“20130810”甘肅中部強(qiáng)降水過程分析

楊文月　任玉龍　楊文凱　韋伯龍　張淑芳

摘要利用MICAPS業(yè)務(wù)平臺(tái)的地面、高空、雷達(dá)、云圖及自動(dòng)站實(shí)況觀測資料，對2013年8月10日17：40出現(xiàn)在甘肅中部臨夏地區(qū)的強(qiáng)對流天氣進(jìn)行分析。結(jié)果表明，此次中尺度強(qiáng)對流天氣出現(xiàn)時(shí)，由一支低空急流軸侵入臨夏地區(qū)上空深厚的潛濕層，產(chǎn)生強(qiáng)烈的流場動(dòng)力不穩(wěn)定形勢加劇，觸發(fā)劇烈的強(qiáng)對流運(yùn)動(dòng)，在地形作用下造成突發(fā)性很強(qiáng)的強(qiáng)對流天氣系統(tǒng)及地質(zhì)災(zāi)害。

關(guān)鍵詞中尺度系統(tǒng)；強(qiáng)對流；觸發(fā)機(jī)制

中圖分類號(hào)S161.6文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611（2014）22-07508-03

甘肅省中部臨夏地區(qū)處于青藏高原東北側(cè)邊坡區(qū)和黃土高原溝壑過渡區(qū)，地形較復(fù)雜，生態(tài)環(huán)境脆弱。因受特殊地形及監(jiān)測手段落后的影響，該地區(qū)災(zāi)害性天氣發(fā)生頻繁，其中強(qiáng)降水（≥20 mm/h）的發(fā)生也是造成甘肅中部臨夏地區(qū)災(zāi)害性天氣的主要災(zāi)害之一，它具有突發(fā)快、局地性強(qiáng)、預(yù)報(bào)難度大等特征[1-3]。強(qiáng)對流引發(fā)的強(qiáng)降水也是形成暴雨的主要天氣系統(tǒng)，它主要集中在7～8月份，是中緯度天氣系統(tǒng)和低緯度天氣系統(tǒng)相互作用的結(jié)果[4-6]。但對強(qiáng)降水，由于其累計(jì)降水量往往達(dá)不到暴雨的標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)受監(jiān)測資料的限制，導(dǎo)致對它發(fā)生的機(jī)制缺乏充分的研究[7-10]。2013年8月10日17：40發(fā)生在甘肅中部臨夏地區(qū)的強(qiáng)降水，從中尺度系統(tǒng)觸發(fā)機(jī)制分析這次突發(fā)性強(qiáng)對流過程，表明斜壓性較強(qiáng)的中尺度系統(tǒng)發(fā)展到臨夏上空時(shí)，伴隨低空低渦和急流場的擾動(dòng)，為這次強(qiáng)對流天氣起到了流體動(dòng)力與熱力不穩(wěn)定形勢下的觸發(fā)作用。經(jīng)各類資料綜合分析表明，這次強(qiáng)對流天氣出現(xiàn)在副高東退后的暖濕氣流中，有很強(qiáng)的低空東南風(fēng)擾動(dòng)及地形作用則是強(qiáng)對流的落區(qū)。筆者通過雷達(dá)、衛(wèi)星云圖、實(shí)況資料對此次典型強(qiáng)降水事件發(fā)生的過程進(jìn)行分析，為進(jìn)一步探討甘肅中部臨夏地區(qū)少雨區(qū)強(qiáng)降水發(fā)生的機(jī)制提供依據(jù)。

1天氣實(shí)況

2013年8月10日17：00～23：00，甘肅中部臨夏地區(qū)出現(xiàn)區(qū)域性強(qiáng)雷暴和強(qiáng)對流天氣，并伴有短時(shí)強(qiáng)降水、大風(fēng)及冰雹。過程持續(xù)時(shí)間較長，強(qiáng)雷陣雨從開始到結(jié)束歷時(shí)近6 h；影響范圍廣，此次強(qiáng)雷陣雨天氣影響甘肅中部所有區(qū)域。臨夏地區(qū)15個(gè)站點(diǎn)降水超過50 mm，其中東鄉(xiāng)本站累計(jì)降水達(dá)90.2 mm；臨夏市1 h最大降水量達(dá)42.8 mm，廣河縣買家巷1 h降水量達(dá)74.0 mm，為有歷史氣象記錄以來極值。臨夏市、積石山、臨夏縣出現(xiàn)直徑8 mm冰雹。受強(qiáng)降水過程影響，市區(qū)出現(xiàn)洪水內(nèi)澇現(xiàn)象，并造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。特別是在強(qiáng)降水中心的廣河縣引發(fā)了嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害，洪水泥石流沖毀房屋嚴(yán)重，給人民生命和財(cái)產(chǎn)造成了重大損失。

