李磊

摘 要：通过对2017年7月9日夜里发生在豫北地区的雷雨大风强对流过程进行综合分析可知：高空东移冷槽和低层暖脊叠加造成较强的大气层结不稳定，有利于雷雨大风强对流天气的出现；同时，强对流天气发生前，0～6km垂直风切变达到中等偏强程度，有利于对流系统的形成和维持；边界层辐合线和雷暴外流边界是主要触发机制。

关键词：雷雨大风；高空冷槽；边界层辐合线；雷暴外流边界

中图分类号：P458.12 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2018）17-0153-03

Analysis of Thunderstorm Causes in the July 2017

LI Lei

Abstract： The strong convection process of thunderstorm and strong wind occurred in the north of Henan Province in July 9， 2017 night was analyzed comprehensively. The results showed that the superposition of the cold trough and the low layer of warm ridge caused the strong atmospheric instability， which was beneficial to the occurrence of heavy wind and strong convective weather，. At the same time， the vertical wind shear of the 0～6km reached the moderate intensity before the severe convective weather occurs， which was conducive to the formation and maintenance of the convective system. The boundary layer convergence line and the thunderstorm outflow boundary was the main triggering mechanisms； there was a deep middle radial convergence zone at the high altitude of 3～8km， and the existence and stability of the counter wind zone indicate the occurrence of short time strong precipitation.

Keywords： thunderstorm wind；high altitude cold trough；boundary layer convergence line；thunderstorm outflow boundary

近年來，雷暴大风、冰雹、短时强降水等强对流天气所诱发的灾害日益严重。而强对流天气具有空间尺度小、生命史短、突发性强、发展迅速、破坏力大和影响因素错综复杂等特征。苏永玲等[1]通过对京津冀地区近8年的强对流天气进行统计分析发现，强对流高频区与太行山山脉走向较为一致，雷雨大风并伴有短时暴雨的天气多出现在冷槽型天气形势下。苏爱芳等[2]通过对豫北一次局地雹暴强对流过程分析后发现，地面辐合线具有触发和组织对流的作用。王金兰等[3]在研究豫西北发生的一次致灾强对流过程的触发机制也发现，地面辐合线起重要的触发作用。

2017年7月9日傍晚，豫北地区自北向南先后出现了以雷暴大风为主的强对流，局部伴有短时强降水。共有37个区域站极大风速超过了17m/s，其中安阳滑县站23：19瞬时风速达到了28.4m/s。

本文综合利用常规观测资料、卫星云图资料、濮阳多普勒雷达资料、区域自动站观测资料和NCEP再分析资料对2017年7月9日晚上豫北雷雨大风强对流过程进行研究。

1 环流背景和中尺度影响系统

2017年7月9日08：00（见图1），500hPa高空，在蒙古东南部50°N，115.5°E有一低涡，中纬度地区有阶梯槽存在，北支西风槽位于低涡南部锡林浩特至张家口一线东侧，南支位于邢台、郑州至达川一线东侧，呈东北西南向。在109°E附近存在南北向的温度槽，温度槽落后于高度槽有利于西风槽在东移的过程中不断得到加强发展。850hPa高空同样存在南北两支低槽，从图中可以清楚地发现，500～850hPa南北两支西风槽都具备明显的前倾结构，有利于强对流天气的出现。500hPa河套及华北南部存在24h -3℃显著降温区，说明这个区域有比较明显的冷平流。850hPa，24℃等温线自西北向东南伸至华北南部地区，温度脊呈西北东南向经过邢台，豫北地区受暖区控制。中层500～700hPa，河南中北部和华北地区处在温度露点差大于15℃的干区内。850hPa，露点温度大于8℃的湿舌伸至华北南部地区。20：00，500hPa南支西风槽快速转竖，南北低槽同位相叠加快速东移，华北南部及豫北地区转受槽后较强的西北气流影响。925hPa，在豫北地区存在一条东北西南向的风向风速辐合线，辐合线北侧邢台风速达到14m/s。

9日14：00，地面天气图上（见图2），华北和豫北北部地区处于华北低压槽内，晴空少云，辐射增温明显，大部分站点气温都超过了35℃，有助于低层能量的积聚。17：00—20：00豫北上游地区山西和河北中南部出现了大范围成片的雷暴大风天气，局部还伴有短时强降水和冰雹。随后在21：00—24：00豫北大部分地区自北向南先后出现了雷雨大风强对流天气。

通过以上分析发现，2017年7月9日08：00，整个华北地区就存在中高层干冷低层暖湿的垂直分布，说明大气存在很强的潜在不稳定。午后随着500hPa北支西风槽及温度槽相继东移，使华北地区中高层大气变得更加干冷。安阳地区从低层到高层温度垂直递减率进一步增大，层结极其不稳定。傍晚，河北中南部地区已经减弱的对流系统在经过豫北北部的边界层辐合线时，得到快速发展加强，造成了豫北地区大范围的以雷暴大风的为主的、局部伴有短时强降水的强对流天气。

