2018年7月19日合作市局地暴雨天氣過程分析

王麗娜 王興麗

摘要? ? 本文利用MICAPS常規(guī)氣象觀測(cè)資料、自動(dòng)站加密降水量資料以及新一代天氣雷達(dá)回波資料，對(duì)2018年7月19日合作市出現(xiàn)的一次局地暴雨天氣過程的發(fā)生成因進(jìn)行診斷分析。結(jié)果表明，此次降水過程是一次副高邊緣型中尺度環(huán)境配置，500 hPa本地處于高原槽前、588 dagpm外圍的西南氣流中，700 hPa有切變線影響本地，地面存在輻合線。中層水汽一般，低層水汽非常充沛。CAPE值為1 748 J/kg，沙式指數(shù)SI為-2.88，具有高層低能舌疊加在低層高能舌之上的能量配置，有利于對(duì)流不穩(wěn)定建立。雷達(dá)反射率因子呈塊狀到帶狀的演變，強(qiáng)回波在45～55 dBZ之間，強(qiáng)回波的高度低于-20 ℃等溫線的高度。此次降水過程是對(duì)流單體較強(qiáng)發(fā)展，維持在合作市上空造成的局地暴雨天氣過程，降水具有強(qiáng)度大、持續(xù)時(shí)間短、雨量集中的特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞? ? 暴雨;環(huán)流背景;物理特征量;甘肅合作;2018年7月19日

中圖分類號(hào)? ? P458.121.1? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼? ? A? ? ? ? 文章編號(hào)? ?1007-5739（2019）06-0162-04

局地暴雨和大暴雨是常見的中小尺度強(qiáng)對(duì)流天氣，一般具有歷時(shí)短和強(qiáng)度大的特點(diǎn)，引發(fā)的氣象災(zāi)害及次生災(zāi)害非常嚴(yán)重[1]。甘肅省甘南藏族自治州地處青藏高原東北部邊緣，地形復(fù)雜、天氣多變，災(zāi)害性天氣種類多、易發(fā)生，由短時(shí)強(qiáng)降水引發(fā)的局地暴雨尤為常見。強(qiáng)降水引發(fā)的山洪、泥石流等災(zāi)害，給全市農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和人民生命財(cái)產(chǎn)造成嚴(yán)重的影響和損失[2]。因此，對(duì)于暴雨發(fā)生機(jī)制的探討及預(yù)報(bào)技術(shù)的總結(jié)與改進(jìn)始終是預(yù)報(bào)技術(shù)人員的重點(diǎn)工作之一[3]。本文利用MICAPS常規(guī)氣象觀測(cè)資料、自動(dòng)站加密降水量資料以及新一代天氣雷達(dá)回波資料，對(duì)2018年7月19日合作市出現(xiàn)的一次局地暴雨天氣過程的發(fā)生成因進(jìn)行診斷分析。

1? ? 降水實(shí)況

2018年7月19日17：30開始，合作市大部普降雷陣雨，局部地方出現(xiàn)大到暴雨，其中有1個(gè)區(qū)域站出現(xiàn)暴雨，最大降水量出現(xiàn)在早子（合作），降水量為98.0 mm;降水量較大的站點(diǎn)有南木婁（合作）48.0 mm、上加拉（合作）40.1 mm、紹瑪（合作）34.3 mm（圖1）。此次降水過程主要集中在19日17：00—22：00，2個(gè)區(qū)域站出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水，最大小時(shí)雨強(qiáng)為早子55.0 mm。此次降水過程強(qiáng)度大、持續(xù)時(shí)間短、降水量集中。

由于累積雨量較大，對(duì)當(dāng)?shù)鼐用穹课?、公共設(shè)施、基礎(chǔ)設(shè)施、農(nóng)作物造成了嚴(yán)重?fù)p害，累計(jì)直接經(jīng)濟(jì)損失62.16萬元，受災(zāi)人數(shù)996人，倒塌房屋2間，未造成人員傷亡。

2? ? 環(huán)流背景特征分析

2.1? ? 高空?qǐng)D分析

分析圖2（a）、（b）、（c）可知，7月19日8：00，東亞中高緯地區(qū)為兩槽一脊的環(huán)流形式，巴爾喀什湖一帶為一長(zhǎng)波槽，貝加爾湖一帶有長(zhǎng)波脊，低緯地區(qū)副熱帶高壓呈東西帶狀分布，副高西伸脊點(diǎn)位于東經(jīng)110°以西，本地處于副高西北側(cè)的西南氣流中，并受甘肅中部切變線影響。19日20：00，巴爾喀什湖大槽東移南壓，分裂小槽移入我國(guó)新疆，冷空氣從新疆下滑侵入本地，長(zhǎng)波脊繼續(xù)發(fā)展與南面的副熱帶高壓脊同相疊加穩(wěn)定維持。本地處于槽前、副高西北側(cè)的西南氣流交匯中。20日8：00，高原槽東移至本地，副高穩(wěn)定維持，略有東退，本地仍處于西南氣流中。

