2013年河套地區(qū)一次明顯降水天氣過程的診斷分析

摘要 利用常規(guī)觀測資料和氣象衛(wèi)星、雷達、自動站等資料，對2013年6月15～16日發(fā)生在內蒙古巴彥淖爾市一次強降水過程進行診斷分析。結果表明，此次降水天氣過程發(fā)生在“兩槽一脊”環(huán)流背景下，高空短波槽引導西北渦北上影響河套地區(qū)，較好的水汽輸送和強烈的水汽輻合是出現(xiàn)河套地區(qū)大雨的原因之一；正渦度平流和暖平流對河套地區(qū)上升運動的產(chǎn)生和維持提供了有利的動力條件，低層輻合、高層輻散的配置有利于強降水形成；在一定條件下，喇叭口地形可以加強上升運動并使降水時間延長。

關鍵詞 降水天氣；診斷分析；環(huán)流背景；中尺度對流系統(tǒng)；河套地區(qū)

中圖分類號 S161.6 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2014）17-05604-03

Abstract By using conventional observation data， satellite cloud data， automatic station data and intensive rainfall data to analyze a heavy rain occurred in Bayannaoer City， Inner Mongolia during June 15-16， 2013. The results showed that this weather process occurred in “two grooves and one ridge” circulation background. High altitude short wave trough guide the lower northwest vortex traveling northeast to influence the Hetao Area， and good water vapor transport and strong water vapor convergence is one of the reasons of this heavy rain weather. The positive vorticity advection and warm advection provided profitably dynamic conditions to produce and maintain the ascending motion in Hetao Area， this low level convergence and upper level divergence’s situation is propitious to heavy rain weather. The high negative vorticity caused divergence motion plays an important role on the low layer rise. Under certain conditions， terrain convergence function can cause the precipitation strengthening.

Key words Precipitation； Diagnosis and analysis； Circulation background； Mesoscale convective systems； Hetao

內蒙古河套地區(qū)是指黃河“幾”字彎和其周邊流域，處于內陸深處的黃土高原，地勢高，溫差大，風沙多，蒸發(fā)強，降水少，屬極干旱—干旱的荒漠和半荒漠地區(qū)。以巴彥淖爾市為例，年降水量在127～225 mm，其中近70%的降水集中在6～8月，雨熱同期，變率大，保證率低[1]。2013年入春以來，巴彥淖爾市降水較常年偏少24%～78%，北部牧區(qū)持續(xù)干旱，對牧草的生長極為不利。6月15～16日，巴彥淖爾市迎來入夏以來最明顯的一次降水天氣過程，大部地區(qū)雨量為小到中雨，沿陰山一線至烏拉特中旗達到大雨，最大降水出現(xiàn)在烏拉特中旗的溫更，為42.3 mm，降水有效緩解了草原旱情，補充了農(nóng)區(qū)作物需水。筆者利用常規(guī)觀測資料和氣象衛(wèi)星、雷達、自動站等資料，對此次天氣過程的大尺度環(huán)流形勢背景、水汽條件和動力條件進行了研究，分析了中尺度對流系統(tǒng)的TBB變化特征和雷達回波的演變情況。

1 環(huán)流背景和主要影響系統(tǒng)

2013年6月14～15日，500 hPa亞歐中高緯度為“兩槽

一脊”形勢，烏拉爾山高空槽不斷分裂短波槽南下東移，鄂霍茨克海冷渦逆時針旋轉，兩槽之間為閉合的高壓脊系統(tǒng)，副熱帶高壓明顯西伸北跳，脊線位于30°N附近，西脊點位于106°E，河套地區(qū)受青海短波槽前西南氣流影響，584 dagpm線外圍有來自孟加拉灣的水汽輸送，河套地區(qū)溫度露點差<2 ℃，水汽達到飽和狀態(tài)（圖1）。15日08：00，700 hPa副熱帶高壓與新疆地區(qū)閉合高壓對峙，在青海柴達木盆地形成西北渦，至15日20：00，隨著500 hPa短波槽東移，西北渦沿短波槽前西南氣流北上，影響河套地區(qū)，西北渦東側有自孟加拉灣向河套地區(qū)的西南暖濕氣流輸送，河套及以南地區(qū)溫度露點差<2 ℃，具備產(chǎn)生強降水的水汽條件，且西南氣流風速（最大風速20 m/s）達到低空急流標準，河套地區(qū)位于急流出口區(qū)的左側，同一時次，40°N 附近地區(qū)300 hPa及以上為強盛的偏西氣流，河套地區(qū)位于高空西北急流入口區(qū)的右側，河套地區(qū)上空高低空急流的耦合配置，有利于產(chǎn)生強烈的上升運動。地面圖上，河套地區(qū)處于地面倒槽頂部 。

