2017年8月4日一次局地强对流过程成因分析

王选嵩 王培 姚鹏程 张新贝

摘要 2017年8月4日16：00～18：00，荆门市出现局地短时强降水和雷暴大风等强对流天气，当地出现城市内涝，造成人民财产损失。通过综合分析该次天气过程可知：前期受台风外围云系影响，湖北西部低层高温高湿，暖湿空气近乎饱和，不稳定能量持续聚集，同时叠加高层冷空气，使不稳定能量进一步发展加强，由于干冷空气的侵入，在荆门形成局地强对流天气;荆门地区出现的地面中尺度辐合线和地形抬升触发中尺度单体形成，导致强对流的发生;阵风锋激发中尺度对流云团发展并在其左侧不断产生新的对流云团，新生云团迅速发展，造成了强达75.9 mm/h的短时强降水和雷暴大风。

关键词 强对流;短时强降水;雷暴大风;地形抬升

中图分类号：P458.2 文献标识码：A 文章编号：2095–3305（2020）07–0–05

DOI：10.19383/j.cnki.nyzhyj.2020.07.045

Analysis of the Cause of a Strong Local Convection Process on August 4， 2017

WANG Xuan-song et al （Zhongxiang Municipal Meteorological Service， Zhongxiang， Hubei 431900）

Abstract From 16：00 to 18：00 on August 4， 2017， severe convective weather such as local short-term heavy rainfall and thunderstorms occurred in Jingmen City， and the city experienced waterlogging in the local area， causing property losses to the people. Through a comprehensive analysis of the weather process， it can be seen that affected by the typhoon peripheral cloud system in the early stage， the low-level high temperature and high humidity in the western part of Hubei， the warm and humid air is almost saturated， the unstable energy continues to accumulate， and the high-level cold air is superimposed to further strengthen the unstable energy. Due to the intrusion of dry and cold air， strong local convective weather occurred in Jingmen; the meso-scale convergence line and terrain uplift in Jingmen area triggered the formation of meso-scale monomers， leading to the occurrence of strong convection; gust fronts stimulated the development of meso-scale convective cloud clusters On the left side， new convective cloud clusters are continuously produced. The new cloud clusters develop rapidly， causing short-term heavy rainfall and thunderstorms of up to 75.9 mm/h.

Key words Strong convection; Short-term heavy precipitation; Thunderstorms and strong winds; Terrain uplift

荊门市地处鄂中丘陵地带，近年来，荆门地区强对流天气突发性强、强度大、影响重，给社会发展和人民生活带来诸多不利影响。因此，加强对强对流天气预报的研究有着十分重要的意义[1-5]。丁一汇[6]系统评述了暴雨和中尺度气象学进展，认为强降水是以有利的大尺度天气形势为前提，通过中尺度系统触发而产生的，中尺度系统直接决定了强降水的强度和落区。朱乾根等[7]详细总结了暴雨中尺度系统的触发条件，其中一条就是露点锋或干锋抬升，认为只有当500 hPa有小槽移近时，干锋便会活跃，进而出现强对流天气。王坚红等[8]对2008年6月25日发生在天津的强对流降水过程进行研究，认为中尺度露点锋锋生的动力学、热力学过程是此次强对流降水天气发生发展的重要机制。本文研究背景为2017年8月4日荆门出现短时强降水和雷暴大风天气。

1 天气成因分析

1.1 天气实况

受副热带高压外围暖湿气流影响，2017年8月4日湖北出现了大范围的强对流天气，4日16∶00～17∶00荆门市东宝站（Q6168）降水75.9 mm，周边3个加密站降雨量均超过30 mm，降水减弱后，雷暴出流边界造成大风天气，17∶00～18∶00 2个加密站极大风速超过20 m/s，其中最大为漳河站（Q6161），达27.7 m/s（图1）。

1.2 研究资料

研究资料为2017年8月4日16∶00～18∶00湖北省加密观测站逐小时雨量、2017年8月4日08∶00～20∶00高空和地面实况观测资料、红外云图、逐6 min雷达基本反射率因子等资料。

