张茜1 张少华2
1台州市椒江区气象局，浙江台州，318000；2台州市路桥区气象局，浙江台州，318050
摘要：本文利用浙江省自动站资料、NCEP再分析资料、多普勒雷达资料等气象资料对2020年6月24日发生浙江中南部地区的一次强对流天气过程进行分析，研究表明：6月24日200hpa高空有显著分流区，500hpa有低槽东移且588线走向对西南气流发展加强十分有利，700hpa和850hpa的低涡切变位置基本重合，近地面1000hpa存在强辐合，且6个小时后的强降水落区中心与1000hpa的地面辐合中心存在一定的对应关系；850hpa、700hpa的水汽通量散度大负值区对于其未来6小时后的强降水落区有一定的指示作用；对流抑制能量与对流有效位能的差值不大时，只要有合适的触发机制，且其他对流指数条件较好，强对流天气还是比较容易爆发的；850hpa和500hpa的假相当位温差值（△θse=θse850-θse500）可以作为衡量强对流天气过程不稳定能量的参考指标；垂直速度变化可以作为衡量强对流天气过程动力条件好坏的参考指标；垂直累积液态含水量（VIL）跃增、强度维持等变化趋势对于短时强降水的预报预警存在很好的指示作用。
关键词：强对流天气、短时强降水、雷雨大风、雷达回波特征
1过程实况
受高空槽东移和低涡切变共同影响，2020年6月24日08时到20时，台州市出现中到大雨，局部暴雨，面雨量12.6毫米，强降水落区出现在黄岩和天台，单站最大黄岩北洋镇93.7毫米，≥50毫米有10个站（见图1a）。全市小时雨强前5位为：黄岩北洋镇北洋91.7毫米、黄岩北洋镇黄岩站85.4毫米、黄岩东城街道黄岩局84.1毫米、黄岩北城街道科技学院82.3毫米、黄岩新前街道新前64.4毫米；全市最大风力7-8级，阵风9-11级。风力较大的有临海临港28.6m/s（11级）、椒江台州湾大桥24.7m/s（10级）、临海北泽岛24.7m/s（10级）、路桥三山23.4m/s（9级）、黄岩外金22.8m/s（9级）（见图1b）。
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图 1 2020 年 6 月 24 日 08 时～20 时浙江省自动站过程雨量（（a），单位：毫米）及最大风力分布（（b），单位：级）
2天气系统配置分析
由图2可知，6月24日08时200hpa高空有显著分流区，本次强对流天气正是发生在200hpa高空急流轴南侧的辐散区内；由图3可知，500hpa低槽携带槽后干冷空气东移，588线呈东北西南向，有利于西南气流发展加强，高层水汽条件较为充足；由图4可知，700hpa、850hpa低涡切变位于浙江以北沿海地区，位置基本重合，浙中南位于低涡切变的南侧，两层都是西南气流，加上高空500hpa浙中南处于低槽前，也是西南气流中，三层都是强盛的西南气流，这有利于抬升系统的垂直发展，由中尺度分析可知，850hpa的湿舌范围较大，低层水汽条件也较好（图略）。
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图 4 水汽通量散度和风场分布（填色表示水汽通量散度）（a）24日08时850hpa，（b）24日08时700hpa
由图5可知，1000hpa浙中南散度为负值且涡度为正值，说明该地区存在强辐合，地面强辐合以及高空强辐散的配置有一定的抽吸作用，有利用触发浙中南的强对流天气，结合强降水落区来看的话，其6个小时后降水量较大的地区确实和地面辐合中心也存在一定的对应关系。综上所述，在如此高低层系统配合较好的环流形势下，只要能量条件尚可，强对流天气发生几乎是必然的。
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图5 2020年6月24日14时1000hpa散度（a）和涡度（b）分布
3水汽条件分析
