一次短时强降水过程形成机理分析

全思航　胡中明　王婷婷　张同　毕潇潇　李依鸿

摘要 根据Micaps 常规资料，地面加密观测资料、多普勒雷达资料，详细分析了2021年8月10日吉林省中部地区产生的一次大范围短时强降水的成因和触发机制，此次过程是高空低槽、低层低涡共同影响，地面中部地区多条辐合线触发的强对流过程，具有局地性强、尺度小等特点。雷达资料表现为：强回波分散对流单体，质心较低且接地，是典型强降水回波特征;VIL值的跃增与下降有助于短时强降水的预报;同时，冷池特征的出现对超强短时强降水的预报具有一定指示意义。

关键词 短时强降水;中尺度辐合线;冷池

中图分类号：P458.1+21 文献标识码：B 文章编号：2095–3305（2022）02–0046–03

短时强降水天气是在有利的大尺度天气形势下，由中小尺度系统触发而产生的。但由于此类天气发展迅速、历时史短、破坏性极大、常引起洪涝等灾害，因此倍受气象学专家的关注。近年来，伴随探测技术的进步和加密观测资料的应用，越来越多的学者开始利用新一代多普勒天气雷达、自动站加密观测资料等对其进行研究，并获得了一些有意义的结论[1-4]。本研究详细分析了2021年8月10日吉林省中部地区产生的一次大范围强降水过程成因及触发机制，旨在提高吉林省局地强对流天气的认识，为此类灾害天气的预报积累经验，并提供预报预警参考。

1 天气实况

2021年8月10日，吉林省出现一次明显的短时强降水过程，此次过程累计降水量16个加密站超过50 mm，最大日雨量达87.4 mm，出现在德惠市夏家店街道。全省共66个加密站出现短时强降水，主要集中在吉林省中部地区，当日中午12：00开始出现短时强降水，持续至当日23：00，主要强降水发生时段为17：00～20：00，最强小時降水出现在德惠市夏家店街道，出现时间为17：00，小时雨强为57.4 mm。

此次过程具有影响范围广、持续时间长、尺度小、局地性强等特点，是一次典型的低涡背景影响下的强降水过程。针对此次过程的发生，主要探讨2个问题：（1）此次过程的对流表现为只有短时强降水，而没有冰雹、雷暴大风等其他强对流的发生;（2）在德惠的夏家店街道出现了较大的极端短时强降水。

2 环流背景及主要影响系统

本次过程主要受高层高空浅槽配合低层低涡共同影响，浅槽位于黑龙江地区，850 hPa存在低涡切变，位于吉林省南部地区，随着时间推移低涡北抬逐渐影响吉林省中部，17：00低涡中心位于吉林省中部偏南，同时配合850 hPa相对湿度条件来看，在17：00存在一条明显的干湿边界线位于长春吉林交汇（图1a），初步认为这是长春地区产生较强短时强降水的原因之一。从08：00的实况中尺度分析图（图1b）可以看出，此次过程动力抬升条件较好，吉林省中西部地区850 hPa与500 hPa温度差达到24℃以上，湿度大，中东部地区850 hPa温度露点差大于8℃以上，综合考虑吉林省中部地区高低层动力、热力、水汽条件配合较好，具有强对流发生的条件。

3 物理量诊断及触发条件分析

3.1 物理量诊断

K指数是衡量大气层结稳定度的重要参数，而Cape值的大小一般代表了对流的强弱。从长春地区08：00的订正探空可以看出（图2），Cape为942.7 kJ，K指数达31.3℃，抬升指数达-3.7伴有明显上升运动，T85>25，符合我省出现强对流的指标。在本次过程中，湿层较厚，达4 800.7 m，低层有弱冷空气侵入，中高层无明显冷空气，0～6 km垂直风切变较小，无喇叭口形态，逆温条件不明显，雷暴大风发生可能性较小;同时可以看出零度层高度较高，在6.5 km左右，冰雹发生的可能性也较小。从探空图可以看出是典型强降水探空形态，这就解释了为什么此次过程以短时强降水为主。

