酒泉市强对流天气指标研究

于海跃++李红英++张玉香++靳荣

摘要 强对流天气是由中小尺度天气系统引发的，具有水平尺度小、生命史短、局地性和突发性强、破坏力大等特点。根据对各种强对流天气的成因分析，可以得出各种指示它们是否会出现，以及可能达到的强度的预报指标。本文充分应用数值预报产品、各类监测资料，在研究酒泉市强对流天气演变规律的基础上，开展对流稳定度参数、灾害性天气预报预警，利用统计、动力、人工智能等预报方法，综合天气学概念模型、预报经验形成了短时强对流性灾害性天气的短临预报预警指标，在实际工作中得到了较好的应用。

关键词 强对流；天气指标；时空分布；概念模型；甘肃酒泉

中图分类号 P456.4 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2017）01-0213-03

强对流天气是由中小尺度天气系统引发的，具有水平尺度小、生命史短、局地性和突发性强、破坏力大等特点[1]。利用常规监测手段难以捕捉到强对流天气的信息，且对其发生发展的规律认识不足，因此对强对流天气的监测预警一直是一个难点。然而，随着气象探测手段的发展，一些新型遥感遥测仪器投入业务应用，例如双星加密观测每15 min得到的1张卫星云图，每6 min获得1次全省多普勒雷达资料，每1 h得到的区域自动站的资料，这些新型监测手段不仅使得对强对流天气的监测预警成为可能，同时其实时观测资料还可以为进一步开展相关预警技术研究提供个例。

根据对各种强对流天气的成因分析，可以得出各种指示其是否会出现以及可能达到的强度的预报指标。本文充分应用数值预报产品、各类监测资料，在研究酒泉市强对流天气演变规律的基础上，开展对流稳定度参数、灾害性天气预报预警，利用统计、动力、人工智能等预报方法，综合天气学概念模型、预报经验开展对短时强对流性灾害性天气的短临预报预警。

1 酒泉市气候概况

酒泉市地处甘肃省西北部河西走廊西端，东西长680 km，南北宽550 km，面积19.2万km[2]。地势南高北低，自西南向东北倾斜。境内山地、平原盆地、沙漠、戈壁等多种地貌相间，生态环境复杂，地域差异明显。该地区远离海洋，深居欧亚大陆腹地，降水奇缺，年平均降水量不足90 mm（山区肃北为152.5 mm），蒸发强烈，是典型的西北极端干旱区。强对流天气是该地区危害较重的气象灾害之一，具有来势猛、速度快、破坏力大的显著特点，可引发山洪、滑坡、泥石流等地质灾害，造成的经济损失巨大，是日常业务预报中的难点之一[1-2]。随着全球气候变暖，极端天气气候事件呈現频发和加重的态势，自2006年以来酒泉市境内就发生了3次较强的强降水事件，给当地经济社会造成了严重影响。该区域发生强降水具有双重性，即在很大程度上既能补充该区域稀缺的水资源，又极易造成局地洪涝和地质灾害。如2012年6月5日酒泉市肃北、玉门和瓜州南部等地出现暴雨，玉门市农机中心农场为96.4 mm，达大暴雨，降水量为该市年平均降水量的1.4倍，是6月月平均降水量的10.3倍，不论是日最大降水量还是月降水量均突破建站以来的历史极值[3]。

2 强对流天气时空分布特征

2.1 个例挑选标准

2.1.1 强降水。甘肃省河西走廊西端属于西北极端干旱气候区，用统一固定的日降水量标准并不能真实反映极端降水的变化情况，有必要根据当地的雨量情况来确定极端降水事件的标准。本文采用百分位的方法，定义每个台站的极端强降水事件的阈值。将1960—2010年各站逐年日降水量按降序排列，将第5个百分位值的30年平均值定义为极端强降水事件的阈值。经分析，河西走廊西部极端强降水阈值自西南向东北逐渐减小，分布在9.1～16.4 mm/d（图1）之间，平均阈值为10.9 mm/d，接近中—大雨标准（甘肃河西中—大雨标准为10.0～22.9 mm/d），按此标准，在河西走廊西部只要出现中—大雨或以上降水就算极端强降水。极端强降水阈值最大为肃北，达16.4 mm，除肃北外其余各站极端强降水阈值比较均匀，分布在9.1～11.8 mm/d之间。

按极端强降水阈值标准，结合当地的天气气候特点，确定当地强降水的标准为日降水量≥10 mm或区域站（2008年以后）1 h雨量≥10 mm即为1次过程。

通过普查区域站和自动站资料，共收集到符合标准的强降水个例数如下：2001—2015年5—9月酒泉、金塔、玉门、瓜州、敦煌、肃北站分别有强降水21、14、17、9、13、48次。

2.1.2 冰雹。按酒泉市区域内测站≥1站次或乡镇有冰雹灾情记录的标准，通过普查观测站资料和冰雹灾情记录，2001—2015年5—9月的冰雹日数，酒泉、金塔、玉门、瓜州、敦煌、肃北站分别为0、1、2、0、1、14次。当地共有18个冰雹个例，其中冰雹主要出现在肃北，这与肃北的山区地形关系很大，只有4次出现在平川区，肃州区和瓜州近13年来无冰雹出现。

2.2 强对流天气时空分布特征

2.2.1 强降水。2001—2015年，酒泉市境内出现日降水量 ≥10 mm的强降水为122站次，其中30站次日降水量≥20 mm，自区域站（共计88个）建设以来，短时强降水≥10 mm/h共有44站次，其中26站次集中在2011年6月16日和2012年6月5日2个过程，最强短时强降水出现在2012年6月5日8：00玉门梁子沟和农机中心农场，1 h降水量分别为38.2 mm和28.0 mm。其余18站次分散在为数不多的几次过程中。

