一次强对流天气过程的数值预报与实况分析

于梦颖，何欢然，包家玲

（岱山县气象局，浙江 舟山 316200）

0 引言

在对流云系或单体对流云块中会产生强对流天气，它是一种水平尺度较小的天气系统，属于中小尺度系统。强对流天气常伴随着雷雨大风、冰雹、短时强降水等强烈对流性的灾害性天气，因此研究强对流这类天气系统，对预防灾害和相应天气研究具有重大意义[1]。

本文利用EC 数值模式预报资料、自动站观测数据、多普勒雷达数据，对2021 年7 月8 日—9 日发生在岱山地区的强对流天气过程进行实况与预报的对比分析。主要是讨论强对流天气发生前天气形势以及气象要素如水汽通量、对流指数等，并结合多普勒雷达图分析此次强对流天气过程，进而结合实况数据进行对比分析。

1 天气尺度环流形势分析

据7 月8 日至9 日EC 模式的天气形势图资料显示：500hPa 有明显的槽东移，岱山处于槽前西南气流中，中低层正涡度平流使气旋性涡度加大、上升运动加强，高层负涡度平流使高层反气旋性涡度加大，上升气流、辐散加强；促使垂直运动加强等有利于发展暂槽线、急流、切变线等，这些是触发对流天气的条件。

2 气象要素分析

2.1 垂直运动条件

强烈的雷雨天气必伴随着剧烈的上升运动，且散度中心位于暴雨区附近[2]，由8 日14 时、9 日02 时850hPa水汽通量散度预报（单位：10-5/s） 可知：8 日14 时850hPa 上岱山处在负散度区，表示气流辐合，辐合值＜-2×10-5/s，大值区在岱山西南方向，500hPa 高度上岱山处在正散度区（此图省略）表示气流辐散，低层辐合，高层辐散，表明该地区有着强烈的上升运动，有利于强对流的产生和维持。9 日02 时850hPa 上负散度区东移到岱山附近，上升运动依旧维持着，实际过程中8 日14 时至9 日07 时有较强的对流天气过程。通过上述信息，可以得知强对流天气的发展离不开低层辐合和高层辐散两方面的配置。

2.2 水汽条件

充足的水汽是形成雷雨天气的必要条件，水汽通量和水汽散度正是体现水汽输送的强度、方向等，可以大概知道雷暴出现的地点，可加以预防[3]。7 月8 日—9 日EC 模式中反映出在700hPa 中水汽输送条件较好，（水汽通量，单位：g·cm-1·hPa-1·s-1），预报显示岱山西南方向上水汽通量条件较好，最强可达240g·cm-1·hPa-1·s-1，并且9 日02 时位于岱山东南方向的水汽通量辐合区东移且逐渐加强，使得岱山处在水汽通量辐合区的大值范围内，强度在180～240g·cm-1·hPa-1·s-1之间，预报中表示湿层厚，相对湿度较大（850hPa 相对湿度可供参考），雷暴更易发生。利用岱山自动站实况数据对平均湿度进行统计（图1），发现测站湿度均是90%以上，衢山备（K9566）平均湿度最大，由此可见衢山地区降水量大得到进一步证明。

图1 7 月8 日—9 日岱山气象自动观测站平均湿度

2.3 能量条件

能量不稳定是强对流天气的必要条件之一，描述这种不稳定的气象指标包括K 指数、对流有效势能（CAPE）、抬升指数等。K 指数反映大气的稳定性以及中低层的含水量和饱和度，K 指数越大，大气的不稳定和湿润程度越高。强对流天气越有利。当K 指数高于20℃时，降雨和暴雨的概率增大。对流有效位能（CPAE）是一种既包含低层大气特征又包含高层大气特征的参数表，它被认为更真实地描述了探测资料所代表的大气不稳定性[4]。研究表明，CAPE 值与强对流有较大的相关性，与强降水有显著的正相关性。结合抬升指数（LI）和SI 指数，可以更全面地分析天气过程。

由8 日17 时对流有效位能，同时借助抬升指数、K指数、θse（850～500hPa）分析得出：能量条件比较好，CAPE 值在岱山区域已达3000 以上，抬升指数在-1 左右（-3＜LI＜0，可能出现雷雨天气），并且K 指数达38℃，而且θse（850-500hPa）达到了15℃，层结有着明显的位势不稳定。K 指数＞36℃表明有充足的能量条件和热力条件，能引起层结位势不稳定，极易诱发强对流雷暴天气的发生，有利于对流的发生和发展。

9 日02 时预报中CAPE 大值区逐渐覆盖岱山区域达到了3000 以上，抬升指数在-1 到-2 之间，K 指数大于38℃以上，假相当位温在8℃左右，能量条件均有利于诱发强对流雷暴天气，实况中也发生了对流天气。

3 多普勒雷达回波强度图分析

舟山雷达所扫描出来的雷达回波强度图有效千米数是230km，0.5°仰角，1°×1°。通过分析8 日16 时06分雷达回波图（PPI）和回波顶高，16 时36 分雷达回波图和回波顶高，得出8 日下午16 时06 分雷暴云团向东北方向移动，在移动过程中强度维持在45～55dBZ，最大64.5dBZ，回波顶高基本在11～14m 左右，最高22.9m，到16 时36 分雷暴云团主体处在岱山县衢山地区，强度基本在50～60dBZ，强度最大达64.5dBZ，回波顶高最高24.2m，衢山地区基本在15～17m。

