保定市一次暴雨天气过程诊断分析

摘要利用常规气象观测资料、ERA5再分析资料以及FY-2C卫星云图等资料，对2020年8月12—13日出现在保定地区的一次较强暴雨天气过程进行诊断分析。结果表明，影响此次暴雨天气过程的系统主要有高空槽、高低空急流、低层切变线。高低空急流配合与低层辐合切变为暴雨的形成提供了动力条件。假相当位温高能舌前部、能量锋区南侧、低空急流左前方三者相叠加的区域是暴雨的易发区。暴雨发生前保定本地水汽条件良好。850 hPa假相当位温能量锋区对高空槽的发展和低层暖湿气流抬升具有重要作用，为中尺度对流运动的发展保证了能量供应。

关键词暴雨;高低空急流;水汽条件;能量锋区

中图分类号P458.1+21.1文献标识码A

文章编号0517-6611（2022）13-0207-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.13.055

Diagnostic Analysis of a Rainstorm Process in Baoding City

ZHANG Si-han

（Dingzhou Meteorological Bureau of Hebei Province，Dingzhou，Hebei 071000）

AbstractBased on the conventional meteorological observation data， ERA5 reanalysis data and FY-2C Satellite image data， a rainstorm process in Baoding region on August 12-13， 2020 was diagnosed and analyzed. Upper-level trough， upper and low-level jets， low-level shear lines were the important impact weather systems. The combination of high and low level jet flow and low level convergence shear provided the dynamic conditions for the formation of rainstorm. The area where the front of the pseudo-equivalent potential temperature high-energy tongue， the south of the energy frontal zone and the left front of the low-level jet were superimposed，which was the area prone to rainstorm. Local water vapor condition in Baoding were good before the rainstorm. The pseudo-equivalent potential temperature energy frontal zone at 850 hPa played an important role in the development of the upper-level trough and the uplift of the lower-level warm and humid air flow， which ensured the energy supply for the development of the mesoscale convective movement.

Key wordsRainstorm;High and low level jet flow;Water vapor condition;Energy frontal zone

暴雨是华北地区主要气象灾害之一，常造成山体滑坡、道路冲毁、电力设施受损、房屋倒塌、村庄和农田被淹等灾害，严重威胁人民群众的生命安全和生产生活。因此对其产生机制、诊断和预报等方面的研究一直是热点问题。研究发现，副热带高压西北侧极易引发暴雨天气[1]，高低空系统的配置与高空急流的位置会直接影响降水强度及落区[2-4];丰晓君等[5]认为，强且宽的假相当位温能量锋区是大连庄河地区产生大暴雨的必然因素。于德华等[6-7]主要从动力因素和水汽条件对唐山、大连的暴雨天气过程进行了诊断分析。侯瑞钦等[8]对2005年7月23日发生在河北地区的暴雨天气过程进行了中尺度分析，结果表明，高层辐散、低层水汽辐合为暴雨的发展和维持提供了充足的动力和能量条件。杨晓亮等[9]对2007年7月18日发生在河北省的局地暴雨过程进行了研究，认为在相似天气系统作用下河北不同地区暴雨的形成机制存在差异，高温、高能和层结不稳定等因素，加之地面冷锋、锋前低压形成了较强的辐合抬升作用，进一步释放不稳定能量，导致了南部地区暴雨的发生;而河北东北部高、低空急流的耦合作用是强降水产生的主要原因。笔者针对2020年8月12—13日河北省保定市出现的一次暴雨天气过程，从环流背景、物理量场等方面深入分析，探讨此次强降水发生的环境场特征，从而进一步认识其成因，总结预报和服务经验，以期为今后暴雨预报提供思路和参考依据。

1天气实况

2020年8月12—13日，受副热带高压外围暖湿气流和冷空气的共同影响，保定全区出现降水天气。全市平均降雨量51.4 mm，暴雨及以上降水主要分布在保定中东部地区，全市最大降水量137.8 mm，最大雨强72.3 mm/h。

2环流背景分析

12日08：00，500 hPa亚洲中高纬为两槽一脊型，高压脊位于110°E附近，两槽分别位于亚洲东部和乌拉尔山东部地区，且与冷中心对应，乌拉尔山高空冷涡分裂的冷空气在河套北部形成一低槽，河北地区位于副热带高压外围584 dagpm线与588 dagpm线之间，此时保定地区受槽前西南急流影响。20：00，河套地区西风槽进一步东移影响保定，西风带高压脊与副热带高压同位相叠加，高空槽东移缓慢，使得冷空气在河套地区不断堆积;同时副高外围西南风大风速带明显加强，风速达14 m/s，冷暖空气交汇形成明显降水（图1a）。

分析700 hPa形势可知，12日08：00在河套北部形成一低涡，保定处于低涡前部，此时保定上空偏南急流维持在12 m/s左右。西南急流不仅为暴雨区保证了足够的水汽供应，而且在河套地区与冷涡后部的偏北气流形成冷切，促进了垂直上升运动的形成。20：00低涡加强并向东移动，切变线压至保定西部，温度槽与高度槽大体一致，此时保定地区的槽前偏南急流加强至14 m/s，为暴雨区带来水汽和能量的同时也提供了较强的动力抬升力。

