2018年7月16日至17日首都机场对流天气过程分析

冯瑞艮 杜旭 李自鑫

摘  要：该文利用首都机场报文、雷达和卫星云图资料、北京探空资料、ERA-interim再分析资料（0.5°×0.5°，逐6h）等，对2018年7月16～17日首都机场对流天气过程进行主客观诊断分析。结果表明：此次对流过程可分两个阶段，其中第一阶段为副高边缘对流，水汽和不稳定能量充足，急流辐合及高层辐散抽吸作用为对流提供了良好的热力和动力条件;第二阶段为高空槽配合低涡切变线引发的对流，低空急流的加强和中层冷平流入侵提供了动力和热力条件，而高层辐散场的填塞，则是对流过程减弱趋向结束的原因。

关键词：西南急流  暖湿切变  辐散抽吸  热力作用  冷平流  垂直风切变

中图分类号：V321.2   文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）11（a）-0212-03

Doswell等提出的基于构成要素的预报方法“配料法”已逐渐成为强对流天气分析和预报的重要方法之一[1]。该文以“配料法”为基础，利用高空和地面观测资料（或有效的数值模式输出场）诊断中尺度对流系统发生、发展的4个条件（水汽、不稳定、抬升和垂直风切变），识别对流天气发生、发展的天气型，对首都机场16日02时至17日12时（北京时，下同）的对流天气过程进行主客观诊断分析，总结经验，提高夏季对流的预报水平。

1  天气过程概述

2018年7月16～17日首都机场对流天气过程的主要特点：持续时间长，累计降水量大，不同阶段对流特性差异大。整个对流过程可分为两个阶段：第一阶段为16日凌晨至傍晚和16日半夜至17日中午。该阶段有典型的暖区对流降雨特征，期间首都机场共出现4次阵性雷暴，分别是：16日02：50～05：00、06：52～08：30、15：50～17：30和19：04～20：30;第二阶段则主要为大陆性对流特征，首都机场以短时强降水为主，期间于16日23：48至17日01：47、17日04：46～09：30和10：45-11：30出现弱雷暴。

2  过程分析

2.1 天气图分析

由16日08时和17日08时形势场（图略）分析：第一阶段北京地区位于副高西北侧边缘，是典型的副高边缘的暖区对流，500hPa低涡东移、副高东退北抬，700hPa和850hPa存在强盛的西南急流是该阶段对流的主要环流形势特征，而200hPa北京地区处于急流南侧的辐散区。中低空急流提供了充沛的水汽和热力条件，急流辐合及高层辐散抽吸作用为对流提供了良好的动力条件，这一阶段的累积降水量很大。

第二阶段为高空槽和低层切变线结合的大陆性对流，500hPa高空槽过境，700hPa低涡快速东移北抬和850hPa切变辐合是此阶段对流的主要环流形势特征，而200hPa北京地区辐散场逐渐填塞。低层切变和低涡东移是对流触发的主要动力条件，中层的冷平流提供了对流维持所需的热力差异条件，而高层辐散场的填塞，则是对流减弱趋向结束的原因。

2.2 探空曲线分析

由15日20时T-logP图（图略）看，对流发生前北京站CAPE值到达1108.2J/kg，K指数为37℃，说明北京地区具有较大的热力不稳定能量。从风的垂直变化来看，850～700hPa为西南风，且风速为12～16m/s，地面1～2m/s的偏南风，近地面3000m以下风速存在明显的垂直切变。到了17日08时，北京站CAPE值只有366J/kg，地面温度也降至25℃，表明北京地区的不稳定能量明显减弱。而从风的垂直变化来看，850～500hPa西南风加大至22～26m/s，地面转为弱的偏东风，近地面6000m以下风速和风向的垂直切变明显增强。总体来说，第一阶段的热力不稳定能量较大，而第二阶段垂直风切变明显增强。

2.3 物理量分析

2.3.1 热力条件和不稳定层结分析

从假相当位温图（见图1a）来看，16日02时至17日08时首都机场附近850hPa的假相当位温16日08时（空心圆线）最大（368K），17日08时（交叉线）最小（351K），均达340K以上（定义夏季风前沿的假相当位温为340K），这表明北京地区位于非常暖湿的夏季风气团内，但第二阶段对流过程的热力不稳定能量较第一阶段明显减弱。

从相对湿度图1b所示，16日02～08时（十字线和空心圆），温度随高度递减率基本不变，而相对湿度存在低层明显增湿（850hPa以下相对湿度接近100%，且湿层厚度加深至700hPa），中层明显变干的现象。对比图1a和图1b，假相当位温与相对湿度随高度的变化有着相似的趋势，表明低层明显增湿，中层明显变干造成了位势不稳定层结;而从温度廓线（图1c）看，14时（实心圆线）近地面温度明显升高，地面温度达31℃，对流层顶温度有所降低，表明对流层上下层出现明显的温差是触发位势不稳定层结的原因;17日02～08时（实心方形线和交叉线），整层温度出现明显降低，且中层（500hPa附近）降温最为明显，表明中层冷平流的入侵是触发位势不稳定层结的原因。

2.3.2 水汽条件分析

对流天气的发生和持续需要源源不断的水汽来源，下面通过16日08时和17日08时首都机场附近925hPa的水汽通量和水汽通量散度图分析此次对流过程的水汽输送和水汽辐合条件。如图2所示，16日08时，由于西南急流的增强，首都机场附近形成了强烈的水汽输送和水汽通量辐合区，造成该区域的对流天气，16日整天首都机场附近一直维持水汽通量辐合，直至17日08时北京地区水汽输送和水汽通量辐合才明显减弱。

3  结语

（1）此次对流天气过程可分两个阶段：第一阶段（16日凌晨至傍晚）为副高边缘暖区对流;第二阶段（16日半夜至17日中午）为高空槽配合低涡切变线引发的对流。

（2）第一阶段对流天气过程主要环流形势特征是副高东退北抬，700hPa和850hPa均有急流存在，急流辐合及高层辐散抽吸作用为对流提供了良好的热力和动力条件。此阶段首都机场位于副高边缘和非常暖湿的夏季风气团内，有大量的不稳定能量。

（3）第二阶段的对流天气过程主要环流形势特征是500hPa高空槽过境，700hPa低涡东移和850hPa暖式切变辐合影响。此阶段首都机场的热力不稳定条件明显减弱，但低层动力条件好，中层的冷平流提供了对流热力差异条件，急流的加强和垂直风切变的加强给对流的发生提供了有利触发条件，而高层辐散场的填塞，则是对流减弱趋向结束的原因。

参考文献

[1] 俞小鼎.基于构成要素的预报方法——配料法[J].气象，2011，37（8）：913-918.

[2] 卓鸿，王冀，霍苗，等.不同天气影响形势下首都国際机场雷暴的空间分布及移动特征[J].暴雨灾害，2018，37（1）：57-66.

[3] 孙嵩焘.2013—2015年首都机场多段雷雨天气的分析研究[J].科技视界，2017（3）：248-249，261.