2019年9月6日尖扎短時(shí)強(qiáng)降水天氣成因分析

王敏 嚴(yán)繼云 李靜

摘要 利用常規(guī)氣象資料、加密自動站和雷達(dá)資料，對2019年9月6日發(fā)生在黃南州尖扎縣的強(qiáng)對流天氣過程進(jìn)行分析。結(jié)果表明：受高空西北氣流下的冷平流及淺槽過境影響，強(qiáng)降水區(qū)高低空冷暖切變、地面中尺度輻合線觸發(fā)產(chǎn)生強(qiáng)對流天氣，小時(shí)雨強(qiáng)達(dá)35.0 mm。強(qiáng)降水發(fā)生前為熱低壓，從低空到高空冷暖平流相間存在，中層濕，上、下層干的配置，600 hPa附近為薄的逆溫層，0～3 km垂直風(fēng)切變增達(dá)5 m/s。對流風(fēng)暴在移動過程中呈現(xiàn)出線裝、鉤狀、多納圈狀，回波強(qiáng)度最大低于60 dBz，風(fēng)暴伸展高度11 km，為強(qiáng)降水超級單體風(fēng)暴，但質(zhì)心高度較低，使得云系發(fā)展到成熟階段后強(qiáng)中心迅速下降，造成十分鐘降水量達(dá)10 mm以上;速度圖上中氣旋的持續(xù)時(shí)間較長，但不夠深厚;垂直積分液態(tài)水含量值有序減弱，與降水出現(xiàn)的時(shí)間形成對應(yīng)關(guān)系。此次短時(shí)強(qiáng)降水來勢猛，時(shí)間短，強(qiáng)度強(qiáng)，發(fā)布了暴雨橙色預(yù)警信號，但時(shí)效性較差。

關(guān)鍵詞 強(qiáng)降水;自動站;雷達(dá);分析

中圖分類號：P458.121 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095–3305（2021）01–0134–04

短時(shí)強(qiáng)降水是指小時(shí)降水量≥20 mm，

一般伴有雷電的強(qiáng)對流天氣現(xiàn)象。短時(shí)強(qiáng)降水具有突發(fā)性強(qiáng)、尺度小、強(qiáng)度大的特點(diǎn)，容易引發(fā)洪澇、滑坡、泥石流等次生地質(zhì)災(zāi)害，此類天氣預(yù)報(bào)難度大，短時(shí)臨近預(yù)報(bào)及預(yù)警的時(shí)間效率較低。近年來，國內(nèi)外學(xué)者對短時(shí)強(qiáng)降水天氣進(jìn)行了大量研究[1-4]?；谝酝难芯拷Y(jié)果，利用Micaps、自動站和雷達(dá)資料，對2019年9月6日出現(xiàn)在尖扎縣的強(qiáng)對流天氣過程，從中小尺度環(huán)境場背景出發(fā)，詳細(xì)分析了加密自動站及雷達(dá)資料，得出了此次天氣過程的成因，以期為短時(shí)強(qiáng)降水預(yù)報(bào)預(yù)警積累經(jīng)驗(yàn)。

1 天氣實(shí)況

2019年9月6日傍晚至夜間青海省除海西西部無降水外，其余地區(qū)都出現(xiàn)降水，黃南州北部、海東和西寧個(gè)別站出現(xiàn)雷電伴短時(shí)強(qiáng)降水等強(qiáng)對流天氣，其中尖扎縣為短時(shí)強(qiáng)降水中心;降水從20：30后開始，至23：10結(jié)束，總降不量37.1 mm;小時(shí)雨量20：30～21：00為

25.3 mm，21：00～22：00為11.1 mm，短時(shí)強(qiáng)降水主要集中在20：30～21：10;5 min最強(qiáng)雨量20：40～20：50為10.4 mm，20：50～21：00為10.7 mm（圖1）。此次短強(qiáng)降水出現(xiàn)在尖扎縣城，城區(qū)出現(xiàn)道路淤水，短時(shí)影響了交通，很快疏通，無災(zāi)害發(fā)生。

2 成因分析

2.1 高低空系統(tǒng)的配置

過程當(dāng)日08：00，200 hPa高度場上青海東北部處于南壓高壓東北側(cè)反氣旋環(huán)流中，在西北急流入口區(qū)的右側(cè)。對應(yīng)300 hPa高度為V≥28 m/s的反氣旋環(huán)流西北急流帶，西寧（52866）風(fēng)速達(dá)28 m/s，20：00急流南壓至果洛北部，西寧風(fēng)速14 m/s，風(fēng)速減小了14 m/s，為最大風(fēng)速帶中的弱風(fēng)速區(qū)。400 hPa青海東北部V≥14 m/s反氣旋西北氣流，西寧風(fēng)速14 m/s，20：00青海湖東側(cè)有短波槽生成，西寧轉(zhuǎn)西南風(fēng)，風(fēng)速為10 m/s，風(fēng)速減小了4 m/s。槽后都蘭站（52836）為14 m/s的西北風(fēng)。