图6分别为6月24日08时和14时500hpa、700hpa、850hpa的相对湿度分布图，由图分析可知，08时500hpa、700hpa除浙西南部分地区外，浙江大部分地区相对湿度都在80%以上，850hpa相对湿度稍小一些，但是也超过了70%，总体来说整层水汽条件都是较好的，如果触发条件和能量条件较好的话，短时强降水发生概率是很大的；到了14时500hpa、700hpa相对湿度有所减小，湿区范围有所缩小，但850hpa相对湿度开始增大，除了浙东南部分地区外，浙江大部分地区的相对湿度都达到了80%以上，湿层很是深厚，低层如此丰厚的水汽在辐合线和低层低涡切变的抬升作用下，才导致6月24日下午时分浙中南地区较强局地降水的发生。
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图6 500hpa、700hpa和850hpa的相对湿度分布（a）500hpa，24日08时，（b）500hpa，24日14时，（c）700hpa，24日08时，（d）700hpa，24日14时，（e）850hpa，24日08时，（f）850hpa，24日14时
由850hpa的水汽通量图（图7）也可以看出，08时水汽大值区在浙江的西南方向，随着西南气流发展将水汽不断向浙江中南部输送，因此6月24日14时850hpa 的相对湿度相对于08时850hpa的相对湿度来说有了大幅度增加，结合水汽通量散度图（图4）来看的话，08时850hpa、700hpa浙中南地区的水汽也都是有所聚集的，这对于其未来6小时后的强降水落区也是有一定的指示作用的。
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图7 24 日 08 时和14时850hpa水汽通量和流场（a）08时（b）14时
4不稳定能量和动力条件分析
图8为2020年6月24日08时经过订正后的洪家站温度对数压力图，由图分析可知整层不稳定度都是较高的，不稳定层从地面一直延伸到高空400hpa较为深厚，从各种指数来看的话，对流有效位能CAPE为159 J/kg，数值并不大，说明在自由对流高度之上，气块可从正浮力作功而获得的能量并不多，对流抑制能量CIN为235.6 J/kg，对流抑制指数是指均匀边界层气块在上升过程中从稳定层到自由对流高度所做的功，功的大小与从气块起始位置到自由对流高度间的状态曲线与层结曲线所围成的面积（负面积）成正比。对于强对流发生的情况往往是CIN有一较为合适的值：太大，抑制对流程度大，对流不容易发生；太小，能量不容易在低层积聚，对流抑制能量与对流有效位能的差值为76.6 J/kg，相对来说不是很大，因此只要有合适的触发机制，强对流天气还是比较容易爆发的。
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图8 2020年6月24日08时订正后的洪家站探空图
由探空图和FNL资料作图（图9）可得，6月24日08时、14时浙中南K指数都在37.5左右，K指数可以反映大气的层结稳定情况。K指数越大，层结越不稳定，根据前人统计结果K>35也预示着成片雷阵雨天气的出现；沙氏指数SI为-0.68，沙氏指数是反映大气稳定状况的一个指数。它定义为850hPa等压面上的湿空气团沿干绝热线上升，到达凝结高度后再沿湿绝热线上升至500hPa时所具有的气团温度Ts850与500hPa等压面上的环境温度T500的差值。当SI<0时，大气层结不稳定，且负值越大，不稳定程度越大，反之，则表示气层是稳定的。根据前人统计结果，当-3°C< SI<0°C有发生雷暴的可能性，所以K指数和SI指数对于本次强对流天气的发生都是较为有利的。此外，由1000hpa~200hpa的垂直风切变可知，风随高度是顺转的，说明低层有明显暖平流，结合之前对水汽条件的分析可以得出，低层暖平流的对流不稳定层结以及三层西南气流带来的充沛水汽都为强对流发生发展提供了有利的层结条件和水汽条件。综上所述，在实际预报工作中，即使对流有效位能CAPE值不大也不能掉以轻心，还要结合K指数、SI指数、对流抑制能量、天气系统配置、水汽条件等对是否会发生强对流天气进行综合预判。
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图9 2020年6月24日08时、14时的K指数分布
