2020年8月14—15日聊城极端降水过程成因分析

冯彩金 纪凡华

摘 要：【目的】通过研究聊城出现的一次极端降水过程，揭示天气成因，提升农业气象服务水平。【方法】从天气实况、环流背景和影响系统、雷达产品出发，对该次极端降水过程进行多尺度特征分析。【结果】低层大气有顺时针的垂直风切变，强暖平流，为此次聊城暴雨发生提供有利的水汽和能量供应，主要影响系统为副高边缘的西南急流和暖式切变线。通过雷达产品分析，聊城市在云顶亮温最低的中部地区，云团合并、亮温梯度最大的南部地区，产生短时强降水和暴雨天气。【结论】研究结果可为暴雨预报预测和相关研究提供参考依据。

关键词：暴雨；短时强降水；葵花8号卫星；MCC；聊城

中图分类号：P458.3        文献标志码：A        文章编号：1003-5168（2023）10-0106-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2023.010.022

Abstract： [Purposes] To reveal the cause of this extreme precipitation and improve the level of agrometeorological services by studying an extreme precipitation process in Liaocheng. [Methods] The multi-scale characteristics of the extreme precipitation process were analyzed based on the weather conditions， circulation background， impact system and radar products. [Findings] There was a clockwise vertical wind shear and strong warm advection in the lower atmosphere on the Tlogp map of Zhengzhou， which provided favorable water vapor and energy supply for the Liaocheng rainstorm; The main impact system of this heavy rainfall is the southwest jet and warm shear line at the edge of the subtropical high. Through the analysis of radar products， Liaocheng City produces short-term heavy rainfall and rainstorm weather in the central region with the lowest brightness temperature at the top of the cloud， and in the southern region with the highest brightness temperature gradient due to the combination of cloud clusters. [Conclusions] The research results can provide some reference basis for rainstorm forecast and related research.

Keywords： rainstorm; short term heavy rainfall; sunflower 8 satellite; MCC; Liaocheng

0 引言

暴雨是一种灾害性天气，容易产生积水或径流淹没低洼地段［1］，造成洪涝灾害。暴雨或大暴雨、特大暴雨，常导致山洪暴发、水库垮坝、江河泛滥、房屋被冲塌等灾害，给国民经济和人民生命财产带来严重危害［2］。

国内学者对暴雨进行了大量细致的研究，取得一些重要的成果。黄娟等［3］对比分析2015年11月发生在湖南省两次秋冬季暴雨天气过程，发现暴雨过程与异常的大尺度环流背景有关。贺哲等［4］诊断2019年8月1日河南省一次分散性对流暴雨过程发现，副热带高压边缘西南暖湿气流是本次暴雨天气的大尺度环流背景之一。赵娴婷等［5］利用多种常规和非常规观测资料诊断分析了湖北2016年7月18—20日特大暴雨过程，发现特大暴雨过程具有很强的极端性，具有较为极端的水汽条件。袁海翔等［6］利用中尺度天气预报模式对2016年7月长江中下游地区的一次暴雨过程进行了模擬，发现有利的不稳定条件、较好的水汽条件、高层辐合、低层辐散的形势为暴雨的发生提供抬升动力条件。

山东聊城处于暴雨重灾区，暴雨形成机制的研究尤为重要，以往研究存在资料常规、技术手段落后等问题，更缺少利用卫星对暴雨极端性、短时强降水等强对流特征的研究。基于此，本研究利用常规气象资料和葵花8号卫星产品对2020年8月14—15日聊城一次极端降水过程成因进行多尺度特征分析，有助于气象部门提高预报预警能力，在防灾减灾中起到积极作用［7］。

1 降水过程天气实况

2020年8月14日22时至2020年8月15日08时聊城市出现一次局地特大暴雨天气过程，全市平均降水量96.9 mm，最大降水点出现在阳谷定水镇，为349.1 mm。此次强降水区域差异显著，除高唐、临清、茌平、东阿和高新区外，其余县区降水量均在100 mm以上，东昌府、城区和度假区超过了150 mm，高唐县最小（32.7 mm），度假区最大（192.8 mm）。降水等级方面，统计显示全市出现特大暴雨（＞250 mm）的乡镇6个，大暴雨（100～250 mm）的乡镇40个，暴雨（50～99.9 mm）的乡镇28个，降水实况如图1所示。

