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摘要 利用常规气象观测资料、区域自动站加密观测资料以及多普勒雷达探测资料，对2017年6月23—24日招远地区一次强对流天气过程的特征及其成因进行了诊断分析。结果表明，由于冷涡东移南调过程中带来的冷空气渗透、有利的水汽输送以及环境背景场存在高层强辐散与低层强辐合，因而有利于强降水发生。对流单体的“列车效应”造成局地强降水的发生。
关键词 强对流天气；诊断分析；冷涡；环流形势；物理量场；山东招远
中图分类号 P458.1 21.1；P44 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2017）20-0205-02
强对流天气是我国严重的灾害性天气之一，常带来灾害性的大风和局地暴雨，有时伴有雷暴、雷雨大风、冰雹和龙卷风等现象，是一种历时短、破坏性巨大的天气，具有空间尺度小、生命期短的特点，对人民的生命财产和国民经济造成巨大的危害[1]。强对流天气中，常见的是对流暴雨，即短时强降水、短时暴雨，其通常由对流风暴造成，如飑线、超级单体、中尺度对流系统等[2]。有学者对强对流天气的成因与形成机理进行了研究，通过个例分析，发现短时暴雨天气过程的重要影响系统为低空切变线、低空急流[3-4]；雷暴大风产生前，低层相对湿度大且存在强的水汽辐合，层结不稳定[5]；MCS中的深对流特征可造成短时强降水[6]。此外，关于短时强降水发生分布也已开展了相关研究[6]。短时强降水一直是强对流天气预报的难点，易造成严重的灾害。考虑平时工作的实用性和可操作性，本文利用常规气象观测资料、区域自动站加密观测资料以及多普勒雷达探测资料分析研究强对流天气的成因和特点，为今后预报短时强降水提供参考。
1 天气概况
受冷涡影响，2017年6月23日6：00至24日14：00（北京时间，下同），招远地区出现一次明显的强对流天气过程，部分地区出现了暴雨，局部大暴雨。全市平均降水量57.9 mm，而招远地区6月常年平均降水量仅为70.0 mm。14个监测点中，6个站点降水量超过50 mm，其中2个站点降水量在100 mm以上，最大降水量为161.1 mm，出现在辛庄站。降水时段主要集中在23日7：00—13：00和24日11：00—13：00。最大小时雨强出现在辛庄站，为62.5 mm/h，这样的雨强在招远地区并不多见。本次降水明顯的特点是降水时段相对较为集中，降水强度大、范围广。
2 环流形势演变特征和主要影响系统
冷涡是此次强对流天气发生的重要因素。从6月23日20：00到24日20：00 500 hPa冷涡的路径可知，冷涡先是东移南调；24日8：00后，冷涡到达渤海，基本东移为主。分析冷涡垂直结构分布情况可发现，冷涡系统较深厚，在500、700、850 hPa上冷涡结构都较完整，冷涡中心逐渐向南倾斜。
由图1（a）可知，500 hPa招远地区位于冷涡与高空槽的西南气流中，高空槽后有明显的冷平流随着冷涡东移，槽加深，槽前正涡度平流加大，地面倒槽加深，辐合上升运动加强，利于降水发生。由图1（b）（c）可知，700 hPa和850 hPa受冷涡前暖切变控制，水汽输送条件好。低层低涡西南部有较强暖湿气流输送，与高空的冷涡配置构成上冷下暖的大气不稳定条件，冷涡东南侧的风向辐合触发对流产生的降水。
从地面形势上看，由于高空涡前的减压作用，生成一西南倒槽北上控制山东省。冷涡降水基本位于地面倒槽顶附近到冷涡之间，有倒槽伸向渤海。由图2可知，6月23—24日，招远市位于倒槽顶部气旋性辐合区内，地面气旋的辐合上升运动和冷涡槽前的上升运动相结合，使得招远市上空上升气流旺盛，有利于强对流的产生，这2个时段正是招远市降水最强的时段。
22日8：00至23日8：00的降水区和暴雨区基本位于涡的东南象限，24日8：00降水区位于涡后，暴雨区位于涡南部及西部，25日8：00降水区位于涡后，暴雨区位于涡的西南，且范围非常零散。由此可见，冷涡的结构是非对称式的，其周围降水区的位置会随着时间发生明显变化。
3 物理量场诊断分析
3.1 水汽条件
强降水发生时或发生前，招远处于宽广的水汽通量高值区，形成了一条东南—西北走向的水汽输送通道，中心最大值为9 g/（hPa·cm·s），形成一个强烈的辐合区，即来自低层的水汽和低层强水汽辐合上升是强降水发生的重要水汽源地和输送者，而且在其上空堆积，提供了充沛的水汽条件。与水汽通量中心对应，招远市有一个较明显的水汽通量散度区，其范围宽广，基本上包括整个半岛北部，并且与北方的冷空气结合形成一个范围宽广的辐合区，为降水提供了充足的水汽条件。