2 强对流发生发展的环境特征

选取距离豫北最近的郑州站来进行探空分析（见图3）。2017年7月9日08：00，郑州站上空0℃和-20℃高度分别位于4.8km和8.7km上，不适宜降雹。925～450hPa之间存在深厚的干冷空气，这有利于干空气夹卷进风暴下沉气流中，使雨滴蒸发，下沉气流内温度降低到明显低于环境温度而产生向下的加速度，有利于地面大风的形成。从地面至850hPa有暖平流（风向随高度顺转），700～400hPa存在明显的冷平流（风向随高度逆转），低层暖平流中层冷平流的垂直结构有利于大气对流不稳定度的加强。08：00，郑州上空850hPa和500hPa温度差达到33℃，说明大气层结不稳定。0～6km垂直风切变达到20m/s，属于中等偏强程度，可以为强对流的发生发展提供动力支持。同时，925hPa附近高空还存在逆温层，有利于低层能量的积聚。08：00，郑州站的CAPE值高达2 920J/kg，抬升指数LI为-11℃。可见，未来豫北有发生强对流天气的潜势，由于水汽条件不太有利，0℃和-20℃高度偏高，所以强对流类型将以雷暴大风天气为主。

利用NCEP FNL资料进一步分析强对流过程形成发展的对流不稳定环境。9日08：00，华北地区和河南大部分地区上空850hPa与500hPa温度差普遍达到30℃以上，这表明强对流过程发生前，豫北上空大气层结已经非常不稳定。14：00，随着高空冷槽的东移，整个华北地区850hPa与500hPa温度差进一步增大到33～35℃，尤其是山西境内增幅达到3～4℃。豫北地区中低层温度垂直递减率也增加了1～2℃，达到了33℃左右，说明强对流过程发生前豫北上空的大气层结已经处于强烈不稳定状态。同时，对流层中低层温度直减率接近于干绝热，有利于保持下沉气流在下沉增温增压过程中和环境之间的负温差，使得下沉气流在下降过程中温度始终低于环境温度，一直保持向下的加速度，从而形成更强的地面大风。

分析强对流天气区上空假相当位温（θse）的经向垂直分布发现（见图4），9日08：00，高能区主要位于33°N至34°N，在33°N附近等值线为330K的高能舌前上伸展至750hPa，豫北上空大于330K的高能区只伸展到925hPa高度。在550hPa有两个明显的干冷中心，一个位于34°N附近，另外一个位于38°N附近。20：00，中低层增温增湿明显，高能区明显向北扩展的同时，高能舌向空中抬升至600hPa，此时34°N的冷中心也北移至35°N附近，在34°N至35°N之间700hPa附近形成明显的能量锋。通过上述分析发现，中低层暖湿空气在午后表现出明显的北抬和向高空扩展的趋势，使大气对流不稳定度得到显著加强。20：00以后，随着能量锋的进一步北抬，豫北地区自北向南出现了明显的强对流过程。

3 中尺度对流云团的形成发展

FY2E红外卫星云图显示：7月9日上午，在华北地区为晴空少云区，豫北地区上空有大片中高云系覆盖。午后13：00（见图5（a）），在蒙古东南部D处为高空冷涡云系，F1-F2是与冷涡相联的锋面云带。在500hPa西风槽后，高空盛行西北干冷气流，山西北部地表午后受太阳辐射加热明显，引起不稳定，从而诱发了大片积云、浓积云的发生发展。随后，沿着西风槽后部的西北气流快速向东南方向移动，同时强烈发展成数个对流云团，云团具有明显长轴，表明风的垂直切变较大。18：00（见图5（b）），对流云团移到500hPa低槽（20h位置）尾部，快速合并加强为椭圆形的雹暴云团A，中心位置在石家庄附近，在其南侧有一条东北西南向的螺旋带云线伸到山西东南部。该雹暴云团云顶亮温达到-54℃，说明云顶约高达15km，以上特征预示着对流发展非常旺盛，导致石家庄及其附近站点出现了冰雹。17：00—20：00（见图5（c）），雹暴云团A沿着500hPa低槽前的西西南气流向东北方向快速移动，其南侧的螺旋云线迅速扫过河北南部，造成河北中南部出现大范围的雷暴大风天气，局地伴有冰雹和短时强降水。20：00以后，河北南部螺旋云线尾部经过豫北北部925hPa辐合线（20h位置）附近时，激发了豫北北部对流云团生成，并快速发展为雷暴云团B。22：00（见图5（d）），雷暴云团B快速加强，结构密实，云顶亮温达到-38℃，并且自西北向东南快速移动经过豫北地区。24：00，雷暴云团B明显减弱，基本上移出了豫北地区，强对流过程结束。

4 结论

①高空冷槽东移过程中和低层暖脊疊加造成较强的大气层结不稳定，尤其是午后中低层暖湿空气明显北抬并向高空扩展，使大气对流不稳定度得到显著加强，在边界层辐合线的触发下造成此次强对流过程。由于湿层比较浅薄，所以，此次强对流过程以雷暴大风和局地短时强降水为主要特征。

②强对流过程发生前，中高层冷平流和低层暖平流促使大气层结极其不稳定，豫北上空850hPa和500hPa温度差超过33℃。强对流发生前具备了较强的不稳定能量和中等偏强的垂直风切变。

③华北南部减弱的对流系统在经过豫北北部边界层辐合线时又重新加强，在高空强引导气流作用下快速自北向南移过豫北地区，导致发生雷雨大风强对流天气。

④此次强对流过程中新生对流单体基本上是在雷暴外流边界和边界层辐合线交汇处生成的，可见，雷暴外流边界和边界层辐合线是强对流天气发生的触发机制。

参考文献：

[1]苏永玲，何立富，巩远发，等.京津冀地区强对流时空分布与天气学特征分析[J].气象，2011（2）：177-184.

[2]苏爱芳，梁俊平，崔丽曼，等.豫北一次局地雹暴天气的预警特征和触发机制[J].气象与环境学报，2012（6）：1-7.

[3]王金兰，陈红霞，段中夏，等.河南省一次致灾强对流天气的中尺度分析[J].气象与环境科学，2014（3）：14-20.