漠河市一次漏报热对流天气分析

许丽玲 ,韩凤岐 ,张友谊 ,张春梅

（1.漠河市气象局，黑龙江 漠河 165399；2.大兴安岭地区气象局，黑龙江 加格达奇 165099；3.安宁市气象局，云南 安宁 650300）

1 引言

热对流是夏季普遍存在的一种对流活动，时空尺度均不大，是到达地面的降水总量一般较小的一种局地对流性天气现象，具有明显的地域性和日变化［1-3］。热对流降水的水汽主要来源于地表的蒸发和低层风场辐合携带的水汽，然后通过垂直输送把水汽从低层输送到高层，而非均匀地表性质造成的非均匀陆气通量输送在局地热对流降水中起到触发对流的作用［4］。虽然热对流产生的降水总量不大，但由于降水时间短、强度大，局地性阵雨不仅给交通和重大活动等带来不便，而且还会引发内涝灾害。除降水外，热对流可以发展成深对流，并造成雷雨大风、冰雹等灾害性强对流天气［5-6］。因此，热对流是一种局地性强，且危害性大的局地天气现象,但它也是在一定的天气背景下发展起来的。目前，在没有天气雷达覆盖的区域，只能依靠数值预报模式、卫星云图、雷电定位系统等资料来分析天气，全球数值预报模式、区域数值预报模式、智能网格预报等对典型强对流天气预报效果比较好，但当天气系统较弱时，局地不稳定天气形势下，下垫面的相互作用会引发局地强对流天气，这时数值预报模式、智能网格预报效果不理想。其原因是多方面的：一方面预报模式的物理过程、资料同化方法对于对流天气的描述还不全面；另一方面复杂的地理、地形因素对数值预报模式和智能网格预报也有较大影响［8］。由于其维持时间较短，且以往高时空分辨率的观测资料又相对缺乏，故有效的研究成果较少，热对流降水的局地性和突发性给预报热对流强降水带来很大困难。常规24 h 预报，往往分析和判断不出可能发生强对流天气条件，日常业务中主要依赖短时临近监测，来弥补常规预报的不足。本文对2020 年6 月29 日典型弱形势场下，漏报漠河市午后热对流天气过程，进行分析总结，为以后局地热对流天气的预报预警提供参考，及时为各级政府、部门、社会防灾减灾提供科学依据。

2 资料与方法

本文利用大兴安岭地区漠河市2 个国家站和12个自动站（区域站和无人站）资料、Micaps 常规天气资料，采用天气学原理从物理量、云顶量温（TBB）等方面总结这次天气过程，拟探索出一种热对流天气较为有效的预报方法。

根据翟菁，刘慧娟等对安徽省热对流短时降水的判别和指标［1］：当站点上午08-12 时没下雨，下午14-22 时有雨，且T13地＞35.7 ℃，且午后T13地-T08地＞6.4 ℃，且每日日照时数＞1.7 h，判定为热对流降水。6月29 日漠河市（漠河国家基准气候站）上午08-12时没下雨，T13地=43.9 ℃＞35.7 ℃，T13地-T08地=43.9 ℃-26.1 ℃=17.8 ℃＞6.4 ℃，日照时数=11.1 h＞1.7 h，其它区域站无地温要素数据，符合上午08-12 时没下雨，日照时数＞1.7 h，可以判定漠河市6 月29 日是一次热对流降水。

3 地形与天气实况

漠河市位于大兴安岭北部，属于内陆山系地区，群山连绵，沟谷纵横，山顶平坦，河谷开阔，大部分属于低山丘陵地区，地势南高北低，南北呈坡降趋势，东西两翼凸起，植被覆盖率较高，当地表或近地面温度较高时，地表的蒸发量较大，空气中的水汽含量会增大，加上山区南高北低地形抬升作用，所以漠河市山区在夏季午后极易产生热对流天气。

