2016年河南开封一次局地大暴雨成因分析

冀翠华　吕哲源

摘要利用MICAPS天气图、地面加密观测资料、雷达产品以及NCEP 1°×1° 6 h再分析资料，对2016年7月19日河南开封出现的一次局地大暴雨过程的环流背景、物理量特征、雷达回波等进行了分析。结果表明，此次大暴雨过程是在副热带高压西伸北抬过程中，高空槽配合低层低涡、切變线、地面倒槽共同作用下产生的；西南低空急流的加强北抬，提供了较强的热力不稳定条件；偏东和偏南超低空急流向暴雨区输送了充沛的水汽；地面中小尺度辐合系统则是主要的抬升触发机制，辐合中心的位置与局地大暴雨落区对应较好。雷达速度场上0.5°仰角逆风区的出现，为暴雨及时预警提供了有利判据。

关键词局地大暴雨；成因分析；环流背景；物理量特征；雷达回波；开封

中图分类号S161.6文献标识码A文章编号0517-6611（2017）36-0186-04

AbstractUsing the MICAPS weather map， ground encrypted observation data， radar products and NCEP 1°× 1° 6 h reanalysis data，the circulation background， physical characteristics and radar echo of a local heavy rainstorm were analyzed in Kaifeng City of Henan Province on July 19， 2016.The results showed that the process of heavy rainfall was caused by the combination of lowlevel vortex， shear line and ground trough in the process of northward extension of subtropical high.Southwest lowlevel jet to strengthen the north lift， providing a strong thermal instability conditions；Southwest lowlevel jet to strengthen the north lift， which provide a strong thermal instability conditions；East and south of the ultralowlevel jet transported plenty of water vapor to the storm area.Ground small scale convergence system was the main lifting trigger mechanism，the location of the convergent center corresponds to the local heavy rain falling area.The presence of the 0.5° elevation angle upwind zone in the radar velocity field provided a favorable criterion for the timely warning of rainfall.

Key wordsLocal heavy rainfall；Cause analysis；Circulation background；Physical quantity characteristics；Radar echo；Kaifeng

近年来，受厄尔尼诺影响，我国极端天气气候事件多发，局地暴雨作为我国夏季主要灾害性天气之一，在降水落区和强度上均表现出一定的极端性特点。夏季暴雨，由于其成因复杂、局地性强、预报难度大等特点，一直以来都是气象工作者研究的重点[1-5]。2016年7月19日开封地区出现大到暴雨、局部大暴雨过程，不但造成严重的城市内涝和经济损失，也给人们的生命安全带来严重威胁。笔者利用MICAPS天气图、NCEP 1°×1° 6 h再分析实况资料、地面加密自动站数据、雷达资料等，从环流背景、物理量分析、雷达特征等方面，对7月19日开封市局地大暴雨的成因进行研究，总结此次暴雨形成的背景和条件，加深对局地大暴雨形成机理的认识，从而提高区域或局地暴雨的预报能力。

1降水实况

2016年7月19日下午到夜里，河南开封地区出现大到暴雨、局部大暴雨天气过程。全市80个乡镇雨量站中，降水量≥100.0 mm的站15个，50.0～99.9 mm的站40个，25.0～49.9 mm的站13个；强降水主要集中在开封市区和杞县东部，日最大降水量出现在市区杏花营站160.0 mm，达到历史极值，而通许、尉氏均普降大到暴雨。

此次暴雨过程以短时强降水为主，伴有雷电，具有雨量分布不均、强降水时段集中、局地性强等特点。市区大暴雨对应强降水时段在19日17：00—19：00（图1），最大小时雨强出现在市区杏花营79 mm/h，其次是市区西郊65 mm/h；杞县、通许、尉氏站点最大小时雨强均小于30 mm/h。此次强降水过程灾情严重，农作物受灾面积约0.7万hm2，倒塌房屋13户28间，受灾人口42 342人，且触电死亡2人，不但造成严重的城市内涝和经济损失，而且给人们生命安全带来严重威胁。

