新鄉(xiāng)一次低渦大暴雨天氣診斷分析

田曉璐

新鄉(xiāng)一次低渦大暴雨天氣診斷分析

田曉璐

（新鄉(xiāng)市氣象局，河南 新鄉(xiāng) 453003）

本文利用常規(guī)觀測資料、地面加密觀測資料、衛(wèi)星云圖資料及NCEP1°×1°逐6h再分析資料，對(duì)2016年新鄉(xiāng)一次低渦大暴雨天氣進(jìn)行診斷分析。結(jié)果表明：第一階段的對(duì)流性降水以太行山區(qū)為中心，地形的抬升及阻擋作用導(dǎo)致山脈迎風(fēng)坡具有上升運(yùn)動(dòng)及水汽輻合中心，而低層弱冷空氣入侵是對(duì)流性降水的主要觸發(fā)機(jī)制；第二階段東南部的降水呈現(xiàn)混合性，急流快速北抬造成大量水汽在新鄉(xiāng)堆積，不穩(wěn)定能量釋放后不斷重建，低渦前側(cè)的MCS與地面中尺度氣旋相配合，產(chǎn)生了該階段極高的降水效率。本研究旨在進(jìn)一步揭示此次極端天氣的成因，以期為此類大暴雨的預(yù)報(bào)提供參考和依據(jù)。

大暴雨；診斷分析；低渦；太行山；MCS

新鄉(xiāng)位于豫北西部，處在太行山與華北平原結(jié)合地帶，地形復(fù)雜。2016年7月18日23∶00-20日8∶00，受高低空急流，中低層低渦、切變線，以及地面暖倒槽東移北上共同影響，新鄉(xiāng)出現(xiàn)大暴雨，局地特大暴雨，由于降水持續(xù)時(shí)間長、強(qiáng)度大，導(dǎo)致全市出現(xiàn)不同程度的洪澇災(zāi)害。民政部門統(tǒng)計(jì)，此次降水造成新鄉(xiāng)157 087人受災(zāi)，直接經(jīng)濟(jì)損失17 345.2萬元。

受太行山脈影響［1-3］，新鄉(xiāng)夏季局地性強(qiáng)降水頻發(fā)，使預(yù)報(bào)難度進(jìn)一步加大。雖然各級(jí)臺(tái)站均報(bào)出了此次過程，但對(duì)極端性的預(yù)估存在不足。此外，降水落區(qū)與太行山地形有極好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，是一次非常值得總結(jié)的過程。本研究旨在進(jìn)一步揭示此次降水的成因，以期為今后此類大暴雨的預(yù)報(bào)提供參考和依據(jù)。

1 降水概況

新鄉(xiāng)此次過程以強(qiáng)降水為主，沒有出現(xiàn)冰雹、短時(shí)大風(fēng)等強(qiáng)對(duì)流天氣，140個(gè)雨量站中，降水量超過100mm的共計(jì)45個(gè)站，超過250mm的共計(jì)5個(gè)站。特大暴雨集中在北部太行山區(qū)，最大過程降水量357.6mm，出現(xiàn)在輝縣的陳家院，最大小時(shí)雨強(qiáng)115.9mm出現(xiàn)在延津的王樓（圖1）。

圖1 2016年7月18日23∶00-20日8∶00新鄉(xiāng)雨量分布（單位：mm）

降水可分為兩個(gè)集中時(shí)段：①18日23∶00-19日18∶00，新鄉(xiāng)西北部以太行山區(qū)為中心的對(duì)流性降水；②19日14∶00-20日8∶00，新鄉(xiāng)東南部的混合性降水。選取陳家院及封丘這兩個(gè)具有代表性的站點(diǎn)，根據(jù)其逐小時(shí)降水量繪制演變趨勢，如圖2所示。可見，18日夜間降水始于太行山附近，3∶00起雨勢顯著增強(qiáng)，陳家院7∶00、8∶00雨強(qiáng)均大于60mm。西北部降水于9∶00左右減小，但陳家院強(qiáng)降水仍持續(xù)，并于12∶00達(dá)到該站雨強(qiáng)最大值70.8mm。14∶00左右，新一輪過程開始，東南部雨勢明顯加強(qiáng)，并連同輝縣穩(wěn)定維持的強(qiáng)降水區(qū)成為一條南北向雨帶。伴隨雨帶東移，山區(qū)強(qiáng)降水于18∶00后趨于減弱。此時(shí)，降水集中在新鄉(xiāng)東南部，封丘 18∶00-20∶00 雨強(qiáng)均高于50mm。之后，系統(tǒng)東移，整個(gè)過程于21∶00明顯減弱，次日8∶00結(jié)束。

