陜西省夏季一次暴雨過程的個(gè)例分析

（新疆石河子莫索灣氣象站，新疆 石河子 832056）

0 引言

對(duì)于暴雨的準(zhǔn)確預(yù)報(bào)一直是氣象界的一個(gè)難題。大范圍、持續(xù)性強(qiáng)的暴雨往往能誘發(fā)洪澇、山體滑坡、泥石流等嚴(yán)重災(zāi)害事件，因此，暴雨是世界上大多數(shù)國家的主要災(zāi)害性天氣之一[1]。充沛的水汽是暴雨發(fā)生的必要前提條件之一，有關(guān)研究表明，我國暴雨事件的水汽，主要來自于南海、東海、孟加拉灣以及西太平洋等地[2]。這些地方的水汽往往能在特定的大氣環(huán)流背景下，輸送到我國，從而形成暴雨。水汽輸送結(jié)構(gòu)對(duì)于暴雨具有重要的影響。

梁萍[3]等利用NCEP/NCAR 1980—1997年間的再分析資料，結(jié)合我國夏季（6～8月）逐日降水觀測資料，從暴雨發(fā)生的水汽來源角度，對(duì)夏季華北地區(qū)的暴雨特征進(jìn)行了研究和討論，結(jié)果證實(shí)，影響華北地區(qū)暴雨的水汽主要來自于西太平洋以及高緯西風(fēng)帶，同時(shí)，孟加拉灣輸送的水汽也對(duì)華北地區(qū)的暴雨產(chǎn)生一定的影響。周海光[4]等對(duì)梅雨鋒暴雨中的中尺度系統(tǒng)進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)大氣不穩(wěn)定性、充足的水汽以及抬升運(yùn)動(dòng)是它們生成的重要條件。

謝坤[5]等利用ECMWFERA40 中的各種常規(guī)氣象變量的月平均數(shù)據(jù)，以及國家氣候中心提供的全國160站月平均降水資料，探討了1958—2002年夏季，華北地區(qū)大氣中的水汽輸送及水汽含量的特征，利用合成分析的方法對(duì)旱澇年的水汽含量和水汽輸送異常情況進(jìn)行了討論，對(duì)近年來華北地區(qū)水汽含量與輸送的變化情況進(jìn)行了趨勢(shì)擬合。研究表明，南海、孟加拉灣以及西太平洋是我國華北地區(qū)水汽的主要來源，而中高緯的西風(fēng)帶則促進(jìn)了不同區(qū)域之間水汽的傳輸與交換。通過對(duì)水汽含量及水汽輸送的趨勢(shì)分析發(fā)現(xiàn)，近50年以來，華北南邊界水汽開始減少，這可能是造成華北地區(qū)干旱化程度加劇的一個(gè)重要因素。周曉霞[6]等研究發(fā)現(xiàn)，亞洲季風(fēng)輸送的水汽是華北汛期水汽的主要來源。水汽含量也是青藏高原氣象學(xué)的一個(gè)重要研究課題。

