哈尔滨市2019 年7 月17 日强对流天气气象服务总结

2020-03-16乔树亮景学义高梦竹董学贤

黑龙江气象 2020年4期

姜兵,乔树亮,景学义,高梦竹,赵放,董学贤

（1.哈尔滨市气象局，黑龙江哈尔滨150000；2.黑龙江省气象台，黑龙江哈尔滨150030；3.鸡西市气象局，黑龙江鸡西158100）

1 引言

短时强降雨天气对城市排水防内涝工作带来了巨大的压力。强降水在雨量上多表现为暴雨（每小时降雨量在16 mm 以上，或24 h 降雨量在50 mm 以上）的形式，是多种尺度天气系统共同作用的结果［1-3］。目前有很多研究针对于短时强降雨天气，但是对于气象服务经验总结的却较少，因此利用欧洲细网格资料、地面实况资料以及雷达资料，对2019 年7月17 日哈尔滨主城区局部站点的短时暴雨过程进行了分析研究、总结其成因特点及预报着眼点，为这类强天气的预警预报提供使用技术与参考依据。

2 实况回顾

哈尔滨市主城区此次降水过程于7 月17 日15时开始，17 时结束，暴雨落区位于哈西客站区域附近。 15-16 时哈西客站骨干站的观测降雨量达21.7 mm，植物园骨干站的观测降雨量达11.8 mm；16-17时哈西客站骨干站降雨量达38.5 mm，小时雨强达到了甚至远远超过了短时强降水16 mm/h 的标准，植物园骨干站观测降雨量达8.6 mm，引发城市内涝，造成道路积水严重，房屋、设备等不同程度受损。

3 天气形势分析

行星尺度及天气尺度制约着形成暴雨的中小尺度系统的活动，为其提供形成条件或者水汽供应，因此要分析中小尺度对流系统的发生发展，必须首先了解其大尺度环流背景。

7 月17 日08 时，降雨开始前，500 hPa 高空槽主体位于黑河、大庆一带，哈尔滨市位于槽线前部，环流经向度较大，随着高空槽东移，其主体逐渐影响到哈尔滨市，引导高空冷空气不断侵入；850 hPa 高度上，低空切变线位于黑龙江省西部齐齐哈尔附近，哈尔滨市处于西南气流内，这样的动力结构配置为下午的短时强降水提供了有利的环流背景。 20 时高空槽线位于哈尔滨市东部，哈尔滨市已处于西北气流控制，850 hPa 低空切变线位于哈尔滨市东部通河、方正一带，哈尔滨市逐渐受切变线后部较强西北气流控制。 14 时、17 时地面图上哈尔滨市处于弱低压带内。

强对流天气形成的基本条件有三个：水汽、不稳定层结及抬升力，因此将从这三个方面分析本次过程中的短时强降水成因。

3.1 水汽条件

08 时哈尔滨市相对湿度在850 hPa 高度以下都达到了90%以上。 850 hPa 高度上的比湿为13,且850 hPa 以下温度露点差维持在1 ℃，水汽接近饱和。黄、渤海输送的水汽是本次降水的主要来源，西南气流将水汽源源不断的输送至哈尔滨市，此路径明显大于西北路径，同时在哈尔滨市存在着西南风风速的明显辐合，这为水汽的积聚提供了很好的条件。

3.2 不稳定分析

强天气的发生需要一定的不稳定条件，在08 时T-lnp 图上（图1a），低层水汽较为充沛，中层500 hPa 附近存在着明显的干侵入，这种“上干下湿”的配置为强对流天气的发生提供了条件性不稳定层结，另外，低层有弱暖平流，而高层平流不明显，增加了层结不稳定潜势。从08 时位温随高度变化的垂直剖面图（图1b），可以看到位温随着高度的增加而减小，直至700 hPa 达到最小，之后随高度上升而增加，说明700 hPa 高度以下存在着热力不稳定。同时CAPE值达到了1067.9 ，对流有效位能非常的大，且K 指数达到了36 ℃，强天气指数SWEAT 为232.2，有利于强对流的发生。

