2020年8月23日唐山市强降水过程分析

收稿日期：2024-01-18

作者简介：张铄（1997—），女，河北乐亭人，助理工程师，主要从事气象服务与应用气象研究。

摘 要：针对2020年8月23日夜间至24日早上河北省中北部地区出现一次暴雨、局地大暴雨过程，利用高空和地面常规观测资料对此次强降雨进行分析，得出结论：（1）此次强降水过程系统较为深厚，较强的西南急流为降水提供了较好的水汽条件，低层辐合高层辐散加强了大气垂直运动的发展，地面辐合线对暴雨的出现起到了关键作用，锋面抬升、地形辐合抬升以及海陆风辐合也起到了重要作用。因此，在预报此类天气中要特别注意地面系统的发展。（2）在此次天气过程中，大气具有一定的对流发展潜势，但不稳定能量条件相对较弱，较好的水汽条件是造成短时强降水出现的主要原因，在今后预报中可根据不同天气条件，结合当地研究成果来进一步提高雨强预报分析能力。

关键词：强降水；环流形势；物理量；雷达分析

中图分类号：P458.121 文献标志码：B 文章编号：2095–3305（2024）04–0-03

2020年8月23日夜间至24日早上河北省中北部地区出现一次暴雨、局地大暴雨过程，全省共有137个站点降水量超过100 mm（其中包括7个国家站），强降水主要集中在廊坊、唐山及秦皇岛一带（图1）。唐山出现大到暴雨，个别站点出现大暴雨，南北2个强降水落区共有24个站点降水量超过100 mm，主要集中在玉田、遵化以及滦南，最大降水量出现在遵化鲁家峪村，为158.6 mm。此次强降水时间集中且雨强较大，唐山市共有140站出现短时强降水（小时雨强≥

20 mm），出现时间集中于24日02：00～08：00，最大小时雨强出现在滦南长宁镇，为24日07：00的68 mm/h。

1 环流形势分析

1.1 高空形势

8月23日20：00，500 hPa亚洲中高纬维持两槽一脊的形势（图2），副高退至海上，影响河北省的主要系统是位于河套平原附近的长波槽，该长波槽位于100°E

～110°E，同时下游的弱高压脊位于120°～130°E，使得长波槽的移速减慢，这对河北省暴雨的产生极为有利。

23日20：00 700 hPa、850 hPa在河套以东地区均形成低涡（图3～图4），并存在东北—西南向切变线，上下两层系统近乎垂直，有利于对流天气的产生。唐山位于切变线前西南暖湿气流当中，此时700 hPa西南气流在唐山上空已达到急流，随着系统的东移发展

700 hPa急流进一步增强，850 hPa、925 hPa也形成了西南急流（图略），大量的水汽向北输送，低层高温高湿的环境场也导致大气不稳定性增强。

1.2 高低空急流影响机制

急流是造成此次强降水的一个关键因素。降水前期河北省中北部地区处于200 hPa高空急流当中，23日20：00（图5）急流核位于内蒙古北部到东北地区一带，中心值超过了40 m/s，唐山位于急流轴右侧辐散区，急流最大值可达30 m/s。700 hPa切变线从山西一直延伸至四川盆地，经向度较大，其前方形成了显著的西南气流，而850 hPa从华北至西南地区存在阶梯形的低涡切变线，前方也存在较强的西南气流，副高主体位于海上，随着低压系统的东移，高低压系统之间气压梯度力不断增强而导致气流速度增加，进而形成低空急流。强盛的西南低空急流将孟加拉湾、南海一带的水汽一路向北持续输送，为强降水提供了充足的水汽条件。此外，唐山位于低空急流出口区附近，风场上有较强的辐合，高低空急流的共同作用，形成低空辐合高空辐散，为强降水提供了较好的动力

条件。

1.3 地面形势

23日20：00华北地区地面气压场呈西高东低形势，冷锋北部已经移至承唐交界一带，唐山此前一直处于锋前暖区，南部沿海地区出现轻雾，说明锋前空气温暖湿润，积聚了一定的不稳定能量。此外，低压倒槽由南向北延伸至河北中部地区，唐山处于倒槽顶部，较好的地面辐合，有利于近地层水汽的积聚，对强降水的出现十分有利。24日02：00～08：00冷锋自西北向东南从唐山上空经过，锋面的动力抬升作用触发了对流性降水的出现。

