青海省都蘭縣一次大到暴雨過(guò)程分析

石秀云，陳宏松，劉成豐

(青海省格爾木市氣象臺(tái)，青海格爾木 816099)

青海省都蘭縣一次大到暴雨過(guò)程分析

石秀云，陳宏松，劉成豐

(青海省格爾木市氣象臺(tái)，青海格爾木 816099)

利用常規(guī)資料、FY-2E氣象衛(wèi)星云圖及各物理量場(chǎng)產(chǎn)品，從環(huán)流特征、物理量場(chǎng)特征、衛(wèi)星云圖特征等對(duì)都蘭縣2014年7月20—21日大到暴雨天氣過(guò)程進(jìn)行分析，探討大到暴雨過(guò)程形成的可能原因。結(jié)果表明，此次降水天氣主要受巴湖分裂短波槽攜帶冷空氣自新疆東移南下與副熱帶高壓外圍西南暖濕氣流共同影響；此次大到暴雨的水汽源地在孟加拉灣和南海，濕度場(chǎng)上形成了中下層濕、上干的不穩(wěn)定層結(jié)；此次大到暴雨過(guò)程均有強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)；大到暴雨發(fā)生前高空風(fēng)向隨高度順轉(zhuǎn)，為暖平流，較小的風(fēng)切變有利于產(chǎn)生強(qiáng)降水；對(duì)流層中低層大氣不穩(wěn)定，為此次大到暴雨過(guò)程提供了不穩(wěn)定的能量條件；大的降水一般出現(xiàn)在云系移動(dòng)方向前方區(qū)的不穩(wěn)定區(qū)內(nèi)。

大到暴雨；環(huán)流形勢(shì)；物理量場(chǎng)；衛(wèi)星云圖；都蘭縣

素有柴達(dá)木“綠洲”之稱(chēng)的青海省都蘭縣地處柴達(dá)木盆地東南部，地形以高原山地為主，地勢(shì)西高東低，特殊的地理位置，使得都蘭縣容易出現(xiàn)大到暴雨天氣。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，大到暴雨是都蘭縣主要的災(zāi)害性天氣之一，且大到暴雨出現(xiàn)的次數(shù)主要集中在汛期[1]。

青海省地處內(nèi)陸腹地，受水汽條件的限制，大到暴雨發(fā)生的概率非常小，但所造成的災(zāi)害是非常嚴(yán)重的。近年來(lái)，隨著全球氣候的變暖，青海地區(qū)極端天氣事件增多，強(qiáng)降水天氣頻發(fā)，大雨易出，極端大到暴雨突現(xiàn)。由于大到暴雨中心、時(shí)空分布、雨勢(shì)變化等存在一定的差別，給大到暴雨的預(yù)報(bào)帶來(lái)困擾。筆者利用常規(guī)資料、FY-2E氣象衛(wèi)星云圖及各物理量場(chǎng)產(chǎn)品，從環(huán)流特征、物理量場(chǎng)特征、衛(wèi)星云圖特征等方面，對(duì)都蘭縣2014年7月20—21日大到暴雨天氣過(guò)程進(jìn)行分析，找出各關(guān)鍵預(yù)報(bào)依據(jù)，尋找預(yù)報(bào)著眼點(diǎn)及大到暴雨形成的原因，旨在為大到暴雨天氣預(yù)報(bào)和預(yù)警服務(wù)提供參考。

1 天氣實(shí)況

2014年7月20—21日都蘭出現(xiàn)大到暴雨過(guò)程，強(qiáng)降水出現(xiàn)在青海海西的東部，其中有2個(gè)縣(都蘭、天峻)24 h降水量超過(guò)25 mm(圖1)，降水開(kāi)始時(shí)間為20日23：00(圖2)，降水持續(xù)時(shí)間約10 h，23：00—24：00出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水，降水量達(dá)8.5 mm，20日08：00—21日08：00降水量達(dá)28.3 mm，大到暴雨具有局地性強(qiáng)、降水時(shí)間長(zhǎng)、短時(shí)降水強(qiáng)度強(qiáng)的特點(diǎn)[2]。

圖1 2014年7月21日都蘭縣降水實(shí)況Fig.1 The precipitation in Dulan County on July 21，2014

圖2 2014年7月20—21日都蘭縣逐小時(shí)雨量Fig.2 The hourly rainfall in Dulan County during July 20—21，2014

2 環(huán)流背景及影響系統(tǒng)