青藏高原的水汽含量對(duì)其鄰近區(qū)域的氣候、水循環(huán)、旱澇水平等都具有重要的影響，因此許多學(xué)者對(duì)其水汽含量的空間分布及季節(jié)變化特征開展了大量廣泛而深入的研究。張杰[7]等從夏季水汽輸送帶的角度，對(duì)我國及亞洲其他地區(qū)的旱澇災(zāi)害的成因進(jìn)行了討論。馮蕾[8]等的研究也表明，青藏高原的水汽輸送會(huì)影響東亞夏季的降水水平；并且水汽含量具有非常明顯的時(shí)空變化以及季節(jié)變化。近些年來，對(duì)于青藏高原與周邊上空水資源的演變特征也有了非常多的研究。黃福均等人利用NECP/NCAR 再分析資料，對(duì)青藏高原東部地區(qū)及其周邊區(qū)域上空的水汽資源的氣候特征進(jìn)行了討論。慕建利[9]等利用地面逐小時(shí)加密觀測資料和T213資料，對(duì)陜西關(guān)中在2007年8月8日到9日的一次短時(shí)強(qiáng)暴雨過程進(jìn)行了分析，并主要是對(duì)本次暴雨的水汽來源進(jìn)行了論述。研究發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)暴雨時(shí)，關(guān)中周邊地區(qū)水汽都較為充沛，為高濕區(qū)，這為強(qiáng)暴雨提供了充足的水汽來源。在暴雨發(fā)生期間，關(guān)中上空的水汽較為淺薄，地面至低層風(fēng)向的快速變化，造成暴雨區(qū)從地面到低高度上空的濕度經(jīng)歷了先減小，忽然增大，又迅速減小的一個(gè)過程。偏東的氣流將水汽往暴雨區(qū)匯集。水汽通量的極大值中心，就是此次暴雨的中心。水汽通量的水平輻合，影響著暴雨區(qū)的可降雨量的大小。施尚文等對(duì)我國北方地區(qū)的夏季降雨量與夏季風(fēng)之間的關(guān)系進(jìn)行了探討，指出夏季風(fēng)較弱時(shí)，北方的降水偏少；反之，較強(qiáng)的夏季風(fēng)往往會(huì)給我國北方地區(qū)帶來更多的降水。王婧羽[10]等利用常規(guī)觀測資料及再分析資料，對(duì)出現(xiàn)在2012年7月21日至22日北京特大暴雨期間的水汽狀況進(jìn)行了計(jì)算，并得出如下結(jié)論：水汽的輸送主要是經(jīng)向的輸送過程，這次暴雨區(qū)的水汽主要來自于中、低層（以下）的南邊界。根據(jù)當(dāng)日的拉格朗日方法的后向追蹤軌跡模式（HYSPLIT），模擬示蹤了本次特大暴雨的水汽源地，結(jié)果表明，本次暴雨的重要水汽源主要在孟加拉灣、我國南海等地區(qū)。周順武等利用探空資料，研究了1979—2008年間華北地區(qū)夏季的地面降水與其上空水汽含量，利用經(jīng)驗(yàn)證交函數(shù)分解發(fā)現(xiàn)，華北地區(qū)上空水汽含量的分布特征主要有兩種形態(tài)，包括南北反相型以及全區(qū)一致變化型[11]。

我國的北方地區(qū)是生存環(huán)境的脆弱帶。降水變率對(duì)于當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)和牧業(yè)具有重要的影響。水汽源地的水汽輸送工程，對(duì)于發(fā)生降水的地區(qū)具有重要影響。陜西省位于我國西北地區(qū)的東部，該省南北向狹長，南、北氣候有顯著的差異，由南向北依次為亞熱帶、暖溫帶和溫帶。年均氣溫13.0 ℃，降水量576.9mm。氣溫由南向北降低，降水也由南向北減少，較易受到當(dāng)?shù)氐匦蔚挠绊?。陜西省地處我國的?nèi)陸，離充沛的水汽源地比較遠(yuǎn)，水汽輸運(yùn)對(duì)當(dāng)?shù)亟邓哂兄匾挠绊?。每?月下旬的后期至7月上旬的前期，常常出現(xiàn)初夏汛雨，洪澇災(zāi)害事件相對(duì)多發(fā)。自然區(qū)劃上因秦嶺-淮河一線而橫跨北方與南方。陜西省位于西北內(nèi)陸，橫跨黃河和長江兩大流域中部，全區(qū)域降水量都較少，而且降水的季節(jié)比較集中，陜西省降水主要集中在夏季。本文利用NOAA/ESRL PSD的逐日再分析資料，對(duì)2015年6月28日08時(shí)至29日08時(shí)發(fā)生在陜西省的一次暴雨過程從水汽通量、水汽通量散度以及垂直速度等方面進(jìn)行了探討，并著重關(guān)注了水汽的來源及其傳輸過程，以期為該省有關(guān)部門在暴雨的預(yù)報(bào)、防災(zāi)減災(zāi)方面提供一定的借鑒。

1 資料與方法

1.1 資料

本文逐日再分析資料由NOAA/ESRL PSD提供，包括溫度場、相對(duì)濕度場、風(fēng)場、比濕場、地面氣壓場等資料，垂直方向共有17層，水平分辨率為2.5°×2.5°格點(diǎn)，時(shí)間長度為2015年6月23至6月29日。

1.2 方法

1.2.1 水汽通量的計(jì)算

水汽通量（水汽輸送量）指的是單位時(shí)間內(nèi)，在與速度垂直方向正交的某一單位截面積流經(jīng)的水汽質(zhì)量。該物理量不僅能給出水汽輸送的強(qiáng)度，同時(shí)也可以給出水汽輸送的方向。本文采用歐拉方法計(jì)算水汽通量。