1.3 天气系统分析

2017年8月1～2日受减弱的台风低压影响，湖北东部出现了一次强降水天气过程，3日开始随热带低压北抬，副高逐渐加强，4日08∶00 588线西伸至鄂东南，湖北处于副高外围西南暖湿气流中，大气为高能高湿状态。在广西有一低压发展，北方有一高空浅槽东移，带动干冷空气南下，与低压外围的西南气流在湖北上空交汇，在湖北上空形成狭窄辐合带。荆门主要受低槽影响，处于槽西南气流中，到4日下午，随着低槽东移，地面弱冷空气扩散南下，荆门出现降水并开始加强（图2）。

4日08：00 700 hPa高度上，鄂西上空形成一冷式切变线，850 hPa在鄂西有一暖式切变线，700 hPa切變线后的弱冷空气叠置在850 hPa西南暖湿气流之上，上冷下热的温度层结有利于鄂西地区上空不稳定能量的聚集。850 hPa切变线以东偏南气流风速较小，仅为2～4 m/s，切变线南部未出现低空急流（图3）。

从距离荆门最近的宜昌探空曲线可以看到，4日08：00，高层存在干侵入，抬升高度低，850 hPa以下湿度比较大，其上湿度小，上干下湿的不稳定层结有利于对流发展。K指数是表征低层暖湿程度和层结不稳定程度的一个物理量，4日08∶00宜昌K指数超过39℃，SI指数为-0.71℃，较有利于对流形成。对流有效位能达到2 343.2 J/kg，拖动订正后，超过4 000 J/kg，不稳定能量较大（图4）。综合K指数、SI指数和CAPE值可以看出，在局地暴雨发生前几个小时，环境场有利于局地强对流的发生。

1.4 抬升触发机制分析

1.4.1 中尺度辐合线触发 从地面风场可以看出（圆圈处为荆门城区），4日16∶00荆门西存在地面中尺度辐合线，呈东北—西南向，此时辐合线位于高假相当位温和高比湿区域，由于中高层弱干冷空气从西北向侵入南下，加大了近地面层的静力不稳定度，触发了对流的发展。回波的移动发展路径与该处辐合线位置变化对应（图5）。

1.4.2 地形触发 从图5地形上可以看出（圆点为强降水中心），西部为山区阻挡，地面有偏东气流，偏东气流与地形的夹角近于直角，气流遇到山地地形后被强迫抬升，局地强降水出现在迎风坡上，有地形抬升作用。综上，地面中尺度辐合线和地形抬升是造成本次强对流的主要触发机制。

1.5 物理量诊断分析

1.5.1 热力条件 8月3日白天随副高的加强，在低层南风的作用下，湖北温度上升很快，最高气温大部地区都在35℃～37℃，西部部分地区的高温达到39℃～40℃，储备了大量热能。从3日20∶00 850 hPa的假相当位温也可以看出，850 hPa θse在湖北大部均达到了80℃以上，表明低层是高能高湿，θse锋区在湖北鄂东北—鄂西南一线，同时湖北东部和南部的K指数>39℃，4日08∶00，荆门地区K指数都在32℃以上，CAPE值在1 500～2 000 J/kg（图6）。下垫面的显著增温，为强对流发展提供了能量。

1.5.2 水汽条件 8月3日20∶00，随着副高北抬，其外围西南暖湿气流发展，高湿舌自西南向鄂东北伸展，850 hPa露点≥19℃，925 hPa比湿为15 g/kg;4日08∶00 850 hPa露点达到了21℃，925 hPa露点达到了23℃（图略），湖北东部和南部的大气可降水量达到了70 mm以上，比湿快速增加到19 g/kg（图7）。

1.5.3 动力条件 8月4日08∶00，湖北处于200 hPa的分流区中，对应高层明显的辐散中心，特别是江汉平原及以东925 hPa和850 hPa有较强上升运动，伴随着中低层切变东移南下，带动冷空气形成干侵入，两者相互配合触发不稳定能量释放，造成短时强降水、雷雨大风等强对流天气（图8）。

