天水一次高空切變形勢下的暴雨天氣過程分析

王小龍　朱擁軍　李悅

摘要利用天水地區(qū)所有自動站資料、Micaps實(shí)況資料、探空資料、FY-2E衛(wèi)星云圖資料以及雷達(dá)資料對2013年8月6日夜間至7日白天天水地區(qū)出現(xiàn)的一次中到大雨、局地暴雨的天氣過程進(jìn)行分析。結(jié)果表明，造成天水市此次降水過程的主要系統(tǒng)是青藏高壓和副熱帶高壓之間的切變線以及下滑短波槽；此次降水過程發(fā)生前后物理量特征明顯，各物理量指標(biāo)均對過程的發(fā)生發(fā)展具有一定的指示性作用；此次降水過程中相繼有多個MCS和MCC影響天水市；雷達(dá)產(chǎn)品垂直累積液態(tài)水含量（VIL）對風(fēng)暴位置以及暴雨落區(qū)具有一定的指示性作用。

關(guān)鍵詞暴雨；強(qiáng)對流；高空切變線；衛(wèi)星云圖；雷達(dá)

中圖分類號S161.6文獻(xiàn)標(biāo)識碼A文章編號0517-6611（2015）07-189-04

The Analysis of a Heavy Rainfall Process under High Shear Situation over Tianshui

WANG Xiao-long， ZHU Yong-jun， LI Yue

（Tianshui Meteorological Bureau of Gansu Province， Tianshui， Gansu 741000）

AbstractThe characteristics of a regional heavy rainfall process occurring over Tianshui on 6 August 2013 are investigated by using ground automatic meteorological station observation data， the Micaps meteorological observation data， meteorological sounding data， FY-2E satellite infrared cloud image data， and radar data. Results indicate that the heavy rain occurs associated with the Shear line and the decline in short wave trough， which is caused by the interaction of western Pacific subtropical high and South Asian anticyclone. The physical quantities are apparent during the occurrence of the heavy rainfall and play a good indicative role in the occurrence and development of the heavy rainfall process. There are multiple MCS and MCC systems affect Tianshui successively. Moreover， the vertically integrated liquid water （VIL） in radar data plays a good indicative role in the location of heavy rainfall area.

Key wordsHeavy rainfall； Severe convection； High shear situation； Infrared cloud image； Radar

天水位于甘肅省東南部，是干旱半干旱氣候過渡帶，境內(nèi)天氣復(fù)雜多變，強(qiáng)對流天氣頻發(fā)[1]。進(jìn)入2013年夏季以來，降水較往年明顯增多，多次出現(xiàn)數(shù)十年難得一遇的暴雨天氣過程，對人民的生命財(cái)產(chǎn)安全以及生產(chǎn)生活帶來了嚴(yán)重的威脅，分析造成洪澇災(zāi)害的暴雨天氣過程對提高暴雨預(yù)報(bào)質(zhì)量、防災(zāi)減災(zāi)工作具有重要的意義。筆者利用天水地區(qū)所有自動站資料、Micaps實(shí)況資料、探空資料、FY-2E衛(wèi)星云圖資料和雷達(dá)資料對2013年8月6日夜間至7日白天天水地區(qū)出現(xiàn)的一次中到大雨、局地暴雨的天氣過程進(jìn)行了分析。

1降水實(shí)況

受青藏高壓以及副熱帶高壓之間的切變以及北方冷空氣的共同影響，2013年8月6日20：00～7日20：00天水出現(xiàn)強(qiáng)雷陣雨天氣過程，全市普降中到大雨，局部地方出現(xiàn)暴雨，最大降水量出現(xiàn)在麥積區(qū)的東岔，降水量為128.7 mm（圖1）。

圖12013年8月6日20：00～7日20：00天水地區(qū)降水分布

2天氣形勢分析

8月6日20：00 500 hPa高空實(shí)況場上（圖2），冷空氣勢力盤踞在西伯利亞至蒙古一帶，有小股的冷空氣下滑至河套至青海南部一帶，青藏高壓穩(wěn)定維持，副熱帶高壓588 dagpm線位于山東半島、陜西南部至貴州一帶，天水市位于副熱帶高壓外圍西南暖濕氣流控制下，700 hPa青藏高原南部至甘肅東南地區(qū)有一條切變線存在；7日08：00 500 hPa實(shí)況圖上，副熱帶高壓有所東退，青藏高壓向東南方向伸展，天水市位于兩高之間的切變控制下，前一日東移南下的小股冷空氣也已經(jīng)侵入天水市區(qū)域，700 hPa切變線移至平?jīng)鲋岭]南一線；7日20：00降水系統(tǒng)已經(jīng)移出甘肅省，天水市降水過程基本結(jié)束。

可見在此次局地暴雨過程中，造成天水市降水的系統(tǒng)主要是青藏高壓和副熱帶高壓之間的切變線以及北方下滑的冷空氣的共合影響。副高外圍源源不斷的西南暖濕氣流為此次降水提供了充足的水汽條件以及熱力條件，冷空氣的侵入為此次過程中的雷暴天氣提供了充足的抬升動力條件和觸發(fā)條件。