2020 年6 月29 日13-17 时漠河市自动站实况显示，南部有8 个站出现短时热对流天气，其中劲涛站出现短时雷雨大风，极大风速监测到21.9 m/s(9级)，有7 个站出现短时雷雨天气伴有阵风5-6 级，北部6 个站没有出现降水。

4 高空形势

2020 年6 月29 日08 时500 hPa 高度场上（图1a），亚欧大陆中高纬度为两槽一脊的形式，脊东侧有明显而宽广的低压槽，槽内有冷涡，槽后脊前有明显的偏北和西北冷平流，漠河市受西北冷平流影响；700 hPa 高度场上（图1b），大兴安岭地区漠河市受高空槽影响，从海上有东北气流的水汽输送，在大兴安岭西南部有暖平流北伸，在大兴安岭漠河市西北部有冷暖平流交汇；850 hPa 图上（图1c），漠河西北部有两暖一冷中心，东部鄂霍次克海东北气流从海上向陆地输送冷湿空气，南部为暖脊，西南气流不断向北输送暖湿空气。在500 hPa 大兴安岭地区北部西北气流为主，形成上冷下暖的不稳定层结，有利于对流发展。

图1 2020 年6 月29 日08 时(a)500 hPa,(b)700 hPa,(c)850 hPa

5 地面形势

6 月29 日08 时地面低压中心（图2a）与850 hPa 低涡位置基本一致，漠河处在低压的北部，漠河站天气晴好无云，西北风，漠河西北上游站东南风，阴天并出现阵雨天气，14 时漠河西北上游站由东南风转西北风（图2b），阴天无雨，漠河站由西北风转西南风，云量2-3，两站之间有风切变形成，大兴安岭东南侧有东南气流向西北提供了暖湿空气的输送，在风向上由于地面辐合形成动力作用，而且还由于地形抬升作用使这支气流，从东南向西北有爬升和聚合抬升过程，这种类型形成的降水往往强烈而分布不均[8]，导致劲涛站短时降水12.5 mm（13-15 h），漠河站8.4 mm（14-17 h）。

图2 2020 年6 月29 日(a)08 时,(b)14 时地面形势场

6 中尺度分析

29 日08 时500 hPa（图3），贝加尔湖东北部一带的冷空气向大兴安岭地区北部输送，使高空温度下降，同时冷空气的下沉作用又促使云层消散，有利于低层辐射增温。低层和地面大兴安岭地区北部有东北和西北弱冷空气，850 hPa 满洲里有强暖脊，暖中心在沈阳附近，强度为20 ℃。14 时地面西北转西南风，由西南向东北输送暖空气，地面非绝热加热作用明显，使地面增温，漠河区域内T850-T500＞28 ℃，这种高层降温与低层增温同时出现的机制，引起大气层结稳定度的急剧下降，导致大兴安岭地区北部出现对流不稳定区，从而为热对流天气的发生、发展创造了条件。

图3 2020 年6 月29 日08 时、14 时高空和14 时地面实况资料中尺度分析图

7 水汽、热力、动力相关物理量分析

7.1 水汽条件

29 日14 时700 hPa 水汽通量散度中心最大值50×10-8g·cm-2（hPa·s)-1,在漠河南部，说明阿木尔镇和漠河中层水汽是辐散的；850 hPa 水汽通量中心最大值35×10-1g(cm·hPa·s)-1在漠河东部，阿木尔镇，漠河水汽通量是25×10-1g(cm·hPa·s)-1，水汽通量散度中心最大值-50×10-8g·cm-2（hPa·s)-1,在漠河南部，说明阿木尔镇和漠河低层不仅有水汽输送，而且还有水汽辐合，为该地区降雨的产生和维持提供了水汽条件。