圖2 2016年7月19日00∶00-23∶00陳家院、封丘逐小時(shí)雨量

2 環(huán)流演變及影響系統(tǒng)發(fā)展

7月17-18日，500hPa亞歐中高緯度為兩槽兩脊形勢，歐洲到烏拉爾山為一低槽區(qū)，內(nèi)蒙中部至云南南部為較深的槽區(qū)，青藏高原至新疆北部以及東部沿海分別為高壓脊，副熱帶高壓588dagpm等高線位于華南。18日20∶00，500hPa低槽北端到達(dá)河套地區(qū)，由于兩側(cè)高壓脊加強(qiáng)，迫使其間低槽移速緩慢并不斷加深。自江淮至東北地區(qū)為T-Td≥15℃的大范圍干區(qū)，鄭州站T-Td為36℃。925hPa自東海有一支10m/s的偏東風(fēng)急流向豫北上空輸送水汽，鄭州站T-Td為1℃。太行山對(duì)超低空急流的阻擋使大量水汽在山脈東側(cè)堆積，而上干冷下暖濕的配置更加劇了新鄉(xiāng)上空位勢不穩(wěn)定層結(jié)的建立。此外，新鄉(xiāng)位于200hPa分流輻散區(qū)，有利于上升運(yùn)動(dòng)的持續(xù)發(fā)展。分析地面天氣圖發(fā)現(xiàn)，高壓中心位于朝鮮半島，強(qiáng)度為1 010hPa，其后部不斷有弱冷空氣擴(kuò)散南下影響華北地區(qū)。同時(shí)，由于中低空的較強(qiáng)暖濕氣流向北輸送，促使四川東部至河南西部的黃淮暖倒槽逐漸朝東北方向移動(dòng)。18日20∶00，新鄉(xiāng)位于高壓后部偏東氣流中，自河北有偏北風(fēng)攜帶弱冷空氣擴(kuò)散至豫北，與盛行的偏東風(fēng)在新鄉(xiāng)北部交匯，不斷觸發(fā)中小尺度對(duì)流系統(tǒng)發(fā)生。

19日8∶00，東部高壓脊穩(wěn)定于125°E附近，青藏高壓持續(xù)增強(qiáng)，二者之間的低槽以5經(jīng)度/d的移速緩慢移至東勝至漢中一線。19日20∶00，副熱帶高壓西伸北抬，脊線移至28°N附近。在其配合下，下游高壓穩(wěn)定性顯著提升，形成高壓壩。同時(shí)，受后部高壓脊向北加強(qiáng)影響，兩高形成對(duì)峙，其間的低槽移速趨于停滯，并在山西至河南西部切斷出低渦。在此期間，925—700 hPa暖式切變線北抬至黃淮地區(qū)，切變線位置接近，結(jié)構(gòu)垂直。并且，低層?xùn)|南風(fēng)急流建立，新鄉(xiāng)位于急流最大風(fēng)速中心前方，有明顯的水汽輻合且濕層深厚。200hPa在新鄉(xiāng)上空維持分流輻散，與低空急流相耦合，帶來的抽吸、通風(fēng)作用有助于上升運(yùn)動(dòng)長時(shí)間維持。分析地面天氣圖發(fā)現(xiàn)，新鄉(xiāng)位于暖倒槽頂部，暖倒槽的發(fā)展加強(qiáng)，有利于低層大范圍不穩(wěn)定能量的積累。

3 大暴雨形成機(jī)制

3.1 水汽條件分析

18日20∶00-19日8∶00，925hPa均存在10m/s超低空急流將東海水汽注入新鄉(xiāng)上空，這是第一階段最主要的水汽來源。通過疊加19日8∶00 925hPa水汽通量散度與風(fēng)場，如圖3（a）所示，可以發(fā)現(xiàn)，豫北低空存在輻合中心，新鄉(xiāng)上空強(qiáng)度達(dá)到-6×10-7g·s-1·cm-2·hPa-1，已超過河南產(chǎn)生大暴雨的閾值。此外，分析新鄉(xiāng)（35.32°N、113.88°E）水汽通量散度和風(fēng)場的經(jīng)向剖面圖發(fā)現(xiàn)，19日 2∶00（圖略）、8∶00（圖 3（b））在 35°N 以北，地面至900hPa有弱冷空氣南下，冷暖空氣持續(xù)在暴雨區(qū)交匯，導(dǎo)致不穩(wěn)定能量激發(fā)。