在实际预报工作中，常用容易查算的指标来表示大气稳定度。本文选用假相当位温θse来表示，当θse随高度增高而减小时，称为对流不稳定，有利于对流活动。同时将△θse=θse850-θse500作为参考指标，其正值愈大，则气层愈不稳定。研究分别沿强降水落区经度（121°E）和纬度（28°N）做假相当位温纬度-高度剖面和经度-高度剖面（图10）。在本次强对流天气过程中，24日08时700 h Pa以下假相当位温随高度迅速递减，表明中低层大气层结为对流不稳定层结，700～500 h Pa强降水落区上空假相当位温在338～340 K，等值线稀疏，为中性层结，08时△θse约为10K；14时700hpa以下强降水落区上空假相当位温线密集，假相当位温随高度递减更为迅速，说明不稳定程度较08时来说加强了，14时△θse约为12K，也说明在低层低涡切变和地面辐合线作用下，低层气流不稳定性在逐渐加强，西南气流带来的暖湿空气被迫抬升，触发不稳定能量，容易形成强对流天气。综上所述，若△θse随时间变大，出现强对流天气的概率也随之增加，因此△θse对未来的强对流天气发生发展也有一定的指示作用。
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图10 沿经度（121°E）和纬度（28°N）的假相当位温纬度-高度剖面图和经度-高度剖面图（a）08时纬度-高度剖面图（b）14时纬度-高度剖面图（c）08时经度-高度剖面图（d）14时经度-高度剖面图
在强对流天气分析中，常用垂直速度来衡量动力条件，本文分别沿强降水落区经度（121°E）和纬度（28.5°N）做垂直速度的纬度-高度剖面和经度-高度剖面（图11）。由图分析可得，6月24日08时在28.5°N，121°E上空500hpa~400hpa处存在较弱的垂直上升运动，14时28.5°N，121°E上空的垂直运动扩展至500hpa～300hpa，说明在更高的气层中存在上升气流，垂直速度的数值也有所增大，说明垂直上升运动一直是在加强的，在14时上升气流已经发展强盛，这为强对流天气的发生提供了一定的动力条件。
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图11 沿经度（121°E）和纬度（28°N）的垂直速度纬度-高度剖面图和经度-高度剖面图（a）08时纬度-高度剖面图（b）14时纬度-高度剖面图（c）08时经度-高度剖面图（d）14时经度-高度剖面图
5雷达回波特征分析
受高空低槽东移和低层低涡切变影响，6月24日午后在浙中南地区出现强对流天气，从基本反射率因子（图12）可以看到整个对流发生发展加强过程，该对流单体由两部分块状回波加强合并形成。对流云团于12时55分发生于温州青田地区，开始呈块状回波，回波中心最大强度为55-60dbz，后东北移过程中有所减弱；13时59分在白石地区有一块新的块状回波发展起来，回波中心最大强度为50-55dbz，在其东移过程中先维持后加强；15时16分在黄岩局站（K8201）附近出现强度为55-60dbz的局地强回波，通过与黄岩局站的逐分钟雨量进行对比发现，强回波出现的时间与分钟雨强突增刚好吻合；15时28分这两块块状回波在移动过程中逐渐合并为一整块，且50-55dBZ的高强度回波面积也有所增大，回波整体面积南北向扩展至水厂-涌泉，东西向扩展至平田-洪家，此时台州多地区已出现短时强降水；此后块状回波继续维持高强度东移影响椒江区，而后55dBZ反射率因子面积减小，但在移经椒江临海边界时，局地仍维持50-55dbz强回波，这也是造成临海临港28.6m/s(11级)大风的原因，而后该对流单体逐渐转东北移入海，影响趋于结束；整个强对流天气发生发展过程对台州市的影响约为2个小时，出现雷雨大风和短时强降水天气。
