副高邊緣西安地區(qū)一次短時(shí)暴雨分析

井 宇，陳 闖，屈麗瑋，姚 靜

(1.陜西省氣象臺(tái)，西安 710014；2.陜西省氣象科學(xué)研究所，西安 710014)

暴雨是我國常見的災(zāi)害性天氣，暴雨預(yù)報(bào)是我國天氣業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)的重點(diǎn)。隨著大氣科學(xué)和探測技術(shù)的進(jìn)步，氣象學(xué)家對(duì)暴雨形成機(jī)理進(jìn)行了大量研究[1]。王田田等[2]對(duì)2012 年 6月 4—5日酒泉地區(qū)出現(xiàn)的一次大暴雨過程進(jìn)行了分析，表明在暴雨發(fā)生之前CAPE有一個(gè)明顯持續(xù)增大的過程；張一平等[3]對(duì)黃淮地區(qū)兩次低渦暴雨的中尺度特征分析，發(fā)現(xiàn)兩次過程對(duì)流云頂亮溫低至210～220 K；陳永仁等[4]對(duì)2012年7月21—22日四川暴雨中的中尺度對(duì)流系統(tǒng)特征及其對(duì)短時(shí)強(qiáng)降雨影響進(jìn)行分析，表明強(qiáng)降水區(qū)域回波反射率因子達(dá)50 dBz以上；屈麗瑋等[5]對(duì)2014和2015年陜西春季首場暴雨過程進(jìn)行對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，2015年暴雨過程850 hPa水汽輻合較強(qiáng)，是水汽的主要來源；趙強(qiáng)等[6]對(duì)2014年7月8—9日陜北一次區(qū)域性暴雨過程進(jìn)行分析，表明暴雨發(fā)生在能量鋒區(qū)附近。近年來氣象學(xué)者從多方面對(duì)暴雨的天氣特征進(jìn)行研究，但針對(duì)陜西短歷時(shí)暴雨天氣特征的研究較少，本文利用常規(guī)觀測資料、FY2G衛(wèi)星TBB資料、雷達(dá)資料和NCEP 1°×1°再分析資料，對(duì)2016年7月24日發(fā)生在西安的突發(fā)性短時(shí)暴雨過程進(jìn)行分析。

1 降水概況

2016年7月24日08時(shí)至25日08時(shí)，西安發(fā)生了一次暴雨天氣過程，其中2站自動(dòng)站、27站鄉(xiāng)鎮(zhèn)站累積降水量超過50 mm，其中3站鄉(xiāng)鎮(zhèn)站累積降水量超過100 mm，降雨量最大為西安小寨站，累積降水量達(dá)123 mm，強(qiáng)降水主要集中在24日18—23時(shí)，降水強(qiáng)度大、時(shí)段集中，造成了比較嚴(yán)重的城市內(nèi)澇。

2 環(huán)流背景

7月24日08時(shí)500 hPa天氣圖(圖1a)上，歐亞中高緯為兩槽一脊型，巴湖北部為一低槽，貝湖西部為高脊，東北北部為中心值達(dá)564 dagpm的冷渦，甘肅南部存在短波槽，西太平洋副熱帶高壓呈東北—西南向，且在江蘇、浙江附近形成592 dagpm的閉合等壓線，沿副高外圍從云南—陜西形成較一致的偏南氣流；700 hPa天氣圖(圖1b)上，華東形成316 dagpm閉合高壓中心，沿高壓外圍從云南—陜西北部為一致的西南風(fēng)，貝加爾湖西側(cè)沿高脊前下滑的冷空氣與西太平洋副熱帶高壓外圍北上的暖濕空氣在寧夏—甘肅東部形成切變；850 hPa(圖略)陜西中南部受西太平洋副熱帶高壓外圍偏南氣流控制，高溫高濕。24日20時(shí)，500 hPa(圖略)位于甘肅南部的短波槽移至陜西北部，且并入東北冷渦底部，西太平洋副熱帶高壓北抬，西太平洋副熱帶高壓外圍云南—陜西中部的偏南氣流繼續(xù)維持；700 hPa天氣圖(圖略)上，貝加爾湖西側(cè)高脊前冷空氣進(jìn)一步下滑，云南—陜西偏南風(fēng)維持，寧夏—甘肅東部切變東移至陜西西部；850 hPa天氣圖(圖略)上沿副高外圍從廣西—陜西中部增暖明顯，出現(xiàn)24 ℃閉合暖中心。受短波槽東移和副高外圍西南氣流共同影響，配合低層明顯的切變輻合，為暴雨的發(fā)生提供了較好的動(dòng)力抬升和暖濕條件。

