河南东北部一次突发强降水天气过程分析

李改琴，谢琼娜，王 聪，杜丽娅，唐 影

(濮阳市气象局，河南濮阳 457000)

河南北部盛夏处于副热带高压西北边缘，当受蒙古下滑冷空气影响时，对流性强降水多发，具有突发性强、持续时间短、降水强度大和预报难度大的特点，对农业、交通和人民生命财产等造成严重影响和较大损失。多年来，国内气象学者对对流性强降水的成因进行了大量的研究[1-6]。廖移山等[7]对2007年7月18日济南大暴雨进行了详细的β中尺度分析，揭示了地面β中尺度气旋新生发展的一种物理机制；强降水的发生与物理量和对流参数有着密切的关系，杨诗芳等[8]分析发现，短时强降水时大气层结不稳定，大气对流各个参数场中心与短时强降水中心对应较好。井宇等[9]对副高边缘西安地区一次短时暴雨分析进行分析指出：造成西安地区短时暴雨的β中尺度对流云团具有初生强度大、发生发展迅速等特点。本文利用常规天气观测资料、卫星红外云图和云顶亮温TBB产品以及濮阳新一代天气雷达产品，对2017年7月4日下午发生在河南东北部濮阳的突发对流性强降水过程进行综合诊断分析，其中包括环流背景场、热力动力抬升条件、强降水系统的中小尺度特征等。由于这次强降水过程无明显的低空急流水汽输送，中低层相对较干燥，为这次强降水的预报增加了难度，因此，这次过程有一定的研究价值，为今后此类天气预测提供一定的参考依据。

1 强降水过程概况

2017年7月4日下午，在副热带高压584 dagpm线边沿西北侧，受蒙古高空下滑冷槽、中低层切变线及地面辐合线的共同影响，河南东北部濮阳市突发对流性强降水天气过程，并伴有大风。部分区(县)和乡镇达到暴雨和大暴雨，雨量分布很不均，濮阳95个乡镇站中有19站出现暴雨、大暴雨(图1)。最大降水量出现在南乐县千口，降水量为105.4 mm；降雨主要集中在16—19时，其中降雨量最大峰值在17—18时，特别是南乐的千口、韩张小时雨强分别达71.9 mm、59.7 mm，最大风速台前县站达17.8 m/s。

图1 2017-07-04T08—05T08濮阳市降水量分布

2 大气环流形势特征

2.1 中尺度高空和地面环境条件场

通过绘制4日08时高空中尺度分析及14时地面中尺度分析图(图2，见第15页),揭示这次短时强降水过程发生发展的环境场背景。

从图2a可以看出：高空500 hPa环流为两槽一脊型，濮阳市处于蒙古冷槽前西南气流里、副热带高压西北边缘。由于副高的阻挡，高空冷槽东移北缩，低槽底部影响河南东北部。濮阳处于500 hPa以上干区、700 hPa附近湿区中，上干下湿的层结有利于对流的发展。中低层850 hPa濮阳上游山西境内有东北—西南向的切变线存在,为当地对流云的发展提供了辐合上升条件，濮阳处于切变线东侧的东南气流里，有利于当地水汽的输送；925 hPa冷切变线正好位于濮阳北部，辐合抬升条件好，有利于对流天气的触发。850 hPa以下濮阳处在暖脊中，850 hPa与500 hPa温度差为26 ℃，上冷下暖使大气层结不稳定加大，有利于对流的发生。过程中无低空急流配合，中低层水汽条件相对较差，只有700～600 hPa气层湿度较大。中低层的相对低湿度虽然不利于暴雨的形成，但有利于强对流天气的形成。

14时地面图(图2b)上，濮阳处于西南—东北向的热倒槽顶部气旋性弯曲处，有利于中小尺度对流系统的形成。加之弱冷空气从东北部侵袭抬升暖湿空气，清丰到南乐一线出现偏南风和偏北风的辐合区，对流发生的动力条件得到加强，不稳定能量得到释放，对流性强降水形成。辐合区缓慢向东南方向移动，对流不断发展。另外辐合区的存在比强天气发生时刻提前，有一定的预警作用。且地面上连续两天14时气温大于37 ℃，露点温度大于20 ℃，为对流天气的发生储备了能量和湿度条件。

2.2 探空形势分析

为了深入分析濮阳强天气的发生机理，用南乐县14时温度和露点订正邢台08时探空图(图3，见第15页)可看出：地面到750 hPa之间相对较干，温度露点差大于10 ℃，气块上升接近干绝热；750～600 hPa有湿层；550 hPa以上高层干冷。说明有干冷空气侵入，属于典型的强对流天气探空形势，容易产生雷暴大风、短时强降水、冰雹等对流天气。但0 ℃层高度接近5 km，-20 ℃层高度在8 km以上，不利于冰雹的形成。CAPE为2 646 J/kg，不稳定能量大；K指数为37 ℃，沙氏指数为0.2 ℃，说明大气层结不稳定；0～2 km高度垂直风切变较大，为7.79 m/s，有利于上升气流的倾斜和干空气的吸入，从而使得风暴得以加强和维持；整层可降水量为42.1 mm，高于短时强降水的阈值(28 mm)，低于暴雨的阈值(60 mm)。