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垂直累积液态含水量（VIL）是新一代天气雷达系统提供的一种导出产品，它表示将反射率因子数值转换成等价的液态水值，它用的是假设所有反射率因子返回都是由液态水引起的经验导出关系，反映了降水云体中在某一确定底面积的垂直柱体内液态水的总量。在对流单体加强合并东移过程中，14时23分黄岩西部局地的VIL跃增为25-30 kg/m2，其后VIL大值区与对流单体保持一致东移，14时35分头陀的VIL跃增为30-35 kg/m2，说明在对流单体东移过程中，水汽变得愈发充足，在14时41分时，头陀附近的VIL达到了35-40 kg/m2，此时的水汽条件已经为短时强降水的发生做好了准备。14时58分头陀附近的VIL迅速跃增为50-55 kg/m2，结合黄岩站的逐分钟降水量图来看的话，VIL的跃增对其后10分钟的雨强突增也是有一定的指示作用的。15时04分-15时28分之间，对流单体仍保持缓慢东移，其VIL最强中心一直维持在30kg/m2以上，接下来的半小时里虽然VIL值趋于减弱，但是依然保持在25 kg/m2以上，强降水也正是出现在这一个小时内，可见VIL的变化趋势对于短时强降水的预报预警是存在很好的指示作用的（图13）。
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6结论
本文利用浙江省自动站资料、NCEP再分析资料、多普勒雷达资料等气象资料对2020年6月24日发生浙江中南部地区的一次强对流天气过程进行分析，结果发现：
（1）6月24日的天气系统配置较好。200hpa高空有显著分流区，强对流天气发生在200hpa高空急流轴南侧的辐散区内；500hpa低槽东移且588线东北西南走向对西南气流发展加强十分有利；700hpa和850hpa的低涡切变位置基本重合，浙中南位于低涡切变的南侧；三层都是强盛的西南气流，且近地面1000hpa存在强辐合，有利于抬升系统的垂直发展。此外，6个小时后的强降水落区中心与1000hpa的地面辐合中心存在一定的对应关系。
（2）6月24日的湿层较为深厚，西南气流发展的过程中不断在向浙江中南部输送水汽。此外，850hpa、700hpa的水汽通量散度大负值区对于其未来6小时后的强降水落区也是有一定的指示作用的。
（3）6月24日08时对流有效位能CAPE为159 J/kg，对流抑制能量CIN为235.6 J/kg，二者差值为76.6 J/kg，浙中南K指数都在37.5℃左右，沙氏指数SI为-0.68，说明即使对流有效位能CAPE值不大也不能肯定强对流一定不会发生，因为对流抑制能量与对流有效位能的差值不大时，只要有合适的触发机制，强对流天气还是比较容易爆发的。
（4）将强降水落区中心剖面850hpa和500hpa的假相当位温差值（△θse=θse850-θse500）作为衡量强对流天气过程不稳定能量的参考指标，其正值愈大，则气层愈不稳定。如果△θse随时间变大，出现强对流天气的概率也随之增加，△θse对未来的强对流天气发生发展也有一定的指示作用。
（5）将强降水落区中心剖面的垂直速度变化作为衡量强对流天气过程动力条件好坏的参考指标，如果上升气流随着时间扩展到更高的层结且上升垂直速度的数值变大，说明垂直上升运动一直是在加强的，上升气流发展强盛也会为强对流天气的发生提供一定的动力条件。
（6）本次强对流过程是由不同步形成的两个对流单体在向偏东方向移动过程中加强合并造成的，整个强对流天气发生发展过程对台州市的影响约为2个小时，出现雷雨大风和短时强降水天气，在实际预报工作中，当强回波有入海减弱趋势时也不能大意，只要局地还有50-55dbz的强回波存在，雷雨大风就仍有可能发生。
（7）垂直累积液态含水量（VIL）的变化趋势对于短时强降水的预报预警是存在很好的指示作用。当VIL的值出现跃增时，预报员应该警惕其后短时强降水天气的发生，就本次强对流过程来说，VIL的跃增对其后10分钟的雨强突增也是有一定的指示作用的；当VIL中心最大值出现减弱趋势时，并不代表降水过程趋于结束，如果VIL依然维持在25 kg/m2以上，降水持续的概率也是很大的。
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作者简介：张茜（1993.04），女，蒙古族，籍贯辽宁省沈阳市，硕士研究生学历，椒江区气象预报员，助理工程师，主要从事综合业务，气象预报预警、强对流天气研究、台风强降水落区分析等工作。