1.6 卫星云图特征分析 从卫星云图上可以看出，8月4日早上湖北省内上空基本没有云系，中午10∶00前后随地面气温升高，全省各地对流云系开始发展，以小型孤立对流云团为主;14∶00前后对流云团迅速发展，向西南方向传播，伴随小股冷空气从河套南下，在鄂西和江汉平原北部有中尺度对流云团生成，并逐渐形成一带状云系;16∶00前后对流发展到最强，对流云团具有后向传播特点。红外云图上荆门上空云顶亮温达到200 K以下，对比同时次可见光云图，可以看到云顶有对流泡，色调白，云团边缘清晰，下部有暗影（图9）。对应天气实况，此时正是降水最强时段。

1.7 雷达回波演变分析 利用荆州雷达0.5°仰角基本反射率因子图，对强对流过程进行分析。8月4日12∶00前后，京山北部在地面中尺度辐合线的触发下，有对流单体生成，随后两小时，对流单体加强，并在阵风锋作用下向南传播如14∶34图中，回波①、回波②、回波③，回波不断向南分裂发展，北方回波逐渐减弱，15∶22图中回波③发展到最旺盛，回波中心反射率达60 dBz以上，且结构紧密，地面加密站钟祥石门站15∶00～16∶00 1 h降水量达44 mm，极大风速15 m/s，伴随着强烈的下沉气流，回波③前部出现了阵风锋，近地面辐散气流推动阵风锋不断向南移动，在阵风锋的左侧不断有新的回波产生，并向荆门市区方向传播;16∶11，随着阵风锋远离回波主体，回波③开始减弱并消失，回波③阵风锋与荆门本地辐合线在高温高湿区相遇，使回波④开始迅速发展且稳定少动，造成了16∶00～17∶00荆门东宝站出现了小时雨强达75.9 mm的短时强降水;随着回波④的消亡，回波④前方出现了阵风锋，造成了17∶00～18∶00的大风天气，在阵风锋的后端不断有新的风暴单体触发（图10）。

2 结论

2017年8月4日16：00～18∶00，荆门出现短时强降水和雷暴大风天气，当地出现城市内涝，造成了一定的财产损失。

（1）2017年8月4日受副高外围暖湿气流影响，湖北出现了大范围的强对流天气，其中荆门4日16∶00～17∶00荆门东宝站（Q6168）小时雨强达75.9 mm，周边3个加密站小时降雨量均超过30 mm，降水减弱后，雷暴出流边界造成了大风天气，17∶00～18∶00 2个加密站极大风速超过20 m/s，其中最大為漳河站（Q6161），达27.7 m/s。

（2）前期受台风外围云系影响，湖北西部低层高温高湿，不稳定能量持续聚集，强对流发生前低压外围的西南气流与变性冷空气在湖北上空形成狭窄辐合带。低层暖湿空气近乎饱和，同时叠加高层冷空气使不稳定能量进一步发展加强，最终由于冷空气的侵入，在荆门形成局地强对流天气。

（3）4日16∶00，荆门地区出现明显地面中尺度辐合线，偏东气流与地形的夹角近于直角，气流受地形影响强迫抬升，触发新中尺度单体形成。地面中尺度辐合线和地形抬升是造成本次强对流的主要触发机制。

（4）15∶22，雷达回波中心反射率达60 dBz以上，且结构紧密;16∶11，伴随着强烈的下沉气流，回波前部出现了阵风锋，近地面辐散气流推动阵风锋不断向南移动，阵风锋激发中尺度对流云团发展并在其左侧不断触发新的对流云团产生，并向荆门市区方向传播，回波迅速发展且稳定少动，造成了16∶00～17∶00荆门东宝站（荆门城区）出现了小时雨强达75.9 mm的短时强降水;随着中尺度单体的消亡，单体前方出现的阵风锋，造成了17∶00～18∶00的大风天气。在阵风锋的后端不断有新的中尺度单体生成，阵风锋是本次强对流过程的另一触发机制。

参考文献

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责任编辑：黄艳飞