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摘 要 利用常规天气资料、卫星红外云图、多普勒天气雷达回波资料，对三门峡市2015年8月3—4日强对流天气过程进行了诊断分析。分析表明：此次强对流天气过程是由几种不同尺度的天气系统互相作用产生的；由于前期三门峡市长期处于高温高湿的环境中，中低空处于强的不稳定层结，再加上良好的水汽水平和垂直输送条件以及南北冷暖气流的交汇，最终导致了此次强对流天气过程的产生。
关键词 强对流天气；副热带高压；对流单体；卫星云图；多普勒天气雷达；不稳定层结
中图分类号：P458.3 文献标志码：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2017.26.047
夏季易出现短时强降水、雷电、冰雹等强对流天气，对于这几种天气过程的形成机理和发展趋势前人都已进行了系统性的研究[1]。强对流天气虽然持续时间较短，但因其具有突发性、局地性强的特点，是天气预报工作中的难点和重点[2]。2015年8月3—4日，三门峡市出现了大范围以雷电、冰雹、短时强降水为主的强对流天气，8月3—4日24 h内，各县市（区）先后出现了中到大雨。此次强对流天气过程持续时间长、发生种类多、成灾面积大，给人们的生命财产安全、交通出行、农业产业等都造成了严重的危害，其中灵宝、卢氏县两地区受灾严重。由此，本文从环流背景、热力、动力、稳定度条件上，结合卫星云图、多普勒天气雷达资料，分析了此次强对流天气过程的成因和发展。
1 环流形势分析
1.1 500 hPa形势演变分析
从8月3日08：00 500 hPa实况场（图1）上看，欧亚大陆中高纬地区呈现典型的两槽一脊的环流形势。相比于2日20：00（图1），贝加尔湖东南方的蒙古低涡携卷北方冷空气南下东进，588位势什米线有相应的东退趋势[3]。8月2日20：00，三门峡市位于河南中部的浅槽后部；3日，在华北西部地区，山西、陕西两省交界有明显低槽存在，三门峡市位于其前部的西南气流中；4日，低槽略有北抬，三门峡市仍处于低槽底部。2—4日环流形势的演变趋势是：50 0hPa上低槽不断加深，低涡不断南压。实况场表明，三门峡市在3—4日具有产生降水的大环流背景场，强降水区域和槽前的辐合上升运动区基本重合。
1.2 700 hPa和850 hPa形势演变分析
从低层700 hPa和850 hPa上看，2日20：00（图略）三门峡市位于588线外围的西南气流中，到了3日08：00—20：00（图2），在12 h内，700 hPa和850 hPa上有切变线出现并稳定存在，引导西南急流在其右侧汇集，造成水汽堆积。且上下两层切变线的位置基本重合，均位于山西南部地区，三门峡市位于切变线右侧。同时，700 hPa上槽线位于三门峡市境内，落后于500 hPa槽线，为明显的前倾槽结构，这是对流性降水产生的重要有利条件。
图1 8月2日20：00和8月3日08：00 500 hPa形势场对比
图2 8月3日20：00高空形勢分析
1.3 地面形势演变分析
从地面图上（图3）可看出，三门峡市整体位于西高东低的气压场中。从冷锋移动路径上看，北部冷锋移动迅速，于2日20：00位于东北三省与内蒙交界，至3日02：00延伸南下至河北山西北部，在3日14：00，已经南压至三门峡市附近，三门峡市位于锋前的暖区内。3日20：00三门峡市位于冷锋后部。从地面气压场和风场的演变情况看，3日08：00（图3a），三门峡市位于低压中心内，沿黄一线从西安到洛阳，存在东西走向的西南风与东北风风向的切变，同时在山西陕西交界有南北走向的风向切变存在。到11：00（图3b），东西走向的切变线横向延伸入海，在山西中部有横向新切变生成。14：00（图3c），沿黄一线的切变线北侧出现了风速的变化，切变线附近风速有明显增加，因此有風速的辐合存在。因为地面辐合线和切变线的存在是强降水触发的重要机制，所以有利于本地产生局地强对流天气，同时暴雨的发生地（灵宝市、卢氏县）与辐合切变线的位置与走向基本一致。
2 物理量分析
2.1 水汽条件分析
从水汽条件来看，前期的局地降水为新一轮降水的局地水汽累积有着积极作用，同时，在低层700 hPa和850 hPa上有着强劲的西南急流输送，促进了本地局地的大气不稳定层结的形成[4]。再加上三门峡市位于切变线右侧，有利于暖湿气流在本地累积，与南下的冷空气互相作用[5]，产生不稳定降水[6]。从比湿场（图4）上看，湿舌自南向北延伸至河北省南部，三门峡市位于比湿大值区中，比湿在14 g/kg以上。