（1）空间分布。从各站分布来看，当地日降水量≥10 mm的次数在9～48次之间，出现最多的区域主要分布在肃北，达48次，最少在安敦盆地和金塔地区。1 h雨量≥10 mm的站点主要分布在靠近祁连山的阿克塞、肃北、玉门及肃州区沿山地域（图2）。

（2）月分布。酒泉市日降水量≥10 mm的强降水年度分布不均匀，从月分布上看在5—9月均有可能发生，59%的短时强降水集中分布在6—7月，其中7月出现的短时强降水最多，占强降水总数1/3。

2.2.2 冰雹。冰雹降自强对流单体的特定部位，范围仅几公里至几十公里。具有明显的局地性和分散性。经普查2001—2015年5—9月符合标准的冰雹个例共18个，其中冰雹主要出现在肃北（14次），因而肃北是当地冰雹的多发地。2001—2015年當地降雹主要发生在5—6月，以5月最多，达13次，约占冰雹总数的73%，其中平川区降雹均出现在5月。

3 强对流天气概念模型

3.1 强降水概念模型

3.1.1 柴达木低涡切变北抬型。河套—河西有一“歪脖子”高压，新疆东部有冷槽或有风场切变，柴达木地区高（500 hPa）、低（700 hPa）空存在涡旋切变，700 hPa有东南急流，新疆上空冷平流较强。由于受“歪脖子”高压阻挡，使西方冷空气不能快速东移，冷暖空气在此交汇，同时低层水汽随东南急流不断向河西中西部输送，为形成强降水提供了有力的环流背景，见图3（a）和图3（b）。

3.1.2 西方长波槽型。500 hPa西北区上空为“东高西低型”环流特征。河西地区处在副高外围西南暖湿气流中，副高东退缓慢，新疆为低槽活动区，且冷平流明显，槽前有负变高配置[4-5]。由于副高东退缓慢，新疆低槽不能东移，在河西中西部形成一个幅合中心，在西南暖湿气流的配合下，对形成河西西部强降水提供了有力的环流背景，见图4（a）和图4（b）。

3.2 典型冰雹概念模型

500 hPa巴湖或巴湖东侧的高压脊发展，脊前环流经向度不断加大，使北方较强冷空沿西北气流东南下，地面上，河西地区处在高温低压的形势场中[6]。

受冷平流影响，在北疆东部往往有不稳定小槽下滑，在新疆东部形成不稳定区域，多以雷阵雨天气为主，这也是河西中西部形成冰雹天气的主要环流型，见图5（a）和图5（b）。

4 强对流天气预报预警指标

4.1 强降水

满足以下8个条件可预报强降水天气：①当地上空850、700、500 hPa相对湿度均>80%或T-Td≤5 ℃；②700、850 hPa水汽通量散度<-5 g/（cm2·hPa）；③700、850 hPa水汽通量 >6（cm·hPa）/s；④从低层850 hPa一直到200 hPa为一致的正涡度（或表现为上负下正的特征）；⑤中低层为负散度，高层为正散度或者在散度垂直剖面上出现辐合或辐散多层交替；⑥从低层到高层有一致的上升运动（300～850 hPa ω<0）；⑦垂直螺旋度均存在上负下正的特征；⑧θse500-850<0。

4.2 冰雹

满足以下9个条件，可预报当地有中等雷阵雨出现，沿山片有出现冰雹的可能。①K指数≥35（酒泉上空）；②总指数≥35（哈密到张掖）；③前一日上游（乌鲁木齐到哈密）CAPE值>1 000；④SI指数<0（敦煌到张掖）；⑤-20～0 ℃高度在3 100～3 400 m；⑥w_cape≥13 m/s，风暴强度指数≥90；⑦有中等强度或以上的垂直风切变；⑧从低层到高层有一致的上升运动（300～850 hP ω<0）；⑨中低层为负散度，高层为正散度（最强的辐散层在200～300 hPa，辐合层在近地层），散度垂直剖面上出现辐合或辐散多层交替。

5 检验与评估

上述3种概念模型涵盖了当地强对流天气主要类型，很好地预报了2011年6月16日、2012年6月5日的强降水过程，2012年6月6日区域性的雷阵雨天气过程，但由于当地强降水和冰雹样本较少，今后还需进一步继续深入研究完善，以期达到最好的预报效果。

6 参考文献

[1] 郑媛媛，姚晨，郝莹，等.不同类型大尺度环流背景下强对流天气的短时临近预报预警研究[J].气象，2011（7）：795-801.

[2] 常玉泉，汤国锋.酒泉市引进种植孜然的现状与发展建议[J].中国农业信息，2011（9）：40-41.

[3] 李红英，高振荣，田庆明，等.甘肃酒泉一次罕见大暴雨过程的天气学诊断分析[J].干旱区资源与环境，2013（11）：165-171.

[4] 马丽婷，刘辉.临夏地区一次雷暴大风等强对流天气分析[J].现代农业科技，2016（20）：169-171.

[5] 李浚河，耿建军，张淅妍，等.2013年北京地区一次强对流天气过程分析[J].沙漠与绿洲气象，2016（2）：25-30.

[6] 朱峰，韩玮，刘晓敏，等.呼和浩特市2013年8月4日一次强对流天气过程分析[J].内蒙古农业科技，2014（1）：80-82.