2.1 高空環(huán)流形勢(shì) 7月20日08：00 500 hPa(圖3a)，中高緯環(huán)流形勢(shì)為兩槽兩脊型，新疆北部和我國(guó)東北部為高壓脊，巴湖以西和貝湖為深厚的低槽，我國(guó)東部地區(qū)為西太平洋副熱帶高壓控制，青海省中部處于副高外圍西南暖濕氣流中。20日20：00 500 hPa(圖3b)，副熱帶高壓加強(qiáng)西伸北抬，我國(guó)東北部高壓脊減弱消失，環(huán)流形勢(shì)調(diào)整為兩槽一脊型，新疆北部弱脊，巴湖以西和貝湖為深厚的低槽，巴湖低槽分裂短波槽(新疆一帶)不斷向青海省西北部移動(dòng)，青海省海西處于副熱帶高壓西北側(cè)，新疆東移南下冷空氣在青海海西地區(qū)與西太平洋副熱帶高壓外圍西南暖濕氣流交匯，從而使?jié)穸仍龃?T-Td≤3 ℃)，尤其是海西東部濕度增大最明顯(T-Td≤1 ℃)，為飽和區(qū)。700 hPa，前期青海省受暖低壓控制，20日08：00青海省東北部為東南風(fēng)，到20日20：00，青海省東部風(fēng)場(chǎng)上形成308 gpm的氣旋型低渦，上游有冷溫槽逼近，此時(shí)海西東部正好處于低渦中。20日20：00 200 hPa，整個(gè)青海省受高壓脊控制，中心數(shù)值達(dá)1 264 gpm，高壓北部為急流帶，風(fēng)速≥40 m/s。高空輻散、低空輻合，引起海西東部地區(qū)出現(xiàn)大范圍的強(qiáng)降水天氣過(guò)程[3]。

2.2 地面形勢(shì) 7月20日14：00(圖4)，南疆翻越阿爾金山的冷空氣已侵入柴達(dá)木盆地，冷鋒后24 h變壓達(dá)3 hPa，冷鋒后均出現(xiàn)降水，青海海西都蘭吹的是西北風(fēng)，說(shuō)明冷空氣已經(jīng)影響該區(qū)域；20：00，冷空氣仍然維持，海西東部24 h變壓中心降幅達(dá)2 hPa，24 h變溫為-7 ℃；21日02：00冷空氣已經(jīng)移除海西，整個(gè)海西為24 h負(fù)變壓，而海西都蘭已出現(xiàn)強(qiáng)降水天氣，出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水，24 h變壓仍為負(fù)，中心達(dá)-2 hPa；都蘭6 h降水量達(dá)20 mm，到08：00海西東部還是無(wú)冷空氣侵入，為滿天對(duì)流云系，海西東部降水范圍有所擴(kuò)大，其中烏蘭、茶卡6 h降水量超過(guò)10 mm，08：00后降水轉(zhuǎn)為穩(wěn)定性。

圖4 2014年7月20日14：00地面形勢(shì)Fig.4 Ground situation at 14：00 on July 20，2014

3 物理量場(chǎng)分析

3.1K指數(shù) 大到暴雨發(fā)生前(20日08：00)，海西東部K指數(shù)為28～32 ℃，到20：00前都蘭已開(kāi)始出現(xiàn)降水天氣，K指數(shù)稍有下降，下降了3 ℃左右?？梢?jiàn)，大到暴雨發(fā)生前海西東部為K指數(shù)大值區(qū)，大氣層結(jié)極不穩(wěn)定，具備了發(fā)生強(qiáng)降水天氣的條件，易產(chǎn)生強(qiáng)降水[4]。

3.2 水汽條件

3.2.1 水汽通量散度。20日08：00(圖5a)，孟加拉灣—西藏—青海西部有南北向水汽通量散度負(fù)值區(qū)，水汽沿副熱帶高壓西部偏西南氣流向柴達(dá)木盆地輸送，由于青海東部受副熱帶高壓控制，東部為水汽通量正值區(qū)。到20日20：00(圖5b)，青海西部有一南北向的水汽通量散度負(fù)值區(qū)，中心值達(dá)-6×10-7g/(cm2·hPa·s)，強(qiáng)的水汽輻合沿著副熱帶高壓西側(cè)的偏南氣流向柴達(dá)木盆地和海西一帶輸送，700 hPa海西東部水汽通量散度為-10×10-5g/(cm2·hPa·s)，在300 hPa以上為弱輻散，低層強(qiáng)烈的水汽輻合加上高層輻散為大到暴雨的發(fā)生提供必要的水汽凝結(jié)條件。