7 月8 日16 时开始的这段强对流天气过程中的降水实况进行统计，数据显示降水主要集中在岱山北部地区。此过程降雨量普遍都在40～60mm，衢山地区在50～70mm，最大的降雨量站点是衢山文崇山站86.8mm。此过程降水集中在衢山地区不排除与地形位置有关，相关性还有待于进一步研究和探讨。

7 月9 日7 时的雷达回波和回波顶高图，显示9 日07 时岱山西北方向上有呈带状云团的回波朝东南方向移动，受雷暴云团的影响，岱山出现了短时间的强降水和雷电活动。实况雷达图显示，雷达回波强度在35～40dBZ，最大在50～55dBZ，回波顶高基本在9～11m，最高12～14m。此次过程稍弱于7 月8 日下午阶段，从降水量也可以看出，岱山各自动站2h 累计降水数据可知，降水主要集中在衢山地区。岱山大部分雨量均在20mm 左右，其中衢山地区25mm 以上。由于当日回波移动方向主要是东南方向，因此降水集中区域在岱山的北部地区，即衢山地区。为此对8 日15 时至9 日09时总雨量进行统计，通过岱山自动站实况数据做以下柱状图，如图2 所示，此段时间内降雨量均超40mm。

图2 8 日15 时至9 日09 时总雨量

4 实况与预报的对比分析

7 月8 日15 时最新预报是“今天多云转阴有雷阵雨，雨量中等，雷雨时短时有大到暴雨，局地伴有7～9级雷雨大风；明天多云，午后阴有雷阵雨，雷雨时风雨较大；后天阴有阵雨或雷雨”当日实况为8 日16 时至23 时和9 日凌晨岱山均有强对流天气发生，其中8 日16 时至23 时过程雨量普遍都在40～60mm，衢山地区在50～70mm，最大的是衢山文崇山站86.8mm；9 日07 时至09 时过程最大雨量也主要集中在衢山地区。在过程风力主要以7～8 级为主，一个测站出现9 级（鱼腥脑站21.2m/s）。总体来说，数值模式可以为预判天气过程提供一定帮助，但是天气发生的时间段、落区预报均有待提升。期间两次降水过程，均具有局地性强的特点，发生地点主要集中在衢山地区，以强降水为主，但降时较短。这次强对流天气发生需要满足3 个条件：条件不稳定层结；充足的水汽；触发机制均具备。同时也不能忽略地形的影响，岱山整体是四面环海的结构，此次雷暴是在岱山上游地区生成，下午逐渐移到岱山区域，从而又进一步发展，一方面午后地面温度较高，使得雷暴系统已获得充足的热量，另一面是摩擦力作用使得上升运动增强，从岱山的整体结构上来看，山脉对空气的抬升作用也有一定的帮助。

结合强对流天气基本要素以及地形影响，可以看出预报过程中每一个要素均不能错过，需做好总结，有针对性对此类强对流天气进行预判，做好相应的服务措施。且由于强对流天气的预报在气象预报中仍然是急需解决的难题，而现有手段和资料储备下，不能简单、直接利用数值预报产品进行预报，预报员可以通过以往强对流天气的实况与当下需预报时段的数值预报进行对比分析，进而对预报日数值预报产品进行适当合理的订正，并且时刻关注好雷达和卫星产品等实时资料，避免出现预报的失误误差，而引发连带预警信息的漏发[5]。

5 结语

本文通过对2021 年7 月8 日—9 日在岱山的雷暴天气过程进行分析，可以得出以下结论。

（1）本次过程是一次典型的副高边缘型切变线雷暴过程。夏季西太平洋副热带高压控制在舟山地区，使得岱山地区天气晴好，中低层持续增温，受地形作用，局地升温不均，一旦高空副热带高压减弱东退，使得低层切变线东移影响岱山地区，产生层结不稳定，同时有很好的水汽和能量配合，引起对流强烈发展，造成雷暴天气的发生。

（2）强对流雷暴天气在能量不稳定的时候极易爆发，在过程发生前期和过程中，K 指数大小能够对预报的发展产生指示作用，但是在实际预报过程中要注意K≥36℃的区域。K 指数过程的变化，对过程发生消亡也有很好的指示意义。

（3）大量研究表明地形对强对流天气有着较大的影响，岱山是舟山群岛的第二大岛，地处中纬度，中纬度强对流系统与个尺度的运动场、湿度场和温度场的发展有着密切的关联，是各个系统之间相互作用的结果。由于岱山岛和衢山岛整体是四面环海的结构，此次雷暴是在岱山上游地区生成，下午逐渐移到岱山区域，从而又进一步发展，一方面午后地面温度较高，使得雷暴系统已获得充足的热量，并获取充足的水分，另一面是摩擦力作用使得上升运动增强，从岱山的整体结构上来看，山脉对空气的抬升作用也有一定的帮助。

（4）强对流天气的研究一直以来是气象中的难题，因此做好个例总结分析，不仅可以发现预报不足之处，重要的是可以总结出经验，提炼出针对不同类型强对流天气的预报方式方法，从而提升预报员的业务能力。