2023年7月27—28日太原强对流过程分析

摘  要：利用常规观测资料、探空数据和太原单站雷达数据等，对2023年7月27日太原地区的强对流过程进行分析。结果表明，该次强对流过程以短时强降水和短时暴雨天气为主，主要发生在副高边缘，受到高空槽影响和台风远距离输送水汽产生。充足的水汽和不稳定能量为强降水的发生提供有利条件。夜间高空槽东移，台风北上偏东气流加强，使得中高层更加干冷，低层更加暖湿，层结变得更加不稳定；低层西南和东南2支气流在太原地区交汇，导致该区域更强烈地辐合上升运动，满足强对流发展的动力条件，同时有利于对流在此被触发。雷达图上显示，阳曲境内出现“列车效应”，且风暴质心较低，降水效率高，有利于短时强降水发生。

关键词：短时强降水；副高边缘；天气；高空槽；雷达

中图分类号：P44      文献标志码：A          文章编号：2095-2945（2024）19-0095-04

Abstract： Based on the conventional observation data， sounding data and Taiyuan static radar data， the strong convection process in Taiyuan on July 27， 2023 was analyzed. The results show that the strong convective process is dominated by short-term heavy precipitation and short-term rainstorm， which mainly occurs at the edge of the subtropical high， affected by the upper trough and the long-distance transport of water vapor by typhoon. Sufficient water vapor and unstable energy provide favorable conditions for the occurrence of heavy precipitation. At night， the upper trough moves eastward， the typhoon northward and eastward flow strengthens， which makes the middle and upper level drier and colder， the lower layer warmer and wetter， and the stratification becomes more unstable; the lower southwest and southeast branches converge in Taiyuan area， which leads to a stronger convergence and ascending movement in this area， which meets the dynamic conditions for the development of strong convection， and is conducive to convection being triggered here. On the radar map， the "train effect" appears in Yangqu， and the storm centroid is low and the precipitation efficiency is high， which is beneficial to the occurrence of short-term heavy precipitation.

Keywords： short-term heavy precipitation; subtropical high edge; weather; upper trough; radar

强对流天气主要包括短时强降水、雷暴大风、冰雹等[1-4]。每年春夏季节，是华北强对流天气频发的时期。因强对流天气具有突发性和致灾性强的特点[5-6]，一直是不少学者关注的热点。周晋红等[7]通过分析将太原地区的短时强降水的环流形势分为冷涡型、高空槽型、高空槽加副高型和西北气流型4类，并得出了对太原短时强降水有较好指示意义的环境参量。马志敏等[8]分析了云南8月的一次强对流暴雨过程，并对其成因进行了详细的分析，得出了该暴雨过程产生的有利天气背景及产生强对流暴雨的直接影响系统。

由于强对流天气受到当地的环境条件影响较大[9-10]，针对不同地区开展强对流天气特点和形成原因的相关研究是十分必要的。太原是山西的省会城市，地形较为复杂，三面环山，北高南低，市区坐落于汾河河谷平原之上[11]。而强对流预报一直是太原地区气象预报业务工作的难点和重点。为此，利用相关资料对2023年7月太原的一次强降水过程进行分析，以期为太原地区此类强对流天气的预报预警提供一定的参考。

1  天气实况

7月27日下午至夜间太原出现了阵雨或雷阵雨，阳曲县、杏花岭区部分地区出现了短时强降水和暴雨，局部出现了大暴雨，最大雨量出现在阳曲的东黄水西殿村，达118.5 mm。强降水主要开始于21时左右，自南向北快速发展，28日0时，阳曲偏东地区已出现短时强降水，28日1时阳曲区域站最大雨强达到51.3 mm/h，出现了短时暴雨。

2  环流背景

27日08时500 hPa（垂直高度上的气压值）有冷空气在贝湖附近堆积，在河套以西地区有高空槽发展，温度槽落后于高度槽，有冷平流，槽在东移过程中发展。27日20时，原位于河套以西的高空槽快速东移至我国内蒙古中部及河套地区，与西南地区的短波槽同位相叠加，环流径向度加大，西南气流有所加强，此时副热带高压（以下简称“副高”）位于我国沿海一带，在我国台湾岛附近有台风活动。山西大部分地区处于高空槽前副高外围较强偏南气流之中。28日08时，位于贝湖以东的高空槽发展形成冷涡，原位于河套地区的高空槽已东移至山西中部地区，副高略有东退，台风北上在我国沿海登陆。