由圖2（d）、（e）、（f）可知，7月19日8：00，本地受切變影響，副熱帶高壓西北側(cè)邊緣有西南風(fēng)急流形成，在提供暴雨區(qū)水汽的過程中，低空急流起著很重要的作用，它是水汽主要的輸送者，它可以造成明顯的濕舌和水汽集中，有利于暴雨區(qū)低空高濕區(qū)的形成。19日20：00，在四川西部有一低渦形成，本地處于低渦右側(cè)和副熱帶高壓西北側(cè)邊緣的西南氣流中。20日8：00，低渦強(qiáng)度減弱，移至本地，本地處于弱的偏南氣流中。

2.2? ? 地面圖及綜合圖分析

由圖3（a）可知，7月19日20：00地面圖分析，本地處于高壓環(huán)流區(qū)，地面存在輻合線。中尺度綜合圖分析：本地處于500 hPa高原槽前、588 dagpm外圍的西南氣流中，700 hPa在副高西北側(cè)有切變線存在，地面有輻合線見圖3（b）。700 hPa全州各地相對(duì)濕度≥80%，比濕≥12 g/kg，合作上空比濕 ≥14 g/kg，最大可達(dá)16 g/kg，低層水汽非常充沛，并受北部冷空氣侵入，700 hPa有暖溫度脊，這種上層干冷、下層暖濕的配置有利于不穩(wěn)定能量的累積，有利于強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)生，特別是短時(shí)強(qiáng)降水發(fā)生。

3? ? 物理特征量分析

3.1? ? 動(dòng)力特征

3.1.1? ? 渦度和垂直速度。渦度是表征流體質(zhì)塊的旋轉(zhuǎn)程度和旋轉(zhuǎn)方向，渦度的正負(fù)中心分別對(duì)應(yīng)氣旋流場(chǎng)和反氣旋流場(chǎng)地區(qū)，脊區(qū)對(duì)應(yīng)負(fù)渦度中心，槽區(qū)對(duì)應(yīng)正渦度中心。由圖4（a）、（b）可知，合作市處于一個(gè)負(fù)渦度區(qū);700 hPa下合作市處于一個(gè)正渦度中心區(qū)，這種高層負(fù)渦度與底層正渦度相配置，產(chǎn)生較強(qiáng)的垂直上升運(yùn)動(dòng)，有利于水汽的輸送。

3.1.2? ? 垂直上升速度。由圖5（a）可知，500 hPa合作市處于正速度區(qū)，最大值是4×10-2 m/s;由圖5（b）可知，700 hPa合作市處于負(fù)速度區(qū)，最大值是-6×10-2 m/s。綜合分析，本地處于垂直上升運(yùn)動(dòng)區(qū)，垂直上升運(yùn)動(dòng)將水平輸送來的水汽向上輸送，同時(shí)使空氣絕熱冷卻達(dá)到飽和，進(jìn)而凝結(jié)水滴降落下來，上升速度越大，降水量越大。

3.2? ? 水汽條件

暴雨的發(fā)生、發(fā)展和維持，必須要有豐富的水汽供應(yīng)。能夠表征水汽條件的物理量主要有比濕、相對(duì)濕度、水汽通量、水汽通量散度[4]。由于此次過程維持時(shí)間短，700 hPa水汽通量散度變化不是很明顯，選擇了700 hPa相對(duì)濕度和比濕進(jìn)行了分析。由圖6可知，全州各地相對(duì)濕度≥80%，合作市處在高濕區(qū);全州各地比濕≥12 g/kg，其中合作上空比濕 ≥14 g/kg，最大可達(dá)16 g/kg。暴雨是在大氣飽和比濕達(dá)到相當(dāng)大的數(shù)值以上才形成的，大多數(shù)暴雨出現(xiàn)在比濕≥8 g/kg的條件下。這次合作市局地暴雨發(fā)生時(shí)，低層水汽非常充沛。

