房山区2021年汛期一次强对流天气过程分析

安祎聪，马俊岭，宋 歌，徐 冰

(北京市房山区气象局,北京 102488)

房山区是首都西南门户，平原、丘陵、山区各占1/3，属于暖温带大陆性季风气候，夏季常受冷涡、高空槽、切变线、锋面等系统的影响，强对流天气频发。由于地形复杂，人口众多，灾害性天气对城市运行、经济社会发展及人民生命财产安全的威胁尤为严重。为了满足房山区对强对流天气临近预报的需要，利用Micaps常规气象观测、北京南郊观象台高空探测和风廓线、多普勒天气雷达和X波段雷达组网等资料，对2021年8月23日傍晚至夜间房山区出现的强对流天气进行分析，找出有利于此次强对流天气的各种条件，以期为主汛期的业务预报和服务提供支持。

2021年8月23日19∶00—24日02∶00时，房山区出现了一次大雨局地暴雨天气过程，并伴有7级左右短时大风和小冰雹。全区平均降水量21.0 mm，最大降水量出现在河北镇三十亩地站49.0 mm，最大小时降水量出现在南窖乡成教中心站45.3 mm(21∶00—22∶00时)(图1a)。21∶16，霞云岭国家气象观测站出现3～4 mm冰雹(玉米粒大小)。监测最大瞬时风速出现在河北镇河南村站15.5 m/s(7级)(图1b)。房山区气象台20∶00时同时发布大风蓝色和暴雨蓝色预警信号，21∶15时升级发布暴雨黄色预警信号。此次影响房山区的雷暴单体主要发生在先触发的海风锋对流和冷涡高空槽系统合并后，配合偏东风在山前辐合加强。合并后的雷暴单体发展迅速，移动速度快，短时雨强强，短时阵风大，对及时发布预警和服务都有很大的挑战。

图1 2021年8月23日19:00—8月24日02:00时房山区降雨量分布图(a)、房山区极大风图(b)Fig.1 Precipitation distribution(a) and maximum wind(b) of Fangshan District from 19:00, Aug. 23 to 02:00, Aug.24, 2021

2.1 天气形势分析

08∶00时500 hPa：冷涡高空槽位于蒙古及西北地区东部，冷涡系统深厚且一直伸展到850 hPa，并将不断东移影响华北大部地区，预计傍晚北京地区将转受低涡槽前影响。700 hPa受暖脊控制，河北南部、北京东部受山东地区冷涡外围切变线影响。850 hPa冷中心影响，存在弱切变。地面：受不断向东北方向移动加深的气旋影响，北京处于大湿度区内。

20∶00时500 hPa(图2a)：北京地区已处于冷涡高空槽前，受西南气流影响。700 hPa(图2b)冷涡后部有急流发展。850 hPa(图2c)冷中心和偏南风影响。地面(图2d)：气旋不断加深北抬且气旋头部有偏东风发展，偏东风会掀起渤海湾地区海风锋的发展，为东部地区的对流发展提供了更好的条件，北京处于大湿度区影响。

图2 8月23日20∶00天气图500 hPa(a)、700 hPa(b)、850 hPa(c)、地面(d)Fig.2 Weather 500 hPa(a)，700 hPa(b)，850 hPa(c) and ground(d) at 20∶00, Aug.23

2.2 能量场分析

08∶00时探空可以看出(图略各能量值见表1)，CAPE值大，中低层湿度深厚，中高层有一定干侵入，0℃层高度略高，-20℃层高度还可以。14∶00时500～700 hPa相对湿度较小，干空气明显，500 hPa到低层风切不明显，且没有明显增大，低层边界层东风也还没有表现出来。20∶00时中间干层还在，但是低层露点增大，说明边界层东南风推过来后绝对水汽含量和比湿含量在边界层有一个明显增大的趋势，能量依旧非常大，配合对流有效位能，触发对流条件很好。有干空气侵入，考虑降水过程中局地会有大风及山区风力明显一些。0℃层高度还可以，-20℃层高度略高，山区可能会有一些冰雹天气过程，这样的探空是比较有利于产生短时强降水、冰雹、大风的。

表1 2021年8月23日08∶00、14∶00、20∶00时物理量参数Tab.1 Physical quantity parameter at 08∶00, 14∶00 and 20∶00 Aug.23, 2021

2.3 动力及水汽条件

系统大湿区在17∶00—20∶00时开始自西向东逐渐影响北京地区，500 hPa系统移动更快一些，24日02∶00时前后整个湿区移出北京(图3a、b)。从700 hPa(图3c)和850 hPa(图3d)来看，系统移动得相对慢一些，大致都在02∶00—05∶00时前后移出北京，这样的配置会导致低层比较湿的状态，高层转为较干的情况下更有利于对流的发展。

