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user: 5. 对流指数分析 利用上述计算方案，分析此次暴雨过程的各项对流指数。在各对流指数中，CAPE值越大，表示对流发展的可能越大；K指数越大，表明大气越暖越潮湿，层结越不稳定，根据统计结果表明 [ 2 ] ：K ≥ 35℃时，较容易出现暴雨天气，并且K指数越大，暴雨发生概率越高。沙氏指数SI < 0℃时，大气层结不稳定，并且负值越大，大气的不稳定程度越大，SI > 0℃时，大气层结比较稳定。粗里查逊数(BRN)反映了热力能量和动力能量的关系，是由对流有效位能和对流层中低层垂直风切变组合而成。有研究表明 [ 1 ] 中等强度超级单体发生在5 ≤ BRN ≤ 50的条件下，多单体风暴多发生在BRN > 35的条件下，当BRN更大时，常出现短时雷暴。抬升指数LI < 0℃时，大气层结不稳定，并且负值越大，不稳定程度越大，LI > 0℃时，大气层结比较稳定。风暴强度指数(SSI)是反映垂直风切变和对流有效位能大小的综合效应，可用于区分强风暴和非强风暴。当SSI越大时，产生强风暴天气的可能性就越大，由于各个国家天气形成的环流条件不同，我国一般取SSI = 60 m·s −1 ·km −1 [ 2 ] 为出现强对流天气的阈值。 运用中央台对流指数格点数据，采用双线性插值算法，计算了此次暴雨过程中廊坊市9个观测站的各对流指数，发现在暴雨发生前期，廊坊市9个站点的CAPE值均达到了600 J·kg −1 以上，中北部地区CAPE值相差不大，南部地区CAPE值均达到1300 J·kg −1 以上；K指数均在40℃左右；SI指数为−2℃~−4℃之间；BRN指数在160左右；LI指数中北部地区为−3℃~−4℃，而南部达到−5℃左右；SSI指数中北部地区位于60 m·s −1 ·km −1 左右，而南部地区达到75 m·s −1 ·km −1 左右。由此可见，廊坊市出现暴雨和对流天气的大气条件比较有利，而南部地区较中北部地区更有利。 由于此次暴雨过程的暴雨中心局地性分布特征较强，文中首先针对北部地区暴雨，选取廊坊的中部市区和北部三河市的对流指数进行对比分析。由表1和表2可以看出，在1日08时至1日20时，两站CAPE值均有明显的上升，不稳定能量有一定积聚，而三河站在1日20时至2日08时CAPE值有明显下降，由前文可知，此时受高空槽和副高外围暖湿气流的共同影响，北部地区先出现了降水过程，CAPE值的变化与降水时段相吻合；2日20时K指数均升至40℃左右；SI指数均降至−3℃左右；BRN指数中部地区达到160左右，而北部地区达到190左右，说明廊坊中北部地区有出现短时强雷暴的可能，而北部地区的可能性更高。实况表明，廊坊北部的三河和香河站出现雷暴天气；此外，降水期间LI指数在−3℃左右；SSI指数在57 m·s −1 ·km −1 左右，由上述分析可见，降水期间大气层结一直维持不稳定条件，利于对流天气的产生，直至3日08时大气能量、对流条件减弱，降水、对流天气结束。由于降水时间较长，造成北部地区的暴雨中心。廊坊市区相比三河站，除2日08时CAPE值继续增大，降水时间偏晚外，其 Table 1 Convection index of Sanhe observatory in Langfang City from 08:00 to 08:00 on August 1， 201 CAPE (J·kg −1 ) K (℃) SI (℃) BRN LI (℃) SSI (m·s −1 ·km −1 ) 1日08时 36.52 33.23 0.01 3.15 −0.01 29.5 1日20时 870.42 35.13 −2.09 110.55 −3.41 52.6 2日08时 550.82 35.23 −1.19 76.05 −3.41 58.8 2日20时 449.62 40.83 −3.09 189.95 −3.01 57 3日08时 196.72 36.73 −0.89 24.35 −1.61 44.7 表1. 廊坊市三河市观测站2017年8月1日08时至3日08时对流指数 Table 2 Convection index of Langfang urban observatory from 08:00 to 08:00 on August 1， 201 CAPE (J·kg −1 ) K (℃) SI (℃) BRN LI (℃) SSI (m·s −1 ·km −1 ) 1日08时 28.82 30.73 0.81 3.15 0.79 30.5 1日20时 828.42 34.93 −2.19 108.65 −3.31 54.6 2日08时 833.72 36.43 −1.59 86.25 −3.91 61.7 2日20时 510.92 40.23 −3.19 164.25 −3.11 57.4 3日08时 131.32 34.83 −0.09 15.75 −0.71 45.9 表2. 廊坊市区观测站2017年8月1日08时至3日08时对流指数 余各项对流指数变化相差不大，而降水偏小的原因主要是高空槽系统偏北，降水时段偏晚以及廊坊北三县临近燕山山脉等原因。 廊坊南部的强降水中心主要集中在大城县，暴雨时段为2日16时至22时，主要影响系统为登陆台风倒槽。分析大城上空的对流指数发现(表3)，1日08时，大城县CAPE值只有24.63 J·kg −1 ，2日08时CAPE值增加到1417.22 J·kg −1 ，表明大城上空的不稳定能量明显积聚，而随着强降雨的发生，3日08时CAPE值下降至97.72 J·kg −1 ，不稳定能量得到释放。K指数在2日08时达到37.13℃，20时增大至40.73℃，K指数的增大表明大气的温湿、不稳定条件加强，有利于强降水产生。之后K值逐渐减小，暴雨减弱。SI指数与K指数有相似的变化，在2日20时，SI指数达到最低值−3.49℃，与暴雨的产生时段相吻合。BRN指数由2日08时的130.75达到20时的160.65，也对17时19分的短时雷暴有指示意义。2日08时LI指数达到最低−5.11℃，SSI指数达到76 m·s −1 ·km −1 ，对对流性天气的产生也具有一定的预报提示意义，上述信息表明，在大城暴雨发生前，大气具备了较高的温湿能量且非常不稳定，实况表明各对流指数的提前指示意义具有重要参考价值。 对比表1~3可以明显看出，相比中北部区域，南部大城上空的大气能量最大，层结更加不稳定，发生暴雨、强对流天气的概率更高，与实况特征趋于一致。 综合上述分析可见，对流指数的强弱程度、分布范围、发展变化与暴雨的强弱、分布范围、发生发 Table 3 Convection index of Dacheng observatory， Langfang City， August 1-3， 201 CAPE (J·kg −1 ) K (℃) SI (℃) BRN LI (℃) SSI (m·s −1 ·km −1 ) 1日08时 24.62 26.63 1.11 3.95 0.79 34.5 1日20时 617.52 32.83 −2.29 148.95 −3.31 53.5 2日08时 1417.22 37.13 −2.29 130.75 −5.11 76 2日20时 610.92 40.73 −3.49 160.65 −3.51 58.4 3日08时 97.72 34.43 0.31 9.95 −0.41 48.8 表3. 廊坊市大城县观测站2017年8月1日至3日对流指数 展有较好的一致性，具有重要的参考价值。CAPE值、K、SI、LI指数和SSI指数均能体现此次降水过程在开始前的不稳定能量的积聚以及大气的不稳定度，且K指数、SI指数和BRN指数也能反映暴雨在发展过程中的强度变化。