2014年盛夏川东北一次强对流天气成因分析

王茂书， 陈永仁

(1.巴中市气象局，四川巴中　636001; 2.四川省气象台，四川成都　610072)



2014年盛夏川东北一次强对流天气成因分析

王茂书1， 陈永仁2

(1.巴中市气象局，四川巴中636001; 2.四川省气象台，四川成都610072)

摘要：利用常规地面和高空实况、雷达、卫星资料，对2014年6月2日川东北出现的短时强降水和大风天气进行了分析，结果表明：1)该次强对流天气发生在高能高湿大气环境中，500 hPa冷槽、850 hPa切变及偏东气流、地面中尺度辐合流场共同影响是该次强对流天气发生的主要原因。2)该次强对流天气是发生在由低层偏南风和高层西北风形成的垂直风切变逐渐演变成为由低层偏南风和高层西风形成的垂直风切变，垂直风切变逐渐加强(始终为弱的垂直风切变)的过程中。3)对于初始对流和后续激发对流，地面辐合线的走向与强对流天气的落区、移动基本吻合。4)卫星和雷达在临近预报方面有很好的参考，例如强对流天气发生前，MCS对流云团为线状，雷达回波强度大，反射率因子核随高度迅速下降，0.5°和1.5°仰角径向速度图都出现了速度辐合。

关键词：天气学； 短时强降水； 大风； 中尺度分析； 冷平流； 盛夏； 川东北

短时强降水和对流大风灾害天气一直是我国乃至全世界预报的难点，其造成的气象灾害十分严重。为此，气象学者也做了相关研究，其中，中尺度分析是十分有效的方法[1-5]。对流暴雨属于强对流天气之一，也称为短时暴雨或短时强降水，由超级单体、飑线、中尺度对流系统等对流风暴造成的[6]。陈永仁[7]做相关研究认为，短时强降水通常由MCS中的深对流特征造成，水平尺度多为中尺度或更小的中尺度系统，具有云顶亮温低、雷达反射率因子大和垂直累积液态水含量高等特点；钟利华等[8]研究发现雷暴大风产生前，大气层结均有不稳定能量聚集，低层有强的水汽辐合，相对湿度大；出现雷暴大风的区域大气层结不稳定性更显著，低层水汽辐合和中低层气旋性辐合也偏强；王啸华等[9]通过分析个例得出，低空急流、低空切变线是短时暴雨天气过程的重要影响系统;陈炯等[10]研究发现，短时强降水发生频率最高的区域为华南，其次为云南南部、四川盆地等地，可见四川盆地也是短时强降水频发地区。然而在四川，对短时强降水的研究还不够深入，对同时出现短时强降水和雷暴大风的个例分析就更少，该类强对流天气突发性强，预报难度大，造成灾害十分严重。考虑平时工作的实用性和可操作性，本研究利用常规地面和高空实况、雷达、卫星资料分析研究该次强对流天气的成因和特点，为以后预报短时强降水和对流大风提供参考。

1强对流天气实况

2014年6月2日08：00—3日08：00(北京时，下同)，川东北出现了一次明显的强对流天气过程，部分地方出现了暴雨，局部大暴雨，暴雨区呈现东北-西南向。14：00—18：00雨带自西南向东北方向移动，19：00以后雨带自东向西移动，2日22：00强降水基本结束。有170个站大于50 mm，26站大于100 mm，强降水落区主要位于南充、达州、巴中一带。24 h最大雨量出现在达州市渠县岩峰为180.8 mm，1 h最大雨量出现在渠县卷硐为79.8 mm。川东北局部地方出现了10级左右阵性大风，巴州城区15：57极大风速达到了24.5 m/s。该次短时强降水具有时间短、强度大、范围广的特点(图1)。

图1　6月2日08：00—3日08：00川东北雨量分布　　(单位：mm)

2环流形势

2日08：00，500 hPa副高控制云南广东广西偏南一带，副高主体位于南海(图2a)，2日14：00副高北抬，2日20：00退回原来位置，该次强对流天气就发生在副高南落期间，3日08：00副高继续南落到南海。2日08：00 500 hPa亚欧地区为两槽一脊形势，青藏高原为低槽，内蒙古中部为高脊，华北地区为一冷涡，中高纬度为纬向环流，巴湖为深广的低槽和温度槽，槽后里海为冷中心，中心值为-52 ℃，巴湖温度槽并不断分裂弱温度槽东移南压(图2)。华北冷涡是该次强对流天气发生的重要因素，因此有必要分析华北冷涡垂直结构分布情况，从500 ～925 hPa华北冷涡中心逐渐向南倾斜，500～700 hPa为华北冷涡西侧的西北气流和偏北气流，有利引导冷空气南下，850～925 hPa华北冷涡西侧河南、陕西、湖北一带流场偏东分量明显加大，转为偏东或东北气流，以回流方式引导冷空气入侵四川盆地东北部。