2环流形势和中尺度分析

2.1环流背景分析

分析高低空环流形势及影响系统的演变发现，降水开始前，18日20：00 500 hPa亚欧中高纬为两槽两脊的环流形势，巴湖有冷涡，贝湖到我国河套西部地区有冷槽，四川地区有低槽，副高588 dagpm线维持在我国东南沿海一带略有西伸。

由于温度槽落后于高度槽，至19日08：00，河套低槽东移发展，河南省处于槽前的西南气流中；低层850 hPa在山西、陕西、河南三省交界处均有低涡、切变线东移和北抬，受低层西南气流的影响，水汽条件均较好；同时配合地面倒槽向东北方向发展，河南中西部处于倒槽顶部，开始出现降水。

19日20：00，副高明显西伸北抬，高空槽、切变线也向东移动，850 hPa低涡及地面倒槽北抬已经影响开封；同时配合低层西南急流的加强北抬，以及偏东急流的形成，向开封地区持续输送暖湿空气，尉氏和开封城区先后出现强降水天气。20日08：00之后，地面倒槽加强，黄淮气旋生成，并在副高继续北抬的过程中，逐渐向东北方向移动，与此同时850 hPa低涡也基本移出河南省，降水趋于结束停止。

形势分析可知，此次强降水过程是在副热带高压西伸北抬和高空槽、切变线东移南下过程中，低层低涡配合地面倒槽共同作用造成的，动力条件很强，属于典型的低涡型暴雨环流形势[6-7]，即低涡移动的前方，或低空急流轴的左前方，容易出现对流性暴雨。

2.2地面中尺度分析

夏季暴雨的产生，受中小尺度系统的直接影响，且地面有辐合系统时往往对应有强降水产生。所以，在有利的环流背景形势下，是否伴有中小尺度系统的生成是短时强降雨发生的关键所在。从地面加密自动站风场资料（图2）可以看到，19日17：45—18：35在开封地区的西部存在中尺度切变线，辐合中心位置与大暴雨区对应较好。所以，地面中尺度辐合系统对于强降水出现的时间和落区均具有一定的指示意义。

3物理量分析

由于开封局地大暴雨主要是由大于50.0 mm的短时强降水造成，所以下面依次从不稳定能量条件、动力条件和水汽条件对环境场进行分析。

3.1不稳定能量条件

不稳定能量条件是强对流生成和发

展的必要条件之一，而且强降水的结束也往往对应着不稳定能量的迅速释放。从19日08：00开封上游郑州站的探空曲线（图3）可以看出，湿层深厚，不稳定较强，抬升凝结高度较低，非常有利于短时强降水的产生。另外，从热力不稳定度参数的变化情况（表1）也可以看到，19日08：00 K指数达到37 ℃，CAPE值大于1 400 J/kg，且SI指数小于0 ℃，均说明不稳定能量较好；20：00 CAPE值迅速减小，与强降水时段的结束对应较好。

从19日14：00假相当位温（θse）分布（图4b）可以看出，850 hPa存在伸向东北方向的高能舌，θse约350 K左右，推测不稳定能量主要是西南急流输送暖湿空气的贡献。开封城区局地大暴雨的假相当位温的时间剖面（图4a）显示，降水开始前（19日08：00），700 hPa以下θse随高度递减，大气处于

不稳定状态，且不稳定层结逐渐增厚；14：00—20：00不稳定层顶达到600 hPa左右，强不稳定能量在低层积聚，为短时强降水的发生提供了强不稳定条件；20日02：00之后，不稳定能量得到释放，低层大气层结也趋于稳定，降水逐漸停止。

3.2动力条件

上升运动是成云致雨的关键，强烈的上升运动可以使大量水汽得以冷却凝结，产生强降水。从大暴雨上空散度时间剖面（图5a）可以看出，19日20：00前后开封市区大暴雨上空动力配置非常好，925 hPa以下对应强辐合（-100×10-7s-1），700 hPa对应强辐散（40×10-7s-1），有利于产生强烈的上升运动；19日14：00—20：00，850 hPa垂直上升运动速度达-0.8 hPa/s。而大暴雨出现在开封城区，可能与垂直运动的大值中心偏西有关（图5b）。

