2019年7月山东一次强对流天气成因及数值预报偏差分析
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摘要 本文首先利用常规天气资料和卫星资料对2019年7月6日山东地区的强对流天气成因进行分析。结果表明，此次强对流天气是在高空冷涡、低层切变和地面气旋的共同作用下，形成了大尺度抬升运动和不稳定层结，配合低空急流输送水汽和中尺度辐合造成的抬升运动，造成了大范围雷暴大风、暴雨和局部冰雹天气。同时，对流云团的合并发展增强了暴雨强度。最后，通过分析欧洲中心数值模式资料，得到对中尺度辐合中心的预报能力不足是造成暴雨落区预报偏差的主要原因。
關键词 强对流;天气形势;数值预报;成因;偏差;山东省;2019年7月
中图分类号 P458 文献标识码 A
文章编号 1007-5739（2020）11-0208-02 开放科学（资源服务）标识码（OSID）
Analysis of Causes and Numerical Forecast Deviations of a Severe Convection in Shandong Province in July，2019
LIU Jie 1 YANG Rui-feng 1 ZHANG Yan 1 WANG Nan-yu 2
（1 Tai′an Meteorological Bureau in Shandong Province，Tai′an Shandong 271001; 2 Yantai Meteorological Bureau）
Abstract Using conventional weather data and satellite data，the causes of severe convection in the Shandong area in July 6，2019 were analyzed.The results showed that this severe convection was caused by the combination of high cold vortex，lower shear and surface cyclones. The scale uplift，unstable stratification，low-altitude torrent transporting water vapor and uplift caused by mesoscale convergence had caused a wide range of thunderstorms，heavy rains and local hail. At the same time，the combined development of convective clouds increased the intensity of the storm. Finally，by analyzing the data of the numerical model of the European Center，it′s found that the insufficient forecasting ability of the mesoscale convergence center was the main reason for the deviation of the forecast of the heavy rainfall area.
Key words severe convection;weather situation;numerical forecast;cause;deviation;Shandong Province;July，2019
强对流天气具有天气现象剧烈、发展迅速、持续时间短、局地性强、易导致灾害等特点。强对流天气的预报预警工作是天气预报中的重点和难点，国内外相关学者已对强对流天气的形成与发展机制进行了深入研究[1-5]，并取得了许多有价值的研究成果。充足的水汽、不稳定层结和抬升机制是强对流天气发生的3个必备条件[6]。水汽和不稳定层结是强对流发生发展的基础，而抬升机制是强对流预报中的关键和难点[7-8]。不同类型的强对流天气形成机制也不同，山东地区的强对流天气以雷暴大风、冰雹和短时强降水为主。本文选取山东省2019年夏季的一次强对流天气过程，在对3种强对流天气的形成机制进行深入了解和区分的基础上，从环流特征、影响系统、探空图、物理量场和卫星云图等几个方面分析其成因，同时结合欧洲中心细网格模式，简要分析此次模式预报暴雨落区偏差的原因。通过对此次强对流天气过程进行深入分析，以期提高对强对流天气的预报预警服务能力。
1 天气实况
2019年7月6日2：00到7日8：00，山东自西北向东南出现了雷暴大风、短时强降水和冰雹天气。泰安、临沂出现了冰雹;多市县、多时次出现了17 m/s以上的雷暴大风，最大为24 m/s，出现在滨州。6 h内，多地区出现了>50 mm的短时暴雨，最大98 mm出现在德州庆云。此次强对流过程具有发展迅速、强度大、分布范围广、多种灾害性天气并发的特点;在鲁南、鲁西北等地形成风雹灾害，造成玉米、棉花、花生、大豆、露天蔬菜等农作物不同程度受灾，果树落果，塑料大棚薄膜损坏;此次灾害共造成山东省7个市12个县（市、区）的30个乡镇（街道）不同程度受灾。 2 成因分析
2.1 天气形势分析