7.2 动力条件

29 日14 时700 hPa 相对涡度在漠河南部有负涡度平流，引起局地涡度减小；850 hPa 相对涡度在漠河南部有正涡度平流，引起局地涡度增大，风速也随之增大，阿木尔镇产生雷雨大风；散度场500 hPa 以下各层阿木尔镇均处在负散度区，阿木尔雨量较大，漠河是高低层辐散，中层辐合；850 hPa 垂直速度图上（图4），在漠河东部上升速度达到-50×10-2hPa·s-1,一定强度的上升运动是形成降水的条件之一，导致漠河部分区域站出现短时雷雨天气，其中阿木尔雨量较大，漠河雨量次之。

7.3 热力条件

从6 月29 日14 时假相当位温（图5）可以看出，在漠河市强对流天气发生区域上空700 hPa 以下，假相当位温随气压降低而减小，满足对流不稳定条件；11 时和14 时漠河市区域K 指数范围在20 ℃＜K＜35 ℃（图6a），有局部雷雨天气，14 时抬升指数范围在-3＜Ll＜-5（图6b），说明很可能出现雷雨天气。

图5 2020 年6 月29 日(a)14 时700 hPa、(b)850 hPa、(c)925 hPa 假相当位温

图6 2020 年6 月29 日14 时(a)K 指数,(b)抬升指数

8 卫星云图分析

6 月29 日14 时红外云图上，漠河市及南部区域有东西向发展雷暴云团A，云顶亮温（TBB）为258.08 K，使漠河市及南部区域和西部富克山，产生雷雨天气；15 时东西向雷暴云团A 向北发展转南北向雷暴云团B，云顶亮温（TBB）为240.09 K，使漠河市北部前哨出现雷雨天气。对流云团的云顶亮温与云团的降水强度有较好的对应关系，在214-265 K 云顶亮温范围内更容易产生降水，云顶亮温随时间降低，表征着大气有上升运动，有利于云团的生成、发展、成熟及降水的发生［9］。

9 探空资料分析

从漠河站T-lnp 图14 时（图7）可以看出，对流有效位能（CAPE）开始层在700 hPa 以上，700 hPa 以下风向比较一致，以东风为主，没有明显垂直切变，对流有效位能（CAPE）值小，对流抑制（CIN）值较大，低层配合没有明显一定强度的抬升作用，一些对对流天气有重要指示意义的对流参数不明显，探空结果表明气层存在弱的潜在不稳定，说明在弱形势场下，局地环境下产生的热对流天气，预报能力有一定的难度。

图7 6 月29 日14 时T-lnp 图

10 垂直剖面分析

从6 月29 日垂直剖面图（图8）分析可知，14 时地面温度线为24 ℃，温度较高，使地面增温，最高温度＞Tg 则会产生热力对流云，且会有热雷暴发生的可能，但14 时地面相对湿度≤50%，地面比较干，东南风2 m/s，850 hPa-500 hPa 之间相对湿度为60%-70%，没有明显的垂直上升运动，对预测6 月29 日午后对流天气效果不是很好，这也是此次对流天气漏报的一个原因。

图8 垂直剖面图

11 小结

（1）6 月29 日午后漠河地区地面温度较高，温度上升较快，最高温度达25 ℃以上，T13地-T08地=43.9 ℃-26.1 ℃=17.8 ℃＞6.4 ℃，温差较大，导致地表向大气边界层强烈的感热输送，地面热空气上升，导致周围空气的补偿性辐合，低层辐合带来的水汽和地表蒸发为这次局地热对流降水提供了水汽来源。加之漠河山区南高北低地形抬升触发作用，使漠河南部产生热对流降水。

（2）在没有天气雷达覆盖的区域，在天气形势比较弱的情况下，水汽通量、水汽通量散度、相对涡度、散度、垂直速度、K 指数、抬升指数、云顶量温（TBB）等关键物理量阈值诊断分析，具有越来越显著的优势。

（3）造成此次对流天气漏报的主要原因：常规的天气资料对此类天气研究有一定的局限性，热对流降水时空尺度小，数值预报对其预报能力较差。