图3 8月23日20∶00时500 hPa(a)，02∶00时500 hPa(b)、 700 hPa(c)、850 hPa(d)相对湿度图Fig.3 Relative humidity of 500 hPa(a) at 02∶00 and 500 hPa(b), 700 hPa(c),850 hPa(d) at 02∶00 Aug.23

从风廓线资料(图4)来看，中午前后低层3 km以下主要受偏南风影响，3 km以上转东南风，风向随高度逆转，说明中层有冷平流存在，6 km又转为西南风，风向随高度顺转，高层有暖平流[4]。14∶00时前后，整层的偏南风呈逐渐加强趋势，冷空气继续向上层渗透，中低层存在明显的垂直风切变，为强降水的产生提供了较好的动力条件。

图4 2021年8月23日11∶00—14∶00时北京南郊观象台风廓线时间-高度-风速图Fig.4 Time-height-wind speed of wind profile of the observatory in southern suburbs in Beijing from 11∶00 to 14∶00 on Aug.23, 2021

17∶00时主要的降水回波位于河北东部山东半岛附近。受位于山东半岛低涡外围偏东风水汽输送及海风锋影响，中午前后就开始在北京、天津东南一带边界上出现对流触发，雨强约50 mm/h。西边高空槽前沿对应回波，降水强度稍弱一点，雨强约20 mm/h。位于涞源、蔚县回波强度局地大于45 dBZ，且移动速度较快，并局地略有发展，体积不断增加。19∶00时，受海风锋影响，在雄安附近生成的回波不断向东北方向移动，且不断向西伸展，与高空槽前沿局回波靠近合并，且稳定停留了一段时间，在雄安附近不断加强，向东北方向移动开始影响房山区，上游雄县、永清县出现大于30 mm/h的短时强降水。与此同时，多普勒雷达6.0°仰角识别到大风速区(图5a)，自动站监测到房山琉璃河地区贾河站阵风9.6 m/s、上游易县阵风16.3 m/s、涞源县阵风15 m/s、雄县阵风15.2 m/s。受低涡高空槽云系影响，延庆海陀山附近触发的对流单体，反射率强度达60 dBZ以上。20∶00X波段雷达在对流单体发展旺盛位置识别到了冰雹。20∶20时，延庆区气象台上报张山营、东门营地区出现冰雹，从雷达剖面可以看到回波接地，回波顶高15 km以上(图5b)。20∶21X波段雷达监测到房山区出现了一些大于60dBZ的回波，且在对应位置识别到了一些冰雹回波，并且回波还在不断向东北方向移动。20∶40时，韩村河、石楼、房山站雨强变大。21∶12时，霞云岭雨强大于25 mm/h。21∶15时，霞云岭剖面可以看到回波接地，且回波顶高大于10 km(图5c)。21∶16时，霞云岭出现直径3～4 mm的小冰雹。21∶18时，霞云岭雨强大于30 mm/h，多普勒雷达2.4°仰角。21∶30时识别到大风区开始影响房山西南及东北部地区(图5d)。22∶00时回波继续向东北方向移动，但在移动过程中呈现逐渐减弱分散的趋势。23∶00时主要降水回波已移出房山，逐渐转受槽后西北气流控制。

图5 8月23日多普勒雷达6.0°、2.4°仰角径向速度图和剖面图Fig.5 Radial velocity maps and profiles from Doppler radar at 6.0° and 2.4° elevation angles on Aug.23

从环流形势分析，此次强对流天气过程是受冷涡和高空槽东移和海风锋共同影响，水汽、动力条件都很理想，十分有利于短时强降水、大风天气的形成。

从雷达图上看，在降水开始初期，受海风锋影响，在雄安附近生成的回波不断向东北方向移动，不断向西伸展与高空槽前沿局回波靠近合并，且稳定停留了一段时间，然后在雄安附近不断加强，向东北方向移动开始影响房山区，加之本地特有的地形作用，配合偏东风在山前辐合，从而在霞云岭乡、南窖乡、河北镇等山前地区造成了强降水。

通过当日不同时探空图来看，CAPE值和DCAPE值均较高，中低层湿度深厚，中高层有明显干侵入，0℃层、-20℃层高度较好，这样的探空是比较有利于产生短时强降水、冰雹、大风的。

这次的强对流天气过程，仅凭常规的观测资料还不能满足业务需要，需充分利用雷达等高时空分辨率探测资料进行实时监测跟踪，争取提前1～2 h作出预报，这样才能达到更好的服务效果。