3.2 动力条件
通过分析散度场（图3、4）可以发现，在暴雨发生的时段，散度负中心位于低层，中心强度达到了-3.0×10-5/s和 -5.6×10-5/s，高层则为强辐散区，在招远地区上空形成了低空弱辐合与高空强辐散的耦合配置，典型的高层强辐散与低层强辐合的配置对应着强烈的上升运动，对暴雨的产生十分有利。
4 多普勒雷达资料分析
在短时临近预报预警过程中，雷达回波提供了极为重要的预报依据。从烟台多普勒雷达基本反射率因子回波图像分析发现，23日7：00明显回波带开始影响招远市沿海地区，且在移动的过程中不断发展，强度进一步增强，30 dBZ以上回波几乎占整个回波面积，并且回波带中有零散的对流单体，回波带中心最大强度为50～55 dBZ。强回波自西南向东北通过招远市，对流单体的移动速度矢量几乎平行于雨带分布，对流雨带中的强降水单体依次经过同一地点，形成所谓的“列车效应”，最大雨强为62.5 mm/h，直接导致了大暴雨的产生。
5 结语
综合以上的分析结果，可以看出2017年6月23—24日抚顺地区大暴雨是由于冷涡南下、低层暖切变线作用，为大暴雨的产生提供了有利的水汽条件；高层辐散和低层辐合，强烈的上升运动为大暴雨的产生提供了动力背景；本次强降雨是混合性降水，回波带呈西南—东北走向，回波带有对流单体，形成“列车效应”，造成了局地短时强降水。雷达回波在短临预报中具有指示意义。在预报中存在以下问题：本次降水分布严重不均，降水量级和强降水区的落区预报存在困难，降水过程数值预报产品降水量级明显偏小或降水落区偏西。
6 参考文献
[1] 黄永明，倪允琪.长江中下游一次非典型梅雨锋中尺度暴雨过程的分析研究[J].气象学报，2005，63（1）：100-114.
[2] 俞小鼎，姚秀萍，熊廷南，等.多谱勒天气雷达原理与业务应用[M].北京：气象出版社，2006.
[3] 王啸华，吴海英，唐红癉，等.2009年7月7日南京短时暴雨的中尺度特征分析[J].气象，2012，38（9）：1060-1069.
[4] 陈炯，郑永光，张小玲，等.中国暖季短时强降水分布和日变化特征及其与中尺度对流系统日变化关系分析[J].气象学报，2013，71（3）：367-382.
[5] 钟利华，曾鹏，李勇，等.广西雷暴大风环流特征和物理量诊断分析[J].气象，2011，37（1）：59-65.
[6] 陈永仁，李跃清.“12·7·22”四川暴雨的MCS特征及对短时强降雨的影响[J].气象，2013，39（7）：848-859.
关键词 强对流天气；诊断分析；冷涡；环流形势；物理量场；山东招远
中图分类号 P458.1 21.1；P44 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2017）20-0205-02
强对流天气是我国严重的灾害性天气之一，常带来灾害性的大风和局地暴雨，有时伴有雷暴、雷雨大风、冰雹和龙卷风等现象，是一种历时短、破坏性巨大的天气，具有空间尺度小、生命期短的特点，对人民的生命财产和国民经济造成巨大的危害[1]。强对流天气中，常见的是对流暴雨，即短时强降水、短时暴雨，其通常由对流风暴造成，如飑线、超级单体、中尺度对流系统等[2]。有学者对强对流天气的成因与形成机理进行了研究，通过个例分析，发现短时暴雨天气过程的重要影响系统为低空切变线、低空急流[3-4]；雷暴大风产生前，低层相对湿度大且存在强的水汽辐合，层结不稳定[5]；MCS中的深对流特征可造成短时强降水[6]。此外，关于短时强降水发生分布也已开展了相关研究[6]。短时强降水一直是强对流天气预报的难点，易造成严重的灾害。考虑平时工作的实用性和可操作性，本文利用常规气象观测资料、区域自动站加密观测资料以及多普勒雷达探测资料分析研究强对流天气的成因和特点，为今后预报短时强降水提供参考。
1 天气概况
受冷涡影响，2017年6月23日6：00至24日14：00（北京时间，下同），招远地区出现一次明显的强对流天气过程，部分地区出现了暴雨，局部大暴雨。全市平均降水量57.9 mm，而招远地区6月常年平均降水量仅为70.0 mm。14个监测点中，6个站点降水量超过50 mm，其中2个站点降水量在100 mm以上，最大降水量为161.1 mm，出现在辛庄站。降水时段主要集中在23日7：00—13：00和24日11：00—13：00。最大小时雨强出现在辛庄站，为62.5 mm/h，这样的雨强在招远地区并不多见。本次降水明顯的特点是降水时段相对较为集中，降水强度大、范围广。
2 环流形势演变特征和主要影响系统