图1 （a）08 时T-lnp 图、（b）位温层结图

3.3 抬升条件

抬升机制是对流启动的“开关”，大气中存在的不稳定层结需要有某种机制（触发条件）导致低层辐合抬升，对流才将迅速发展。

从降水时段之前的中尺度系统分析来看，最直接的触发系统是低层的切变线。 08 时切变线位于黑龙江省西部齐齐哈尔附近，20 时切变线位于哈尔滨市东部通河、方正一带，暴雨发生时正是切变线经过哈尔滨市的时间，切变线触发了不稳定能量的释放使得对流系统发生、发展；另外，地面辐合线也对中尺度对流系统的触发有重要作用，15-16 时哈尔滨市存在着明显的偏北风和西南风的风向气旋性切变，张小玲[8]等指出对流通常在地面辐合线附近发生发展，17 时开始转为偏西风、西北风，风向具有一致性，辐合特征消失，地面低空切变线呈南-北走向，位于绥化、铁力一带，这表明高空槽移近哈尔滨后与中低层切变线附近垂直上升运动的耦合为降水提供了有力的动力抬升条件。

4 多普勒雷达回波分析

（1）雷达回波轨迹

此过程是以短时强降水为主的强对流天气，在雷达回波图上并未发现有中气旋，反射率因子和径向速度产品在短临预报预警中发挥至关重要的作用。

15 时开始，有块状对流云回波从道里区进入哈尔滨市，降水回波自西向东移动，进来时以黄色、绿色回波为主；在15-16 时回波边东移边发展，回波面积逐渐增大，回波强度始终在45 dBZ 上下，移动缓慢，回波影响地区主要为道里区、南岗区、香坊区西部，在西南偏西气流的引导下，系统回波向东北偏东方向移动，移速约在10 km/h。块状回波中出现两个强度大值中心，前面的回波强度大值中心相对后面的回波大值中心较强，分别对应在道里区、香坊区的位置上。受其影响，1 h 内哈西客站降雨量达21.7 mm，植物园降雨量达11.8 mm。

16-17 时回波缓慢东移，最大回波强度在50-55 dBZ 之间，影响区域为道里区东部、南岗、香坊区西部，移速约在20 km/h。上个时刻的两个回波强度大值中心，后面的回波强度大值中心在发展，前面的中心在减弱，分别对应在道里区、香坊区的位置上，受其影响，1 h 内哈西客站降雨量达38.5 mm，植物园降雨量达8.6 mm，17 时后回波减弱、回波中心强度也迅速减弱，并移出哈尔滨市。雨量大值区与回波强度较强的位置符合得很好，主要在哈尔滨市南部。

（2）回波速度图

从径向速度来看（图略），可以看到哈尔滨市主要以负速度为主，在大片负速度区域内出现了两块正速度，即存在左右两个逆风区，受环境风的影响，逆风区不断向东移动，左右两个逆风区正好对应两个降水大值落区（南岗区哈西客站、香坊区植物园），由此可以看出，回波的发生和发展加强与多普勒雷达径向速度图上的中尺度逆风区相联系，逆风区的发展与移动对于判断强降水的落区有指示作用。

（3）回波剖面图

沿着块状回波做剖面，可以看出15 时19 分时出现一个回波中心，15 时有一个回波中心发展为两个回波中心，位置分别对应哈西客站和植物园两个自动站，但高度不高，强回波主要集中在低层3-4 km；16 时21 分，剖面图上可以看到出现两个强回波中心，两个回波中心高度和强度不断增长，左边回波中心较右边回波发展的高度高，强回波主要集中在低层4-5 km；16 时30 分左右，由于后向传播效应，左边回波发展旺盛，中心高度超过5 km,右侧回波逐渐减弱；16 时38 分时，左侧强回波中心也开始减弱，右侧强回波中心消失。回波出现明显后向传播特征，形成列车效应，导致道里区哈西客站的降水量较大，达到暴雨量级。