圖5 2014年7月20日08：00(a)和20：00(b)水汽通量散度場(chǎng)Fig.5 Water vapor flux divergence field at 08：00(a)and 20：00(b)on July 20，2014

3.2.2 相對(duì)濕度。從表1可看出，在大到暴雨發(fā)生前(20日20：00)，500 hPa相對(duì)濕度在90%以上，水汽充沛，而近地層相對(duì)濕度較500 hPa小，500 hPa以上隨著高度的增加相對(duì)濕度迅速減小，到200 hPa降至37%以下；在臨近大到暴雨發(fā)生時(shí)，近低層至500 hPa相對(duì)濕度開(kāi)始增加，高層濕度相對(duì)開(kāi)始減小。從整個(gè)發(fā)展情況來(lái)看，在強(qiáng)降水發(fā)生前大氣有一個(gè)增濕的過(guò)程，其中中低層水汽充沛，而在對(duì)流層高層濕度迅速減小，這樣就形成了中下層濕、上干的不穩(wěn)定層結(jié)[5]。

3.3 垂直速度和渦度 由圖6可見(jiàn)，大到暴雨過(guò)程都蘭從低空到高空均為上升氣流，500～400 hPa上升運(yùn)動(dòng)最強(qiáng)，中心值達(dá)-14×10-3hPa/s；低空為正渦度，正渦度中心在700～500 hPa，中高空負(fù)渦度，從而形成低空輻合、高空輻散的垂直上升運(yùn)動(dòng)。此次大到暴雨過(guò)程中強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)將低層的水汽、熱量、能量抬升到高空，觸發(fā)不穩(wěn)定能量釋放，而中低層正渦度、高層負(fù)渦度的空間配置使大到暴雨區(qū)氣旋性曲率加大，低層環(huán)流加強(qiáng)，發(fā)展旺盛，造成大到暴雨天氣。

表1 都蘭縣“7.21”大到暴雨出現(xiàn)前相對(duì)濕度特征

Table 1 The features of relative humidity before “7.21” heavy rain in Dulan County

%

圖6 2014年7月19—22日垂直速度(a)和渦度(b)時(shí)間剖面 Fig.6 Vertical velocity(a)and vorticity(b)time profiles during July 19—22，2014

3.4 溫度對(duì)數(shù)壓力圖 此次大到暴雨過(guò)程均發(fā)生在青海海西東部，所以可用最近的站點(diǎn)格爾木、都蘭的探空資料來(lái)分析。大到暴雨發(fā)生前(20日20：00)，都蘭對(duì)流有效位能為0，強(qiáng)降水發(fā)生時(shí)(21日08：00)SI指數(shù)和對(duì)流有效位能均無(wú)變化；格爾木20日20：00～21日08：00，SI指數(shù)由5.70 ℃升至5.89 ℃，對(duì)流有效位能均為0?？傮w來(lái)看，此次過(guò)程中格爾木SI指數(shù)有所變化，而對(duì)流有效位能基本上均為0，說(shuō)明較小的風(fēng)切變有利于產(chǎn)生強(qiáng)降水[6]，但這次過(guò)程對(duì)都蘭單站來(lái)說(shuō)，SI指數(shù)和對(duì)流有效位能反映不是很明顯。

4 衛(wèi)星云圖演變分析

分析衛(wèi)星云圖發(fā)現(xiàn)，造成海西東部地區(qū)大到暴雨天氣是由于副熱帶高壓外圍的熱帶對(duì)流云團(tuán)在西藏—小唐—海西一帶發(fā)展、緩慢向東北移動(dòng)過(guò)程中形成的強(qiáng)中尺度對(duì)流云團(tuán)影響。20日20：00—21日05：00(圖7)，副高外圍青海省西

圖7 2014年7月20日20：00(a)和21日05：00(b)衛(wèi)星云圖Fig.7 Satellite cloud picture at 20：00(a)on July 20 and 05：00(b)on July 21 in 2014

部至南部的對(duì)流云團(tuán)不斷發(fā)展并向東北方移動(dòng)，將孟加拉灣的水汽向海西東部輸送，由于水汽不斷自副高外圍西南氣流向北輸送，降水區(qū)域的暖濕氣流發(fā)展旺盛，大到暴雨區(qū)開(kāi)始降水，強(qiáng)降水云團(tuán)在大到暴雨區(qū)上空維持，移動(dòng)緩慢。分析紅外黑體亮溫TBB可見(jiàn)，小唐至海西TBB≤-30 ℃大值區(qū)云團(tuán)隨著副熱帶高壓外圍的西南氣流向東北移動(dòng)，強(qiáng)度加強(qiáng)，20日24：00強(qiáng)中心移至海西都蘭地區(qū)，最強(qiáng)TBB≤-40 ℃，短時(shí)強(qiáng)降水天氣發(fā)生在20日23：00—24：00，之后TBB中心值減小向東移動(dòng)，21日08：00后移出海西。