1.4 暴雨落区

从1 000 hPa流场可以看出，从秦皇岛经唐山、廊坊至保定一带，有一条明显的辐合线，辐合线位置与河北省的暴雨落区对应较好。唐山的一个暴雨落区在北部山区一带，地形抬升对降水起到了很大的增幅作用。另一个暴雨落区在东南沿海一带，一方面由于水汽自南向北输送，唐山南部水汽条件相对较好；另一方面随着辐合线南移，沿海地区海陆风的作用使得地面辐合加强，对暴雨的出现也起到了关键作用。

2 物理量分析

2.1 水汽条件

充足的水汽条件是暴雨发生的重要物理条件，大气中水汽的多少、传输特点和密集度是决定降水量的重要因子。分析23日20：00比湿场，可以看出唐山市700 hPa比湿达到9～10 g/kg，850 hPa比湿达到13～

14 g/kg，非常有利于暴雨的形成。水汽通量结果显示，

此次降水过程的水汽输送主要来自对流层中下层，以西南气流为主。从23日20：00 850 hPa水汽通量散度图可以看出，较强的水汽通量辐合中心位于四川盆地附近，在河北省中南部与山西交界处也存在一个较强的水汽通量辐合中心，可以看出来自孟加拉湾的暖湿水汽沿西南气流源源不断朝着东北方向输送。从24日08：00水汽通量散度图可以看出，此时较强的辐合中心处于河北省与辽宁省的交界处。结合这2个时刻的水汽通量散度图可以推测出，该辐合中心在夜间处于唐山上空，因此形成了此次降水时间集中且强度较大的过程。

2.2 不稳定条件

分析23日20：00乐亭站探空图，从湿度条件来看，

600 hPa以上存在一个明显的干区，反映了大气上干下湿的层结状态，有利于形成对流降水。0～6 km高空有约14 m/s中等强度的垂直风切变，且700 hPa风速达

11 m/s，存在明显的低空急流，有利于强降水的出现。从不稳定条件来看，乐亭的K指数高达37，不稳定能量的聚集为对流云团的发展和强降水的产生提供了有利条件。CAPE值较小，但此次过程比湿较大。此外，零度层高度在5 km左右，高度较高，抬升凝结高度相对较低，说明暖云层较厚，有利于产生高效率的降水，因此小时雨强较大。

2.3 小时雨强分析

经研究，短时强降水均需要一定的TPW、K、LI、CAPE、LCL和Z0，但不同月份短时强降水的上述物理量阈值区间存在一定的差异。挑选各层物理量最大值与强降水过程中的最大小时雨强进行双变量相关性分析，结果可以看出各物理量中与最大小时雨强相关性最好的是700 hPa比湿达0.418，500～1 000 hPa 比湿与雨强的相关性均达到0.37以上，可见各层比湿越大，雨强越强。

利用逐步回归分析方法对最大小时雨强建模，只引入了700 hPa比湿这一个因子，可见各物理量之间具有相关性，6—9月高湿往往伴随着高温，底层偏东风和低空偏南风增强的结果也是湿度加大，在高温、高湿的情况下，CAPE值也大。当700 hPa 比湿小于7 g/kg

时，最大小时雨强与CAPE值相关性较大，当CAPE 值每增加1 000 J/kg，最大小时雨强增加4 mm/h。随着700 hPa

比湿增至最大，小时雨强逐渐增加，700 hPa比湿每增加 1 g/kg，最大小时雨强增加 4 mm/h。此次过程700 hPa比湿为9～10 g/kg，最大小时雨强为68 mm/h，与指标能较好地应对。

3 雷达资料分析

2020年8月23日22：00开始，北京与天津交界处的

回波逐渐东移加强，玉田开始出现降水。03：00开始，玉田附近的回波逐渐向东北方向移动并加强，遵化开始出现短时强降水，04：00左右，该回波移出遵化市，回波强度可达45～50 dBz，03：00～04：00遵化鲁家峪村小时雨强达49.4 mm/h。

