陜北榆林一次區(qū)域性暴雨中尺度特征分析

李曉利 康磊 高雪嬌

摘要利用micaps常規(guī)資料、物理量場、紅外衛(wèi)星云圖、榆林雷達（CINRADCB）產品等對2011年7月1～2日榆林區(qū)域性暴雨天氣過程的環(huán)境場、熱力、動力條件、中尺度影響系統(tǒng)及觸發(fā)機制等進行綜合分析。結果表明，副高外圍暖濕氣流與東北渦后回流冷空氣是暴雨發(fā)生的環(huán)流背景，切變線和低空急流的維持是暴雨產生的重要因素；地面干線觸發(fā)了對流云團的生成，同時伴有中尺度低壓的存在更有利于對流的生成和加強，從而生成多個中尺度對流云團并不斷移動形成“列車效應”，產生了暴雨；雷達徑向速度圖上“逆風區(qū)”的出現(xiàn)表明有中小尺度垂直環(huán)流存在，有利于暴雨天氣的發(fā)生；V3θ圖上表現(xiàn)為暴雨時對流層頂附近有超低溫存在，處于很不穩(wěn)定狀態(tài)，有利于產生對流，有充沛的水汽輸送，預示著有強降水天氣出現(xiàn)。

關鍵詞區(qū)域暴雨；中尺度系統(tǒng)；特征分析；陜北榆林

中圖分類號S161.6文獻標識碼A文章編號0517-6611（2014）01-00171-04

作者簡介李曉利（1982- ），女，陜西榆林人，工程師，從事天氣氣候研究，Email：376228086@qq.com。

收稿日期20131210榆林地處黃土高原東側，年平均降水量400 mm，年平均暴雨日數0.42 d，區(qū)域性暴雨出現(xiàn)次數很少，降水特征表現(xiàn)為降水變率大、分布不均、歷時短，強度大[1]，暴雨天氣通常是中小尺度天氣系統(tǒng)擾動加強所造成的。有關黃土高原的暴雨，我國氣象工作者做了大量的研究工作，并取得了一定的成果[2-5]。如艾麗華等對青藏高原東北側致洪暴雨濕位渦特征進行了分析[4]；苑海燕等分析得出了黃土高原產生暴雨的大尺度環(huán)流特征，水汽條件、急流等物理量對暴雨的作用，以及垂直運動、環(huán)境場與暴雨的關系等[5-7]。針對黃土高原中尺度暴雨的研究比較少，進一步深入研究黃土高原暴雨中尺度系統(tǒng)，為暴雨的短時臨近預報尋找可參考依據，同時對做好決策氣象服務有重要意義。筆者利用micaps常規(guī)資料、物理量場、紅外衛(wèi)星云圖、榆林雷達（CINRADCB）產品等，從環(huán)境場、熱力條件、動力條件、中尺度影響系統(tǒng)及觸發(fā)機制等方面，對2011年7月1～2日榆林區(qū)域性暴雨天氣過程進行綜合分析。

1雨情概況

2011年7月1～2日榆林出現(xiàn)了少見的區(qū)域性暴雨，24 h雨量有7個國家基本觀測站監(jiān)測到暴雨，5個縣12個鄉(xiāng)鎮(zhèn)降大暴雨，最大雨量是米脂縣印斗鎮(zhèn)137.1 mm（圖1）。強降水主要集中在2日05：00～10：00和13：00～18：00，是由多個中尺度雨團移動所造成的。

2環(huán)流背景分析

500 hPa，副高位置偏南，在30°N以南，貝湖為脊，巴湖、東北分別有低槽。貝湖脊加強向東北伸展，東北槽加深南壓，形成一冷渦，渦后回流冷空氣與副高外圍暖濕氣流在河套地區(qū)上空形成交匯，從而造成的強降水天氣。200 hPa高空鋒區(qū)位于40°N附近，南亞高壓非常強盛，覆蓋歐亞中低緯大陸；有一支西風急流存在，經過河套地區(qū)呈反氣旋性彎曲，有強的風輻散，有利于加強對流層中低層的輻合。700 hPa一直存在一支大于14 m/s的西南風急流，風速最大時達20 m/s，持續(xù)將水汽向陜北輸送，陜北北部有西北風與西南風切變存在，暴雨區(qū)位于切變線的右側，低空急流風速的強弱及位置與暴雨的強度落區(qū)相對應，當急流消失，暴雨天氣結束。850 hPa有一支弱偏東北風氣流，將回流冷空氣傳送到河套，有利于700 hPa 上層暖濕空氣沿著此冷墊面抬升。