3.3? ? 熱力學(xué)特征與穩(wěn)定度

一次暴雨過程，往往都存在不穩(wěn)定能量的聚積—釋放—再聚積—再釋放過程，表征大氣熱力學(xué)特征的物理量較多，在暴雨的診斷分析中比較常用的是假相當(dāng)位溫和對(duì)流有效位能[5]。本文主要對(duì)19日20：00合作市探空資料進(jìn)行訂正（用該日最高氣溫訂正得出暴雨發(fā)生前探空曲線圖），作出探空曲線圖，見圖7（a）?？梢钥闯觯献魇猩峡誄APE值為1 748 J/kg，沙式指數(shù)SI為-2.88，不穩(wěn)定能量聚積，有利于不穩(wěn)定的層結(jié)。假相當(dāng)位溫是濕度、溫度、氣壓的函數(shù)，它是描寫能量的物理量，θse的垂直分布反映了大氣層結(jié)對(duì)流不穩(wěn)定度的狀況。由圖7（b）可以看出，是將700 hPa上θse等值線分布與500 hPa θse等值線分布相疊加（陰影，θse≥80 ℃）。在500 hPa上出現(xiàn)低能舌，其下部的700 hPa是高能舌，表明具有高層低能舌疊加在低層高能舌之上的能量配置，有利于對(duì)流不穩(wěn)定建立。

4? ? 雷達(dá)回波特征分析

合作市雷達(dá)為CINRAD/CD 714CDN型新一代天氣雷達(dá)，天線饋源海拔高度為3 373 m，采集數(shù)據(jù)時(shí)用VCP21降水模式進(jìn)行體掃，每隔6 min獲得一次體掃數(shù)據(jù)。產(chǎn)生暴雨的雷達(dá)回波發(fā)射率因子特征大致可分為2種類型：積層混合云降水回波和對(duì)流云降水回波。對(duì)流性降水回波的主要特點(diǎn)是基本反射率因子為帶狀或塊狀，強(qiáng)回波高度不會(huì)太高，一般不高于-20 ℃等溫線高度。然后對(duì)本次過程的反射率因子、反射率因子剖面圖進(jìn)行分析。

由圖8可知，17：32合作市上空有塊狀的回波開始發(fā)展，回波中心最大強(qiáng)度為42.5 dBZ;17：43合作上空回波演變?yōu)閹?，回波中心最大?qiáng)度為52.5 dBZ;18：11強(qiáng)回波寬度增加，繼續(xù)維持在合作上空，回波中心最大強(qiáng)度為46.5 dBZ;18：50強(qiáng)回波繼續(xù)發(fā)展，回波中心最大強(qiáng)度為49.5 dBZ;19：57以后回波強(qiáng)度開始減弱，強(qiáng)回波中心在30～35 dBZ，此時(shí)區(qū)域站小時(shí)雨強(qiáng)開始減弱。

分析17：43及18：50反射率因子垂直剖面可知，50 dBZ以上強(qiáng)度的回波向上擴(kuò)展的高度低于4 km（強(qiáng)回波高度低于-20 ℃等溫線高度）。此次降水過程回波具有對(duì)流性降水回波的特征，反射率因子由塊狀演變?yōu)閹?，雨帶呈東北—西南移動(dòng)（圖9）。

5? ? 結(jié)論

綜合高低層環(huán)流形式分析得出，19日20：00巴爾喀什湖大槽東移南壓，分裂小槽移入我國(guó)新疆，冷空氣從新疆下滑進(jìn)侵入本地，長(zhǎng)波脊繼續(xù)發(fā)展與南面的副熱帶高壓脊同相疊加穩(wěn)定維持。本地處于500 hPa高原槽前、588 dagpm外圍的西南氣流中，700 hPa在副高西北側(cè)有切變線存在，地面有輻合線。

由數(shù)值預(yù)報(bào)物理特征量分析得出，高層負(fù)渦度與低層正渦度相配置，有較強(qiáng)的垂直上升運(yùn)動(dòng)。700 hPa相對(duì)濕度≥80%，比濕≥12 g/kg，最大可達(dá)16 g/kg，低層水汽非常充沛;受北部冷空氣侵入，具有高層低能舌疊加在低層高能舌之上的能量配置，有利于對(duì)流不穩(wěn)定建立，有利于強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)生，特別是短時(shí)強(qiáng)降水發(fā)生。

分析雷達(dá)反射率因子呈塊狀到帶狀的演變特征，可發(fā)現(xiàn)強(qiáng)回波在45～55 dBZ之間，強(qiáng)回波的高度低于-20℃等溫線的高度。此次降水過程是對(duì)流單體較強(qiáng)發(fā)展，持續(xù)維持在合作上空造成的局地暴雨天氣過程。降水具有強(qiáng)度大、持續(xù)時(shí)間短、雨量集中的特點(diǎn)。

6? ? 參考文獻(xiàn)

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[4] 孟偉光，王安寧.華南暴雨中尺度對(duì)流系統(tǒng)的形成及濕位渦分析[J].大氣科學(xué)，2004（3）：330-341.

[5] 江曉燕，倪允琪.一次梅雨鋒暴雨過程的β中尺度對(duì)流系統(tǒng)發(fā)展機(jī)理的數(shù)值研究[J].氣象學(xué)報(bào)，2005（1）：77-92.