酒泉市強對流天氣指標研究

于海躍++李紅英++張玉香++靳榮

摘要 強對流天氣是由中小尺度天氣系統引發的，具有水平尺度小、生命史短、局地性和突發性強、破壞力大等特點。根據對各種強對流天氣的成因分析，可以得出各種指示它們是否會出現，以及可能達到的強度的預報指標。本文充分應用數值預報產品、各類監測資料，在研究酒泉市強對流天氣演變規律的基礎上，開展對流穩定度參數、災害性天氣預報預警，利用統計、動力、人工智能等預報方法，綜合天氣學概念模型、預報經驗形成了短時強對流性災害性天氣的短臨預報預警指標，在實際工作中得到了較好的應用。

關鍵詞 強對流；天氣指標；時空分布；概念模型；甘肅酒泉

中圖分類號 P456.4 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2017）01-0213-03

強對流天氣是由中小尺度天氣系統引發的，具有水平尺度小、生命史短、局地性和突發性強、破壞力大等特點[1]。利用常規監測手段難以捕捉到強對流天氣的信息，且對其發生發展的規律認識不足，因此對強對流天氣的監測預警一直是一個難點。然而，隨著氣象探測手段的發展，一些新型遙感遙測儀器投入業務應用，例如雙星加密觀測每15 min得到的1張衛星云圖，每6 min獲得1次全省多普勒雷達資料，每1 h得到的區域自動站的資料，這些新型監測手段不僅使得對強對流天氣的監測預警成為可能，同時其實時觀測資料還可以為進一步開展相關預警技術研究提供個例。

根據對各種強對流天氣的成因分析，可以得出各種指示其是否會出現以及可能達到的強度的預報指標。本文充分應用數值預報產品、各類監測資料，在研究酒泉市強對流天氣演變規律的基礎上，開展對流穩定度參數、災害性天氣預報預警，利用統計、動力、人工智能等預報方法，綜合天氣學概念模型、預報經驗開展對短時強對流性災害性天氣的短臨預報預警。

1 酒泉市氣候概況

酒泉市地處甘肅省西北部河西走廊西端，東西長680 km，南北寬550 km，面積19.2萬km[2]。地勢南高北低，自西南向東北傾斜。境內山地、平原盆地、沙漠、戈壁等多種地貌相間，生態環境復雜，地域差異明顯。該地區遠離海洋，深居歐亞大陸腹地，降水奇缺，年平均降水量不足90 mm（山區肅北為152.5 mm），蒸發強烈，是典型的西北極端干旱區。強對流天氣是該地區危害較重的氣象災害之一，具有來勢猛、速度快、破壞力大的顯著特點，可引發山洪、滑坡、泥石流等地質災害，造成的經濟損失巨大，是日常業務預報中的難點之一[1-2]。隨著全球氣候變暖，極端天氣氣候事件呈現頻發和加重的態勢，自2006年以來酒泉市境內就發生了3次較強的強降水事件，給當地經濟社會造成了嚴重影響。該區域發生強降水具有雙重性，即在很大程度上既能補充該區域稀缺的水資源，又極易造成局地洪澇和地質災害。如2012年6月5日酒泉市肅北、玉門和瓜州南部等地出現暴雨，玉門市農機中心農場為96.4 mm，達大暴雨，降水量為該市年平均降水量的1.4倍，是6月月平均降水量的10.3倍，不論是日最大降水量還是月降水量均突破建站以來的歷史極值[3]。

2 強對流天氣時空分布特征

2.1 個例挑選標準

2.1.1 強降水。甘肅省河西走廊西端屬于西北極端干旱氣候區，用統一固定的日降水量標準并不能真實反映極端降水的變化情況，有必要根據當地的雨量情況來確定極端降水事件的標準。本文采用百分位的方法，定義每個臺站的極端強降水事件的閾值。將1960—2010年各站逐年日降水量按降序排列，將第5個百分位值的30年平均值定義為極端強降水事件的閾值。經分析，河西走廊西部極端強降水閾值自西南向東北逐漸減小，分布在9.1～16.4 mm/d（圖1）之間，平均閾值為10.9 mm/d，接近中—大雨標準（甘肅河西中—大雨標準為10.0～22.9 mm/d），按此標準，在河西走廊西部只要出現中—大雨或以上降水就算極端強降水。極端強降水閾值最大為肅北，達16.4 mm，除肅北外其余各站極端強降水閾值比較均勻，分布在9.1～11.8 mm/d之間。

按極端強降水閾值標準，結合當地的天氣氣候特點，確定當地強降水的標準為日降水量≥10 mm或區域站（2008年以后）1 h雨量≥10 mm即為1次過程。

通過普查區域站和自動站資料，共收集到符合標準的強降水個例數如下：2001—2015年5—9月酒泉、金塔、玉門、瓜州、敦煌、肅北站分別有強降水21、14、17、9、13、48次。

2.1.2 冰雹。按酒泉市區域內測站≥1站次或鄉鎮有冰雹災情記錄的標準，通過普查觀測站資料和冰雹災情記錄，2001—2015年5—9月的冰雹日數，酒泉、金塔、玉門、瓜州、敦煌、肅北站分別為0、1、2、0、1、14次。當地共有18個冰雹個例，其中冰雹主要出現在肅北，這與肅北的山區地形關系很大，只有4次出現在平川區，肅州區和瓜州近13年來無冰雹出現。

2.2 強對流天氣時空分布特征

2.2.1 強降水。2001—2015年，酒泉市境內出現日降水量 ≥10 mm的強降水為122站次，其中30站次日降水量≥20 mm，自區域站（共計88個）建設以來，短時強降水≥10 mm/h共有44站次，其中26站次集中在2011年6月16日和2012年6月5日2個過程，最強短時強降水出現在2012年6月5日8：00玉門梁子溝和農機中心農場，1 h降水量分別為38.2 mm和28.0 mm。其余18站次分散在為數不多的幾次過程中。