3動力和熱力條件分析

3.1散度、渦度由圖2可見，在暴雨區(qū)，對流層中下層700～850 hPa為大于-10×10-6s-1的輻合區(qū)，高層 400～200 hPa為大于10×10-6s-1的輻散區(qū)，低層強輻合上升區(qū)與暴雨落區(qū)有很好的對應關系，低層輻合和高層輻散強度增強，影響雨強增強，有利于暴雨產生。暴雨區(qū)500 hPa以下為正渦度，正渦度中心在700 hPa為大于10×10-6s-1，有利于中低層的上升運動；400 hPa以上為負渦度，負渦度中心在200 hPa附近大于-10×10-6s-1，有利于加強對流層高層的下沉運動。

3.3比濕暴雨區(qū)，700～850 hPa 比濕為10～13 g/kg，500～400 hPa為4～6 g/kg，從低層到高層均存在大值區(qū)，水汽比較深厚，比濕值大于其他暴雨天氣過程，造成此次暴雨過程范圍廣、強度強，覆蓋榆林、靖邊、橫山、佳縣、米脂、子洲、吳堡縣區(qū)，降水量在100 mm左右。可見比濕與暴雨的范圍及強弱有很好的對應關系。

3.4水汽通量散度暴雨發(fā)生時，有非常充足的水汽輸送至暴雨區(qū)抬升凝結，分析7月2日08：00水汽通量散度剖面（圖3）可知，低層850～700 hPa有大于-10×10-5g/（cm2·hPa·s）的輻合區(qū)，有明顯的水汽輻合抬升，將水汽抬升到對流層頂500 hPa附近，水汽不斷被輸送至暴雨區(qū)，為暴雨天氣提供了足夠的水汽條件和動力條件。

3.5V3θ曲線圖分析V3θ圖的主要功能是以非均勻結構體現(xiàn)運動大氣對流層內的滾流發(fā)生或維持，均勻結構體現(xiàn)滾流消失。從7月1～2日3θ圖（圖4）可以看出，暴雨發(fā)生前高層200 hPa附近3θ線左傾中偏左有拐角，說明對流層頂附近有超低溫存在，在低層與水平軸形成鈍角，說明對流比較旺盛，西南氣流上升至500 hPa，有充沛的水汽輸送，700～500 hPa有2條θ曲線與水平軸近于垂直，且存在多處拐角，2條θ曲線幾乎接近，說明大氣處于很不穩(wěn)定狀態(tài)；低層為西南風，高層為西北風，形成順時針滾流，預示有強降水天氣出現(xiàn)。順滾流維持24 h以上，到2日20：00，低層對流減弱，出現(xiàn)強降水后不穩(wěn)定能量得已釋放，說明在有不斷的水汽輸送時，大汽不均勻結構持續(xù)時間長，更有利于暴雨的形成。

4中尺度分析

4.1中尺度對流云團一次暴雨天氣過程的降水總量并不一定是由一次連續(xù)降水所組成的，一般都是由于在此過程期間中尺度雨團不斷生成和移動的結果。分析7月1～2日暴雨天氣FY2E紅外分裂窗云圖（圖5）可知，暴雨天氣的云團主要是由冷渦云系尾部生成的對流云團和西風槽中生成的對流云團所造成的。1日15：00，東北到河套對應高空槽位置有逗點云系形成，其尾部位于榆林北部，開始生成對流云團，強度較弱，伴有弱降水； 20：00，隨著高空東北渦的形成，逗點云系發(fā)展為渦旋云系，對應地面有冷鋒移動，其北側有一支強的干冷空氣，在尾部河套附近與暖濕氣流相匯合不斷觸發(fā)對流云團生成；2日05：00～10：00，對流云團明顯加強東移，TBB≤-40 ℃，榆林中北部縣區(qū)1 h雨量≥18 mm，其后部又有新的對流云團生成；13：00，地面低壓倒槽發(fā)展，延安到榆林南部云系向東、向北伸展，隨著低空西南氣流的加強，水汽輸送帶北伸，對流云團得到加強發(fā)展，影響榆林東南部縣區(qū)降水強度增強，此云團在東移過程中范圍不斷擴大，南部縣區(qū)1 h降水量≥ 23 mm，15：30對流云團強度最強，TBB ≤ -50 ℃，19：00該強對流云團東移出榆林市，降水強度減弱。注：藍線為黃河，圓圈為暴雨落區(qū)。