2 形成機制分析

2.1 水汽條件分析

2.1.1

水汽含量和水汽飽和程度。水汽含量和水汽飽和程度決定了降水的強度，水汽含量的多少可以通過分析比濕獲知，相對濕度則可以表示空氣的飽和程度。分析臨河站15日20：00垂直水汽分布圖（圖2）可以看出，臨河850 hPa比濕達14 g/kg，飽和比濕達19 g/kg，這樣的數(shù)值達到當?shù)貜娊邓闹笜?，而相對濕度?50 hPa不足80%，表現(xiàn)為水汽壓與飽和水汽壓距離較大，這是由于850 hPa溫度較高所致，700～400 hPa空氣相對濕度均達90%，表現(xiàn)為水汽壓與飽和水汽壓接近重合，空氣達到飽和程度，這樣的深厚濕層有利于強降水的發(fā)生。

2.1.2

水汽通量和水汽通量散度。計算表明，單靠當?shù)匾延械乃郑豢赡苄纬杀┯闧2]，水汽通量與水汽通量散度可以定量描述水汽輸送的方向、大小以及水汽在何處集中，從而了解形成暴雨的水汽條件[3]。沿106°E、37.5°N和106°E、45°N兩點做2013年6月15日20：00水汽通量垂直剖面和水汽通量散度剖面，從圖3可以看出，從低緯到高緯均有水汽輸送且從850 hPa延伸至400 hPa附近，主要的輸送中心位于850 hPa、42.5°N附近，中心值為12 g/（cm·hPa·s），河套地區(qū)位于此中心南側，河套地區(qū)850 hPa水汽通量達8～12 g/（cm·hPa·s），有較強的水汽輸送；水汽通量散度方面，37.5°～42.5°N均有水汽的輻合，輻合中心位于850 hPa、40°N 附近，中心值為-56 g/（cm2·hPa·s），河套地區(qū)位于此中心右前側，表明有大量水汽在河套地區(qū)積聚，強烈的水汽輻合是出現(xiàn)河套地區(qū)大雨的原因之一。

2.2 動力條件分析

分析高度場、風場與渦度場的疊加圖（圖略）可見，6月15日20：00 500 hPa河套地區(qū)位于短波槽前，槽區(qū)位置對應為正渦度中心，中心數(shù)值可達60×10-5 s-1，河套以南至甘肅南部地區(qū)為大范圍西南風，風力均在12 m/s以上，表明500 hPa高空槽前對流層中層有明顯的正渦度平流向河套地區(qū)輸送，同時次850 hPa溫度場和風場疊加圖上，河套地區(qū)東北部存在24 ℃暖中心，從暖中心至河套地區(qū)為一致的偏東風，風力達4～6 m/s，表明對流層低層有暖平流向河套地區(qū)輸送，正渦度平流和暖平流的輸送對河套地區(qū)上升運動的產(chǎn)生和維持提供了有利的動力條件[4]。

分析15日08：00～16日20：00渦度時間剖面圖（圖4）看出，15日20：00，烏拉特中旗站400 hPa以下為正渦度，400 hPa以上為負渦度且在200 hPa附近存在-48×10-5 s-1的負渦度中心，同時刻散度時間剖面圖250 hPa有1.8×10-5 s-1輻散中心、850 hPa存在-2.2×10-5 s-1的輻合中心，這種高層負渦度、低層正渦度的配置有利于高層反氣旋性渦旋環(huán)流、低層氣旋性渦旋環(huán)流增強[5]，并形成高層輻散、低層輻合的垂直環(huán)流機制，為強降水的發(fā)生提供十分有利的上升運動條件。

2.3 能量和大氣層結條件

K指數(shù)能較好地反映大氣層結的穩(wěn)定性和不穩(wěn)定能量的蓄積程度，被廣泛應用于中小尺度強對流天氣分析和強降水分析中[6]，K指數(shù)越大，層結越不穩(wěn)定。分析K指數(shù)發(fā)現(xiàn)，15日08：00，河套地區(qū)處于28～32 ℃的大值區(qū)影響之下，至20：00，K指數(shù)增大至40 ℃，層結不穩(wěn)定度加大，該區(qū)域極有可能出現(xiàn)較大量級降水，隨后在烏拉特中旗站6 h降水30 mm，則進一步證實K指數(shù)可作為強降水預報的一個指標。