5 結(jié)論

(1)此次降水天氣主要受巴湖分裂短波槽攜帶冷空氣自新疆東移南下與副熱帶高壓外圍西南暖濕氣流共同影響，低空的暖性低渦和地面輻合線等中尺度增強(qiáng)了局地不穩(wěn)定能量強(qiáng)烈抬升，同時(shí)鋒面抬升、干線、輻合線激發(fā)了局地強(qiáng)降水，副熱帶高壓的維持、阻擋系統(tǒng)的東移南壓，是大到暴雨過(guò)程持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的主要原因。

(2)此次大到暴雨的水汽源地在孟加拉灣和南海，沿副熱帶高壓外圍的偏西南氣流向青海海西輸送，大到暴雨區(qū)處在中低層水汽輻合帶中，充沛的水汽輸送及輻合為大到暴雨的發(fā)生提供了必要的水汽條件。濕度場(chǎng)上形成了中下層濕、上干的不穩(wěn)定層結(jié)。

(3)此次大到暴雨過(guò)程均有強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)，400～500 hPa垂直上升運(yùn)動(dòng)達(dá)到最強(qiáng)，強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)將低層的水汽、熱量、能量抬升到高空，觸發(fā)不穩(wěn)定能量釋放，而中低層正渦度、高層負(fù)渦度的空間配置，使大到暴雨區(qū)氣旋性曲率加大，低層環(huán)流加強(qiáng)，發(fā)展旺盛。

(4)大到暴雨發(fā)生前高空風(fēng)向隨高度順轉(zhuǎn)，為暖平流，較小的風(fēng)切變有利于產(chǎn)生強(qiáng)降水。

(5)對(duì)流層中低層大氣不穩(wěn)定，為此次大到暴雨過(guò)程提供了不穩(wěn)定的能量條件；大的降水一般出現(xiàn)在云系移動(dòng)方向前方區(qū)的不穩(wěn)定區(qū)內(nèi)。參考文獻(xiàn)

[1] 王江山，李錫福．青海天氣氣候[M]．北京：氣象出版社，2004：225-342.

[2] 段榮，王芬，熊方，等.西南低渦造成連續(xù)大暴雨天氣個(gè)例診斷分析[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，39(8)：4696-4699.

[3] 滕水昌，殷玉春.河西走廊一次大雨天氣診斷分析[J].干旱氣象，2010，28(1)：81-86.

[4] 賈宏元，穆建華，孔維娜.2004年寧夏一次區(qū)域性大到暴雨的診斷分析[J].干旱氣象，2005，23(2)：24-29.

[5] 張?jiān)鑫?，茍日多?jié)，王發(fā)科，等.柴達(dá)木盆地區(qū)域性中到大雨個(gè)例分析[J].氣象科技，2007，35(1)：88-91.

[6] 姚學(xué)祥.天氣預(yù)報(bào)技術(shù)與方法[M].北京：氣象出版社，2011：96-97.

Analysis of a Heavy Rain Process in Dulan County, Qinghai Province

SHI Xiu-yun, CHEN Hong-song, LIU Cheng-feng

(Qinghai Golmud City Meteorological Bureau, Golmud, Qinghai 816099)

Using the conventional data, FY-2E satellite images and the physical quantity fields, a heavy rain process in Dulan County during July 20-21, 2014 was analyzed from circulation features, physical quantity field features and satellite cloud picture features, the causes were discussed. The results showed that the rainfall process were affected by cold air from Xinjiang and southwest warm air; the water vapor sources were in the bay of Bengal and the South China Sea, middle and lower layer wet, upper dry unstable stratification was formed on the humidity fields; the heavy rainfall had a strong upward movement; wind direction at hight altitude changed clockwise with height before heavy rain occurrence, which is warm advection; smaller wind shear was favorable to produce strong precipitation; atmospheric instability in the middle and lower troposphere provided unstable energy condition; heavy rainfall generally appear in unstable region in front of cloud moving direction.

Heavy to torrential rain; Circulation situation; Physical quantity field; Satellite cloud picture; Dulan County

S 161.6；P 458

A

0517-6611(2016)35-0193-03

石秀云(1973-)，女，青海互助人，副研級(jí)高級(jí)工程師，從事短期天氣預(yù)報(bào)研究。

2016-09-30