长治市一次极端暴雨天气雷达特征分析

李晶晶　赵业芬　吴素芬

摘要 利用常规气象观测资料、自动站及区域加密资料、葵花红外卫星云图和长治多普勒天气雷达资料，结合天气形势及天气实况，分析了2021年7月11日发生在长治市的一次极端暴雨天气过程。结果表明：（1）此次过程为500 hPa低压槽和副热带高压对峙的华北暴雨典型环流形势。（2）此次强降水过程共经历了从γ中尺度对流单体到β中尺度对流云团，再到α中尺度对流云团，最后形成中尺度对流系统MCS的3个多尺度积云并和过程。强对流云团和列车效应对此次强降水的形成起到了十分重要的作用。（3）雷达上多个强对流单体持续不断影响而造成的列车效应，以及低质心降水回波的高降水效率，导致长治市多站出现短时强降水。低仰角、近距离处，长治上空低层径向速度出现超过20 m/s的大速度区，说明近地面有大风天气发生。

关键词 极端暴雨;后向传播;列车效应;雷达

中图分类号：P458.121.1 文献标识码：B 文章编号：2095–3305（2022）04–0085–03

暴雨是诱发洪涝、泥石流等自然灾害的主要因素之一，往往会给人民生命财产造成重大的损失[1]。近年来不少学者通过多普勒天气雷达和中尺度特征分析等方法详细分析了各地强降水的成因[2-5]。而长治市地形复杂，为太行山、太岳山所环绕，属典型暖温带半湿润大陆性季风气候，雨热同季，四季分明[6]。夏季暴雨又是长治地区主要的灾害性天气之一，因此深入研究长治市极端强降水天气的成因及机理具有重要意义。

1 天气实况和环流背景

1.1 降水實况

7月11日08：00—12日08：00，长治市自西南向东北出现了一次强降雨天气过程，强降雨时段主要集中在11日08：00～20：00（图1）。此次过程，各区（县）代表站降水量介于20.1～71.7 mm之间。全市大部分地区达到大雨以上量级;长治市东南部出现大暴雨，主要分布在壶关、平顺和上党区;其中壶关县鹅屋达到特大暴雨，降雨量为266.9 mm。

同时，此次暴雨天气过程，伴有以短时强降水为主的对流性天气。其中有14站出现短时强降水，主要集中在壶关、平顺、上党区和武乡，最大雨强出现在壶关县鹅屋，达76.4 mm。从壶关县鹅屋逐小时降雨量上看，从11日09：00～14：00，连续5个时次均出现了短时强降水（图2）。

1.2 大风实况

伴随强降水天气过程，平顺龙溪、平顺杏城和武乡板山境内出现了风速超过17.2 m/s的大风天气，主要集中在7月11日09：00～17：00;平顺杏城在11日12：00出现最大风速，达22.4 m/s。

1.3 环流背景

此次过程在东部副高和西部低压槽对峙的环流背景下，为华北暴雨典型的环流形势。低层低涡切变线稳定少动，以及低空西南急流持续不断的影响，使得长治市水汽条件充沛、上升运动强烈，并且降雨持续时间长，再加上对流性质明显，局地出现短时强降水，造成了部分地区累积雨量达到大暴雨，甚至特大暴雨。

2 卫星云图

11日08：00在长治四周有多个中尺度对流云团发展（图3a）。09：00，受西南气流影响，整个云团向东北方向移动和发展。其中，中α云团1和中γ云团6合并加强，并有明显后向传播特征;中γ云团2和3合并加强;中γ云团4、5、7向东北方向移动并发展加强，范围有所增大;中γ云团7的后部有新生对流云团发展，有明显单体后向传播特征（图3b）。10：00，中α云团1+6与中β云团2+3、中γ云团5、7合并加强为MCS，中尺度对流云团范围明显增大，基本覆盖了长治市南部和东部，对应实况壶关县鹅屋和平顺县杏城分别出现了一小时降雨量达46.9和23.4 mm的短时强降水;中β云团4继续加强向东北方向移动，位于长治武乡上空，对应实况武乡板山出现了一小时降雨量达30.6 mm的短时强降水（图3c）。11：00，中α云团1+2+3+5+6+7与中β云团4、中γ云团8完全合并加强（图3d）。随着云团不断发展，云顶亮温较低，云体发展旺盛。长治市长时间受中尺度对流云团的不断影响，并形成类似雷达列车效应的现象，导致长治市出现了大范围的暴雨天气，个别站点甚至达到特大暴雨。

3 雷达分析

3.1 反射率因子

从11日09：03长治市多普勒雷达的反射率因子图可以看出，长治市境内降水回波为积云和层状云混合降水回波，在晋城陵川东北部有反射率因子超过50 dBZ的强回波，未来回波向东北方向移动而影响壶关（图4a）。09：15位于陵川东北部超过50 dBZ的强回波范围增大，并向壶关东南部移动，强回波带呈东北—西南走向（图4b）。09：20强回波移入壶关东部，该强对流回波的移动速度矢量基本平行于其走向，强回波持续经过壶关鹅屋站点，形成列车效应，导致壶关鹅屋多个时次出现短时强降水（图4c）。09：43沿着晋城陵川—壶关鹅屋呈东北—西南向的带状回波做反射率因子剖面（图4d）。从剖面图上可以看出：影响壶关鹅屋的为低质心降水回波，最强回波的质心高度在3 km以下，且有多个对流单体持续不断经过壶关鹅屋，列车效应加上降水效率高，极易出现短时强降水，因此造成了壶关鹅屋特大暴雨天气过程（图4e）。