从850 hPa形势上看，12日08：00在河北、河南交界有暖切形成，此时风速较小。20：00，暖切北抬至河北中南部地区，与河套地区冷切形成“人”字形切变，进一步加强了西南暖湿气流输送;同时，保定中东部急流加强至16 m/s，急流出口区位于河北东南部至山东北部一带（图1b），产生了较强的不稳定层结，形成保定中东部地区的强降水。低空急流、低层辐合切变与300～200 hPa明显的高层辐散区的抽吸作用相配合，为暴雨的产生提供了动力保障。

分析云图（图2）发现，12日08：00河北地区已受槽前云系影响，保定西部已出现降水，此时对流云团在河北南部地区生成;14：00，对流云团北抬至保定东部地区，开始出现强降水;20：00，对流云团移至保定东北部地区，保定东部强降水逐渐减弱;夜间，高空槽云系开始影响保定，保定西部开始出现强降水区。

综上可知，造成此次暴雨过程的主要影响系统为高空槽、高低空急流、低层切变线。高空槽后冷空气不断东移南压，配合副热带高压外围的偏南暖湿气流，以及850 hPa“人”字形切变，共同导致了此次暴雨的发生。同时，高低空急流对此次暴雨的形成有重要作用，低空急流带来能量和暖湿气流的输送，而高空急流导致干冷空气平流，进一步加强了大气的不稳定性。

3物理量分析

3.1水汽条件水汽条件是形成降水的主要条件之一，其中暴雨区上空大气含水量、水汽的输送通道及其水汽的辐合辐散对降水的强度及降水量有重要影响[10]。与风速辐合区相配合，降雨过程中伴有高比湿区自南向北移动，水汽平流较强。12日10：00，850 hPa有一湿舌延伸至华北地区（图3a），保定上空比湿达14 g/kg，具备暴雨所需的本地水汽条件。同时，由南向北输送到暴雨区的水汽通量明显增大。从700 hPa水汽通量分布情况看，08：00急流出口区位于河北、河南交界，此时水汽通量大值区尚未进入河北，保定地区水汽通量在10 g/（cm·hPa·s）以下;暴雨发生期间，南海有源源不断的水汽从西南方向输送到河北地区，11：00保定大部分地区水汽通量基本维持在12～14 g/（cm·hPa·s）（图3b），14：00保定东部水汽通量达最大，为16～18 g/（cm·hPa·s），所以西南地区丰富的水汽输送为此次保定中东部暴雨的发生提供了有利的水汽条件。

此外，水汽通量辐合反应对暴雨的落区有较好的指示意义[11]。此次过程中水汽辐合发生在500 hPa以下中低层。从850 hPa水汽通量散度场看，08：00保定地区水汽通量散度为正值，13：00保定地区处在大片水汽辐合区中（图3c），中心值达-25×10^-6 g/（cm²·hPa·s），对应中东部强降水。之后水汽辐合带逐渐抬升，降水趋于减弱。因此，较强的水汽辐合也为暴雨的持续发展提供了充沛的水汽条件。

3.2动力条件

3.2.1高空急流诱发高空辐散。12日08：00，在200 hPa高空上，36°～43°N区域有一支较宽的高空西南急流轴，中心风速将近50 m/s;20：00风速明显增大（图4），高空急流中心右后侧辐散也进一步加强，从而导致保定上空产生较强的垂直上升运动。同时，配合850 hPa低空急流，更有利于低层辐合以及切变线的维持。高层辐散、低层辐合的正热力次级环流为此次暴雨的发展提供了有利条件。

3.2.2地面辐合抬升分析。分析地面风场（图5）发现，12日08：00地面风场辐合中心压在河北与河南交界处，随后开始北抬;17：00辐合中心北上至保定中东部，东南风风速较大，保证了充足的水汽供应，对应中东部地区较强的雨强;20：00辐合中心继续北顶，影响保定东北部，造成明显的强降水，且东部地区仍受切变线影响;13日02：00辐合中心移出保定地区，降水趋于结束。

3.2.3垂直上升运动分析。垂直速度分析表明，暴雨区上空为强烈的上升气流（图6）。12日08：00，在此次暴雨过程发生前，保定地区为弱的上升气流，垂直速度在-2.0 Pa/s左右，13：00暴雨区垂直上升运动从850 hPa伸展到200 hPa，保定地区垂直速度均维持在-15 Pa/s，中心值达-40 Pa/s。低层的能量、水汽通过剧烈的垂直上升运动，被不断输送至高空，导致湿层不断增厚，降水持续形成。当大气的上升运动强度减弱，仅高层存在上升气流时，降水趋于结束。可见垂直速度与强降水出现的时间和落区对应良好，为暴雨的形成提供了必要的动力条件。

3.3能量条件充沛的水汽和较强的动力条件对暴雨的形成至关重要，而持续的不稳定能量也是形成强降水的必要条件。假相当位温（θse）反映了大气的温度、气压和湿度情况，θse等值线密集区（能量锋区）是斜压不稳定和位势不稳定存在的区域，往往是不同热力性质气团的分界区，从而保持了源源不断的能量供应，对高空槽和垂直上升运动的加强具有积极意义[12-13]。分析850 hPa假相当位温θse（图7）可知，850 hPa能量锋区的位置与暴雨落区较为吻合。12日08：00，暴雨发生前有一东北—西南向高能舌伸向华北地区，此时保定地区θse维持在344 K左右，且等值线较为稀疏;13：00高能舌继续向北伸展并加强，保定地区位于假相当位温锋区南侧高值附近，θse值达352 K。同时，分析整层大气可知，高度越高θse相比减小，由此说明层结不稳定，上下层配合形成垂直向上的能量柱，保障了强降雨的能量供应。