图2　6月2日08：00 500 hPa温度场(虚线，单位：℃)及高度场(单位：dagpm)(a)；

3中尺度对流发生环境条件

3.1高空中尺度分析

2日08：00，盆地100 hPa上空为反气旋流场，盆地东北部处于两支气流的分叉处，十分有利高空形成辐散。500 hPa宁夏到甘肃南部为温度槽，说明高层有冷空气活动，2日14：00该温度槽东移南压到了陕西一带，同时达州探空站有24 h正变温转为24 h负变温，说明2日14：00 500 hPa已经有冷平流入侵川东北。2日08：00 500 hPa巴湖低槽东移携带青藏高原低槽东移，盆地大部到青藏高原为波动偏西气流，盆地偏东地区略有偏北风量，导致2日14：00以前天气晴好，地面气温较高，有利不稳定能量积累(图3)。

2日08：00 700 hPa川东北上空的比湿分别为12 g/kg，已经达到了川东北暴雨的水汽条件。位于盆地中部的西南显著气流于14：00东移到了贵州重庆一带，风速为6～10 m/s，14：00强对流天气就发生在西南显著气流左侧。08：00—14：00，500 hPa温度槽东移南压，冷空气由高层入侵到低层，700 hPa达州探空站由24 h正变温2 ℃转为24 h负变温-2 ℃。

图3　2014年6月2日08：00中尺度环境场

2日08：00 850 hPa达州探空站上空的比湿分别为17 g/kg，广西、贵州、重庆一带为偏南气流，2日20：00风速加强到12 m/s。华北地区为明显的24 h负变温区，川东北北部850 hPa上空为偏东气流，有利于引导冷平流入侵盆地，分析2日08：00和14：00变温场，达州探空站850 hPa上空为24 h正变温明显，分别为3和2 ℃，2日20：00为负变温。分析2日08：00 925 hPa温度场，陕西南部经巴中到南充为温度脊(14：00该温度脊维持)，以达州探空站为代表分析，川东北上空925 hPa的24 h正变温比较明显，最大正变温为7 ℃。

分析达州站2日14：00 T-lnp图(图4)显示，在对流层中层干冷特征明显，这与图2中四川北面存在的温度槽有关，850～600 hPa则为湿层，川东北上空上干下湿及能量积累比较明显。另一个特征则是在850 hPa以下的边界层和近地面，温度廓线几乎与干绝热线平行，几乎没有对流抑制能量低层大气处于非常不稳定状态。一旦在近地面或边界层有弱的抬升条件出现，就可能触发对流的发生发展。

图4　6月2日14：00达州站探空图

综合以上分析，在强对流天气发生前，川东北大气层已经具备发生强对流天气中尺度环境背景和高能高湿条件。

3.2地面中尺度分析

林宗桂等[11]利用常规资料对2011年6月23日北京对流暴雨进行了分析并指出，中尺度负变压区形成超前于对流天气发生约3 h是强降雨过程的一个明显特征。在该次强对流天气过程中，也出现了类似的特征。分析2日08：00地面图，川东北地区为热低压控制，14：00地面最高温度较高。以巴中为例，2日14：00地面最高气温为32.8～34.6 ℃，较历史同期平均最高温度偏高4.7～6.4 ℃，说明当时的热力条件和气压扰动是十分有利强对流天气发生的(图略)。

从2日14：00—15：00和19：00—20：00加密站风场(图5)分析，14：00在南充东北部有明显的中尺度辐合流场存在，而14：00川东北强的对流天气先在南充发生，15：00该中尺度辐合流场向东北方向移动到巴州区。19：00在巴中达州一带有地面辐合线生成，20：00该地面辐合线自西向东移动到南充一带。结合自动站小时雨量和云图分析，中尺度辐合流场、地面辐合线与强降水的落区和走向基本吻合。中尺度辐合流场和地面辐合线的存在，为该次强对流天气提供了很好的动力和触发条件。

图5　6月2日国家加密站风场(单位：m/s)

3.3物理量及风垂直分析

分析达州站探空指数(表略)，可知，在该次强对流过程中，2日08：00 CAPE为96 J/kg，到了14：00猛增为1 984.5 J/kg；K指数也从38 升到42 ℃，CAPE和K指数增速很快。从自由对流高度变化中也发现，在强对流天气发生前，自由对流高度明显下降十分明显，14：00较08：00下降高度为478.8 hPa，在以后工作中也可以作为预报强对流天气很好的一个参考因素。从700 hPa温度演变看，2日14：00的700 hPa温度较08：00下降了-2 ℃。正常天气，14：00的700 hPa温度应该较08：00高，说明此时，中层有高层的冷平流入侵。中低层的温度直减率也变化很大，08：00—20：00 850与500 hPa温度差为25～26 ℃。廖晓农等[12]研究个例发现，当对流层中层有干冷空气入侵，同时对流层中低层环境大气的直减率较大时，十分有利雷暴大风的发生。