（1）空間分布。從各站分布來看，當地日降水量≥10 mm的次數在9～48次之間，出現最多的區域主要分布在肅北，達48次，最少在安敦盆地和金塔地區。1 h雨量≥10 mm的站點主要分布在靠近祁連山的阿克塞、肅北、玉門及肅州區沿山地域（圖2）。

（2）月分布。酒泉市日降水量≥10 mm的強降水年度分布不均勻，從月分布上看在5—9月均有可能發生，59%的短時強降水集中分布在6—7月，其中7月出現的短時強降水最多，占強降水總數1/3。

2.2.2 冰雹。冰雹降自強對流單體的特定部位，范圍僅幾公里至幾十公里。具有明顯的局地性和分散性。經普查2001—2015年5—9月符合標準的冰雹個例共18個，其中冰雹主要出現在肅北（14次），因而肅北是當地冰雹的多發地。2001—2015年當地降雹主要發生在5—6月，以5月最多，達13次，約占冰雹總數的73%，其中平川區降雹均出現在5月。

3 強對流天氣概念模型

3.1 強降水概念模型

3.1.1 柴達木低渦切變北抬型。河套—河西有一“歪脖子”高壓，新疆東部有冷槽或有風場切變，柴達木地區高（500 hPa）、低（700 hPa）空存在渦旋切變，700 hPa有東南急流，新疆上空冷平流較強。由于受“歪脖子”高壓阻擋，使西方冷空氣不能快速東移，冷暖空氣在此交匯，同時低層水汽隨東南急流不斷向河西中西部輸送，為形成強降水提供了有力的環流背景，見圖3（a）和圖3（b）。

3.1.2 西方長波槽型。500 hPa西北區上空為“東高西低型”環流特征。河西地區處在副高外圍西南暖濕氣流中，副高東退緩慢，新疆為低槽活動區，且冷平流明顯，槽前有負變高配置[4-5]。由于副高東退緩慢，新疆低槽不能東移，在河西中西部形成一個幅合中心，在西南暖濕氣流的配合下，對形成河西西部強降水提供了有力的環流背景，見圖4（a）和圖4（b）。

3.2 典型冰雹概念模型

500 hPa巴湖或巴湖東側的高壓脊發展，脊前環流經向度不斷加大，使北方較強冷空沿西北氣流東南下，地面上，河西地區處在高溫低壓的形勢場中[6]。

受冷平流影響，在北疆東部往往有不穩定小槽下滑，在新疆東部形成不穩定區域，多以雷陣雨天氣為主，這也是河西中西部形成冰雹天氣的主要環流型，見圖5（a）和圖5（b）。

4 強對流天氣預報預警指標

4.1 強降水

滿足以下8個條件可預報強降水天氣：①當地上空850、700、500 hPa相對濕度均>80%或T-Td≤5 ℃；②700、850 hPa水汽通量散度<-5 g/（cm2·hPa）；③700、850 hPa水汽通量 >6（cm·hPa）/s；④從低層850 hPa一直到200 hPa為一致的正渦度（或表現為上負下正的特征）；⑤中低層為負散度，高層為正散度或者在散度垂直剖面上出現輻合或輻散多層交替；⑥從低層到高層有一致的上升運動（300～850 hPa ω<0）；⑦垂直螺旋度均存在上負下正的特征；⑧θse500-850<0。

4.2 冰雹

滿足以下9個條件，可預報當地有中等雷陣雨出現，沿山片有出現冰雹的可能。①K指數≥35（酒泉上空）；②總指數≥35（哈密到張掖）；③前一日上游（烏魯木齊到哈密）CAPE值>1 000；④SI指數<0（敦煌到張掖）；⑤-20～0 ℃高度在3 100～3 400 m；⑥w_cape≥13 m/s，風暴強度指數≥90；⑦有中等強度或以上的垂直風切變；⑧從低層到高層有一致的上升運動（300～850 hP ω<0）；⑨中低層為負散度，高層為正散度（最強的輻散層在200～300 hPa，輻合層在近地層），散度垂直剖面上出現輻合或輻散多層交替。

5 檢驗與評估

上述3種概念模型涵蓋了當地強對流天氣主要類型，很好地預報了2011年6月16日、2012年6月5日的強降水過程，2012年6月6日區域性的雷陣雨天氣過程，但由于當地強降水和冰雹樣本較少，今后還需進一步繼續深入研究完善，以期達到最好的預報效果。

6 參考文獻

[1] 鄭媛媛，姚晨，郝瑩，等.不同類型大尺度環流背景下強對流天氣的短時臨近預報預警研究[J].氣象，2011（7）：795-801.

[2] 常玉泉，湯國鋒.酒泉市引進種植孜然的現狀與發展建議[J].中國農業信息，2011（9）：40-41.

[3] 李紅英，高振榮，田慶明，等.甘肅酒泉一次罕見大暴雨過程的天氣學診斷分析[J].干旱區資源與環境，2013（11）：165-171.

[4] 馬麗婷，劉輝.臨夏地區一次雷暴大風等強對流天氣分析[J].現代農業科技，2016（20）：169-171.

[5] 李浚河，耿建軍，張淅妍，等.2013年北京地區一次強對流天氣過程分析[J].沙漠與綠洲氣象，2016（2）：25-30.

[6] 朱峰，韓瑋，劉曉敏，等.呼和浩特市2013年8月4日一次強對流天氣過程分析[J].內蒙古農業科技，2014（1）：80-82.