2.2 热力条件分析
从假相当位温场（图5）上看，850 hPa上，3日14：00，河南省基本位于一个高温高湿区内，三门峡市位于高能舌中，假相当位温大于70 ℃，低层不稳定能量有大的累积，大气的不稳定度加剧，非常有利于产生对流性降水。
图5 3日14：00 850 hPa上假相当位温（θse）的分布情况（单位：℃）
2.3 动力条件分析
从动力场上看，低层850 hPa上在3日14：00—20：00，三门峡市由于500 hPa上低槽所处的有利位置的影响，从天气学角度而言，槽前的正涡度平流会促进较强的上升运动，有利于低层水汽向高层的垂直辐合上升。同时在散度垂直剖面场（图6）的观察值也说明了这一点。8月3日14：00（图6a）的散度垂直剖面图上（109°～113°E，34.6°N），从低层到高层基本呈现辐合态势，在（110°E，34.6°N）和（112°E，34.6°N）两点，即三门峡市所处地域，高空存在明显的辐合中心，散度值在-17×10-6～-21×10-6 S-1，表明在强对流天气开始前，整层都有非常强烈的辐合运动，有利于局地水汽的迅速累积。到了20：00（图6b），散度垂直剖面图上，三门峡市低层仍为-12×10-6 S-1的辐合中心，而高空已经转为了较强的辐散运动，散度值达到了10×10-6～12×10-6 S-1，中层有与之相对应的强烈的上升运动，表明有大的水汽垂直输送量。从3日14：00 850 hPa垂直速度场（图7）上看，河南、陕西、陕西、河北四省均位于上升运动区（ω<0），三门峡市位于大值区内，接近上升运动的中心。说明了低层水汽在持续向高层输送，与散度场配合良好。 3 探空资料分析
探空图上，因为三门峡市本地站点的探空图资料缺失，选取其北部的具有代表性的太原站（53772）3日08：00探空资料进行分析。探空资料显示（图8），08：00太原站为明显的不稳定层结[7]，低层并不存在逆温层，从850～200 hPa，
层结曲线一直位于状态曲线的左侧，即CAPE值非常大，为大值的不稳定能量，约在1 590.2 J/kg，同时低层的对流抑制能量几乎为零，抬升凝结高度与对流凝结高度基本重合，在900 hPa附近。另外，从低层到高层的风场由西南风转为西北风，在风向和風速上都存在着一定的垂直切变，0 ℃层在5 km左右。非常有利于不稳定能量的累积发展，最终产生雷电大风和冰雹天气。
4 红外云图资料分析
从3日16：00—22：30的云图演变上（图略）可以明显看出，造成本次强对流天气过程的云系是明显的锋面云系。在16：00（图9a）云带主体位于山西、河北两省南部地区，三门峡市境内以及陕西省东南部地区在云图显示上已经出现了明显的数个呈现椭圆形，边界整齐光滑的β-中尺度对流单体，且对流单体随时间演变迅速发展增强，直接导致了地面相应区域强对流天气的出现。到了17：30（图9b），随着锋面云系主体的快速南下，南部旺盛发展的对流云团与之合并并继续发展，对流云团主体于三门峡市维持了较长时间，在22：00才开始迅速减弱，强对流雨带逐渐转换为了层状云对流雨带，宣告了此次强天气过程的结束。
5 多普勒雷达资料分析
多普勒雷达基本速度图（V）上（图略），3日17：02，在灵宝南部朱阳地区出现了明显的中尺度辐合，表明有中小尺度的系统作用影响当地。从雷达组合反射率（CR）上看出，3日16：44开始，灵宝市中部和卢氏县北部开始出现回波强度在50dBZ以上的局地强对流，17：09在朱阳地区出现冰雹，同时块状回波不断东移。卢氏县杜关境内，在17：27（图10a）突然出现大于60 dBZ的冰雹回波，且强回波一直维持在杜关镇、官道口镇两地，至18：10（图10b）共计43 min，给当地造成了严重的冰雹暴雨灾害。随后卢氏县和灵宝市的局地强对流回波迅速减弱东移。20：00开始，三门峡市区西部黄河沿岸开始有强度在45 dBZ左右的局地对流形成，并不断东移，给市区带来了30 mm的降水。此后强对流的块状回波逐渐合并减弱为强度在30～35 dBZ左右的片状回波，表现为混合型降水的回波特征[8]，产生了持续性降水。在系统移动加强过程中，回波强中心的垂直累积液态水含量（VIL）（图10c）最大值达到了55 kg/m2，平均值在
