商洛一次局地暴雨診斷分析

井　宇，黃少妮，陳　闖

(1.陜西省氣象臺，西安　710014；2.陜西省氣象科學(xué)科研所，西安　710016)

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商洛一次局地暴雨診斷分析

井宇1，黃少妮1，陳闖2

(1.陜西省氣象臺，西安710014；2.陜西省氣象科學(xué)科研所，西安710016)

摘要：利用常規(guī)觀測資料、NCEP 1°×1°再分析資料、FY2E衛(wèi)星資料、商洛多普勒雷達(dá)資料，從環(huán)流背景、水汽、動力條件和不穩(wěn)定機制等方面對2014年7月28日發(fā)生在商洛局地性較強的一次短時暴雨過程進(jìn)行分析。結(jié)果表明：這次短時暴雨過程天氣的影響系統(tǒng)主要為短波槽、副熱帶高壓與熱低壓。低層850 hPa副高西側(cè)暖濕氣流北上為暴雨發(fā)生發(fā)展提供了有利的水汽條件。對流層中高層渦旋運動增強帶動低層上升運動發(fā)展加強，為對流天氣的進(jìn)一步發(fā)展提供了動力條件。短波槽后西北干冷氣流與低層偏南暖濕氣流形成不穩(wěn)定層結(jié)，加之中低層對流不穩(wěn)定層結(jié)加強，CAPE值及低層濕度顯著增大，抬升凝結(jié)高度與自由對流高度降低，因此在較低的抬升條件下，觸發(fā)了此次對流性天氣。衛(wèi)星云圖和雷達(dá)圖上表現(xiàn)為中尺度系統(tǒng)，生命期短，發(fā)生發(fā)展速度快。強降水主要發(fā)生在對流云團(tuán)強中心西北側(cè)TBB梯度大值區(qū)。

關(guān)鍵詞：商洛；局地暴雨；不穩(wěn)定層結(jié)

暴雨常引發(fā)洪水和泥石流等重大災(zāi)害，易造成人員傷亡和重大財產(chǎn)損失，近年來極端暴雨事件時有發(fā)生，受到政府和廣大人民群眾的高度關(guān)注[1]。氣象學(xué)者對暴雨做了大量的研究，劉勇等[2]對一次發(fā)生在陜北佳縣的特大暴雨成因進(jìn)行了診斷分析，指出造成這次局地特大暴雨天氣是中α尺度對流云團(tuán)，中尺度特征非常明顯；李峰等[3]用雷達(dá)產(chǎn)品對北京一次局地強對流天氣特征進(jìn)行了分析，結(jié)果表明這次大暴雨過程是由多個中小尺度系統(tǒng)造成的，中尺度特征顯著；袁媛等[4]對2013年延安地區(qū)盛夏一次強降水天氣過程進(jìn)行診斷分析，指出強烈的上升運動觸發(fā)不穩(wěn)定能量釋放，為大暴雨產(chǎn)生和維持提供了動力條件；趙東旭等[5]對甘肅武威市一次局地大到暴雨天氣成因進(jìn)行分析，結(jié)果表明強烈的不穩(wěn)定能量和不穩(wěn)定層結(jié)是對流增強、雨強較大的必要條件。本文將利用常規(guī)觀測資料、NCEP 1°×1°再分析資料、FY2E衛(wèi)星資料、商洛多普勒雷達(dá)資料，對2014年7月28日發(fā)生在商洛局地性較強的短時暴雨過程成因進(jìn)行分析。

1過程概況

2014-07-28T18:00—22:00，商州地區(qū)城關(guān)辦、劉灣辦、沙河子鎮(zhèn)、板橋鎮(zhèn)出現(xiàn)短時大暴雨、大風(fēng)天氣，雖然此次暴雨生命史短，但突發(fā)性強且強度大，災(zāi)害嚴(yán)重。主要降水時段在28日18:00—22:00，從降水量圖(圖1)可以看出，降水主要集中在商洛中部。此時段商洛地區(qū)2站降水量超過100 mm，6站超過50 mm，最大降水量位于商州站，達(dá)121.9 mm，最大降水量強度達(dá)65.6 mm/h，降水突發(fā)性和局地性強，預(yù)報難度較大。

2環(huán)流背景

7月28日08時500 hPa天氣圖(圖略)上，歐亞中高緯度為兩槽一脊型，貝湖為一高壓脊，巴湖西側(cè)、東北東部分別為低槽，巴湖低槽底部多短波槽活動，中緯度青藏高原高壓和西太平洋

圖1　2014-07-28T18:00—22:00商洛地區(qū)降水量(單位為mm)

