蒙古冷涡影响下的兰州连续强对流天气

张宁 苟浩锋 赵龙

摘要 利用常规气象观测资料、环流再分析资料，采用天气动力学诊断方法和强天气分析技术，对兰州市2015年7月连续11 d的强对流天气成因进行分析，针对致灾最重的7月13日雹暴天气进行大尺度环流背景、物理量场及中尺度分析；同时，将2013年8月连续5 d的强对流天气与2015年7月连续11 d的强对流天气进行天气实况、环流形势的对比分析。结果表明，夏季500 hPa高空蒙古冷涡与新疆至青海一带的大陆高压相配合，使兰州地区处于冷涡西南部的西北气流控制下，从冷涡底部不断分裂下滑的冷槽，中高层冷槽和低层暖温度脊的上下叠置，有利于对流不稳定的建立和发展，极易造成兰州地区午后强对流天气。蒙古冷涡的位置及强度，决定了兰州地区连续性强对流天气的持续日数、对流性天气的强度及影响范围。

关键词 蒙古冷涡；连续强对流天气；相似天气对比；中尺度分析

中图分类号 S16 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2017）25-0175-05

Abstract Based on the conventional meteorological observation data and cyclic reanalysis data， the causes of strong convective weather in Lanzhou City in July 2015 were analyzed by weather dynamics diagnosis method and strong weather analysis technique，and a largescale circulation background， physical field and mesoscale were analyzed for the most damaging hail storm weather on July 13.At the same time， the convective weather in August 2013 for 5 consecutive days was compared with the strong convective weather in July 2015 for 11 days from weather conditions， weather circulation situation.The results showed that the Mongolian cold vortex at 500 hPa in summer coincided with the continental high pressure from Xinjiang area to Qinghai， so that the Lanzhou area was under the control of the northwest airflow in the southwest of the cold vortex.From the bottom of the cold vortex to continue to split down the cold trough， highlevel cold trough and lowlevel warm ridge above and below the stack， were conducive to the establishment and development of convective instability， easily lead to strong convective weather in Lanzhou.The location and intensity of the Mongolian cold vortex determined the duration of continuous convective weather in Lanzhou， the intensity and influence of convective weather.

Key words Mongolian cold vortex；Continuous convective weather；Similar weather contrast； Mesoscale analysis

強对流天气具有影响范围小、发展速度快、持续时间短、预报难度大等特点，它的发生伴有雷暴、短时强降水、冰雹、大风等灾害性天气。强对流天气虽然是一种局部的灾害性天气，但往往也是最严重的自然灾害之一。孟妙志等[1]对2011年7月陕西出现的连续强对流天气成因进行分析得出，蒙古冷涡槽后冷平流与西南暖湿气流配合，可造成陕西连续性强对流天气；郑媛媛等[2]依据大尺度环流背景分类建立强对流天气的天气概念模型，即槽前类湿对流风暴、槽后类干对流风暴，研究其物理机制，可以有效提高预报针对性；许新田等[3]采用天气动力学诊断方法和强天气分析技术，通过对陕西一次持续性强对流天气过程的大尺度环流背景、物理量场进行研究，揭示了强对流天气过程的中小尺度天气系统演变特征及触发机制。许多学者针对甘肃省的强对流天气个例、强降水变化情况、环流特征及水汽输送等方面进行了研究[4-7]。笔者利用常规气象观测资料、环流再分析资料，采用天气动力学诊断方法和强天气分析技术，对兰州市2015年7月连续11 d的强对流天气成因进行分析，针对致灾最重的7月13日雹暴天气进行大尺度环流背景、物理量场及中尺度分析；同时，通过查询历史资料，将2次由蒙古冷涡引起的兰州地区连续的强对流天气（2013年8月连续5 d的强对流天气与2015年7月连续11 d的强对流天气）进行天气实况、环流形势的对比分析，寻求蒙古冷涡背景下兰州地区强对流天气的预报着眼点。

1 天气实况及灾情

2015年7月12—23日，兰州地区连续11 d在午后出现不同强度的雷阵雨天气，并伴有局地的阵性大风、冰雹和短时强降水等灾害性天气。全市累计最大降水量61.7 mm，较大降水集中在永登西北部（图1a）。兰州站出现4 d降水（其余7 d为微量降水，市区其余区域站点均出现不同程度降水），榆中站出现6 d降水，皋兰站出现9 d降水，永登站连续出现11 d降水。连续性的强对流天气，造成兰州地区接二连三出现不同程度的大风、冰雹灾害，对农业生产及基础设施建设造成了巨大损失。

