干旱地区阿拉善盟强对流天气特征分析

宝乐尔

摘要 利用2000—2015年16 a阿拉善盟对流天气实况资料，筛选51个天气过程个例，分析强对流天气发生的环流背景、形成条件及雷达回波特征，并从强对流天气形成条件入手，对强对流天气过程进行分类，建立阿拉善盟地区强对流预报概念模型。从而提高预报员对雷达资料的识别能力，提高预报、预警提前量和准确率，为阿拉善盟经济社会发展和人民群众的福祉安康作出新贡献。

关键词 干旱地区;强对流天气;概念模型

中图分类号：P458 文献标识码：B 文章编号：2095–3305（2021）03–0030–03

阿拉善盟地处亚洲大陆腹地，远离海洋，境内又有巴丹吉林、腾格里、乌兰布和三大沙漠横贯全境，为典型的大陆性气候，四季气候特征明显，全年干旱少雨，年降水量35～207 mm，同时年降水量分布不均匀，6—8月降水量最为集中，占全年降水量的70%。近几年，阿左旗及周边地区汛期强对流天气显著增多，其中巴彥浩特及贺兰山山区，受地形影响，强对流天气明显多于其他地区，特别是短时强降雨所引发的山洪、城市内涝等气象灾害影响日趋严重，受到社会各界的高度关注。

强对流天气因其突发性、局地性特征，一直是天气预报中的重点和难点。随着713天气雷达投入业务应用，经过不断加强技术培训和分析总结，强对流天气的检测预警能力有所提升。然而，实际工作中仍暴露出预报员对各类观测资料综合分析能力的欠缺、对强对流天气形成机理认识肤浅等问题。鉴于此，筛选2000—2015年阿拉善盟地区51个天气过程个例，分析强对流天气发生的环流背景、形成条件及雷达回波特征，并从强对流天气形成条件入手对强对流天气过程进行分类，建立预报概念模型，旨在提高阿拉善盟强对流天气预报准确率及预警提前量。

1 阿拉善盟强对流天气概念模型

强对流天气个例选择：定义阿拉善盟1个以上站点（含1个）出现短时强降水、冰雹等强对流天气，3个以上站点（含3个站点）发生雷暴为1次雷暴天气过程。

1.1 高空冷平流强迫类概念模型

主要影响系统：500 hPa及700 hPa温度槽，700 hPa切变线，地面弱低压或均压场。

高空冷平流强迫类常出现在高压脊前部的西北、偏北气流中。500 hPa受较强偏北风控制，有显著流线存在，强偏北风导致的强垂直风切变以及偏北风上存在的弱槽或切变线共同提供了垂直方向上的动力不稳定条件。500 hPa高压脊前常存在干冷平流，地面为弱的低压或均压场，相互形成对流不稳定层结。在探空图上，从低层到高层风向通常逆转，有冷平流存在，且500 hPa以上风速较强，垂直风切变较大。强对流天气出现前，天气以多云或晴天为主，地面增温，层结不稳定性进一步加强，在高空干冷平流的作用下，强对流天气一般出现在午后至夜间，以雷雨大风和冰雹为主（图1）。

1.2 典型个例分析：2015年7月21日巴彦浩特及贺兰山冰雹、强雷暴、大风、强阵雨

实况：2015年7月21日阿拉善盟大部地区出现分布不均阵雨，巴彦浩特及贺兰山山区出现强雷暴天气，并伴有冰雹、强阵雨、大风。从全盟5 mm以上降水站点统计情况、站点雨量分布情况可以看出，降水集中于巴彦浩特及贺兰山一带。巴彦浩特2015年7月21日12：48开始出现雷暴，主要分为两个时段：12：48～14：55和17：40～18：30。第一阶段巴彦浩特降水量为4.2 mm，主要表现为干雷暴;15：00～17：00降水停止，降水量只有0.1 mm。

2015年7月21日17：40左右受强对流云团影响，巴彦浩特上空电闪雷鸣，出现强阵雨，40 min降水量达9 mm左右，贺兰山山区南寺、北寺、樊家营子均出现短时强降水天气。

系统配置及演变： 2015年7月21日08：00随着500 hPa阿拉善盟以北地区冷涡旋转，原位于额旗地区东北-西南向槽线逆转为南—北向并东移南压至阿拉善盟东部地区。700 hPa形势与500 hPa一致，海平面气压场2015年7月21日08：00阿拉善盟东部地区受倒槽控制，随着冷高压扩散南压，倒槽减弱南退，触发强对流天气。