冷涡是此次强对流天气发生的重要因素。从6月23日20：00到24日20：00 500 hPa冷涡的路径可知，冷涡先是东移南调；24日8：00后，冷涡到达渤海，基本东移为主。分析冷涡垂直结构分布情况可发现，冷涡系统较深厚，在500、700、850 hPa上冷涡结构都较完整，冷涡中心逐渐向南倾斜。
由图1（a）可知，500 hPa招远地区位于冷涡与高空槽的西南气流中，高空槽后有明显的冷平流随着冷涡东移，槽加深，槽前正涡度平流加大，地面倒槽加深，辐合上升运动加强，利于降水发生。由图1（b）（c）可知，700 hPa和850 hPa受冷涡前暖切变控制，水汽输送条件好。低层低涡西南部有较强暖湿气流输送，与高空的冷涡配置构成上冷下暖的大气不稳定条件，冷涡东南侧的风向辐合触发对流产生的降水。
从地面形势上看，由于高空涡前的减压作用，生成一西南倒槽北上控制山东省。冷涡降水基本位于地面倒槽顶附近到冷涡之间，有倒槽伸向渤海。由图2可知，6月23—24日，招远市位于倒槽顶部气旋性辐合区内，地面气旋的辐合上升运动和冷涡槽前的上升运动相结合，使得招远市上空上升气流旺盛，有利于强对流的产生，这2个时段正是招远市降水最强的时段。
22日8：00至23日8：00的降水区和暴雨区基本位于涡的东南象限，24日8：00降水区位于涡后，暴雨区位于涡南部及西部，25日8：00降水区位于涡后，暴雨区位于涡的西南，且范围非常零散。由此可见，冷涡的结构是非对称式的，其周围降水区的位置会随着时间发生明显变化。
3 物理量场诊断分析
3.1 水汽条件
强降水发生时或发生前，招远处于宽广的水汽通量高值区，形成了一条东南—西北走向的水汽输送通道，中心最大值为9 g/（hPa·cm·s），形成一个强烈的辐合区，即来自低层的水汽和低层强水汽辐合上升是强降水发生的重要水汽源地和输送者，而且在其上空堆积，提供了充沛的水汽条件。与水汽通量中心对应，招远市有一个较明显的水汽通量散度区，其范围宽广，基本上包括整个半岛北部，并且与北方的冷空气结合形成一个范围宽广的辐合区，为降水提供了充足的水汽条件。
3.2 动力条件
通过分析散度场（图3、4）可以发现，在暴雨发生的时段，散度负中心位于低层，中心强度达到了-3.0×10-5/s和 -5.6×10-5/s，高层则为强辐散区，在招远地区上空形成了低空弱辐合与高空强辐散的耦合配置，典型的高层强辐散与低层强辐合的配置对应着强烈的上升运动，对暴雨的产生十分有利。
4 多普勒雷达资料分析
在短时临近预报预警过程中，雷达回波提供了极为重要的预报依据。从烟台多普勒雷达基本反射率因子回波图像分析发现，23日7：00明显回波带开始影响招远市沿海地区，且在移动的过程中不断发展，强度进一步增强，30 dBZ以上回波几乎占整个回波面积，并且回波带中有零散的对流单体，回波带中心最大强度为50～55 dBZ。强回波自西南向东北通过招远市，对流单体的移动速度矢量几乎平行于雨带分布，对流雨带中的强降水单体依次经过同一地点，形成所谓的“列车效应”，最大雨强为62.5 mm/h，直接导致了大暴雨的产生。
5 结语
综合以上的分析结果，可以看出2017年6月23—24日抚顺地区大暴雨是由于冷涡南下、低层暖切变线作用，为大暴雨的产生提供了有利的水汽条件；高层辐散和低层辐合，强烈的上升运动为大暴雨的产生提供了动力背景；本次强降雨是混合性降水，回波带呈西南—东北走向，回波带有对流单体，形成“列车效应”，造成了局地短时强降水。雷达回波在短临预报中具有指示意义。在预报中存在以下问题：本次降水分布严重不均，降水量级和强降水区的落区预报存在困难，降水过程数值预报产品降水量级明显偏小或降水落区偏西。
6 参考文献
[1] 黄永明，倪允琪.长江中下游一次非典型梅雨锋中尺度暴雨过程的分析研究[J].气象学报，2005，63（1）：100-114.
[2] 俞小鼎，姚秀萍，熊廷南，等.多谱勒天气雷达原理与业务应用[M].北京：气象出版社，2006.
[3] 王啸华，吴海英，唐红癉，等.2009年7月7日南京短时暴雨的中尺度特征分析[J].气象，2012，38（9）：1060-1069.
[4] 陈炯，郑永光，张小玲，等.中国暖季短时强降水分布和日变化特征及其与中尺度对流系统日变化关系分析[J].气象学报，2013，71（3）：367-382.
[5] 钟利华，曾鹏，李勇，等.广西雷暴大风环流特征和物理量诊断分析[J].气象，2011，37（1）：59-65.
[6] 陈永仁，李跃清.“12·7·22”四川暴雨的MCS特征及对短时强降雨的影响[J].气象，2013，39（7）：848-859.