3 卫星产品分析

利用FY-2E卫星红外云图和TBB产品，分析强降水过程中尺度对流云团与对流辐合系统(MCS)的发生发展及与强降水的形成关系，河南省对流性暴雨多发生于MCS的形成发展期，概率达82%[10]。云顶黑体亮温TBB越低，对应的云顶越高，对流越旺盛，通常tBB<-32 ℃(241 K)的区域为对流活跃区，tBB<-52 ℃(221 K)的区域为强对流活跃区。濮阳这次强降水发生在MCS中tBB<220 K的强对流活跃区中，对流发展旺盛。

从4日卫星云图上看(图4)，随着500 hPa低槽东移，相应的低槽云系东移，且午后16时加强为南北向的中尺度对流云带。17—18时,该云带东移与副高西北侧发展的中尺度对流云团在濮阳北部汇合加强为较强的中尺度对流辐合系统(MCS)，对流辐合系统17—19时稳定少动，造成濮阳北部的清丰和南乐的强降水。从16—18时云顶亮温TBB(图5)可以看出：TBB小值区与中尺度对流云团相对应, 地面小时降水量与TBB呈负相关[11]，本次过程中出现强降水的南乐千口附近TBB值小于220 K(图5b)。17—18时，南乐千口小时雨强达到71.9 mm，说明此处对流发展旺盛，云顶高。TBB梯度大值区出现了大风天气，最大风速台前县站达17.8 m/s。

图2 2017-07-04高空中尺度分析(a 08时)和地面中尺度分析(b 14时)(文见第14页2.1)

图3 2017-07-04T08邢台订正探空图(文见第14页2.2)

4 雷达产品分析

从濮阳多普勒雷达图上可以看出：此次强降水过程整个风场以向着雷达的大范围入流风场为主，入流风场中镶嵌着大风区、风场辐合区和切变区，有利于中小尺度辐合对流系统的形成。出现了多处层积混合云降水回波，特别在清丰、南乐辐合线处对流旺盛，回波加强合并明显，造成局地短时强降水。强降水产生的冷出流边界明显，形成大风天气，驱动对流系统向着雷达站传播。

图4 2017-07-04FY-2E卫星红外云图

图5 2017-07-04FY-2E卫星云顶亮温(单位为K)

13时，濮阳周围清丰、南乐处出现小的对流单体，说明当地气层不稳定，有弱对流的发生。16时，雷达回波开始发展起来，东北部回波发展迅速,并出现了多条出流边界，对流发展旺盛。16：30，径向速度图上濮阳东北部为大片的偏东风气流入流区，并出现大于20 m/s的大风区。莘县、南乐县到清丰县一线出现多处辐合区，并与地面辐合线吻合。此处中小尺度的对流系统发展旺盛(图6a)，并出现了大于40 dBz的较强回波(图6d)。17时，大风区范围向北扩展，在南乐县千口辐合线附近形成大片大风区(图6b),此处回波发展旺盛，范围增加(图6e)。随着径向速度大风区向雷达站移动(图6c)，大片强回波向雷达站移动，出现明显的出流边界，同时降水达到最强(图6f)。17—18时，千口小时降水量达71.9 mm。

图6 2017-07-04濮阳雷达0.5°仰角平均径向速度 (单位为m/s)(a 16：30；c 17：00；e 17：30；)和基本反射率(单位为dBz)(d 16：30；e 17：00；f 17：30)

5 结论

(1)这次突发强降水过程是以蒙古高空下滑冷槽侵袭副热带高压西北侧暖湿空气为背景，在中低层切变辐合作用下产生的，地面辐合线和弱冷空气的侵袭为强对流提供了触发条件。

(2)中低层水汽条件相对较差，湿层薄，但在气层不稳定、热力和动力条件较好时，仍然可以产生对流性短时强降水天气。

(3)卫星云图上对流云团的合并加强，形成较强的对流辐合系统的过程中，出现了强降水和大风天气。

(4)多普勒雷达径向速度图上，大范围入流风场中的大风区和辐合系统有利于强降水的形成和维持，它的移动路径也是强降水发生的落区。多条出流边界的不断生成和合并为强对流的发展和持续提供了动力条件。

(5)前期温度较高，副高边缘冷空气活动频繁时，易出现强对流天气，应特别注意监测。