从27日20时的环境场分析情况来看，700 hPa和850 hPa西南地区至山西以南地区湿度条件较好，700 hPa和850 hPa上存在较强西南气流，且均存在自我国沿海向山西以南地区的较强偏东气流。从不稳定能量条件来看，山西大部分地区沙氏指数SI<0 ℃，北中部地区850 hPa和500 hPa垂直温差T850-500>28 ℃，表明山西北中部存在不稳定能量，满足对流发展的能量条件。28日08时，原位于山西以南的偏东气流随着夜间台风北上登陆，其外围偏东气流加强并北移，使得太原地区出现西南和东南2支气流的强烈辐合。从27日20时到28日08时，高空槽逐渐东移影响山西，使得中高层更加干冷，而由于夜间偏东气流迅速加强使得低层更加暖湿，导致层结变得更加不稳定，而西南和东南2支气流汇合于太原地区，则会导致该区域更强烈的辐合上升运动，满足强对流发展的动力条件，同时有利于对流在此被触发。

3  强降水成因分析

3.1  水汽条件和不稳定能量

充足的水汽是产生强降水的必要条件。从850 hPa水汽通量上看，27日20时阳曲县水汽通量为6～9 g/（s·hPa·cm），27日23时随着台风北移，阳曲县附近水汽通量快速增大，最大达12 g/（s·hPa·cm）以上，叠加风场可看出该区域存在水汽通量的辐合。

不稳定能量是强对流天气产生和维持的重要条件。27日20时太原探空图上，探空曲线呈现上干下湿的“喇叭口”形状，K指数达到38.4 ℃，对流有效位能（CAPE）值为551.8 J/kg。欧洲中心EC模式的CAPE和850 hPa风场叠加图上，27日20时，阳曲大部分地区CAPE值在250 J/kg以下，27日23时，随着偏东风的增大，阳曲大部分地区CAPE值达250 J/kg以上。表明夜间阳曲一带存在一定的不稳定能量，且随着夜间偏东风增强对水汽和不稳定能量的输送，不稳定能量进一步增强，满足产生强对流天气的能量条件。

3.2  雷达资料分析

由太原单站雷达资料分析可知，如图1所示，27日22时56分阳曲县附近有50 dBZ（雷达回波强度）以上呈线状多单体风暴发展，此后该多单体强风暴快速合并加强，23时25分回波最强达60 dBZ，随后有带状回波自太原以南向北迅速发展，并且逐渐呈现较高组织程度。28日0时4分呈南北向带状回波与原在阳曲县发展起来的回波在阳曲合并维持，形成“列车效应”。随着夜间偏东气流的加强，阳曲东部不断有对流单体被激发，形成了东西向带状回波。28日0时22分太原偏东地区形成了南北向和东南—西北向2条强回波带在阳曲东部汇合，使得55 dBZ强回波较长时间在阳曲东部维持，造成该处的短时强降水。28日1时01分，在晋中一带有较强对流单体被激发，与太原南部的回波带在北移过程中合并加强，形成一条西北—东南向回波带，该回波带与自太原南部激发出的回波逐渐汇合并在西南引导气流的作用下向北移动。此时，阳曲东部地区出现了1小时降水量达51.3 mm的短时暴雨。由此可见，该区域对应的强风暴的降水效率较高。

选取27日23时47分阳曲境内强回波沿垂直于雷达径向做剖面，如图2所示，55 dBZ以上强回波基本位于5 km及以下，风暴质心较低，降水效率较高，有利于短时强降水的产生。

强降水过程中，径向速度图如图3所示，阳曲与晋中交界处，在28日0时56分时，与西北—东南向强回波相对应，雷达东北偏东方向距离31.5 km处有中尺度涡旋存在，表明该处辐合作用较强，风暴生命史较长。

本次过程没有出现冰雹，而在没有出现冰雹的情况下，垂直累积液态水含量（VIL）对于短时强降水有一定的指示意义。如图4所示，27日23时36分，阳曲东南部距离雷达21.3 km处，VIL值最强达到29.5 kg/m2，对于太原地区出现短时强降水有一定的参考价值。从单站雷达风廓线产品上可以看到，27日22时22分到23时19分，1.2～1.8 km高度左右为一致的偏东风，且22时22分到22时50分，偏东风由4 m/s增大到6 m/s，表明夜间偏东气流加强，并且垂直方向上中低层风随高度顺转，有暖平流，使得中低层更加暖湿，层结趋于更加不稳定，由于偏东风的增大使得0～6 km垂直风切变增大，有利于对流风暴的发展与维持。