08：00，500 hPa我省東北部處于反氣旋西北氣流中，-4℃溫度線壓在都蘭至合作一帶，西寧站T-Td=9℃，省其余地區(qū)<4℃;20：00青海東北部仍為西北氣流控制，-4℃弱冷平流，西寧T-Td=1℃，濕度增大，風(fēng)向上有著西北風(fēng)與東北風(fēng)的冷式切變存在，強(qiáng)對流就在輻合區(qū)內(nèi)。700 hPa西北風(fēng)，西寧站風(fēng)速2 m/s，T-Td=3℃，有11℃冷中心，20：00西寧轉(zhuǎn)為12 m/s東北風(fēng)，合作為6 m/s東南風(fēng)，形成東北風(fēng)與東南風(fēng)向的暖式切變線。

2.2 地面中尺度分析

地面24 h變壓分析，無冷鋒活動，國家站區(qū)域站10 min地面填圖中分析（圖2），在強(qiáng)降水發(fā)生前1 h（19：00～ 20：00）尖扎黃河流域測站以偏東風(fēng)為主，尖扎測站為偏西風(fēng)，測站附近存在偏西與偏東風(fēng)的輻合。20：00開始尖扎北邊黃河上游流域出現(xiàn)偏北風(fēng)與偏南風(fēng)的輻合線，輻合線附近測站開始出現(xiàn)降水，20：30坎布拉鎮(zhèn)出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水，尖扎測站附近輻合線維持，20：50輻合線南壓，尖扎轉(zhuǎn)為西北風(fēng)，并出現(xiàn)短強(qiáng)，20：50～21：00降水量達(dá)10.7 mm。

國家站區(qū)域站1h地面填圖分析：尖扎測站在強(qiáng)降水發(fā)生前氣壓比周圍測站的低，為低壓中心，強(qiáng)降水發(fā)生時(shí)至降水期間氣壓上升，氣壓上升比周圍測站高。6日20：00，尖扎測站24 h變壓為-20 hPa，周圍測站24 h變壓在-8～-18 hPa，從風(fēng)向上分析，尖扎測站附近為風(fēng)向的輻合區(qū)，氣溫上反應(yīng)為23℃～24℃的高溫區(qū)，在強(qiáng)降水發(fā)生前尖扎測站附近為熱低壓。露點(diǎn)值上反應(yīng)，6日17：00尖扎測站附近為12℃的大值區(qū)，比周圍濕度大，到20：00仍為12℃大值中心。

2.3 溫度對數(shù)壓力圖分析

用西寧探空資料（圖3）來分析，強(qiáng)降水發(fā)生臨近時(shí)刻（6日20：00）：600 hPa以下低空風(fēng)向隨高度順轉(zhuǎn)，為暖平流，500 hPa附近為冷平流，400 hPa附近為暖平流，300 hPa以上又為冷平流，從低空到高空冷暖平流相間存在;濕層位于600～400 hPa，600 hPa以下和400 hPa以上為相對干層，700 hPa以下近地層和400 hPa附近為不穩(wěn)定層結(jié)，600 hPa附近為薄的逆溫層。08：00～20：00各物理量指數(shù)變化分析，T700～500溫差由16.1℃增到17.9℃，0～3 km垂直風(fēng)切變由2 m/s增大到5 m/s。

強(qiáng)降水發(fā)生前，強(qiáng)降水區(qū)高低空層結(jié)不穩(wěn)定，中層的高濕，600 hPa附近薄的逆溫層為強(qiáng)對流的爆發(fā)集聚著能量，相關(guān)指標(biāo)值增大有利于對流天氣發(fā)生。