其中，13日下午到夜间，兰州市出现强对流天气，全市最大降水量29.2 mm，其中永登北部和西固区降水相对较大（图1b），18∶00—19∶00永登县共6个区域站出现小时雨量>10 mm的短时强降水，造成局地洪涝灾害，永登县武胜驿镇、中堡镇、坪城乡、民乐乡、兰州新区秦川镇出现大风、冰雹等灾害性天气，冰雹持续时间在20 min以上，冰雹颗粒最大直径4 cm；此次强对流天气致使当地近2 500 hm2农作物受灾，6.67 hm2绝收，冲毁河坝300 m，冲走羊只32头，各项经济损失达6 303.94万元。16日午后，永登县民乐乡遭受冰雹灾害，冰雹持续时间在10 min以上，经济损失121.7万元；22日午后至夜间，皋兰县发生强雷暴、冰雹和短时强降水天气，导致部分农作物受灾，直接经济损失32.02万元。

2 环流形势

2.1 500 hPa高空形势

7月13日08∶00（图2a），我国西部和西南部的新疆西部、青藏高原以及贵州等地分别形成3个588 dagpm的高压中心；贝加尔湖正南方的蒙古中部地区为冷低压中心，中心高度为560 dagpm，冷空气中心温度-14 ℃，我国整体呈西高东低的径向环流；新疆北部至河西走廊为强西北气流风速带，最大风速达32 m/s；河西中部武威一带有一明显的风速切变，冷平流较强。

至13日20∶00（图2a），新疆西部的高压范围扩大，蒙古冷涡位置略有南压，冷空气中心强度减弱至-12 ℃，低涡中心略有填塞，为564 dagpm，径向环流较08∶00有所加强；河西走廊仍维持一大的西北气流风速带，而08∶00位于武威一带的风速切变东移南压到宁夏至兰州以东。

2.2 700 hPa高空形势

从13日08∶00和20∶00 700 hPa高空图（图3）可以看出，蒙古冷涡维持存在，低涡西南部的强西北气流风速带在20∶00有所减弱。08∶00 500 hPa武威一带的风速切变在700 hPa对应为风向切变，至20∶00到达兰州以东。青藏高原夏季热源作用显著，在甘肃中东部地区形成一条温度脊。

兰州上空高层有持续低涡底部分裂下滑的冷平流，低层暖温度脊以及晴天地面午后升温，低空不稳定能量积累，气层形成对流不稳定，利于强对流天气的发生。

2.3 地面形势

从图4可以看出，13日上午兰州上空至河西走廊一带为地面小高压控制，天气晴朗少云，地面升温较快。14∶00起在张掖祁连山区一带形成地面辐合线，对应在此地生成对流云团，后对流云团东移南下过程中在下暖上冷的不稳定层结作用下加强，17∶00—20∶00兰州上空发展壮大，对应地面为切变线，切变线上生成为地面低压中心。

2.4 中尺度分析

13日08∶00（图5a），蒙古中北部为冷低压中心，兰州位于蒙古冷涡底部西北气流下，沿河西走廊至宁夏一带500 hPa高空为一条西北风的显著流线带，兰州上空位于流线出口区的右侧，中高层有辐散气流，500 hPa有大于-3 ℃的显著降温区，对流层中层降温明显，有利于层结不稳定的发展，是冰雹发生较有利的因素；700与500 hPa温度差在18 ℃以上，垂直温度递减率较高，大气的垂直不稳定较强；700 hPa兰州以北为T-Td≥15 ℃的干区，以南为T-Td≤5 ℃及比湿在8 g/kg以上的显著湿区，兰州处于湿度梯度大值区、700 hPa干线的前部，此干线则是此次强对流天气的触发机制。

13日20∶00（图5b），蒙古冷涡维持，500 hPa持續显著降温区维持，兰州上空受700 hPa切变线及温度脊影响，下暖上冷的不稳定层结加强，且700与500 hPa温度差增加至22 ℃以上，垂直不稳定加强，700 hPa比湿增加到8 g/kg，水汽条件略有增大。

综上所述，在蒙古冷涡底部的天气尺度背景下，中高层较强的干冷空气及低层的暖空气造成大气层结强的垂直不稳定，露点锋（干线）及700 hPa切变线为强对流天气的发生提供了触发机制。而不够充足的水汽条件致使此次过程以短时强降水和冰雹等灾害性天气为主，未造成持续性的大降水或暴雨灾害。

3 物理量场分析

3.1 水汽条件

选取13日灾情较为严重的皋兰县站点进行物理量分析，对比相对湿度和水汽通量散度的时间剖面（图6）可以看出，中低层的相对湿度始终较低，不足50%，但在13日白天至夜间，中低层为较大的水汽通量辐合区。由此可见，13日下午至夜间虽然皋兰上空水汽含量不足，不足以支撑长时间较大降水的产生，但强的水汽通量辐合易造成当地短时强降水天气的形成。

3.2 动力条件

从垂直速度时间剖面（图7）可以看出，13日中午起至夜间，皋兰站点上空整层为强的上升运动区，尤其是强对流发生的20∶00前后，中高层的500～400 hPa最大上升速度达-26 hPa/s，为强对流天气的产生提供了充足的动力条件。