聊城大监站日降水量为206.7 mm，持续时间长，范围广，导致严重的农田积水、城市内涝等灾害［8］。阳谷定水镇最大一小时降水量为79.6 mm，具有明显短时强降水的强对流特征。

2 环流背景

通过分析2020年8月14日20时的高空形势场，200 hPa上中纬度有强西风带急流，山东处于急流出口处的左侧，有利于上升运动的发展。500 hPa中高纬度冷空气较弱，河套地区和新疆北部有2个短波槽呈阶梯状，都是温度槽略落后于高度槽，西风槽后有弱冷平流，2个短波槽东移时有所发展加强，东北冷涡强盛，中心557 dagpm线温度-11 ℃，冷涡后部没有冷平流，冷涡将减弱，副热带高气压强盛，脊线处于31°N，588 dagpm线穿过鲁东南、鲁中南部和鲁西南。聊城处于副高边缘，在西风槽和东北冷涡减弱的趋势影响下，588 dagpm线将有所北抬。700 hPa副高边缘有从北部湾到鲁东南的西南急流，山东南部上空存在西南急流和东南气流构成的暖式切变线，聊城处于急流出口处的左侧；850 hPa鲁西北上空有一个24 ℃的暖中心，副高边缘有从北部湾到鲁东南的强西南急流，最大风速16 m/s，深厚的强西南急流为降水提供充足的水汽和能量。海平面气压场存在2个高压系统，高压中心分别为河套地区和太平洋，陆上高压前侧的冷锋处于河北河南西部，山东处于2个高压系统中间，为海上高压前侧南风控制，15日08时北方冷空气扩散南下，冷锋过境聊城后降水结束，可见强降水都发生在暖区。

从高低空配置上看，500 hPa中纬度地区西风槽加深，槽前的正涡度平流加强，副高588 dagpm线北移，上升气流加强促使低层700 hPa和850 hPa西南急流往西往北发展，暖式切变线北抬影响聊城地区，为强降水提供有利的动力条件。副高边缘暖区降水为暴雨和短时强降水的发生提供有利的高温高湿条件，200 hPa上中纬度强西风带急流，山东处于急流出口处的左侧，有利于上升运动的发展。暴雨的主要影响系统为副高边缘的西南急流和暖式切变线，T850-T500=27 ℃，上冷下暖的不稳定形势为强对流天气发生发展提供有利的条件。

3 水汽和动力条件

2020年8月14日20时聊城上游地区的郑州站Tlogp图，如图2所示，CAPE=3741.9 J/kg，K=39 ℃，SI=-2.61 ℃，有充足的不稳定能量产生强上升运动，整层大气温度露点差较小，有充足的水汽条件，低层大气有顺时针的垂直风切变，强暖平流，中高层为一致的西南风，为暴雨发生提供有利的水汽和能量供应。风暴强度指数325.8>100超过强雷暴的指标，强天气威胁指数420.9，表明能够产生强对流天气。0 ℃线在530 hPa，-20 ℃线在330 hPa，不满足冰雹天气的条件。

4 葵花8号卫星红外产品分析

强降雨是在有利的不稳定能量、充足的水汽条件下产生的，TBB温度越低，对应的云顶越高，对流越旺盛。有结论表明TBB<-20 ℃时有强对流活动，亮温在-63 ℃～-80 ℃时对暴雨的产生有很好的指示作用［9］。

2020年8月14日22时30分有两个发展成熟的完整的中尺度对流复合体（MCC）云团。其中一个对流复合体云团（以下简称a）云顶亮温达-68 ℃，远小于暴雨云团的云顶亮温指标（-52 ℃），在其西南边界和云顶亮温最低的泰安北部、济南部分地区产生了暴雨和短时强降水；另一个对流复合体云团（以下简称b）在a的西南方向，云顶亮温-65 ℃左右，远小于暴雨云团的云顶亮温指标，在其北边界和云顶亮温最低的濮阳和菏泽部分地区产生了暴雨和短时强降水。在a和b之间有一发展初期的对流单体云团（以下简称c），没有产生降水。