3.2 平均径向速度

从10：00 0.5°仰角径向速度图上看，零速度线呈“S”形，说明风随高度顺转，有明显暖平流;同时零速度线两侧分别对应正负速度大值中心，朝向雷达的负速度区甚至出现速度模糊，退模糊后速度可达30 m/s以上，且大速度区距离雷达65 km以内，说明边界层内存在强盛的偏南低空急流（图5a）。12：04 0.5°仰角平顺杏城低层径向速度达20 m/s，杏城距离雷达54 km，0.5°仰角波束中心距离地面小于1 km，对应实况平顺杏城出现了风速22.4 m/s的大风（图5b）。

3.3 雷达风廓线VWP

从11日08：18～09：15雷达风廓线VWP上可以看出，长治市上空云体发展比较旺盛，云顶达到12.2 km（图6）。3.4 km以下均为强盛的偏南风急流，最强风速可达18 m/s，且持续多个体扫，长时间的偏南风暖湿气流影响，为长治市输送了充沛的水汽。1.2～3.0 km风随高度顺转，有明显的暖平流;3.4～5.8 km风随高度逆转，为明显的冷平流。上干冷、下暖湿的热力不稳定层结，配合低层深厚的湿层，有利于形成局地短时强降水和雷暴大风天气。

4 结论

（1）此次强降水发生在500 hPa低压槽和副高对峙的大环流背景下，为华北暴雨典型环流形势。低层低涡切变线和低空西南急流为此次强降水的主要影响系统。

（2）此次强降水过程中共经历了从γ中尺度对流单体到β中尺度对流云团，再到α中尺度对流云团，最后形成中尺度对流系统MCS的3个多尺度积云并和过程。强对流云团和列车效应对此次强降水的形成起到了比较关键的作用。

（3）雷达上多个强对流单体持续不断影响造成的列车效应，以及低质心降水回波的高降水效率，造成长治市多站出现短时强降水。再加上持续时间长、累计雨量大，造成了此次暴雨天气过程。低仰角、近距离处，长治市上空低层径向速度出现超过20 m/s的大速度区，说明近地面有大风天气发生。

参考文献

[1] 郭云谦，沈越婷，杨舒楠. 2018年“7·16”北京强降水天气过程成因[J].气象科技，2019，47（5）：830-840.

[2] 孙继松，何娜，王国荣，等.“7·21”北京大暴雨系统的结构演变特征及成因初探[J].暴雨灾害，2012，31（3）：218-225.

[3] 蔡雄辉，邱学兴，郭婷，等.安徽北部一次局地特大暴雨过程的中尺度特征分析[J].沙漠與绿洲气象，2021，15（4）：83-91.

[4] 李潇潇，刘晓初，赵胡笳，等.大连地区短时暴雨雷达回波特征分析[J].安徽农学通报，2018，24（20）：131-140.

[5] 王洪，王东海，万齐林.多普勒雷达资料同化在“7·21”北京特大暴雨个例中的应用[J].气象学报，2015，73（4）：679-696.

[6] 李晶晶，张卉，王艳，等.近43a山西东南部日照时数时空变化特征及其影响因素[J].高原山地气象研究，2021，41（3）： 82-87.

责任编辑：黄艳飞

Analysis of Radar Char-acteristics of an Extreme Rainstorm in Changzhi City

LI Jingjing et al（Changzhi Meteorological Bureau， Changzhi， Shanxi 046000）

Abstract Using conventional meteoro-logical observation data， automatic station and regional encrypted data， sunflower infrared satellite cloud images and Changzhi Doppler weather radar data， combined with the weather situation and actual weather conditions， the process of an extreme rainstorm that occurred in Changzhi on July 11， 2021 was carried out. analyze. The results showed that：（1）This process was a typical circulation situation of heavy rain in North China where the 500 hPa low-pressure trough and the subtropical high confront each other.（2）The heavy precipitation process experienced a total of three multi-scale cumulus merging processes from the γ mesoscale convective single to the β mesoscale convective cloud cluster， then to the α mesoscale convective cloud cluster， and finally the formation of the three multi-scale cumulus clouds of the mesoscale convective system MCS. Strong convective cloud clusters and train effects played a very important role on the formation of this heavy rainfall.（3）The train effect caused by the continuous influence of multiple strong convective monomers on the radar and the high precipitation efficiency of the low-centroid precipitation echo had caused short-term heavy precipitation at many stations in Changzhi city. At low elevation angles and close distances， the low-level radial velocity over Changzhi appears in a high-velocity zone exceeding 20 m/s， indicating that strong winds occur near the ground.

Key words Extreme rain; Backward propagation; The train effect; Radar

基金项目 山西省气象局面上项目“平顺花椒产量与气象因子的关系研究”（SXKMSTC 20207132）。

作者简介 李晶晶（1989—），女，山西长治人，工程师，主要从事天气预报、气象服务和气候变化研究。

收稿日期 2022-01-01