3.3 能量条件

通过分析13日08∶00、14∶00、20∶00的700 hPa假相当位温（图8）可以看出，13日08∶00在青海中东部地区有一假相当位温的大值区，高能舌凸起，至14∶00高能舌位置东移至甘肃中部地区，但能量略有减弱，20∶00沿甘南、临夏至兰州东部为一明显的高能舌，为此次强对流天气过程提供了较为充足的能量条件。

4 相似天气对比分析

通过查阅历史资料，2013年7月29日—8月3日兰州地区同样出现了连续的雷阵雨等强对流天气过程，全市累计降水量在1.2～37.3 mm，其中兰州站出现4 d降水，榆中站4 d，皋兰站5 d，永登站4 d。

此次天气过程虽未出现较大降水，但连续出现了冰雹、大风、短时强降水等强对流天气。其中7月31日下午，永登、榆中遭受强风雹灾害；8月1日19∶00，榆中县5个乡镇遭受冰雹灾害；2日20∶00，榆中4个乡镇再次遭受冰雹灾害；3日20∶00，榆中县遭受短时强降水、冰雹等灾害性天气。如此频繁的强对流灾害天气，对全市的农业生产造成了极其严重的损失。

4.1 天气实况对比

2次过程均为发生在夏季午后至夜间的连续性短时阵性天气过程；

整体降水量不大，但易出现短时强降水、雷暴、冰雹、大风等强对流天气；

2013年7月29日—8月3日的过程天气更为剧烈，主要影响兰州偏南地区，而2015年7月12—23日过程系统主要影响兰州偏北地区。

4.2 环流形势对比

从2015年7月12—23日500 hPa平均高度场（图9a）来看，我国北方整体为西高东低的走势，在43°～50°N、100°～110°E一带的蒙古中部地区维持存在着一个低压中心，中心高度为576 dagpm，新疆西部一带存在一个588 dagpm高压中心，甘肃整体处于高低压中间强西北气流的控制下，配合北部有明显的温度槽，南部青藏高原一带为暖中心，不稳定能量较强。总体来看，甘肃河西走廊一线温度梯度与高度梯度均较大，大气斜压性较强。蒙古冷涡不断分裂冷空气南下，是造成兰州地区连续出现雷阵雨天气的最主要原因。

从2013年7月29日—8月3日500 hPa平均高度场（图9b）来看，蒙古中东部地区同样存在一个低压中心，中心高度为564 dagpm，新疆至青海一带的大陆高压更为偏东，甘肃整体处于槽后西北气流控制下，高度梯度较2015年7月12—23日的过程明显增大。蒙古冷涡的强度强、梯度大，是此次过程较2015年剧烈的最主要原因。

从2015年7月12—23日500 hPa低压中心位置变化情况（图10a）来看，12日20∶00起，在蒙古西部由低压槽加强形成一个闭合的低压中心，随后低压中心东移，13—18日在蒙古中东部一带维持少动，中心强度由560 dagpm逐步減弱至576 dagpm，18日夜间向内蒙中东部和东北北部分裂为2个低压中心，20日起低压中心减弱为低压槽。

对比2013年7月29日—8月3日蒙古冷涡中心位置（图10b）可以看出，7月29日低涡中心在贝加尔湖以北生成，至30日迅速南下，并于7月30日—8月2日维持在蒙古中东部地区，至3日向东北方向移动，冷涡中心强度始终维持在564～568 dagpm，强度较2015年明显加强，但维持时间明显缩短。

5 结论

通过对2015年7月13日皋兰县强对流天气的个例分析以及对2015年7月12—23日连续雷阵雨天气与2013年7月29日—8月3日兰州连续强对流天气过程的对比分析，得出以下结论：

（1）夏季500 hPa高空中蒙古中部地区冷涡与新疆至青海一带的大陆高压相配合，使兰州地区处于冷涡西南部的西北气流控制下，从冷涡底部分裂的下滑冷槽是强对流天气的影响系统，中高层冷槽和低层暖温度脊的上下叠置，有利于对流不稳定的建立和发展，极易造成兰州地区午后强对流天气；由于兰州地区地处祖国西北部，气候常年干燥，不够充足的水汽条件使得此系统影响下的天气过程降水量级较小，不易出现长时间的暴雨天气过程，但极易出现雷暴大风、冰雹、短时强降水等灾害性天气。

（2）当蒙古冷涡位置维持少动时，兰州地区将出现连续性的午后对流性天气过程，冷涡的填塞或北上，是兰州地区夏季午后对流性天气结束的标志。

（3）蒙古冷涡的强度及高低压间的梯度，决定了兰州地区对流性天气的强度，冷涡中心强则影响天气剧烈频繁，可影响到兰州偏南部地区，冷涡中心弱时主要可影响到兰州偏北部地区。

参考文献

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