隨后，伴隨暖式切變線北抬，西南急流建立起通向豫北的水汽通道，中低層暖空氣勢力明顯增強(qiáng)。14∶00新鄉(xiāng)北部的中心值高達(dá)-14×10-7g·s-1·cm-2·hPa-1（圖3（c）），大量水汽在此堆積，為第二階段強(qiáng)降水奠定了基礎(chǔ)。查閱140個(gè)雨量站資料發(fā)現(xiàn)，16∶00-21∶00每小時(shí)均有站點(diǎn)雨量大于50mm，而王樓站于20∶00出現(xiàn)了本過程的小時(shí)雨量極值，達(dá)115.9mm。沿封丘（35.06°N、114.46°E）制作水汽通量散度和風(fēng)場的經(jīng)向剖面，能夠看出20∶00 35°N附近整層暖濕氣流均加強(qiáng)，而地面至800hPa之間的強(qiáng)水汽輻合中心高達(dá)-30×10-7g·s-1·cm-2·hPa-1（圖3（d））。

圖3 水汽條件（水汽通量散度單位：10-7g·s-1·cm-2·hPa-1，風(fēng)速單位：m/s）

3.2 不穩(wěn)定條件分析

3.2.1 不穩(wěn)定指標(biāo)。選取臨近的鄭州探空站資料加以分析。18日20∶00 T-lnP圖顯示（圖4（a）），250hPa之下風(fēng)隨高度順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，之上逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，表明中低層暖平流，高層弱冷平流。SI指數(shù)為-1.0℃，LI指數(shù)低至-4.2℃，CAPE值由8∶00的692.2J/kg提升至1 531J/kg（見表1）。同時(shí)，500hPa附近存在明顯干空氣卷入，大氣層結(jié)呈現(xiàn)典型的上干冷、下暖濕的“喇叭口”特征，說明大氣此時(shí)極不穩(wěn)定，為第一階段太行山區(qū)對(duì)流性降水創(chuàng)造了有利條件。19日8∶00鄭州站（圖4（b））200hPa附近持續(xù)有弱冷平流輸送，伴隨低層?xùn)|南風(fēng)急流加強(qiáng)，中低層大氣接近飽和。K指數(shù)由前日20∶00 31.0℃升至37.0℃，0～6km垂直風(fēng)切變提高到16.63m/s，強(qiáng)的垂直風(fēng)切變環(huán)境有利于上升氣流和下沉氣流長時(shí)間共存。此外，不穩(wěn)定能量依舊維持，CAPE值為1443J/kg，說明不穩(wěn)定能量在第一階段釋放后又不斷重建。用14∶00新鄉(xiāng)站的地面溫度及露點(diǎn)溫度對(duì)8∶00探空資加以訂正，CAPE值提高至2664J/kg，LI指數(shù)降至-4.5℃，大氣充足的水汽及位勢不穩(wěn)定為第二階段混合性強(qiáng)降水奠定了基礎(chǔ)。