副熱帶高壓形成鞍型場。副熱帶高壓中心位置偏東偏南，脊線位于120°E附近。低層850 hPa新疆—青海為一中心強度低于142 hPa的熱低壓，與其配合的暖中心大于27 ℃，副高南側(cè)從南海到陜西南部存在偏南風(fēng)，但由于副高中心位置偏南，水汽輸送通道在到達(dá)陜西南部之后向東折。20時，500 hPa巴湖低槽底部有短波槽東移，陜西位于槽底分裂南下的短波槽后偏西北氣流中，850 hPa新疆—青海熱低壓進(jìn)一步加強，中心強度降低至138 hPa，與其配合的暖中心增強到32 ℃以上，熱低壓東側(cè)的偏南氣流加強，將副高西側(cè)的偏南暖濕氣流引導(dǎo)北上。中高層短波槽后偏干冷氣流置于低層暖濕氣流之上，形成上干冷下暖濕的不穩(wěn)定層結(jié)，為對流性降水天氣發(fā)生提供了有利條件。

3水汽條件

7月28日08時850 hPa(圖略)上，副高外圍南?！庇幸粭l較為明顯的水汽輸送帶，14時(圖2a)，位于新疆—青海的熱低壓急速發(fā)展，低壓外圍東側(cè)偏南氣流加強，增強的偏南氣流把副高外圍東南氣流攜帶的水汽繼續(xù)向北輸送，水汽輸送帶由東北向轉(zhuǎn)為偏北，并在商洛地區(qū)形成6 g/(cm·hPa·s)的水汽通量中心。隨著新疆—青海熱低壓外圍偏南風(fēng)的進(jìn)一步加強，南?！兾鳀|南部水汽輸送帶建立，20時(圖2b)，在商洛地區(qū)形成了中心值大于10 g/(cm·hPa·s)的水汽通量中心，為暴雨的發(fā)生發(fā)展提供了有利的水汽條件。

圖2　2014-07-28 850 hPa 水汽通量(單位為g/(cm·hPa·s))和風(fēng)場(a 14時，b 20時)

4動力條件

從ω方程中渦度平流隨高度變化項[6]可知，渦度平流隨高度增加，高層渦旋運動強，高層大氣輻散，帶動低層大氣產(chǎn)生渦旋運動，低層大氣將產(chǎn)生補償性輻合上升運動[7]。08時(圖略)，商洛上空整層以負(fù)渦度平流為主，盛行下沉氣流。14時(圖3a)，中層轉(zhuǎn)為正渦度平流，商洛上空低層到中層渦度平流隨高度增加，中層氣旋性渦度增加，風(fēng)壓場不平衡，產(chǎn)生輻散，帶動低層產(chǎn)生上升運動，上升氣流開始建立，但由于高層以負(fù)渦度平流為主，上升速度區(qū)域發(fā)展到600 hPa附近。20時(圖3b)，商洛上空中高層均轉(zhuǎn)為正渦度，且在250 hPa出現(xiàn)高值中心，中高層渦旋運動進(jìn)一步加強，從低層至高層幾乎為一致的渦度平流隨高度增加，形成了一致的上升速度區(qū)域，且在850 hPa附近出現(xiàn)上升速度大值中心，有利于水汽和熱量的垂直輸送和對流的發(fā)展。

5不穩(wěn)定機制

當(dāng)大氣為對流不穩(wěn)定時，?θse/?p>0；當(dāng)大氣為對流穩(wěn)定，?θse/?p<0；當(dāng)大氣為中性，?θse/?p=0。08:00(圖略)商洛上空低層、中高層?θse/?p均為負(fù)值，說明商洛地區(qū)大氣以對流穩(wěn)定狀態(tài)為主，08:00探空圖上(圖略)，CAPE值為0 J/kg，大氣為穩(wěn)定型層結(jié)；14:00

圖3　2014-07-28渦度平流(單位為10-9 s-2)和垂直速度(陰影，單位為Pa/s；a 14時，b 20時)

(圖4a),商洛上空600 hPa以下?θse/?p均為正值，表明此時商洛地區(qū)大氣中低層為對流不穩(wěn)定狀態(tài)，同時探空圖也表現(xiàn)為潛在不穩(wěn)定層結(jié)，CAPE值增大到1 262 J/kg(圖略)；20:00 500 hPa巴湖低槽底部有小波東移，高層短波槽后的干冷氣流與低層加強的暖濕氣流有利于不穩(wěn)定度加強，?θse/?p(圖4b)為正值的區(qū)域向上擴展到500 hPa，且在低層出現(xiàn)?θse/?p大于10×10-2K/hPa的中心，可看出此時商洛地區(qū)對流不穩(wěn)定加強。20:00的探空圖上，商洛上空為上干下濕的配置，CAPE值增大到2 876 J/kg(圖略)，層結(jié)非常不穩(wěn)定，低層濕度顯著增大，抬升凝結(jié)高度與自由對流高度降低，因此在較低的抬升條件下即可觸發(fā)對流，有利于商洛強對流天氣的發(fā)生。

圖4　?θse/?p剖面圖(單位為10-2 K/hPa；a 14時，b 20時)