4.2雷達特征

4.2.1反射率因子。根據榆林多普勒雷達組合反射率因子演變可知，7月1日10：00開始，榆林市范圍內有多塊對流云回波，強度≤30 dBz，自西南向東北移動，20：00之前沒有明顯的強回波區(qū)；22：40，西南方向不斷有絮狀回波向東北方向移動，在榆林附近合并，造成大片的回波區(qū)，大范圍強度35 dBz；23：47，回波范圍擴大；2日00：55，橫山北部回波增強至45～50 dBz，強回波范圍不斷向東北擴大，覆蓋榆林市大部縣區(qū)，40～50 dBz強度的強回波一直維持；到09：47，榆林周邊出現(xiàn)零度層亮帶，表明降水有減弱趨勢；14：40，強回波東移至黃河沿線，但西部、南部又有新的回波東移；16：00，形成南北兩片強回波區(qū)，強度40～50 dBz，回波轉為向東移動，說明西北路冷空氣開始南壓；18：30，回波開始變的疏散，分成多塊回波，大范圍強降水結束；21：18，西北風加強，冷空氣前部形成一條窄的帶狀對流回波，強度為40～50 dBz，對應地面冷鋒向東南移動；23：40，回波減弱東移至黃河以東，降水天氣完全結束。此次降水從組合反射率因子圖（圖6）分析，表現(xiàn)為由多個強對流回波發(fā)展移動所造成的強降水，存在有“列車效應”。

42卷1期李曉利等陜北榆林一次區(qū)域性暴雨中尺度特征分析4.2.2徑向速度。1日22：28開始，零速度線穿過雷達站呈“S”狀（圖7），風向隨高度順時針旋轉，表示雷達探測范圍內為暖平流，有利于水汽向暴雨區(qū)輸送；零速度線南側為負速度，北側為正速度，說明榆林市附近有中尺度輻合線生成，榆林范圍內降水強度有所增強。2日07：26，榆林站附近中層開始出現(xiàn)南風包圍中的北風“逆風區(qū)”，“逆風區(qū)”一直維持到18：00?！澳骘L區(qū)”的一側為輻合，另一側為輻散（圖8），在厚度區(qū)間存在垂直風切變，輻合氣流較強，“逆風區(qū)”是中小尺度垂直環(huán)流的一種表現(xiàn)，說明上升和下沉氣流共存，不斷有對流云團發(fā)展，可見“逆風區(qū)”的存在非常有利于暴雨天氣的發(fā)生，這與賈顯鋒等研究結果[8]相似。

分析榆林雷達徑向速度演變圖（圖7～8）可知，強降水時段一直有一支低空急流存在，且有加強的過程，隨著低空急流的消失，強降水結束，可見低空急流是強降水得以維持的主要因素。

4.3地面中尺度輻合分析自動站實況資料，暴雨時河套北部有一條干線，自北向南移動，影響強降水雨帶位置自北向南移動，干線觸發(fā)了冷鋒尾部對流云團的發(fā)展，造成短時降水增大。地面氣壓場上，2日05：00～20：00河套附近存在變壓中心，其中，05：00～08：00，負變壓中心在榆林為-1.1 hPa，14：00之后，負變壓中心東移至黃河沿線及其東部，榆林圖62011年7月2日08：03～17：05組合反射率因子圖72011年7月1日22：34 2.4°仰角徑向速度西部出現(xiàn)正變壓中心0.5 hPa，對應強降水區(qū)位于河套東南部，同時14：00榆林形成一條東西向的輻合線，是由于暴雨天氣所產生的?？梢姀娊邓畷r段地面存在中尺度低壓系統(tǒng)，中尺度低壓加強了對流云團的發(fā)展。

5結論

（1）陜北暴雨發(fā)生時，副高位置在30°N附近，東北渦后回流冷空氣與副高外圍暖濕氣流在河套地區(qū)上空形成交匯，造成的強降水天氣，環(huán)流背景有利于暴雨的發(fā)生。

（2）暴雨時陜北北部有風切變存在，強的低層輻合與高層輻散對應，低空急流持續(xù)將南海水汽向北輸送，是強降水得以維持的主要因素。暴雨時700 hPa比濕>12 g/kg，500 hPa圖82011年7月2日13：05 3.4°（a）、9.9°（b）、14.6°（c）仰角徑向速度比濕> 4 g/kg，明顯高于其他暴雨過程，對區(qū)域性暴雨天氣的預報有很好的指示性作用。

（3） V3θ圖上，3θ線左傾、偏左有多個拐角，對流層頂附近有超低溫存在，處于很不穩(wěn)定狀態(tài)，有充沛的水汽輸送，預示著有強降水天氣出現(xiàn)。探空圖上，濕度飽和區(qū)與強降水落區(qū)有很好的對應關系，暴雨發(fā)生前有不穩(wěn)定能量存在，暴雨發(fā)生前后垂直風切變有增大過程，在700 hPa以下有一支弱的東風氣流，回流冷空氣也對觸發(fā)對流起到作用。

（4）多個中尺度對流云團回波強度在40～50 dBz，移動形成“列車效應”產生暴雨。速度圖上零速度線穿過雷達站呈“S”狀，風向隨高度順時針旋轉，有利于水汽向暴雨區(qū)輸送。 “逆風區(qū)”的出現(xiàn)說明輻合氣流較強，是中小尺度垂直環(huán)流的一種表現(xiàn)，非常有利于暴雨天氣的發(fā)生。