3 衛(wèi)星云圖特征

利用高時(shí)空分辨率的云頂亮溫(TBB)資料可以分析中小尺度云系的發(fā)展演變[7]。通常，TBB 越低，代表云頂越高，對(duì)流發(fā)展越旺盛[8]。7月24日13時(shí)(圖略)中緯短波槽與副高東側(cè)外圍之間的東南氣流中有零散的對(duì)流云團(tuán)生成，云團(tuán)中心TBB小于-56 ℃。零散云團(tuán)逐漸發(fā)展合并，15時(shí)(圖略)形成東北—西南走向的帶狀對(duì)流系統(tǒng)。17時(shí)(圖2a)云帶進(jìn)一步發(fā)展加強(qiáng)，TBB最低值小于-68 ℃；在云帶底部新生一β中尺度對(duì)流云團(tuán)(圖中箭頭所指)，初生云團(tuán)強(qiáng)度較大，中心TBB達(dá)-68 ℃。18時(shí)(圖2b)云團(tuán)強(qiáng)烈發(fā)展為水平尺度大于100 km的橢圓狀對(duì)流云團(tuán)，其中心TBB降低至-72 ℃，結(jié)構(gòu)密實(shí)。19時(shí)(圖2c)云帶中部逐漸分離，對(duì)流云團(tuán)面積迅速增大(此時(shí)西安位于云團(tuán)前部的低云中)。20時(shí)(圖2d)云帶中部斷裂，對(duì)流云團(tuán)強(qiáng)中心向東發(fā)展，且云團(tuán)中TBB小于-68 ℃和-72 ℃面積迅速增大，對(duì)流云團(tuán)發(fā)展旺盛，西安位于對(duì)流云團(tuán)強(qiáng)中心東側(cè)的TBB梯度大值區(qū)，19—20時(shí)西安小寨站出現(xiàn)56.8 mm/h強(qiáng)降水。21時(shí)(圖2e)對(duì)流云團(tuán)面積繼續(xù)增大，云團(tuán)中TBB小于-68 ℃面積進(jìn)一步增大，西安位于云團(tuán)東部TBB小于-72 ℃區(qū)域，20—21時(shí)西安小寨站出現(xiàn)58.8 mm/h降水。22時(shí)(圖2f)對(duì)流云團(tuán)在緩慢向東發(fā)展的過程中，西南部結(jié)構(gòu)迅速松散，強(qiáng)降水分布在對(duì)流云團(tuán)東北部。23時(shí)對(duì)流云團(tuán)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步松散，云頂亮溫小于-68 ℃面積迅速縮小，降水減弱。

4 雷達(dá)回波演變特征

地面圖上，08時(shí)(圖略)西安位于低壓前部，至17時(shí)(圖略)隨著低壓東移西安逐漸轉(zhuǎn)為受低壓后部偏北氣流影響，低壓后部偏北氣流引導(dǎo)冷空氣南下影響西安。18：33(圖略)西安多普勒雷達(dá)速度圖上，0.5°～2.4°仰角西安附近均為東北風(fēng)，東北路冷空氣從低層楔入暖空氣之下，迫使暖空氣抬升。從組合反射率圖可見，18：33有零散塊狀回波在西安附近生成，回波中心強(qiáng)度大于55 dBz，此時(shí)西安出現(xiàn)零星弱降水。19：19(圖3a)0.5°～2.4°仰角徑向速度圖上，西安附近仍以東北風(fēng)為主，組合反射率圖(圖4a)顯示塊狀回波迅速發(fā)展，范圍增大并形成西北—東南向帶狀，回波中心強(qiáng)度維持在55 dBz以上，回波移動(dòng)方向與發(fā)展方向近乎垂直，根據(jù)文獻(xiàn)[9]，則在任何點(diǎn)上都不會(huì)產(chǎn)生長時(shí)間持續(xù)的降水。19：42(圖3b)西安以北仍以東北風(fēng)為主，西安南側(cè)有偏南風(fēng)發(fā)展，并在西安附近形成輻合。強(qiáng)回波在緩慢東移過程中后方有新發(fā)展的對(duì)流單體并入(圖4b)，回波范圍進(jìn)一步增大?；夭ǜ采w了西安—咸陽—禮泉一帶，在此回波緩慢東移發(fā)展過程中西安部分地方出現(xiàn)強(qiáng)降水。20：05(圖略)回波東北部中心強(qiáng)度維持在55 dBz以上，西南部強(qiáng)度減弱。20：29(圖略)速度圖上西安附近逐漸轉(zhuǎn)為受偏北氣流影響，回波帶演變?yōu)闁|北—西南向，西安位于回波帶南側(cè)弱回波區(qū)。21：03之后(圖略)依然有強(qiáng)度大于35 dBz回波移過西安，但速度圖上西安附近為輻散區(qū)，21：00之后西安降水迅速減弱。

箭頭所指為β中尺度對(duì)流云團(tuán)；a 17時(shí)，b 18時(shí)，c 19時(shí)，d 20時(shí)，e 21時(shí)，f 22時(shí)圖2 2016-07-24 FY2G衛(wèi)星TBB分布圖(單位為℃)

圖3 2016-07-24西安多普勒雷達(dá)徑向速度場(a 19：19；b 19：42，白色圓圈為輻合區(qū))

圖4 2016-07-24西安多普勒雷達(dá)組合反射率因子(a 19：19；b 19：42)