20 kg/m2左右，以上各项指标均表明有利于产生短时强降水和冰雹。同时因为强回波区所处地表地形较为复杂，有海拔较高的山区，局地湿度大，蒸腾作用旺盛，因此也有利于冰雹等灾害的出现。
6 结果和讨论
第一，三门峡市在3—4日的强对流过程是由于北方蒙古低涡、前倾槽作用和副热带高压北侧外围环流的影响共同造成的。
第二，低层中小尺度低压系统的同时配合低层的西南急流输送水汽，再加上处于深厚的湿层、湿舌与高能舌之中，不稳定层结同时促进了整层的上升运动。高层的偏西风的大环境背景场，低层的明显切变的存在，动力热力作用的良好配合，导致了此次大范围且较为持久的强对流天气过程。
第三，小尺度的对流单体的迅速合并增长可以造成局地强对流天气。
第四，局地强对流云团发展旺盛，虽持续时间较短，但是会导致冰雹、大风、雷电等灾害性天气。
参考文献
[1]丁一汇.暴雨和中尺度气象学问题[J].气象学报，1994（3）：274-284.
[2]刘金平，杨荣珍，李国翠.石家庄市一次强对流暴雨天气分析[J].安徽农业科学，38（35）：20213-20216.
[3]俞小鼎，姚秀萍，熊廷南，等.多普勒天气雷达原理与应用[J].北京：气象出版社，2006.
[4]何立富，黄忠，郝立生.“0374”南京特大暴雨中尺度对流系统分析[J].气象科技，2006，34（4）：446-454.
[5]孙继松，陶祖钰.强对流天气分析与预报中的若干问题[J].气象，2012，38（2）：164-173.
[6]Adler RF， Markus MJ， Fenn DD. Detection of severe midwest thunderstorms using geosynchronous satellite data[J]. Monthly Weather Rrview， 1985，113（5）：769-781.
[7]Browning K A. Cellular structures of convective storms[J].Meteor Mag ， 1962，91：341-350
[8]Tuttle J D， Foote G B. Determination of the bounfary layer airflow from a single Doppler radar[J].J A tmos Ocean Technol， 1990，7（2）：218-232
（責任编辑：刘昀）
关键词 强对流天气；副热带高压；对流单体；卫星云图；多普勒天气雷达；不稳定层结
中图分类号：P458.3 文献标志码：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2017.26.047
夏季易出现短时强降水、雷电、冰雹等强对流天气，对于这几种天气过程的形成机理和发展趋势前人都已进行了系统性的研究[1]。强对流天气虽然持续时间较短，但因其具有突发性、局地性强的特点，是天气预报工作中的难点和重点[2]。2015年8月3—4日，三门峡市出现了大范围以雷电、冰雹、短时强降水为主的强对流天气，8月3—4日24 h内，各县市（区）先后出现了中到大雨。此次强对流天气过程持续时间长、发生种类多、成灾面积大，给人们的生命财产安全、交通出行、农业产业等都造成了严重的危害，其中灵宝、卢氏县两地区受灾严重。由此，本文从环流背景、热力、动力、稳定度条件上，结合卫星云图、多普勒天气雷达资料，分析了此次强对流天气过程的成因和发展。
1 环流形势分析
1.1 500 hPa形势演变分析
从8月3日08：00 500 hPa实况场（图1）上看，欧亚大陆中高纬地区呈现典型的两槽一脊的环流形势。相比于2日20：00（图1），贝加尔湖东南方的蒙古低涡携卷北方冷空气南下东进，588位势什米线有相应的东退趋势[3]。8月2日20：00，三门峡市位于河南中部的浅槽后部；3日，在华北西部地区，山西、陕西两省交界有明显低槽存在，三门峡市位于其前部的西南气流中；4日，低槽略有北抬，三门峡市仍处于低槽底部。2—4日环流形势的演变趋势是：50 0hPa上低槽不断加深，低涡不断南压。实况场表明，三门峡市在3—4日具有产生降水的大环流背景场，强降水区域和槽前的辐合上升运动区基本重合。
1.2 700 hPa和850 hPa形势演变分析