1.2.2 水汽通量散度的計(jì)算

水汽通量可以幫助我們了解暴雨發(fā)生時(shí)的水汽來源，但是對(duì)于暴雨發(fā)生的位置及強(qiáng)度，則需要通過水汽通量散度才能反映出來。水汽通量散度代表的是單位時(shí)間、單位體積水汽的凈流失量。換而言之，如果某地的水汽通量散度>0，則該地水汽輸出與流失，不利于降水的發(fā)生；水汽通量散度<0，該地有水汽的輸入與匯集，可造成強(qiáng)降水。

1.2.3 垂直速度ω的診斷

在常規(guī)的天氣分析和預(yù)報(bào)中，大氣垂直運(yùn)動(dòng)ω往往是一個(gè)重要的物理量。ω<0，氣流有上升運(yùn)動(dòng)；反之ω>0，氣流為下沉運(yùn)動(dòng)?？諝鈭F(tuán)在上升運(yùn)動(dòng)過程中，往往會(huì)冷卻凝結(jié)，形成雨滴降落，而氣團(tuán)下沉過程則伴隨著絕熱加熱。因此垂直速度也是形成降水的一個(gè)關(guān)鍵因素。

2 結(jié)果

2.1 研究區(qū)域降水概況

陜西省位于105°29′～111°15′E，31°42′～39°35′N，橫跨長江、黃河兩大流域中部，是我國中、東部地區(qū)與西北、西南連接的重要紐帶。該省屬于大陸季風(fēng)性氣候，南、北氣候有顯著的差異，由南向北依次為亞熱帶、暖溫帶和溫帶。年均氣溫13.0 ℃，降水量576.9mm。

氣溫由南向北降低，降水也由南向北減少，較易受到當(dāng)?shù)氐匦蔚挠绊?。每?月下旬的后期至7月上旬的前期，出現(xiàn)初夏汛雨，洪澇災(zāi)害事件相對(duì)多發(fā)。

查閱資料2015年6月28日08時(shí)的高低空形勢(shì)?？梢钥闯?，陜西省受西風(fēng)槽和西太副高的西側(cè)西南暖濕氣流的共同影響，造成全省多地出現(xiàn)強(qiáng)降雨過程。

據(jù)氣象部門監(jiān)測資料顯示，當(dāng)日08時(shí)至16時(shí)，全省共計(jì)91個(gè)縣（市）出現(xiàn)降水，降水中心位于漢中市，該市南鄭縣氣象局28日分別于10：18和13：45連續(xù)2次發(fā)布暴雨紅色預(yù)警信號(hào)。在陜南中西部地區(qū)中，有2個(gè)縣為大暴雨，9個(gè)縣為暴雨。從該省的所有鄉(xiāng)鎮(zhèn)站監(jiān)測結(jié)果來看，降水大于50mm 全省多達(dá)181個(gè)站，大于100mm 為41個(gè)站，大于200mm有3個(gè)站。

由于此次降水的影響，漢江支流冷水河發(fā)生歷史上50年一遇的嚴(yán)重洪災(zāi)，漢中的多個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)遭遇襲擊，一時(shí)造成電力設(shè)施、交通設(shè)施的受損中斷。溢水河、漾家河以及喜神壩河的洪峰流量均超警戒。28日15時(shí)30分，漢江支流冷水河三花石站出現(xiàn)超保證洪峰流量1840 m3/s，重現(xiàn)期相當(dāng)于50年一遇。南鄭縣是這次暴雨洪澇的重災(zāi)區(qū)。為了保證災(zāi)區(qū)群眾的生命安全，南鄭縣于28日12時(shí)緊急組織危險(xiǎn)區(qū)15000多人員轉(zhuǎn)移，有效減少了人員傷亡，但還是造成了1名人員失蹤。

截至當(dāng)年6月30日09時(shí)，陜西省漢中、安康、寶雞、咸陽、渭南、延安、銅川等7市28個(gè)縣（區(qū)），451000余人遭到暴雨及其引發(fā)的洪澇災(zāi)害的危害。災(zāi)害期間，34000 余人緊急轉(zhuǎn)移，13人失蹤，4人死亡；當(dāng)?shù)剞r(nóng)作物共有378.90 萬hm2受災(zāi)，46.50萬hm2絕收；造成了9億多元的直接經(jīng)濟(jì)損失。