3 雷達(dá)回波演變特征

3.1 組合反射率和回波高度

從9月6日19：00～22：30海南州多普勒雷達(dá)探測資料演變分析此次強(qiáng)降水天氣發(fā)現(xiàn)，造成尖扎短時(shí)強(qiáng)降水天的對流風(fēng)暴為多單體風(fēng)暴，18：24組合反射率圖（圖4A）上看，尖扎縣以西、以北的湟中、貴德北部、化隆地區(qū)有多單體風(fēng)暴存在，整個(gè)多單體風(fēng)暴呈現(xiàn)多個(gè)單體“東-西”走向排列，結(jié)構(gòu)較為松散，而在湟中地區(qū)有兩個(gè)強(qiáng)單體存在，其組合反射率因子值最大達(dá)到60 dBz，隨后受高空西北氣流影響整個(gè)風(fēng)暴云系向東南方向移動，19：20開始在有利的環(huán)境條件下，該多單體風(fēng)暴在西南側(cè)不斷有新單體生成導(dǎo)致風(fēng)暴向西南方向傳播，而風(fēng)暴內(nèi)部也逐漸呈現(xiàn)出較高的組織結(jié)構(gòu)，多個(gè)強(qiáng)單體呈“西南—東北”走向帶狀排列，北部的強(qiáng)單體在南壓過程中成熟后逐漸衰減，新生單體則在南壓過程中逐漸增長，到19：59尖扎北部的回波強(qiáng)度達(dá)到53 dBz，20：03（圖4B）整個(gè)回波結(jié)構(gòu)進(jìn)一步趨于緊實(shí)，回波強(qiáng)度略有下降為50.5 dBz，回波高度達(dá)到11 km，質(zhì)心高度為4.1 km，該強(qiáng)多單體風(fēng)暴繼續(xù)東移南壓，到20：16風(fēng)暴移動至尖扎縣城，20：38（圖4C）影響尖扎的風(fēng)暴進(jìn)一步合并增強(qiáng)回波強(qiáng)度達(dá)到最強(qiáng)55 dBz，回波頂高為11 km，質(zhì)心高度為5.2 km，尖扎上空的強(qiáng)風(fēng)暴單體達(dá)到成熟階段開始衰減，對應(yīng)此時(shí)尖扎縣城降水開始，到21：00，尖扎回波強(qiáng)度也降為47 dBz，回波頂高為11 km，質(zhì)心高度則迅速下降到

3.1 km。21：23～21：40回波繼續(xù)東移并出現(xiàn)后向傳播，風(fēng)暴形成轉(zhuǎn)為“西北—東南”走向，形成“列車效應(yīng)”，但是由于后期風(fēng)暴中新生單體的強(qiáng)度和高度都偏弱，最終對流雨帶逐漸轉(zhuǎn)為層云降水，尖扎縣城降水強(qiáng)度顯著減弱，后期整個(gè)云系繼續(xù)東移南壓至同仁北部地區(qū)，尖扎縣城降水趨于停止。

3 反射率因子與基本速度

從20：04和20：38不同仰角反射率圖（圖略）上分析，風(fēng)暴中強(qiáng)反射率因子核高度較低，僅達(dá)到0.5°、1.5°仰角高度，強(qiáng)回波中心也有一定偏移，最強(qiáng)回波正好位于尖扎縣城。20：04 0.5°和1.5°上看到回波呈鉤狀，20：38 0.5°呈多納圈狀，1.5°則呈空心的多納圈狀，對應(yīng)兩個(gè)時(shí)次的速度可以看到20：04 0.5°可以看到尖扎地區(qū)低層有中氣旋存在，到1.5°則為速度輻合，到了20：38則0.5°和1.5°速度圖上均有中氣旋存在，因此可將該對流風(fēng)暴定義為超級單體風(fēng)暴，由于強(qiáng)中心高度較低，因此影響尖扎的風(fēng)暴為典型的強(qiáng)降水超級單體風(fēng)暴，這一點(diǎn)與實(shí)況中10 min降水超過10 mm是相符合的。

3.3 垂直積分液態(tài)水含量

垂直積分液態(tài)水含量（VIL）是判別強(qiáng)對流天氣造成災(zāi)害性天氣的有效工具之一，十分有助于判別強(qiáng)降水和大冰雹的存在。分析“9.6”尖扎強(qiáng)降水過程的VIL演變（圖5）發(fā)現(xiàn)，20：04尖扎縣城垂直積分液態(tài)水含量VIL值較小，為5 kg/m2，到20：16VIL值增加到10 kg/m2，

到20：27繼續(xù)增大到15 kg/m2，20：38增加到最大20 kg/m2，經(jīng)過12 min后，20：49開始減弱，整個(gè)過程VIL值無明顯得驟降和躍增變化趨勢，這表明風(fēng)暴內(nèi)部粒子直徑并不大，配合低的質(zhì)心高度，質(zhì)心最大強(qiáng)度也在60 dBz以下，表明該風(fēng)暴不會帶來冰雹，而會出現(xiàn)強(qiáng)降水，與實(shí)況也一一對應(yīng)起來，為強(qiáng)降水的預(yù)報(bào)提供了參考。