05：00开始，曹妃甸附近不断激发出小的对流泡，并逐渐朝着东北方向移动加强，05：30，滦南处的回波发展加强至45～50 dBz，且曹妃甸和宁河交界处不断地形成新的对流泡，这些新形成的对流泡不断地朝着东北方向移动并加强，使得滦南附近的回波强度一直稳定维持在45～55 dBz之间且维持时间较长，05：00～06：00滦南国家气象观测站小时雨强达53.9 mm/h，06：00～07：00滦南长宁镇小时雨强达68 mm/h。滦南此次降水时间集中且强度较大，但较为

局地。

从06：30过滦南县做反射率因子剖面图可以看出，

该时刻滦南地区强回波的质心较低在6 km以下，回波中心强度为50～55 dBz，属于热带型降水回波，有利于高效率降水的出现，结合PPI图上强回波与移动路径基本一致，产生一定的列车效应，导致滦南地区出现68 mm的雨强。

4 数值预报检验及可预报性分析

通过对比22日20：00起报的多家模式降水产品可以看出，此次过程对整个河北地区暴雨落区预报效果较好的是GRAPES-MESO和BEIJING模式，针对唐山暴雨落区，仅EC对唐山南北2个暴雨落区都报出了趋势，但强降雨中心量级预报偏小。EC在此次过程中，环流形势预报较好，从23日20：00对比图可以看出，切变线的位置和走向，以及副高的位置均与实况接近，具有较高的参考价值。

5 相似个例对比

5.1 降水量

由表1可知，8月12、18、23日河北省出现了3次强降水过程，从降雨量级及最大小时雨强来看，8月12日降雨最强，8月23日次之，8月18日相对较弱，在这3次强降水过程中，唐山北部地区降水均较强。

5.2 天气形势

三次强降水过程唐山均处于500 hPa高空槽前西南气流当中，不同的是8月12日、8月18日同时受到副高的影响。700 hPa三次过程均形成西南急流，其中8月12日强降水过程唐山上空急流最强，并且有明显的风场辐合，8月18日强降水过程急流也比较强，但在降水前期唐山上空风速呈辐散状态，而8月23日强降水过程虽然急流发展没有8月18日强，但有风速辐合，为降水提供水汽和动力条件。

5.3 物理量

由表1可知，8月12日强降水过程全市平均降水

28.5 mm，最大降水量出现在遵化西达峪，为154.8 mm，

最大小时雨强出现在遵化曹家堡，为68.0 mm/h。700 hPa的比湿为10～11 g/kg，850 hPa的比湿为12～13 g/kg，

CAPE最大可达3 760.4 J/kg，K指数为32，SI指数为

-1.37。8月18日强降水过程全市平均降水60.5 mm，最大降水量出现在遵化鲁家峪村，为136.9 mm，最大小时雨强出现在丰南区西葛，为51.9 mm/h。700 hPa的比湿为10～11 g/kg，850 hPa的比湿为16～17 g/kg，CAPE最大可达3 889.2 J/kg，K指数为39，SI指数为-4.47。8月23日此次过程全市平均降水54.2 mm，最大降水量出现在遵化鲁家峪村，为157.3 mm，最大小时雨强出现在滦南长宁镇，为68.0 mm/h。700 hPa的比湿为9～10 g/kg，850 hPa的比湿为13～14 g/kg，CAPE仅为39.8 J/kg，K指数为37，SI指数为1.63。

综合分析，这3次强降水过程可以看出，大的雨强均出现在低层比湿大、暖云层厚的条件下，与以往的研究成果较为一致。

6 结论

（1）此次强降水过程的系统较为深厚，较强的西南急流为降水提供了较好的水汽条件，低层辐合高层辐散加强了大气垂直运动的发展，地面辐合线对暴雨的出现具有关键作用，锋面抬升、地形辐合抬升以及海陆风辐合也具有重要作用。因此在后续预报此类天气中，要特别注意地面系统的发展。

（2）在此次降水过程中，大气具有一定的对流发展潜势，但不稳定能量条件相对较弱，较好的水汽条件是导致短时强降水出现的主要原因，今后在天气预报中可根据不同天气条件，结合本地研究成果进一步提高雨强预报分析能力。

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