3.2 触发条件

强对流天气的发生是在有利的大环流背景下，由中小尺度系统触发而产生的。由降水期间自动站的风场演变可以看出（图3），14：00前后在吉林省吉林、白山、延边西部地区存在分散的地面辐合线，此时在上述地区已经发生分散对流，17：00前后，辐合线在吉林省中部地区形成，该辐合线形成时间与中部一带对流发展时间基本一致;此辐合线在20：00继续维持，主要影响吉林省中部地区。

4 雷达特征及强降水成因分析

4.1 雷达特征分析

组合反射率因子是多普勒雷达在体扫过程中所有层次上最大回波的体现，由多普勒雷达组合反射率因子可以看出，回波从15：56逐渐西移加强影响强降水发生地区，在16：07呈现明显小而强对流单体，回波强度达55 dBz，16：18继续影响，随后逐渐减弱（图4）。从强降水发生时刻的对流单体趋势可以看出，整个单体回波最大反射率达50～60 dBz，液态水含量呈现明显先增后降，在16：07 VIL值达最大，为30 g/m2，随后下降释放，与强降水发生时刻相吻合，整个回波顶高在6 km左右，质心高度3 km，回波接地，强降水回波特征明显（图5）。

4.2 强降水成因分析

本次过程在德惠夏家店街道小时雨强达到57.4 mm，小时降水量较大，分析该站逐小时温度降水发现，在强降水过程发生前，也就是当日16：00出现了一个明显的降温 ，随后产生了超强小时降水量（图4）。深究其原因发现，从逐10 min降水时序图可以看出强降水发生时间主要是在16：20～16：30之间，同时此时地面配合明显辐合线（图5）。也就是说强降水开始前，地面气压迅速降低，地面风速迅速增大，地面气温陡降（图6），出现明显的冷池现象，这与冷池和风切变抗衡下新单体的生成模型相一致[5-6]，考虑这就是德惠市夏家店出现较大的极端短时强降水的原因。

5 结论

（1）此次过程受高层低槽配合低层低涡共同影响，地面中部地区多条辐合线触发。物理量条件配合较好，湿层深厚，零度层高度较高，低层有弱冷空气卷入，是一次典型的强降水过程，具有局地性强、尺度小等特点。

（2）雷达特征主要以分散对流为主，最强单体回波强度达60 dBz，回波质心较低且接地，具有典型强降水回波特征。VIL值较大，最大达30 g/m2，先增后降，与强降水时间变化吻合。

（3）分析小尺度发现德惠夏家店降水出现冷池特征，考虑这是导致此处出现超强降水原因。

参考文献

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[5] 徐姝，东高红，熊明明.冷池对引发新乡“7·9”特大暴雨的中尺度对流系统的影响分析[J].气象，2019，45（10）：1426-1438.

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责任编辑：黄艳飞

Analysis on the Formation Mechanism of a Short-term Heavy Precipitation Process

QUAN Sihang et al（Meteorological Observatory of Jilin Province， Yanbian， Jilin 133000）

Abstract According to the conventional micaps data， ground-encrypted observation data， and Doppler radar data， the cause and trigger mechanism of a large-scale short-term heavy precipitation in the central area of Jilin province on August 10， 2021 are analyzed in detail. The process is The high-altitude low trough and the low-level low vortex jointly affect the strong convection process triggered by multiple convergence lines in the central area of the ground. It has the characteristics of strong locality and small scale. The performance of radar data showed that： strong echoes were scattered and convective， with a low center of mass and grounding， which was a typical feature of heavy precipitation echo; the jump and decrease of VIL value are helpful to the forecast of short-term heavy precipitation. At the same time， the appearance of the cold pool feature had a certain indication significance for the forecast of super short-term heavy precipitation.

Key words Short-term heavy precipit-ation; Mesoscale convergence line; Cold pool

作者简介 全思航（1992—），女，吉林汪清人，助理工程师，硕士，主要从事短时临近天气预报工作。

收稿日期 2021-11-20