圖4 2016年鄭州站（57083）T-lnP圖

表1 2016年7月18日20∶00-19日14∶00鄭州站（57083）探空資料分析

圖5 2016年7月19日2∶00沿新鄉(xiāng)（35.32°N、113.88°E）緯向和經(jīng)向制作的θse剖面圖（θse單位：K）

3.2.2 假相當(dāng)位溫。利用NCEP FNL資料沿新鄉(xiāng)（35.32°N、113.88°E）做θse剖面，以分析強(qiáng)降水期間的不穩(wěn)定條件［4-5］。過程開始前，低層暖濕氣流加強(qiáng)，新鄉(xiāng)上空大氣迅速增溫增濕。沿35.32°N制作緯向剖面，發(fā)現(xiàn)18日20∶00（圖略）新鄉(xiāng)上空等值線為352K的高能舌向上延伸至900hPa，而112.5°E上空600hPa附近有331K的干冷中心，致使在112.5°E～113.5°E800hPa附近形成明顯的能量鋒，新鄉(xiāng)上空大氣層結(jié)呈不穩(wěn)定狀態(tài)。隨著低層暖濕空氣增強(qiáng)，19日2∶00新鄉(xiāng)上空950hPa出現(xiàn)了356K的閉合暖濕中心（圖5（a）），并且600hPa的干冷中心較前日快速東移且高度略有下降，疊加在暖濕中心之上，更增強(qiáng)了中層以下大氣對(duì)流不穩(wěn)定性。同時(shí)，沿113.88°E制作經(jīng)向剖面（圖5（b）），可以看出在35.5°N以北的低層有θse低值舌從強(qiáng)降水區(qū)北部鐫入，低層弱冷空氣入侵是第一階段對(duì)流性降水的主要觸發(fā)機(jī)制。8∶00-14∶00，新鄉(xiāng)低層θse高值仍然保持（圖略），中低層暖濕氣流向北輸送造成不穩(wěn)定能量釋放后不斷重建。伴隨低渦東移，14∶00 110°E～111°E上空600hPa出現(xiàn)了328K的干冷中心。低渦的移入與新鄉(xiāng)低層較高的不穩(wěn)定能量相配合，引發(fā)了第二階段強(qiáng)降水過程。

圖6 豫北地形圖

圖7 2016年7月19日8∶00沿新鄉(xiāng)（35.32°N、113.88°E）制作的水汽通量散度與垂直速度緯向剖面圖

3.3 太行山地形影響

太行山在豫北為東北至西南走向（圖6），最高海拔高度為1 842m。7月18-19日，新鄉(xiāng)低層盛行東南風(fēng)，與山脈走向近乎正交的暖濕氣流源源不斷地吹向迎風(fēng)坡。為進(jìn)一步了解地形在降水落區(qū)中的作用，分析NCEP FNL資料時(shí)疊加了地形特征。由于超低空急流的水汽輸送，19日2∶00（圖略）水汽輻合中心位于山脈東側(cè)，新鄉(xiāng)上空水汽輻合區(qū)位于925hPa以下，上升運(yùn)動(dòng)由地面伸展至300hPa。19日8∶00（圖7）垂直上升運(yùn)動(dòng)進(jìn)一步加強(qiáng)，上升區(qū)位于山脈東側(cè)114°E～116°E，大量水汽和不穩(wěn)定能量在太行山東側(cè)堆積、輻合抬升。由此可見，太行山地形對(duì)第一階段降水的增幅作用極為典型，在地形抬升及阻擋作用下，水汽輻合區(qū)均位于山脈迎風(fēng)坡，且垂直速度也有較好的體現(xiàn)。

4 中尺度云團(tuán)分析

圖8 2016年7月19日值線（單位：K）與紅外云圖疊加圖

分析FY-2E紅外云圖資料發(fā)現(xiàn)，18日20∶00陜西銅川上空生成了一個(gè)結(jié)構(gòu)密實(shí)的中β尺度對(duì)流云團(tuán)A，該云團(tuán)在移入新鄉(xiāng)的過程中逐漸發(fā)展加強(qiáng)。19日3∶00起，輝縣、獲嘉多鄉(xiāng)鎮(zhèn)雨強(qiáng)超20mm，而此時(shí)tbb降至224K，其西側(cè)等值線密集帶位于新鄉(xiāng)西部（圖8（a））。對(duì)比地面加密觀測資料，發(fā)現(xiàn)該時(shí)次新鄉(xiāng)東南部有一條地面輻合線，強(qiáng)降水集中在地面輻合線北側(cè)與tbb等值線密集帶相交的區(qū)域。5∶00起，晉城上空有對(duì)流云團(tuán)生成并沿太行山朝東北方向移動(dòng)，其中鑲嵌著發(fā)展旺盛的中γ尺度對(duì)流云團(tuán)B、C。二者接連經(jīng)過輝縣，致使萬仙山附近8個(gè)站點(diǎn)6∶00、7∶00雨強(qiáng)大于50mm。7∶00，C與安陽上空的云團(tuán)合并為一個(gè)近似橢圓形的中β尺度對(duì)流云團(tuán)D，其西南側(cè)tbb等值線尤為密集并位于輝縣上空（圖8（b）），萬仙山8∶00雨強(qiáng)達(dá)101.8mm。伴隨對(duì)流云團(tuán)移出，新鄉(xiāng)大范圍降水趨于結(jié)束，然而輝縣北部山區(qū)卻有對(duì)流云團(tuán)持續(xù)經(jīng)過?？梢姡幌盗兄谐叨葘?duì)流云團(tuán)的初生、發(fā)展、合并且接連不斷經(jīng)過輝縣是造成第一階段對(duì)流性降水的主要原因。