a云团稳定少动，b云团往北发展移动，c云团迅速发展，向四周增大范围，云顶亮温降低，产生降水。23时a云团西部和c云团的东部合并加强，云顶亮温降低至-70 ℃，在a、c的合并区域，产生了强降水，b云团北部和c云团的西南部开始合并。15日00时b云团迅速北移，3个云团基本连接在一起，合并之后都有发展加强的现象，构成新的最强MCC，尤其是聊城上空b和c的合并发展最为迅速，云顶亮温继续降低，雨强也明显增大。01时对流云团达到最强，市区上空云顶亮温达-71 ℃，强对流云团覆盖聊城全境，云顶亮温梯度最大的东昌府区、阳谷北部、莘县北部、东阿南部，冠县南部产生暴雨天气，尤其是00至01时阳谷定水镇一小时降水79.6 mm，可见在云团合并的区域，亮温梯度最大，最有可能发生短时强降水。02时d云团北移，并在聊城南部地区上空与b、c合并，进一步加大了雨强，使此地区强降水天气继续维持发展。03至06时聊城上空持续被强对流云团控制，强降水主要出现在云顶亮温最低的聊城中部和南部地区，也能达到短时强降水。06至08时云团减弱并向北移动，聊城从南到北降水结束。

5 结论

①本次过程聊城市平均降水量96.9 mm，降水量大、范围广，产生严重的农田积水、城市内涝等灾害。阳谷定水镇最大一小时降水79.6 mm，具有明显的短时强对流特征，强降水的主要影响系统为副高边缘的西南急流和暖式切变线。

②郑州站Tlogp图低层大气有顺时针的垂直风切变，强暖平流，为聊城暴雨发生提供有利的水汽和能量供应。0 ℃线在530 hPa，-20 ℃线在330 hPa，不满足冰雹天气的条件。

③葵花8号卫星红外产品可以识别MCC，在云顶亮温最低的聊城中部地区及云团合并、亮温梯度最大的聊城南部地区，产生短时强降水和暴雨天气，葵花8号卫星红外产品在暴雨和短时强降水预报预警工作中作用显著。

参考文献：

［1］张正涛，崔鹏，李宁，等.武汉市“2016.07.06”暴雨洪涝灾害跨区域经济波及效应评估研究［J］.气候变化研究进展，2020，16（4）：433-441.

［2］谭玲，姚帏之，李廉水，等.城市暴雨洪涝灾害直接经济损失的文献计量分析［J］.灾害学，2020，35（3）：179-185.

［3］黄娟，范绍佳，周莉，等.湖南省冬汛期两次暴雨天气过程对比分析［J］.湖北农业科学，2020，59（10）：44-52，63.

［4］贺哲，王君，栗晗，等.河南省一次副高边缘对流性暴雨的多尺度特征［J］.干旱气象，2020，38（3）：423-432.

［5］赵娴婷，王晓芳，王珏，等.2016年7月18—20日湖北省特大暴雨过程的中尺度特征分析［J］.气象，2020，46（4）：490-502.

［6］袁海翔，许冬梅，束艾青，等.2016年7月长江中下游一次暴雨过程的诊断分析与数值模拟［J］.兰州大学学报（自然科学版），2020，56（3）：404-411.

［7］轩春怡，刘勇洪，杨晓燕，等.基于1km网格的北京暴雨洪涝灾害风险区划［J］.气象科技，2020，48（4）：579-589.

［8］张芹，苏莉莉，张秀珍，等.山东一次暖区暴雨的环境场特征和触发机制［J］.干旱气象，2019，37（6）：933-943.

［9］王玉亮，朱义青，王庆华，等.影响山东切变线特征及典型个例分析［J］.沙漠与绿洲气象，2019，13（4）：37-45.

收稿日期：2022-09-15

基金项目：山东省气象局引导类科研项目“鲁西北极端雨雪天气成因分析与预报预警方法研究”（2021SDYD28）資助。

作者简介：冯彩金 （1993—），女，本科，助理工程师，研究方向：综合气象观测与预报预警服务。

通信作者：纪凡华（1984—），男，本科，高级工程师，研究方向：天气预报与服务工作。