2.2 水汽通量

根據(jù)6月23日資料顯示，有多個(gè)水汽通量中心，分別位于孟加拉灣附近（中心值>27 g/（cm·hPa·s）），南海附近（中心值>27 g/（cm·hPa·s）），以及靠近我國海岸的西北太平洋上（中心值>18 g/（cm·hPa·s））。有利的風(fēng)場條件，有利于將水汽往我國輸送。盛行西南風(fēng)將來自于孟加拉灣附近的水汽往我國內(nèi)地輸送。此外，還可以看出，風(fēng)場在我國青藏高原-青海等地區(qū)發(fā)生輻合，因而在青藏高原中東部也出現(xiàn)了一個(gè)高水汽通量中心（中心值>27g/（cm·hPa·s））。對(duì)于西北太平洋上的水汽中心而言，偏南風(fēng)一部風(fēng)將水汽往北輸送，到了35°N附近，風(fēng)場發(fā)生偏轉(zhuǎn)，一部分水汽隨著偏西風(fēng)流向中東太平洋，還有一部分水汽在偏東風(fēng)的作用下，往我國大陸輸送。

6月24日，幾個(gè)水汽中心的位置沒有太大變化，但是水汽高值中心范圍比23日都有所減小，23日我國大部分地區(qū)（東北、中東部，包括陜西?。┏善乃?，到了24日水汽變得分散，往我國東北部輸送。水汽仍在我國新疆、青藏高原、青海、甘肅、內(nèi)蒙古、陜西、陜西等地發(fā)生輻合。25日，南海附近的水汽中心值進(jìn)一步減小，由之前的>24 g/（cm·hPa·s），減小到>18g/（cm·hPa·s），孟加拉灣、西北太平洋、青藏高原附近的高值中心值及范圍都有所擴(kuò)大。尤其是青藏高原附近，水汽增加明顯，水汽高值中心已覆蓋到青海和甘肅附近。26日，來自上游孟加拉灣、青藏高原附近的充沛水汽，在盛行西南風(fēng)的作用下，水汽進(jìn)一步往我國內(nèi)陸輸送，并已經(jīng)在甘肅、青海省一帶產(chǎn)生了一個(gè)中心值>15g/（cm·hPa·s）的次高值中心，在我國西南地區(qū)也產(chǎn)生一個(gè)高水汽中心。相比25日水汽覆蓋情況來看，26日，陜西省上空已經(jīng)處在水汽覆蓋區(qū)，中心值6～9g/（cm·hPa·s）之間。此時(shí)，來自孟加拉灣、青藏高原地區(qū)的水汽在盛行西南風(fēng)、來自南海的水汽偏南風(fēng)、來自西北太平洋的水汽在偏東風(fēng)的作用下，源源不斷地往我國輸送，并可以明顯看出水汽在我國中北部、新疆、甘肅、青海、陜西、山西和內(nèi)蒙古一帶發(fā)生輻合。27日，孟加拉灣、南海的水汽中心明顯減小，但是青藏高原、青海-甘肅2個(gè)水汽中心明顯增強(qiáng)，水汽覆蓋范圍變大，已經(jīng)有向東、向北發(fā)展的趨勢(shì)。陜西省上空的水汽進(jìn)一步增加到9～12 g/（cm·hPa·s），并且處在高水期中心的邊緣，風(fēng)場、水汽場輻合帶。28～29日，隨著孟加拉灣、青藏高原、南海附近幾個(gè)水汽中心的減小，我國北方在范圍及強(qiáng)度上都有明顯的減弱，28日，陜西省上空的水汽含量相對(duì)較為充沛，但是到了29日，隨著28日08時(shí)至29日08時(shí)，一次暴雨過程的出現(xiàn)后，該地區(qū)的水汽通量明顯減弱，水汽通量值<6g/（cm·hPa·s）。從上述的分析過程來看，來自孟加拉灣、青藏高原充沛的水汽在西南風(fēng)的作用下，源源不斷地往我國內(nèi)陸輸送，同時(shí)南海附近的水汽在偏南風(fēng)、來自西北太平洋的水汽在偏東風(fēng)的作用下，也在往我國輸送水汽。因此，就陜西省2015年6月28日至29日的這次暴雨過程而言，上述4個(gè)區(qū)域都為本次暴雨的發(fā)生提供了水汽源地。