从低层700 hPa和850 hPa上看，2日20：00（图略）三门峡市位于588线外围的西南气流中，到了3日08：00—20：00（图2），在12 h内，700 hPa和850 hPa上有切变线出现并稳定存在，引导西南急流在其右侧汇集，造成水汽堆积。且上下两层切变线的位置基本重合，均位于山西南部地区，三门峡市位于切变线右侧。同时，700 hPa上槽线位于三门峡市境内，落后于500 hPa槽线，为明显的前倾槽结构，这是对流性降水产生的重要有利条件。
图1 8月2日20：00和8月3日08：00 500 hPa形势场对比
图2 8月3日20：00高空形勢分析
1.3 地面形势演变分析
从地面图上（图3）可看出，三门峡市整体位于西高东低的气压场中。从冷锋移动路径上看，北部冷锋移动迅速，于2日20：00位于东北三省与内蒙交界，至3日02：00延伸南下至河北山西北部，在3日14：00，已经南压至三门峡市附近，三门峡市位于锋前的暖区内。3日20：00三门峡市位于冷锋后部。从地面气压场和风场的演变情况看，3日08：00（图3a），三门峡市位于低压中心内，沿黄一线从西安到洛阳，存在东西走向的西南风与东北风风向的切变，同时在山西陕西交界有南北走向的风向切变存在。到11：00（图3b），东西走向的切变线横向延伸入海，在山西中部有横向新切变生成。14：00（图3c），沿黄一线的切变线北侧出现了风速的变化，切变线附近风速有明显增加，因此有風速的辐合存在。因为地面辐合线和切变线的存在是强降水触发的重要机制，所以有利于本地产生局地强对流天气，同时暴雨的发生地（灵宝市、卢氏县）与辐合切变线的位置与走向基本一致。
2 物理量分析
2.1 水汽条件分析
从水汽条件来看，前期的局地降水为新一轮降水的局地水汽累积有着积极作用，同时，在低层700 hPa和850 hPa上有着强劲的西南急流输送，促进了本地局地的大气不稳定层结的形成[4]。再加上三门峡市位于切变线右侧，有利于暖湿气流在本地累积，与南下的冷空气互相作用[5]，产生不稳定降水[6]。从比湿场（图4）上看，湿舌自南向北延伸至河北省南部，三门峡市位于比湿大值区中，比湿在14 g/kg以上。
2.2 热力条件分析
从假相当位温场（图5）上看，850 hPa上，3日14：00，河南省基本位于一个高温高湿区内，三门峡市位于高能舌中，假相当位温大于70 ℃，低层不稳定能量有大的累积，大气的不稳定度加剧，非常有利于产生对流性降水。
图5 3日14：00 850 hPa上假相当位温（θse）的分布情况（单位：℃）
2.3 动力条件分析
从动力场上看，低层850 hPa上在3日14：00—20：00，三门峡市由于500 hPa上低槽所处的有利位置的影响，从天气学角度而言，槽前的正涡度平流会促进较强的上升运动，有利于低层水汽向高层的垂直辐合上升。同时在散度垂直剖面场（图6）的观察值也说明了这一点。8月3日14：00（图6a）的散度垂直剖面图上（109°～113°E，34.6°N），从低层到高层基本呈现辐合态势，在（110°E，34.6°N）和（112°E，34.6°N）两点，即三门峡市所处地域，高空存在明显的辐合中心，散度值在-17×10-6～-21×10-6 S-1，表明在强对流天气开始前，整层都有非常强烈的辐合运动，有利于局地水汽的迅速累积。到了20：00（图6b），散度垂直剖面图上，三门峡市低层仍为-12×10-6 S-1的辐合中心，而高空已经转为了较强的辐散运动，散度值达到了10×10-6～12×10-6 S-1，中层有与之相对应的强烈的上升运动，表明有大的水汽垂直输送量。从3日14：00 850 hPa垂直速度场（图7）上看，河南、陕西、陕西、河北四省均位于上升运动区（ω<0），三门峡市位于大值区内，接近上升运动的中心。说明了低层水汽在持续向高层输送，与散度场配合良好。 3 探空资料分析
探空图上，因为三门峡市本地站点的探空图资料缺失，选取其北部的具有代表性的太原站（53772）3日08：00探空资料进行分析。探空资料显示（图8），08：00太原站为明显的不稳定层结[7]，低层并不存在逆温层，从850～200 hPa，
层结曲线一直位于状态曲线的左侧，即CAPE值非常大，为大值的不稳定能量，约在1 590.2 J/kg，同时低层的对流抑制能量几乎为零，抬升凝结高度与对流凝结高度基本重合，在900 hPa附近。另外，从低层到高层的风场由西南风转为西北风，在风向和風速上都存在着一定的垂直切变，0 ℃层在5 km左右。非常有利于不稳定能量的累积发展，最终产生雷电大风和冰雹天气。