2.1.1 500 hPa分析。6日8：00，500 hPa在我国东北地区有一冷涡，表明干冷空气即将南下，其槽线从东北一直延伸到河南、河北一带，整个山东处于高空槽前，高空槽前有较强的正涡度平流，造成较强的上升运动。
2.1.2 700 hPa分析。700 hPa东北地区低涡逐渐向东南发展，6日20：00，低涡中心位于山东西北部，有较强东南暖湿气流输送水汽。6日8：00，鲁西北、鲁中和鲁南地区T-Td（温度露点差）≤3 ℃，湿度区逐渐向东移动，7日8：00，山东北部地区T-Td≤3 ℃，其中半岛北部T-Td=0.2 ℃，接近饱和，湿区位置和移动方向与暴雨落区有较好的对应关系。
2.1.3 850 hPa分析。6日8：00 850 hPa从东北地区到山东省西北部有一深厚切变线，前倾槽结构明显，不稳定度增强;低空急流较强，加强了低层扰动，有利于不稳定能量的触发释放;与500 hPa温差达到了28 ℃以上。6日20：00，切变线位于山东省，东南急流较强，鲁西北T-Td≤1 ℃，鲁中和鲁南地区T-Td≤3 ℃，有明显的湿度脊，水汽条件充沛。结合500 hPa分析可知，高层干冷空气叠加在低层暖湿平流之上，形成了上干冷、下暖湿的不稳定层结，造成大气层结的强烈不稳定，有利于对流不稳定能量储存，有利于对流产生。
2.1.4 200 hPa分析。6日8：00 200 hPa有一起始于新疆东部的高空急流，其自西北向东南方向延伸，然后在北纬30°附近转向东北方向，最大急流核位于陕西至河南一带，山东位于高空急流出口区的左侧，水平风切变大，高空辐散对应低层辐合，有利于山东地区上升运动加强。
2.1.5 地面分析。由地面天气图分析可知，气旋生成后，从东北地区逐渐向山东省移动，6日2：00，气旋中心已位于山东省西北部，6日17：00，低压顶部倒槽控制山东省，上升运动旺盛。山东地区在对流发生过程中位于暖低压区，同时6日8：00，菏泽、泰安、滨州和东营等地区都有中尺度辐合中心，存在风向辐合，辐合抬升运动强，将导致不稳定能量的触发和释放。另外，白天近地层大气被加热也会导致不稳定层结的发展。
2.2 探空图分析
由6日8：00章丘站探空图可知，CAPE值达1 544 J/kg，可能产生的最大上升速度达55.6 m/s，K指数为42 ℃，对流潛势强;湿度层结上干下湿，位势不稳定强;风向随高度顺转，垂直风切变大，有利于对流组织化;中层有明显干层，干冷空气卷入有利于蒸发，下沉运动增强，有利于雷暴大风产生;-20 ℃高度位于400 hPa左右，0 ℃层高度位于600 hPa左右，这种环境条件有利于小冰雹生长[9];低层的水汽含量充足，有利于短时强降水产生。
2.3 其他物理量场分析
2.3.1 热力条件（K指数）。K指数是温度直减率、低层水汽条件和中层饱和程度3项的和，能够反映大气的层结稳定状况，6日8：00，山东大部地区K指数>38 ℃，表明层结不稳定性较强。个例研究表明[10]，山东地区产生冰雹时K指数一般>25 ℃，而产生暴雨时K指数较高，一般在35 ℃以上，对应着此次强对流过程暴雨比较强、冰雹稍弱。
2.3.2 动力条件（低层散度）。6日8：00 925 hPa散度分布可以看出，山东地区具有明显的辐合中心，表明低层具有较强辐合上升运动，将导致不稳定能量的触发和释放，从而造成更剧烈的上升运动，有利于产生强对流天气[11]。
2.3.3 水汽条件（水汽通量散度）。6日8：00 925 hPa水汽通量散度分布可以看出，较强的水汽通量辐合中心控制山东地区，表明有强烈的水汽输送和水汽辐合，为强对流提供了充沛的水汽条件。
2.4 卫星云图分析
从6日8：00红外云图可以看出，已有大片对流云团在鲁西北地区发生发展，而鲁中东部和鲁东南地区为零散块状云团，此时云团为白色，云顶光滑。随着对流云团逐渐发展合并，从鲁西北到鲁东南为一大片对流云团覆盖，发展旺盛，云顶变为浓白色，而暴雨的加强与云团的合并及加强有密切关系[12]，因而对流云团的发展合并过程体现了此次强对流过程从西北向东南的发展加强路径。从可见光云图可以看出，云顶多起伏，出现了皱纹和斑点，表明对流发展十分旺盛。
3 数值预报偏差分析
由欧洲中心细网格模式5日20：00起报的6日8：00至7日8：00的24 h降水量与实况对比可以看出，模式对滨州南部、济南北部和日照地区暴雨空报，对泰安东部和临沂有漏报，对淄博、潍坊和东营等地区暴雨预报比较准确。
分析造成偏差的原因，在大尺度环流形势上，模式预报与实况比较接近，而在地面风场预报中，通过对比分析6日14：00的10 m风场预报和地面风场实况可知，济南附近的辐合中心预报过强，然而临沂附近的风场辐合中心在模式预报中没有体现，这是造成此次暴雨落区预报偏差的主要原因。
4 结论
此次强对流过程是典型的高空冷涡造成的雷暴大风、暴雨和冰雹过程，中低层配合有切变线，形成了大尺度抬升运动和上干冷、下暖湿的不稳定层结，低空急流输送水汽，配合地面中尺度辐合中心造成较强抬升运动，对流云团的合并发展也加剧了对流强度。在热力、动力、水汽条件的配合下，造成了大范围的雷暴大风和暴雨天气，局部发生了冰雹。最后分析欧洲中心细网格模式对暴雨落区的预报结果，得到其产生偏差的主要原因是对中尺度辐合中心的预报能力不足。 5 参考文献
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基金项目 山东省气象局青年科研基金项目（2019SDQN15）。
作者简介 刘洁（1991-），女，山东滕州人，硕士，助理工程师。研究方向：暴雨诊断和数值模拟。
收稿日期 2020-03-11
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