2 影響天氣系統(tǒng)

2.1 環(huán)流形勢演變 從8月10日08：00 500 hPa高空圖（圖1a）分析，高空槽位于河西地區(qū)中部，臨夏地區(qū)受槽前西風(fēng)氣流控制，高空濕度極干，在西寧至合作之間溫度露點(diǎn)差>11 ℃；低空700 hPa為西南暖濕氣流（圖1b），臨夏地區(qū)位于露點(diǎn)差<2 ℃ 的區(qū)域，水汽充沛，這樣形成上干下濕，有利于形成強(qiáng)對流發(fā)生發(fā)展的不穩(wěn)定層結(jié)條件；高空槽伴隨冷空氣加深南壓，在合作-臨夏-蘭州形成一輻合區(qū)；底層700

圖12013年8月10日08：00 500 hPa（a）和700 hPa（b）環(huán)流形勢 hPa在青海南部高原上形成一個(gè)熱低壓閉合中心，同時(shí)在四川盆地有暖舌向蒙古中部伸展，甘肅中部等溫線值達(dá)12 ℃。在西寧8月10日08：00的探空資料中（圖2），700 hPa以下很潮濕，溫度露點(diǎn)差小，850 與500 hPa假相當(dāng)位溫差為1.1 ℃，且垂直風(fēng)切變大具有明顯的對流不穩(wěn)定層結(jié)，這些特征對強(qiáng)對流天氣發(fā)生的環(huán)境條件很有利。

圖22013年8月10日08：00 西寧T-lnP在環(huán)流形勢的演變過程中，從500 hPa高原東南部到甘肅中部一直維持西南氣流（圖1a），700 hPa甘肅中部有一個(gè)強(qiáng)的輻合區(qū)（圖1b），由于高空槽前有西風(fēng)急流發(fā)展，在強(qiáng)對流發(fā)生前，底層高溫高濕，高層濕度小，同時(shí)高空槽和冷鋒過境，強(qiáng)對流天氣發(fā)生的條件均具備，水汽、對流不穩(wěn)定和抬升條件均滿足，在河西中部及高原上對流向強(qiáng)對流轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵條件強(qiáng)垂直風(fēng)切變也具備。

2.2地面影響系統(tǒng)10日14：00（圖3a）地面圖上，在青海東部到甘肅中部有一冷鋒東移，峰前高壓中心值997.6 hPa， 最大風(fēng)速達(dá)12 m/s，而當(dāng)天臨夏最高氣溫達(dá)30.5 ℃，顯示整層大氣不穩(wěn)定程度增高；17：00（圖3b），受日變化導(dǎo)致的熱力因素，使日出后地面熱力條件逐漸加強(qiáng)，由于地形的影響東南風(fēng)入流也逐漸加強(qiáng)，對流系統(tǒng)低層有更多的水汽和熱量輸入。這樣當(dāng)冷鋒移近臨夏地區(qū)時(shí)，由于峰面抬升運(yùn)動(dòng)而激發(fā)對流，促使強(qiáng)對流能量的釋放，產(chǎn)生了強(qiáng)對流天氣。

圖32013年8月10日14：00（a）和17：00（b）地面形勢2.3云圖特征分析8月10日14：00，對流云團(tuán)在高原上開始發(fā)展，并形成分散的中尺度對流云團(tuán)，17：00分散的對流云團(tuán)開始合并發(fā)展東移，在蘭州、臨夏、合作形成一條強(qiáng)對流云帶，到20：00強(qiáng)對流云團(tuán)合并形成MCS（圖4），并覆蓋整個(gè)甘肅中部，與700 hPa切變線（圖1b）及TITAN圖位置相吻合，在發(fā)生發(fā)展過程中造成了甘肅中部臨夏地區(qū)的強(qiáng)暴雨，之后繼續(xù)向東南方向移動(dòng)，到23：00逐漸減弱。