从银川探空资料分析，2015年7月21日08：00较有利于雷暴、短时强降水的发生的环境条件：（1）从850 hPa到500 hPa下降了11.68℃，条件不稳定特征较明显;（2）有强的对流有效位能，CAPE值达568.1 J/kg，且CAPE区域呈狭长形状，该形状为短时强降水T-lnp图的典型形式;（3）LI指数为-1.9℃，SI指数为-2.03℃，K指数为32℃，表明对流层中下层，存在热力不稳定层结;（4）垂直风切变较小，低层有浅薄冷平流;（5）对流层高层有明显的干空气层，具有“上干冷、下暖湿”特征。

2 阿拉善低层暖平流强迫类概念模型

2.1 低层暖平流强迫类概念模型主要影响系统

500 hPa低槽，700 hPa切变线，700 hPa低涡，700 hPa气旋式辐合中心，700 hPa低空急流或显著流线。

低空暖平流强迫类常出现在700 hPa暖湿平流中，并与低空急流或低空显著流线密切相关（图2）。低空显著流线带来的暖湿平流有利于对流不稳定条件的建立，同时其左前侧的辐合区也为不稳定能量的释放提供了动力条件。这类强对流天气多发生在500 hPa低槽前部，槽前的正涡度平流有利于低空低值系统的发展。700 hPa切变线、地面辐合线附近的暖湿气流内部是对流天气的主要落区。低空另一种常见的低值系统为西南低涡，西南低涡强烈发展，向东北方向伸出偏南、偏东风的暖湿切变线，并与副热带高压之间形成偏南风强风速带，为阿拉善盟地区（主要是阿拉善左旗地区）提供水汽、不稳定能量条件。强对流天气主要出现在暖湿切变线附近及其以南地区（图2）。

2.2 典型个例分析：2013年8月22日巴彦浩特、乌斯太短时强降水

实况：2013年8月21日夜间至22日夜间，阿右旗南部、阿左旗南部及吉兰泰地区出现降水天气，其中巴彦浩特、乌斯太及贺兰山沿山地区出现短时强降水并伴有强雷电，小时降水量樊家营子、巴彦浩特分别为26.7， 21.0 mm/h，工业园区、乌斯太、小麦粒沟小时降水量分别为20.9、17.3、15.9 mm/h（巴彦浩特及贺兰山沿山地区短时强降水时段：22日03：00～05：00;乌斯太及附近地区短时强降水时段：22日13：00～14：00）。

主要影响系统： 500 hPa短波槽，副热带高压，台风，700 hPa低涡，700 hPa暖湿切变，700 hPa显著流线，地面辐合线。

系统配置及演变：500 hPa副高与台风之间存在着相互制约关系。副高呈东西带状，台风的稳定西行（少动）使副高稳定少动，从而影响西风带低值系统的移动速度。随着副高的南退，造成阿拉善降水天气，之后随着台风的向西、向北推进，穿过副热带高压脊，使脊断裂东退，过程结束。700 hPa台风的登陆使副高外围暖湿气流加强，青海地区低涡发展东移与副高之间形成偏南风（东南）强风速带，有利于水汽的输送并在我盟东部地区形成暖湿切变线。强对流天气发生在500 hPa槽前，700h Pa切变线、地面辐合线之间。

从银川探空资料分析，2013年8月21日20：00较有利于雷暴、短时强降水的发生的环境条件：（1）从850 hPa到500 hPa下降了9.56℃，条件不稳定特征较明显;（2）有一定的对流有效位能，CAPE值达548.6 J/kg，且能量区域呈狭长形状;（3）LI指数为-1.3℃，SI指数为-0.3℃，K指数为41℃，表明对流层中下层，存在热力不稳定层结;（4）850 hPa至500 hPa风随高度顺转，低层存在暖平流;（5）垂直切变较弱;（6）600 hPa以下层结偏湿，850 hPa比湿达13.42 g/kg，对流层高层到500 hPa有明显的干空气层，整个温湿层结曲线形成向上开口的喇叭口形状，具有“上干冷、下暖湿”特征。

2013年8月22日03：47（2°仰角）巴彦浩特上空最强回波在50～55 dBz，相应速度图分析，零速度线在低层呈正“S”形，再往上零速度线逆时针旋转，即低层有暖平流，其上有冷平流。这种温度层结有利于强回波的进一步维持或加强。此外，在低层可分析出有近10 m/s的西南风显著气流。2013年8月22日04：12（2°仰角）速度图上仍可以分析出正“S”形，但已不如之前的明显。05：02（3°仰角）零速度线逐渐呈直线（一致的西南气流），巴彦浩特北方出现一条近东西向的辐合区，相应反射率因子图上巴彦浩特上空强回波逐渐减弱，其北面发展出一条东西向的线状回波，最强回波在55 dBz。2013年8月22日05：14（3°仰角）巴彦浩特上空强回波进一步减弱至40 dBz，巴彦浩特短时强降水结束。