如图5所示，雷达1小时累积降水量产品（OHP）上，28日0时在阳曲东南部距离雷达22 km处有69 mm/h的降水量，而实际在阳曲中东部地区区域站上只有1站降水量达到20 mm以上，雷达对于强降水位置的估计偏南强度明显偏强；28日1时OHP产品上在阳曲东部和南部边界附近20 mm/h以上的降水，最大降水量为37 mm/h，而实况上在阳曲东部地区出现30 mm/h以上的强降水，最大降水量达到51.3 mm/h，雷达对于强降水的位置估计偏南强度偏弱。从连续2个整点OHP产品与实况对比情况来看，雷达OHP产品对于强降水的位置估计存在一定偏差，28日0时和1时强降水位置估计均偏南，对于强降水强度估计则存在较大偏差，实际业务应用中需根据实况对产品进行偏差订正。

4  结论

本次强降水发生于副高边缘，受到高空槽影响和台风远距离输送水汽而产生。

1）降水具有强度强的特点。暴雨主要发生在阳曲东部和杏花岭区北部，大暴雨主要发生在阳曲东部。

2）在有利的环流背景条件下，充足的水汽和不稳定能量为强降水的发生提供了便利条件。夜间，高空槽逐渐东移影响山西，使得中高层更加干冷，而低层由于台风北上，偏东气流迅速加强而更加暖湿，层结变得更加不稳定，并且低层西南和东南气流汇合于太原，导致该区域更强烈地辐合上升运动，满足强对流发展的动力条件，同时有利于对流在此被触发。

3）太原单站雷达图上，27日夜间有南北向和东西向带状强回波在阳曲境内汇合，形成“列车效应”，使得55 dBZ强回波较长时间在阳曲东部维持，造成该处出现短时强降水。反射率因子剖面上，55 dBZ以上强回波基本位于5 km及以下，风暴质心较低，降水效率较高，有利于短时强降水的产生。

4）径向速度图上，阳曲与晋中交界处，有中尺度涡旋存在，表明该处辐合较强，有利于产生较长生命史的对流风暴。

5）VIL对于短时强降水有一定的指示意义，本次降水过程汇总，VIL值最强达到29.5 kg/m2。雷达单站垂直风廓线产品上，27日夜间低层偏东风增大，垂直风切变增大，有利于对流风暴的发展和维持。

6）从OHP产品与实况对比情况来看，雷达OHP产品对于强降水的位置估计存在一定偏差，28日0时和1时强降水位置估计均偏南，对于强降水强度估计则存在较大偏差，实际业务应用中需根据实况对产品进行偏差订正。

参考文献：

[1] 俞小鼎，王秀明，李万利，等.雷暴与强对流临近预报[M].北京：气象出版社，2020：1-6.

[2] 牛淑贞，张一平，王迪，等.河南省分类强对流天气概率预报方法研究与应用[J].气象与环境科学，2021，44（1）：1-12.

[3] 王国安，乔春贵，张一平，等.冷涡背景下河南风雹强对流天气统计特征[J].气象与环境科学，2023，46（4）：27-37.

[4] 崔春光，杜牧云，肖艳姣，等.强对流天气资料同化和临近预报技术研究[J].气象，2021，47（8）：901-918.

[5] 蔡晓芳，周晋红，李树文，等.太原雷暴大风潜势预报方法研究[J].沙漠与绿洲气象，2022，16（4）：14-21.

[6] 王秀明，俞小鼎，周小刚，等.“6·3”区域致灾雷暴大风形成及维持原因分析[J].高原气象，2012，31（2）：504-514.

[7] 周晋红，赵彩萍，董春卿.太原汛期短时强降水环流分型及环境参量分析[J].干旱气象，2019，37（3）：392-399.

[8] 马志敏，王将，连钰，等.云南一次强对流暴雨天气学成因分析[J].干旱气象，2023，41（4）：629-638.

[9] 赵强，陈小婷，王楠，等.副热带高压影响下陕西关中强对流发生的环境场特征及触发机制[J].气象，2022，48（1）：28-43.

[10] 许冠宇，黄龙飞，吴涛，等.华中地区春季一次强对流触发的多尺度影响机制分析[J].气象，2022，48（8）：979-992.

[11] 赵彩萍，周晋红，李兆奇，等.城市化对太原暴雨变化的影响[J].干旱气象，2019，37（1）：109-118.