圖4 2013年8月10日20：00衛(wèi)星云圖2.4 風(fēng)暴系統(tǒng)演變強(qiáng)對流云團(tuán)從8月10日14：00開始發(fā)展東移，16：00分散的對流云團(tuán)開始合并，形成55 dBz強(qiáng)回波后向東偏南方向快速移動(dòng)；17： 47出現(xiàn)風(fēng)暴超級(jí)單體（圖5a），18：14風(fēng)暴超級(jí)單體演變成帶狀分布東移至臨夏地區(qū)（圖5b），并在東西向移動(dòng)路徑上出現(xiàn)強(qiáng)風(fēng)雹和強(qiáng)降水，影響范圍區(qū)域不斷擴(kuò)大。從單體風(fēng)暴發(fā)生、發(fā)展、合并后出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水及雷暴大風(fēng)的過程中，中層環(huán)境氣流差異起了主導(dǎo)作用，500 hPa的風(fēng)場和濕度場分布很明顯，上游地區(qū)交界處存在干濕邊界層，河西中層更干，風(fēng)速更大。一方面，中層的干環(huán)境使得夾卷進(jìn)風(fēng)暴體的空氣更干，更大的蒸發(fā)降溫導(dǎo)致下沉氣流強(qiáng)度更大；另一方面，中層的急流使得垂直風(fēng)切變更大，風(fēng)暴發(fā)展的動(dòng)力不穩(wěn)定條件更好。

在有利于強(qiáng)對流天氣發(fā)生的大尺度背景下，10日17：00風(fēng)暴在河西中部生成后快速向東南方向移動(dòng)，同時(shí)西南部抬升不穩(wěn)定的暖濕空氣觸發(fā)了中尺度強(qiáng)對流系統(tǒng)，生成后受高空西風(fēng)引導(dǎo)氣流控制，同時(shí)受低層偏南風(fēng)入流的天氣系統(tǒng)配置的影響，呈右移風(fēng)暴的特點(diǎn)向東南移動(dòng)，由于正值傍晚，熱力條件和偏南風(fēng)均最強(qiáng)，新生單體入流在左前側(cè)鋒面附近抬升，并向東南方向移動(dòng)逐漸加強(qiáng)，出現(xiàn)了帶狀回波，期間最大反射率因子超過了55 dBz（圖6a）；徑向速度顯示出中氣旋特征。到20：00強(qiáng)對流系統(tǒng)逐漸發(fā)展成了具有超級(jí)單體的強(qiáng)對流風(fēng)暴（圖6b）。右移風(fēng)暴的對流單體受高空氣流引導(dǎo)向東移動(dòng)，而單體傳播方向是東南，最終風(fēng)暴系統(tǒng)移動(dòng)方向?yàn)闁|偏南，向中南部地區(qū)移動(dòng)，由于單體傳播方向與移動(dòng)方向接近，風(fēng)暴整體移動(dòng)速度較快。直到23：00后才進(jìn)入減弱階段，系統(tǒng)移至甘肅中南部，其下游即東側(cè)為冷鋒東段后部的冷區(qū)，風(fēng)暴逐漸失去了能量來源，最終減弱消失。

3 結(jié)論

（1）由于高空槽前有西風(fēng)急流發(fā)展，在強(qiáng)對流發(fā)生前，底層高溫高濕，高層濕度小，同時(shí)高空槽和冷鋒過境，強(qiáng)對流天氣發(fā)生的條件均具備，水汽、對流不穩(wěn)定和抬升條件均滿足，在河西中部及高原上對流向強(qiáng)對流轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵條件強(qiáng)垂直風(fēng)切變也具備。

圖52013年8月10日17：47（a）和18：14（b）雷達(dá)回波圖62013年8月10日17：00（a）和20：00（b）TITAN風(fēng)暴移動(dòng)路徑（2）甘肅中部在強(qiáng)對流天氣過程中出現(xiàn)了超級(jí)單體風(fēng)暴的中尺度強(qiáng)對流系統(tǒng)，這是導(dǎo)致雷暴大風(fēng)風(fēng)力強(qiáng)、出現(xiàn)局地性強(qiáng)降水和災(zāi)情嚴(yán)重的主要原因。

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