垂直风切变是强对流天气的一个加强条件。08：00—14：00—20：00， 500 hPa由偏西北气流逐渐转为偏西气流，850 hPa基本为偏南气流，500和850 hPa风速逐渐加强，500和850 hPa之间的垂直风切变由0.03 m/s转为0.05 m/s，最后变为0.09 m/s，也就是说，强对流天气是发生在由低层偏南风和高层西北风形成的垂直风切变逐渐演变为由低层偏南风和高层西风形成的垂直风切变，垂直风切变由小到大的过程，整个过程属于弱的垂直风切变范围。

4中尺度对流特征

该次强对流天气中，卫星和雷达资料对中尺度对流系统特征表现明显。根据红外云图(图略)可知，2日13：30，南充附近开始有对流云团MCS生成，14：30 两个MCS在发展，MCS形状为线状，可以作为对流大风预报的参考。15：30 MCS合并，预示对流云团未来将发展，16：30 MCS继续发展，并向东北移动，降水落区和对流云团走向一致。分析19：00—21：00云图也发现存在这个特征，19：00在MCS后向东南部出现了后向传播，在靠近达州和平昌的地方又激发了另一个MCS，然后迅速发展合并到了原来的MCS并自东向西移动，趋于减弱的MCS重新获得发展导致了第2时间段的强降水发生(图略)。

2日14：30，在南充地区有多单体风暴存在，在单体风暴前沿，巴中境内激发了弱对流单体回波。14：54南充一带多单体有所合并，巴中境内B处加强并呈现了弓形形状，从A处到B处做剖面图，50 dBz所在高度还是不算高，低层有回波达到了50 dBz左右，表明在出现对流大风前1 h，巴中境内出现了对流大风的回波特征。15：30，对流回波发展相当强，为55 dBz，从C到D做剖面图看出，强回波(45～55 dBz)的高度在9 km左右，低层的回波明显加强，面积加大，最大回波为55 dBz，从E处可以发现，该处的组合反射率因子梯度很大，结合小时降水量，此时的强降水区主要位于反射率因子梯度大的区域。在此次强对流天气过程中，强回波基本还是向东北方向移动(图略)。从C到D做剖面图，与15：30相比较，15：48在巴中境内106.85°E、31.88°N处高反射率因子随高度迅速下降，此时离对流大风出现时间只有10 min(图6)。从15：29的速度图看，在雷达的东北方向，

1.5°仰角速度图和0.5°仰角速度图都出现了中层辐合，0.5°仰角速度局部风速达到了29 m/s(图略)，到了15：39风速达到了39 m/s，此时强对流天气发生的特征更明显。

图6　雷达反射率因子(swan产品)(单位：dBz)

5结论

1)该次强对流天气发生在高能高湿大气环境中，500 hPa冷槽、850 hPa切变及偏东气流、地面中尺度辐合流场共同影响是该次强对流天气发生的主要原因。

2)该次强对流天气是发生在由低层偏南风和高层西北风形成的垂直风切变逐渐演变成为由低层偏南风和高层西风形成的垂直风切变，垂直风切变逐渐加强(始终为弱的垂直风切变)的过程中。

3)卫星和雷达在临近预报方面有很好的参考，例如强对流天气发生前，MCS对流云团为线状，雷达回波强度大，反射率因子核随高度迅速下降，0.5°和1.5°仰角径向速度图都出现了速度辐合。

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收稿日期：2014-11-10

基金项目：2015年中国气象局预报员专项(CMAYBY2015-063)

作者简介：王茂书(1984年生)，男，工程师，本科，主要从事短期天气预报。E-mail：wangmaoshu2003@126.com。

中图分类号：P44

文献标识码：A

doi:10.3969/j.issn.1007-6190.2016.01.009

Analysis of the Synoptic Causation of a Severe Convective Weather in Northeastern Sichuan Province in the Prime Summer of 2014

WANGMao-shu1,CHENYong-ren2

(1.Meteorological Bureau of Bashong City, Bazhong Sichuan 636001; 2.Sichuan Meteorological Observatory, Chengdu 610072)

Abstract：Using conventional surface and upper-level observations, radar and satellite data, we studied a short-range severe rain and strong wind that occurred in the northeastern part of Sichuan province 2 June 2014. The result is shown as follows. 1) Taking place in an atmospheric environment that was high in both energy and humidity, the weather was caused jointly by a 500-hPa cold trough, an 850-hPa shear, an easterly airflow and a mesoscale surface convergent flow field. 2) The weather happened as a mildly strengthening shear of vertical wind, formed by a low-level southerly and an upper-level northwesterly, was gradually transforming into one that consisted of a low-level southerly and an upper-level westerly. 3) For the initial convection and subsequently triggered convection, the alignment of a surface convergence line was basically in agreement with the location and movement of the weather. 4) The satellite and radar proved to be good guidance in nowcasting. For instance, prior to the weather, an MCS convective cluster was line-shaped with large radar echoes, rapidly falling reflectivity with height and converging radial velocity at the elevation angles of 0.5° and 1.5°.

Key words：synoptics; severe convection; mesoscale analysis; prime summer; northeastern Sichuan province

王茂书,陈永仁.2014年盛夏川东北一次强对流天气成因分析[J].广东气象，2016,38(1)：36-39.