假相當位溫θse可以表征大氣的溫濕特征，在干、濕絕熱過程中均具有保守性，其數(shù)值越大，表示氣團越高溫高濕。通常取上、下層θse的差值作為對流性穩(wěn)定度指數(shù)（Iconve），即Iconve=（θse上-θse下），Iconve>0時，為對流性穩(wěn)定；Iconve<0時，為對流性不穩(wěn)定[7]。在此取Iconve=θse500-θse850表示大氣對流穩(wěn)定度。研究表明，Iconve可作為預報大暴雨的指標之一，若Iconve<0，有利于暴雨產(chǎn)生[8]。計算Iconve發(fā)現(xiàn)，15日08：00河套地區(qū)Iconve在-10～-8 ℃， 大氣層結已經(jīng)處于不穩(wěn)定狀態(tài)，至20：00，Iconve大值中心東移并增至-16 ℃，不穩(wěn)定層結進一步加強，降水區(qū)域也隨之東移且降水強度加大（15日08：00～20：00河套地區(qū)均為小雨量級，而20：00～16日02：00出現(xiàn)大雨量級的降水）。以上說明，Iconve大值區(qū)可作為強降水落區(qū)預報的一個指標，同時值的大小可作為降水量級預報的一個參考。

2.4 地形的作用

巴彥淖爾地區(qū)屬于內蒙古高原的一部分，存在北部高原、中部山地丘陵和南部平原3種地貌。陰山山地北部到蒙古邊境的廣大區(qū)域為烏拉特高原，海流圖盆地位于狼山與哈達特山之間，呈南北向的喇叭口地形。烏拉特中旗（海流圖）站15日20：00 850 hPa為8 m/s的東北風，地面15日20：00～16日02：00為一致的東北風，風速為4～6 m/s。一方面，近地面風速隨高度增大且風向正對喇叭口地形開口的方向，地形強迫抬升和地形輻合的共同作用加強了上升運動，從而增加凝結量，使降水加強；另一方面，地形對雨團移動的阻滯、促使雨團合并可以延長降水時間，同時喇叭口地形的輻合和抬升作用反過來又為雨團發(fā)展加強創(chuàng)造了有利條件[9]，這2個方面的共同作用，使降水強度加大。

3.2 雷達資料分析

利用6月15日臨河站C波段多普勒雷達數(shù)據(jù)（圖5）對此次降水進行分析發(fā)現(xiàn)，12：16，造成河套地區(qū)前期降水的對流單體回波強度最大可達53 dBz，回波頂高8 km，垂直累積液態(tài)水含量8～13 kg/m2，17：00之后，回波強度明顯減弱，大片層狀云回波中鑲嵌個別積狀云回波，回波頂高降低至5 km左右，垂直累積液態(tài)水含量減小為1～5 kg/m2，降水轉為以層狀云降水為主的積云層狀云混合降水，這與衛(wèi)星云圖的分析結果一致。

4 小結

（1）在“兩槽一脊”的環(huán)流背景下，短波槽引導低層西北渦北上，地面倒槽不斷發(fā)展加強，是造成2013年6月15日河套地區(qū)入夏一次強降水的主要影響系統(tǒng)。

（2）較強的水汽輸送和強烈的水汽輻合是出現(xiàn)河套地區(qū)大雨的原因之一。正渦度平流和暖平流對河套地區(qū)上升運動的產(chǎn)生和維持提供了有利的動力條件。高層輻散、低層輻合的垂直環(huán)流機制，為強降水的發(fā)生提供了有利的上升運動條件。

（3）降水過程中，河套地區(qū)大氣層結始終處于對流不穩(wěn)定狀態(tài)，K指數(shù)≥36 ℃、Iconve<0的區(qū)域與降水落區(qū)一致，可作為以后預報的參考依據(jù)。

（4）在一定條件下，喇叭口地形可以加強上升運動并使降水時間延長。

（5）初始階段的對流性降水主要由不斷生成和消亡的中尺度對流云團活動所致，雷達回波顯示，前期降水主要是積狀云降水，后期降水轉為以層狀云降水為主的積云層狀云混合降水。

參考文獻

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