6中尺度云團(tuán)及雷達(dá)回波特征

隨著大氣不穩(wěn)定層結(jié)的建立和上升運動的加強，28日18:00有中β尺度云團(tuán)在陜西和山西交界處生成(圖略)，位于商洛境內(nèi)的云團(tuán)西段強度偏小，其中心值≤-16 ℃，此時商洛的洛南等地開始出現(xiàn)降水；19:00，云團(tuán)西段迅速發(fā)展，最大中心強度為-32 ℃(圖5a)，當(dāng)tBB≤-32 ℃時，表示對流發(fā)展旺盛[6]，商洛中北部降水站點逐步增多；20:00，云團(tuán)東段趨于減弱，其西段進(jìn)一步增強，表現(xiàn)為團(tuán)狀，最大中心強度增強為-48 ℃，云團(tuán)西北邊緣TBB梯度較大(圖5b)，降水強度迅速增大，洛南景村站降水強度達(dá)54.9 mm/h；21:00，對流云團(tuán)繼續(xù)發(fā)展，結(jié)構(gòu)密實，云團(tuán)中小于-44 ℃和-48 ℃的范圍明顯擴大(圖5c)，在對流云團(tuán)西側(cè)TBB梯度大值區(qū)的商州孝義站雨強達(dá)74.2 mm/h；22:00(圖5d)，云團(tuán)結(jié)構(gòu)開始變松散并緩慢東移南壓，中心強度降低，此時降水維持，但強度減弱；23:00之后，云團(tuán)迅速減弱并移出商洛。

圖5　2014-07-28 FY-2E TBB分布圖(單位為℃；a 19時，b 20時，c 21時，d 22時)

17:00—18:00，強降水發(fā)生前，商洛東北部開始有面積較小對流單體出現(xiàn)；之后在原單體的西南側(cè)有新生對流單體東移、合并；18:56，商洛東部出現(xiàn)明顯中γ尺度塊狀對流性降水回波，回波范圍較小，主體強度大于35 dBz，中心強度大于60 dBz，回波邊緣梯度較大(圖6a)。在強回波緩慢南壓過程中，商洛的洛南等地出現(xiàn)短時強降水；20:00—21:00，回波主體進(jìn)一步南壓，由于靜錐區(qū)的存在，回波移入此區(qū)時，因距離雷達(dá)站較近，可探測的最大高度較低，造成回波移過商州過程中強度減弱，但產(chǎn)生小時最強降水，與TBB演變特征相比，最大雨強時TBB圖上的反映更顯著(最大雨強時段與TBB最低值時段相對應(yīng))；22:00，后回波迅速減弱消散。

圖6　2014-07-28商洛多普勒雷達(dá)組合反射率因子(a 18:56，b 19:53，c 20:57，d 21:37)

7結(jié)論

(1)本次商洛局地暴雨天氣的影響系統(tǒng)主要是短波槽、副熱帶高壓與新疆—青海熱低壓。低層850 hPa新疆—青海熱低壓加強，其東側(cè)增強的偏南氣流引導(dǎo)副高西側(cè)暖濕氣流北上為暴雨發(fā)生發(fā)展提供了有利的水汽條件。

(2)對流層中高層渦旋運動增長，引起低層上升運動發(fā)展加強，利于強對流天氣的發(fā)生。

(3)中低層對流不穩(wěn)定層結(jié)加強，CAPE值及低層濕度顯著增大，抬升凝結(jié)高度與自由對流高度降低，因此在較低的抬升條件下，觸發(fā)了此次對流性天氣。

(4)衛(wèi)星云圖和雷達(dá)圖上表現(xiàn)為中尺度系統(tǒng)，生命期短，發(fā)生發(fā)展速度快。強降水主要發(fā)生在對流云團(tuán)強中心西北側(cè)TBB梯度大值區(qū)。

參考文獻(xiàn)：

[1]王伏村,許東蓓,修韶宇,等.一次西北地區(qū)東部大暴雨的物理機制分析[J].高原氣象,2014,33(6):1501-1513.

[2]劉勇,郭大梅,胡啟元.2012年7月27日陜北佳縣特大暴雨天氣的成因[J].干旱氣象,2014,32(3):424-430.

[3]李峰,周薇,張樂堅,等.北京“6. 23”局地強對流天氣的雷達(dá)產(chǎn)品特征分析[J].干旱氣象,2014,32 (4) :608-615.

[4]袁媛,董金芳,陳小婷,等.延安盛夏一次強降水天氣過程成因分析[J]. 陜西氣象,2014(2):6-9.

[5]趙東旭,楊曉玲,周華,等.甘肅武威市一次局地大到暴雨天氣成因分析[J].干旱氣象,2015,33 (1) :149-155.

[6]朱乾根,林錦瑞,壽紹文,等.天氣學(xué)原理和方法[M].北京: 氣象出版社,2003.

[7]宋桂英,李孝澤,江靖,等.2012年7月內(nèi)蒙古極端降水事件及成因[J].高原氣象,2015,34(1):163-172.

中圖分類號：P458.121

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

基金項目：國家自然科學(xué)基金項目(41475050)

作者簡介：井宇(1985—)，女，陜西米脂人，碩士，工程師，從事短時天氣預(yù)報。

收稿日期：2015-09-18

文章編號：1006-4354(2016)02-0001-04

井宇，黃少妮，陳闖.商洛一次局地暴雨診斷分析[J].陜西氣象，2016(2)：1-4.