3.3水汽条件

从大暴雨区水汽通量和水汽通量散度的时间剖面图和分布图（图6）可以看出，大值中心均出现在925 hPa，中心值分别达24×10-2 g/（cm·hPa·s）和-21×10-7g/（cm2·hPa·s），说明大暴雨区的强水汽输送及辐合均集中在超低层，且水汽来源主要由偏东和偏南2支超低空急流提供。水汽通量散度极大值出现时间与强降水时段对应关系较好，也说明了强大的水汽辐合是强降水形成的直接原因[8]。水汽辐合中心偏北，也是导致开封城区局地大暴雨的原因之一。

4雷达回波特征

4.1反射率因子

分析郑州多普勒雷达0.5°仰角反射率因子可见，强降水开始前，开封地区上空存在弱的降水回波，组合反射率因子低于45 dBz，没有出现强降水。19日17：00，尉氏开始出现强对流回波，并沿西南—东北方向呈带状移动和发展，反射率因子达50 dBz以上，其中17：31—18：29，开封市区强回波中心强度超过55 dBz（图7），对应回波顶高11～12 km，且40 dBz回波高度扩展到约9 km，说明对流发展非常旺盛。有研究表明，当强回波扩展到比较高的高度时，40 dBz回波高度高于-20 ℃等温线高度时，说明此次过程是典型的大陆强对流降水型[9]，50 dBz对应小时雨强是62 mm/h，与实况最大小时雨强非常吻合。

4.2平均径向速度

分析郑州多普勒雷达反射率径向速度（图8）可见，19日17：25，祥符区西部开始出现一中尺度逆风区，并向北移动，一直持续到18：40，对应1.5°仰角在开封西部也存在风速辐合，与地面中尺度辐合线的出现对应关系较好。研究表明[10-14]，逆风区是前方辐合上升、后方下沉的涡管结构，对应中尺度垂直环流的形成，往往伴随着剧烈的天气过程，尤其与短时强降水关系密切，不仅是强对流天气的判据，也是很好的暴雨判据。且逆风区存在的情况下，回波强度不会降低，所以在开封市区产生强降水。因此及时发现逆风区，在一定程度上能够提高暴雨预警的时效性。

5结论

（1）7月19日开封市暴雨过程具有雨量分布不均、降水时段集中、局地性强、影响大等特点。市区出现局地大暴雨，强降水时段主要集中在19日17：00—19：00，最大小时雨强出现在杏花营79 mm/h，其次是西郊65 mm/h。

（2）此次暴雨属于典型的低涡型暴雨，是在副热带高压西伸北抬过程中，高空槽东移南下，配合低层低涡和地面倒槽共同抬升作用造成的。

（3）地面中小尺度辐合系统是此次过程主要的抬升触发机制，其位置决定了强上升运动中心和水汽辐合强中心的偏西、偏北，是导致开封市区局地大暴雨的主要原因。

（4）物理量诊断发现，西南低空急流的加强北抬，向暴雨区持续输送暖湿空气，为对流的发展提供了热力不稳定条件；偏东和偏南超低空急流为暴雨的产生提供了有利的水汽条件，强大的水汽辐合是暴雨产生的根本原因。

（5）雷达回波图上，组合反射率因子达到50 dBz以上，且速度场上低层出现辐合或逆风区，均有利于强降水的产生，也为暴雨及时预警提供了有利判据。

参考文献

[1] 杨晓亮，李江波，杨敏.河北2007年7月18日局地暴雨成因分析[J].气象，2008，34（9）：47-56.

[2] 俞小鼎.2012年7月21日北京特大暴雨成因分析[J].气象，2012，38（11）：1313-1329.

[3] 孙建华，赵思雄，傅慎明，等.2012年7月21日北京特大暴雨的多尺度特征[J].大气科学，2013，37（3）：705-718.