4 小結(jié)

（1）2019年9月6日傍晚至夜間黃南北部、海東和西寧個(gè)別站出現(xiàn)雷電伴短時(shí)強(qiáng)降水等強(qiáng)對流天氣，其中尖扎縣為強(qiáng)對流中心，20：30～23：10總降不量37.1 mm，強(qiáng)降水出現(xiàn)在20：30～21：00為25.3 mm。

（2）青海東北部處于南壓高壓東北側(cè)反氣旋環(huán)流中，為西北急流入口區(qū)的右側(cè)。高空西北氣流下冷平流及淺槽過境影響，強(qiáng)降水區(qū)高低空冷暖切變、地面中尺度輻合線觸發(fā)產(chǎn)生強(qiáng)對流天氣。

（3）尖扎測站在強(qiáng)降水發(fā)生前氣壓比周圍測站的低，為-20 hPa低壓中心，風(fēng)向的輻合區(qū)，氣溫上反應(yīng)為23℃～24℃的高溫區(qū)，在強(qiáng)降水發(fā)生前尖扎測站附近為熱低壓。1 h露點(diǎn)為12℃的大值中心。

（4）強(qiáng)降水發(fā)生臨近時(shí)刻從低空到高空冷暖平流相間存在，濕層位于600～400 hPa，600 hPa以下和400 hPa以上為干層，700 hPa以下近地層和400 hPa附近為不穩(wěn)定層結(jié)，600 hPa附近為薄的逆溫層。強(qiáng)降水發(fā)生前層結(jié)不穩(wěn)定，0～3 km垂直風(fēng)切變增達(dá)5 m/s，青海東北部大氣層結(jié)在對流天氣發(fā)生前大氣層結(jié)不穩(wěn)定以及不穩(wěn)定能量增強(qiáng)，有利于強(qiáng)對流天氣的產(chǎn)生。

（5）海南州雷達(dá)回波圖上看，造成尖扎縣城出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水天氣的對流風(fēng)暴表現(xiàn)為強(qiáng)降水超級單體風(fēng)暴，反射率因子圖上風(fēng)暴在移動過程中呈現(xiàn)出線裝、鉤狀、多納圈狀，回波強(qiáng)度最大低于60 dbz，風(fēng)暴伸展高度11 km，但質(zhì)心高度較低，使得云系發(fā)展到成熟階段后強(qiáng)中心迅速下降，造成十分鐘降水量達(dá)到短強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)。速度圖上中氣旋的持續(xù)時(shí)間較長，但不夠深厚。垂直積分液態(tài)水含量值有序減弱，與降水出現(xiàn)的時(shí)間形成對應(yīng)關(guān)系。

（6）此次短時(shí)強(qiáng)降水來勢猛，時(shí)間短，強(qiáng)度強(qiáng)，發(fā)布了暴雨橙色預(yù)警信號，但預(yù)警信號時(shí)效性較差，時(shí)間滯后。與自然資源局聯(lián)合發(fā)布尖扎地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害三級黃色預(yù)警，尖扎縣城街道出現(xiàn)淤水。

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責(zé)任編輯：黃艷飛

Analysis of the Causes of Short-term Heavy Rainfall in Jianza on September 6th， 2019

WANG Min et al （Huangnan Meteorological Bureau， Tongren， Qinghai 811399）

Abstract Based on the conventional meteorological data， encrypted automatic station and radar data， the severe convective weather process that occurred in Jianzha County， Huangnan Prefecture on September 6， 2019 was analyzed. The results show that under the influence of cold advection and shallow trough transit under the upper northwest airflow， the strong convective weather is triggered by the cold and warm shear at high and low level and the mesoscale convergence line on the ground in the strong rainfall area， and the hourly rainfall intensity reaches 35.0 mm. Before the heavy precipitation， there was a thermal low pressure， and the cold and warm advection alternated from low to high， the middle layer was wet， and the upper and lower layers were dry. There was a thin inversion layer near 600 hPa， and the vertical wind shear of 0～3 km increased to 5 m/s. The maximum echo intensity was less than 60 dBz. The spread height of the storm was 11 km. It was a supercell storm with heavy precipitation， but the height of the center of mass was low. The duration of mesocyclone in the velocity chart is longer but not deep enough. The vertical integral liquid water content decreased in an orderly manner， and formed a corresponding relationship with the occurrence time of precipitation. The short time heavy rainfall is fierce， short time， strong intensity， issued a rainstorm orange warning signal， but the timeliness is poor.

Key words Heavy precipitation; Automatic station; Radar; Analysis of the