4 红外云图资料分析
从3日16：00—22：30的云图演变上（图略）可以明显看出，造成本次强对流天气过程的云系是明显的锋面云系。在16：00（图9a）云带主体位于山西、河北两省南部地区，三门峡市境内以及陕西省东南部地区在云图显示上已经出现了明显的数个呈现椭圆形，边界整齐光滑的β-中尺度对流单体，且对流单体随时间演变迅速发展增强，直接导致了地面相应区域强对流天气的出现。到了17：30（图9b），随着锋面云系主体的快速南下，南部旺盛发展的对流云团与之合并并继续发展，对流云团主体于三门峡市维持了较长时间，在22：00才开始迅速减弱，强对流雨带逐渐转换为了层状云对流雨带，宣告了此次强天气过程的结束。
5 多普勒雷达资料分析
多普勒雷达基本速度图（V）上（图略），3日17：02，在灵宝南部朱阳地区出现了明显的中尺度辐合，表明有中小尺度的系统作用影响当地。从雷达组合反射率（CR）上看出，3日16：44开始，灵宝市中部和卢氏县北部开始出现回波强度在50dBZ以上的局地强对流，17：09在朱阳地区出现冰雹，同时块状回波不断东移。卢氏县杜关境内，在17：27（图10a）突然出现大于60 dBZ的冰雹回波，且强回波一直维持在杜关镇、官道口镇两地，至18：10（图10b）共计43 min，给当地造成了严重的冰雹暴雨灾害。随后卢氏县和灵宝市的局地强对流回波迅速减弱东移。20：00开始，三门峡市区西部黄河沿岸开始有强度在45 dBZ左右的局地对流形成，并不断东移，给市区带来了30 mm的降水。此后强对流的块状回波逐渐合并减弱为强度在30～35 dBZ左右的片状回波，表现为混合型降水的回波特征[8]，产生了持续性降水。在系统移动加强过程中，回波强中心的垂直累积液态水含量（VIL）（图10c）最大值达到了55 kg/m2，平均值在
20 kg/m2左右，以上各项指标均表明有利于产生短时强降水和冰雹。同时因为强回波区所处地表地形较为复杂，有海拔较高的山区，局地湿度大，蒸腾作用旺盛，因此也有利于冰雹等灾害的出现。
6 结果和讨论
第一，三门峡市在3—4日的强对流过程是由于北方蒙古低涡、前倾槽作用和副热带高压北侧外围环流的影响共同造成的。
第二，低层中小尺度低压系统的同时配合低层的西南急流输送水汽，再加上处于深厚的湿层、湿舌与高能舌之中，不稳定层结同时促进了整层的上升运动。高层的偏西风的大环境背景场，低层的明显切变的存在，动力热力作用的良好配合，导致了此次大范围且较为持久的强对流天气过程。
第三，小尺度的对流单体的迅速合并增长可以造成局地强对流天气。
第四，局地强对流云团发展旺盛，虽持续时间较短，但是会导致冰雹、大风、雷电等灾害性天气。
参考文献
[1]丁一汇.暴雨和中尺度气象学问题[J].气象学报，1994（3）：274-284.
[2]刘金平，杨荣珍，李国翠.石家庄市一次强对流暴雨天气分析[J].安徽农业科学，38（35）：20213-20216.
[3]俞小鼎，姚秀萍，熊廷南，等.多普勒天气雷达原理与应用[J].北京：气象出版社，2006.
[4]何立富，黄忠，郝立生.“0374”南京特大暴雨中尺度对流系统分析[J].气象科技，2006，34（4）：446-454.
[5]孙继松，陶祖钰.强对流天气分析与预报中的若干问题[J].气象，2012，38（2）：164-173.
[6]Adler RF， Markus MJ， Fenn DD. Detection of severe midwest thunderstorms using geosynchronous satellite data[J]. Monthly Weather Rrview， 1985，113（5）：769-781.
[7]Browning K A. Cellular structures of convective storms[J].Meteor Mag ， 1962，91：341-350
[8]Tuttle J D， Foote G B. Determination of the bounfary layer airflow from a single Doppler radar[J].J A tmos Ocean Technol， 1990，7（2）：218-232
（責任编辑：刘昀）