麻山与林口交界处，强度>50 dBZ，后侧单体强度迅速增强。 此时雷达液态水含量产品最高达6 g/ m3。 15 时44 分两强单体回波依次发展成熟，回波高度可达12 km，此时麻山北部新光村降水持续，麻山区站30 min累计降水量达55 mm。 强降水单体“东-西”走向，使麻山区降水持续时间较长，且各单体回波强度均>45 dBZ，雨强较大，明显的列车效应是造成本次较大累积雨量的重要原因。16 时回波强度逐渐减弱，麻山区降水强度减弱直至降水结束。

5.2 超级单体结构分析

强降水超级单体呈现多单体风暴特征，18 日15时28 分组合反射率产品可见，多单体风暴中两个对流单体发展旺盛，位置正处于麻山与林口交界处，两超级单体依次发展成熟，强度达55 dBZ。同一时刻径向速度场有明显一大一小两中气旋相对应， 且能持续3 个以上体扫， 中气旋沿雷达径向方向表现为气旋式辐合且完全被降水包裹。 超级单体风暴沿回波走向（东-西）剖面可见，中低层上升气流发展旺盛，回波高度可达12 km。 >40 dBZ 强回波向移动方向（东）一侧倾斜，>50 dBZ 强回波延伸至 7 km。 分别从3 个仰角的反射率因子图上对比可以发现，低层存在弱回波区及中高层的悬垂回波结构。 风暴入流一侧强上升气流为风暴提供足够的水汽和动力条件，超级单体的回波悬垂、 有界弱回波及向右倾斜特征非常明显。

6 气象服务情况

此次降水时间短、局地性强，雨强较大，常规天气分析资料及预报员的主观订正很难作出准确预报。 数值预报由于系统尺度较小，各产品均未报出较大量级降水。 鸡西市气象台会商指出：白天为多云有阵雨天气，局地易发短时强降水、雷暴等强对流天气。此外，利用牡丹江雷达资料密切监视。 15 时02 分，在黑龙江省气象台指导下，召开紧急天气会商，并立即启动暴雨应急Ⅳ级响应。于15 时22 分发布雷电黄色预警信号，15 时34 分发布暴雨红色预警信号。

7 结论

（1）本次强对流天气发生在深厚的西风槽背景下，环流形势较稳定，降水区位于槽前暖湿气流中，地面在强大东阻背景下， 系统少动降水持续时间较长。

（2）暴雨的产生是大尺度环流背景下中尺度系统直接作用的结果，850 hPa 槽线是本次对流天气的触发机制，上冷下暖造成热力不稳定，高湿度是本次短时暴雨发生的重要条件。

（3）本次极端天气范围小、局地性强。 强降水超级单体呈现多单体风暴特征， 有2-3 个强反射率因子中心，两个中气旋，且多个弱回波区。

（4）由于多单体风暴走向与风暴移动方向相对一致且连续经过降水区，明显的“列车效应”使其出现了短时暴雨天气。