5 水汽和能量條件

08—14時(shí) 700 hPa以下暴雨區(qū)水汽通量均小于7 g/(cm·hPa·s)(圖略)，20時(shí)水汽通量減小至4 g/(cm·hPa·s)以下(圖略)，雖然水汽通量值并不高，但盛夏副高邊緣大氣高溫高濕，08—20時(shí)暴雨區(qū)850 hPa以下比濕一直維持在14 g/kg以上(圖略)。08時(shí)850 hPa上(圖略)，在暴雨區(qū)上游寧夏中部—甘肅東部存在一切變，沿切變形成東北—西南向水汽輻合區(qū)；14時(shí)(圖5a)隨切變東移，水汽輻合區(qū)移入關(guān)中西部；20時(shí)(圖5b)切變線南端的暴雨區(qū)附近形成小于-4×10-7g/(cm2·hPa·s)的水汽輻合中心，強(qiáng)輻合區(qū)的形成為暴雨的發(fā)生提供了有利的水汽聚積條件。08時(shí)(圖略)暴雨區(qū)CAPE值大于400 J/kg；14時(shí)(圖6a)迅速增長至800 J/kg以上；20時(shí)(圖6b)隨著暴雨的發(fā)生，不穩(wěn)定能量釋放，CAPE值減小至600 J/kg以下。暴雨發(fā)生前CAPE值顯著增長與王田田等[2]分析的結(jié)果相一致。

圖6 2016-07-24 CAPE分布圖(單位：J/kg；a 14時(shí)，b 20時(shí))

6 不穩(wěn)定和動(dòng)力條件

08時(shí)(圖略)，沿34°Nθse剖面圖上105°E～112°E上空500 hPa附近有兩個(gè)小于338 K的低值中心。θse從低層至500 hPa隨高度降低，大氣層結(jié)表現(xiàn)為對(duì)流不穩(wěn)定狀態(tài)，850 hPa以下θse大于352 K，低層高溫高濕。14時(shí)(圖7a)，切變東移至106°E附近，切變東側(cè)750 hPa以下為較一致的偏南風(fēng)，106°E以東低層θse高值區(qū)向上擴(kuò)展，表明低層暖濕條件增強(qiáng)。106°～112°E 500 hPa以下大氣層結(jié)依然為對(duì)流不穩(wěn)定狀態(tài)。20時(shí)(圖7b)，低層切變東移至107°E附近，切變西側(cè)700 hPa以下出現(xiàn)中心值小于344 K低值中心，在切變附近形成等值線密集的能量鋒區(qū)，切變東側(cè)107°～112°E 500 hPa以下大氣層結(jié)維持對(duì)流不穩(wěn)定。

圖7 沿34°N的假相當(dāng)位溫(單位為K)和風(fēng)場剖面(a 14時(shí)，b 20時(shí))

08時(shí)(圖略)，沿34°N散度和垂直速度剖面圖上104°E低層切變附近存在中心強(qiáng)度為-4×10-5s-1輻合區(qū)，105°E～107°E 400 hPa以下為較弱的上升氣流。14時(shí)(圖8a)切變東移至106°E附近，低層輻合中心東移；105°～107°E附近上升運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)；109°E(西安)上空弱輻散區(qū)間隔分布，600～800 hPa出現(xiàn)弱上升氣流區(qū)。20時(shí)(圖8b)，低層切變東移至107°E附近；800 hPa以下輻合區(qū)東移至107°E～110°E附近，輻合中心強(qiáng)度為-3×10-5s-1；109°E上空700 hPa為大于2×10-5s-1輻散中心。800～600 hPa上升氣流顯著發(fā)展，觸發(fā)不穩(wěn)定能量釋放。

圖8 沿34°N散度(等值線，單位：10-5s-1)、垂直速度(陰影，單位：Pa/s)和風(fēng)場剖面(a 14時(shí)，b 20時(shí))

7 結(jié)論

(1)此次暴雨過程是由東移短波槽、副熱帶高壓和低層切變共同作用生成，受短波槽東移和副高外圍西南氣流共同影響，配合低層明顯的切變輻合，使得暴雨區(qū)動(dòng)力抬升和暖濕條件較好。

(2)強(qiáng)降水與對(duì)流云團(tuán)活動(dòng)密切相關(guān)，造成西安地區(qū)短時(shí)暴雨的β中尺度對(duì)流云團(tuán)具有初生強(qiáng)度大、發(fā)生發(fā)展迅速等特點(diǎn)。

(3)暴雨區(qū)水汽通量輻合高值區(qū)的形成為暴雨的發(fā)生提供了有利的水汽聚積條件；暴雨發(fā)生前暴雨區(qū)低層暖濕條件增強(qiáng)；暴雨發(fā)生前和發(fā)生時(shí)大氣層結(jié)維持對(duì)流不穩(wěn)定狀態(tài)；切變東側(cè)上升氣流發(fā)展，觸發(fā)不穩(wěn)定能量釋放，為暴雨的發(fā)展提供了有利條件。