2.3 垂直速度

6月27日，850 hPa與700 hPa上，陜西南部與北部分別位于垂直速度的負(fù)值區(qū)與正值區(qū)，也就是說，陜西南部氣流上升，有利于降水發(fā)生，而北部氣流則是下沉的。但是到了暴雨發(fā)生的28日，陜西全省都一致的位于氣流上升區(qū)，上升速度約為-0.1 hPa/s。到29日，陜西省的部分區(qū)域已不在處于垂直速度負(fù)值區(qū)，當(dāng)?shù)乜赡芙邓兴鶞p小。因此，從垂直速度的角度來看，陜西省的這次降水過程，是從南向北擴(kuò)展開的，27日，強(qiáng)降水在陜西南部已經(jīng)開始。在大氣環(huán)流形勢(shì)以及水汽通量的配合下，降水區(qū)陜西南部向北部推移，28日，整個(gè)陜西地區(qū)都出現(xiàn)上升氣流，降水也隨之覆蓋全省，甚至造成局地暴雨，誘發(fā)洪澇災(zāi)害。29日，陜西部分地區(qū)已無明顯的上升氣流，降水會(huì)有所減少，天氣逐漸晴好。另外，孟加拉灣附近、青藏高原附近以及西太平洋均呈明顯的氣流上升區(qū)。因此，垂直速度對(duì)于降水的產(chǎn)生是具有重要作用的。在常規(guī)的天氣分析和預(yù)報(bào)中，大氣垂直運(yùn)動(dòng)往往是一個(gè)重要的物理量。

2.4 水汽通量散度場

前文中提到，如果水汽通量散度為正值，則表示研究區(qū)域的水汽是流失的；如果水汽通量散度為負(fù)值，表示研究區(qū)域?yàn)樗蹍^(qū)。2015年6月27日至29日，850 hPa和500 hPa水汽通量散度分布情況分析表明，連續(xù)的3d中，850 hPa上陜西省均處于水汽通量散度的負(fù)值區(qū)，27日至29日具體數(shù)值分別為-2×10-9g/（hPa·cm2·s）、-5×10-9g/（hPa·cm2·s）和-2×10-9g/（hPa·cm2·s）?？梢姡撌∩峡?50 hPa上為水汽的聚集，并且在暴雨發(fā)生的當(dāng)日（28日）水汽輻合最為嚴(yán)重，暴雨過后的29日水汽輻合開始減弱。而根據(jù)對(duì)23日到29日的水汽通量的分析，這些輸送到陜西地區(qū)的水汽主要來自于孟加拉灣、青藏高原以及西太平洋、南海等地。而對(duì)于500 hPa的水汽通量散度而言，27日和28日陜西省上空均為正值，27日為3×10-9g/（hPa·cm2·s），28日為5×10-9g/（hPa·cm2·s），但是29日，該省南北部分別處于正負(fù)區(qū)。因此，暴雨發(fā)生的28日，500 hPa高度上，陜西省上空的水汽是往周圍地區(qū)流失的。28日，低空水汽輻合、高空水汽輻散都較為明顯，高、低空的這種配置，有可能會(huì)造成大氣低層的水汽上傳補(bǔ)充高層流失的水汽。而水汽上升會(huì)冷卻凝結(jié)，就會(huì)造成降水的出現(xiàn)。此外，雖然850 hPa在這3 d中均處于負(fù)的水汽通量散度區(qū)，但是，就具體數(shù)值而言，仍以強(qiáng)降水出現(xiàn)的28日負(fù)值最大。

3 結(jié)論

本文利用NOAA/ESRL PSD提供的逐日溫度場、相對(duì)濕度場、風(fēng)場、比濕場、地面氣壓場等再分析資料，從水汽通量、水汽通量散度以及垂直速度等方面，對(duì)2015年6月28日發(fā)生在陜西省的一次暴雨過程進(jìn)行了討論，并著重分析了本次暴雨過程中的水汽來源及其傳輸過程。研究結(jié)果如下：（1）來自孟加拉灣、青藏高原的水汽輸送對(duì)暴雨產(chǎn)生有重要作用，而來自西太平洋及高緯西風(fēng)帶、南海等地的水汽輸送對(duì)陜西暴雨存在一定的加強(qiáng)作用。（2）暴雨期間，陜西省均處于上升氣流區(qū)，垂直速度上升區(qū)與孟加拉灣附近、青藏高原附近以及西太平洋等高水汽通量區(qū)的位置具有較好的一致性。（3）水汽通量散度在850hPa上為負(fù)值區(qū)，有水汽的匯集；而同時(shí)段的500hPa上，則為水汽的損失區(qū)，高-低空的這種水汽配置狀況，有利于水汽的上升，從而增強(qiáng)暴雨的發(fā)生。