3 冷、暖空气交汇类（斜压锋生类）概念模型

3.1 冷、暖空气交汇类（斜压锋生类）概念模型主要影响系统

500 hPa低槽和温度槽，700 hPa低槽和温度槽，700 hPa切变线，700 hPa暖脊，地面冷锋或地面高低压过渡带。

冷、暖空气交汇类是指发生在中低层冷暖空气交汇，并伴有温度锋区和锋生作用的强对流天气过程，地面常有冷锋活动。当冷暖平流都不太强烈时，地面上分析不出明显的锋面，但可以分析出高、低压的过渡带，其气压梯度相对较强。冷暖平流导致斜压锋生和辐合抬升形成的动力强迫是这类强对流天气发生的重要条件（图3）。

3.2 典型个例分析：2014年7月7日巴彦浩特雷暴、短时强降水

实况：2014年7月6日夜间至7日凌晨，巴彦浩特出现雷暴、短时强降水天气，短时强降水时间段在2014年7月6日23：40～7日凌晨01：00（巴彦浩特及沿山地区短时强降水量级：06日23：00～07日00：00为6.5mm，00：00～01：00为7.0 mm）。

主要影响系统：500 hPa低槽，700 hPa 切变线，700 hPa低涡，地面辐合线（高、低压过渡带），冷平流，暖平流。

系统配置及演变：500 hPa西风气流中有低槽东移，温度场落后于高度场，对应700 hPa有切变线。从700 hPa温压场配置情况分析，冷、暖空气在巴彦浩特地区交汇。由于冷、暖平流强度都不强，故在地面图上分析不出强的冷锋，但仍可以分析出具有一定锋面特征的地面辐合线。强对流天气发生在500 hPa低槽，700 hPa切变线、地面辐合线附近。

从银川探空资料分析，2014年7月6日20：00较有利于雷暴、短时强降水的发生的环境条件：（1）从850 hPa到500 hPa，θse下降了13.25℃，条件不稳定特征较明显;（2）有强的对流有效位能，CAPE值达1 176 J/kg，且CAPE区域呈狭长形状，该形状为短时强降水T-lnp图的典型形式;（3）LI指数为-4.1℃，SI指数为-2.3℃，K指数为42℃，表明对流层中低层，存在热力不稳定层结;（4）850 hPa至700 hPa风向随高度逆时针旋转，700 hPa至400 hPa顺时针旋转，即低层潜入的浅薄冷空气触发了强对流天气;（5）850 hPa比湿达11.79 g/kg，对流层高层、500 hPa有明显的干空气层，具有“上干冷、下暖湿”特征。

2014年7月6日23：41（3°仰角）巴彦浩特上空为混合型降水回波，但以积云降水回波为主，最强回波强度50 dBz。相应速度图分析，低层为一致的偏北风（零速度线呈直线），且近地面风速达10 m/s。可以判断這时地面辐合线已开始影响巴彦浩特地区，再一次证明地面潜入的浅薄冷空气触发了强对流天气。00：17（3°仰角）由于低层潜入的冷空气，降水回波无法进一步维持或加强，其强度逐渐减弱，00：17（3°仰角）回波强度减弱至40 dBz左右。

4 小结

2016主持研究课题《阿拉善盟夏季降水分型及预报方法研究》、2017年《阿拉善盟夏季强对流天气特征分析》、2018年《贺兰山沿山地区强对流潜势预报方法研究》、2019年《阿盟强对流天气分析总结在Micaps中的应用化》，本文将研究成果中的一部分呈现出来，以期帮助预报员对干旱地区强对流天气有进一步的了解及提供研究思路。

主要结论：选取强对流天气发生前最近时次及下一时次的Micaps高空及地面观测资料（时次间隔12 h），寻找对发生在阿拉善盟辖区内的强对流天气有影响的大尺度及中尺度天气系统，根据天气系统的演变规律及影响机理绘制中尺度天气环境条件场分析图，以便清晰简洁地表达强对流天气发生前后的天气系统配置及热力和动力条件。参考《强对流天气预报的基本原理与技术方法—中国强对流天气预报手册》中强度流天气的分类方法，将所选个例归为“高空冷平流强迫类”、“低层暖平流强迫类”、“冷、暖空气交汇（斜压锋生类）类”三类，按照天气形式特征归纳天气系统概念模型。

参考文献

[1] 朱乾根，林锦瑞，寿绍义，等.天气学原理和办法[M].北京：气象出版社，2007.

[2] 张亚萍，邓承之，牟容，等.重庆市强对流天气分析图集[M].北京：气象出版社，2015.

责任编辑：黄艳飞