19日午后，低渦前側(cè)的MCS逼近太行山沿線，并在東移過程中發(fā)展加強(qiáng)。18：00新鄉(xiāng)上空tbb降至218K，MCS與地面中尺度氣旋相配合并長時(shí)間滯留于封丘附近，造成了東南部極高的降水效率。19：00 MCS移至新鄉(xiāng)與菏澤交界，tbb低至208K，其中心西側(cè)tbb等值線密集度再一次增強(qiáng)并位于新鄉(xiāng)東部（圖8（c）），而王樓于20∶00達(dá)到本過程小時(shí)雨強(qiáng)最大值115.2mm。可見，低渦前側(cè)的MCS與滯留在封丘附近的地面中尺度氣旋相配合，產(chǎn)生了該階段極高的降水效率。

5 結(jié)語

①通過以上分析可知，925hPa超低空急流是第一階段降水的主要水汽來源，西南急流快速北抬將充沛的暖濕氣流持續(xù)輸送至暴雨區(qū)，產(chǎn)生了第二階段極高的降水效率。②低層暖濕氣流增溫增濕作用顯著，配合疊加在中層的干冷中心，造成新鄉(xiāng)上空出現(xiàn)了明顯的能量鋒，加之低層來自北部的弱冷空氣鐫入，觸發(fā)了第一階段對(duì)流性降水。不穩(wěn)定能量釋放后不斷重建，低渦東移并疊加在新鄉(xiāng)低層暖濕空氣之上，產(chǎn)生了第二階段強(qiáng)降水。③太行山地形對(duì)第一階段降水的增幅作用極為典型，在地形抬升及阻擋作用下，水汽輻合區(qū)均位于山脈迎風(fēng)坡，且垂直速度也有較好的體現(xiàn)。④第一階段的強(qiáng)降水云團(tuán)由若干個(gè)小的中尺度對(duì)流云團(tuán)有組織發(fā)展起來，強(qiáng)度強(qiáng)且影響范圍大。地面輻合線和對(duì)流云團(tuán)中心后側(cè)tbb等值線密集帶相交的區(qū)域，對(duì)降水區(qū)有較好的指示意義。對(duì)流云團(tuán)中心后側(cè)tbb等值線越密集，越容易出現(xiàn)強(qiáng)降水中心。

［1］馬月枝，鐘興華，宋培玲，等.2010年7月19日新鄉(xiāng)大暴雨天氣分析［J］.氣象與環(huán)境科學(xué)，2011（1）：49-55.

［2］王叢梅，俞小鼎，李芷霞，等.太行山地形影響下的極端短時(shí)強(qiáng)降水分析［J］.氣象，2017（4）：425-433.

［3］陶詩言.中國之暴雨［M］.北京：科學(xué)出版社，1980.

［4］馬月枝，王新紅，宋培玲，等.2010年8月豫北一次短時(shí)強(qiáng)降水過程分析［J］.氣象與環(huán)境科學(xué)，2011（4）：31-39.

［5］鄭仙照，壽紹文，沈新勇，等.一次暴雨天氣過程的物理量分析［J］.氣象，2006（1）：102-106.

Diagnostic Analysis of AHeavy Vortex Rainstorm in Xinxiang

Tian Xiaolu
（Xinxiang Meteorological Office，Xinxiang Henan 453003）

By using routine observational data,surface intensive observational data,satellite cloud image and NCEP 6h 1°×1°reanalysis data,the author made a diagnostic analysis ona heavy vortex rainstorm in 2016.The results showed that∶the convective precipitationof the first stage was centered on Taihang Mountains.The uplift and blocking of the terrain madeascending movement and vapor convergence on the windward slope.However,weak cold air from the north at low layer was the important trigger mecha?nism of convective precipitation.The second stage of mixed precipitation occured in the southeast of Xinxiang.The jet moved northward caused a large amount of water vapor to accumulate in Xinxiang,and unstable energy was released and rebuilt continuously.The MCS in the front of vortex was com?bined with the mesoscale cyclone on the ground,resulting in extremely high precipitation efficiencyat this stage.The purpose of this study is to reveal the cause of the heavy rainstorm,so as to provide refer?ence for forecasters.

heavy rainstorm；diagnostic analysis；vortex；Taihang Mountains；MCS

P458.3

A

1003-5168（2017）10-0154-05

2017-09-03

田曉璐（1988-），女，本科，助理工程師，研究方向：短期天氣預(yù)報(bào)。