圖22013年8月6日20：00 500 hPa高空實(shí)況場

3物理量分析

3.1水汽條件

3.1.1比濕。

暴雨需要在大氣比濕達(dá)到一定的數(shù)值以上時(shí)才能形成[2]，據(jù)統(tǒng)計(jì)天水大多數(shù)暴雨發(fā)生在700 hPa比濕≥8 g/kg 環(huán)境條件下，分析此次過程700 hPa比濕場可知，6日20：00甘肅省南部至四川北部有一個明顯的高水汽含量中心，中心數(shù)值達(dá)12 g/kg 以上，天水市位于等比濕線≥10 g/kg 的環(huán)境條件中（圖3），充足的水汽為此次暴雨的發(fā)生提供了有利水汽條件。

圖32013年8月6日20：00 700 hPa比濕場

3.1.2水汽通量場和水汽通量散度場。

暴雨的發(fā)生不但要有很好的水汽條件，還要有源源不斷的水汽補(bǔ)充，大量水汽在降水區(qū)輻合，暴雨才有可能發(fā)生[2]。分析6日20：00 700 hPa水汽通量場和流場的疊加圖（圖4）可知，在四川南部至廣西一帶有一個大的水汽通量中心，中心值達(dá)14×10-4 g/（cm·hPa·s），天水市位于水汽通量大值區(qū)的下風(fēng)向，流場上在甘肅南部有一個明顯的輻合中心。由于暴雨落區(qū)一般均處在水汽通量大值區(qū)的下風(fēng)向，而天水此次的強(qiáng)降水區(qū)就在四川輸送中心北側(cè)，且在流場上有一個明顯的輻合，這對預(yù)報(bào)暴雨有一定的指示性作用。

而在水汽通量散度場上，在四川北部到甘肅南部有一個明顯的水汽輸入中心，水汽通量散度表示了水汽的集中程度，分析700 hPa水汽通量散度可知，此次暴雨過程天水強(qiáng)降水地區(qū)為水汽凈輸入?yún)^(qū)，負(fù)值中心位于天水至四川北部，說明這些地方有很強(qiáng)的水汽通量輻合，對暴雨的發(fā)生十分有利。

圖42013年8月6日20：00 700 hPa水汽通量場和流場

3.2動力條件

3.2.1渦度和散度。

暴雨得以發(fā)生的初始動力條件是高層有明顯的輻散、低層有明顯的輻合[2]。8月6日20：00渦度垂直剖面圖上（圖5），天水市上空700～500 hPa為正渦度區(qū)，500 hPa以上為渦度負(fù)值區(qū)，而散度場剖面圖上，天水市上空700～500 hPa為散度負(fù)值區(qū)，500～400 hPa為散度正值區(qū)，表明過程前夕天水市附近低空為輻合、高空為輻散，低層正渦度和高空負(fù)渦度有利于加強(qiáng)大氣的垂直運(yùn)動，為系統(tǒng)的發(fā)生發(fā)展提供充足的動力作用。

圖52013年8月6日20：00渦度場剖面

3.2.2垂直速度。

從各層的垂直速度分布情況來看，天水地區(qū)高低層在6日20：00 500 hPa和700 hPa垂直速度值均為負(fù)值，表明該地區(qū)有明顯的上升運(yùn)動，不斷的上升運(yùn)動觸發(fā)不穩(wěn)定能量的釋放，有利于強(qiáng)降水天氣的發(fā)生和發(fā)展。

3.3能量條件

3.3.1T-logP圖分析。

分析8月6日20：00 T-logP圖可知，四川北部和甘肅省南部處于對流不穩(wěn)定狀態(tài)，而甘肅省合作、榆中以及平?jīng)鲆粠幱谙鄬Ψ€(wěn)定狀態(tài)，對流不穩(wěn)定能量主要集中在甘肅省天水、隴南以及四川北部地區(qū)。7日08：00對流不穩(wěn)定性層結(jié)主要集中在陜西南部的漢中以及安康一線，甘肅省隴東南地區(qū)以及四川北部地區(qū)已經(jīng)處于穩(wěn)定狀態(tài)，主要對流性天氣已經(jīng)結(jié)束。

3.3.2SI指數(shù)分析。

沙氏指數(shù)（SI）是表示大氣層結(jié)穩(wěn)定性的一個物理量指標(biāo)，SI指數(shù)對對流性天氣發(fā)生前后大氣層結(jié)的穩(wěn)定情況具有較好的指示性作用[3]。分析8月6日20：00 SI指數(shù)可知，甘肅省南部地區(qū)以及四川省北部SI指數(shù)為-4～0 ℃，根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)，0 ℃

4衛(wèi)星云圖分析

通過分析此次過程的衛(wèi)星云圖資料（圖6）可知，8月6日20：00高原南部至甘肅東南地區(qū)沿切變線形成多個中α尺度、中β尺度以及中γ尺度的對流體或?qū)α鲝?fù)合體，其中在甘肅隴東南地區(qū)形成一個中α尺度的MCC，云頂亮溫≤-35 ℃的面積在104 km2以上，中心云頂亮溫達(dá)-52 ℃以下的面積也超過5×103 km2，由于MCC中強(qiáng)降雨落區(qū)往往發(fā)生在云頂亮溫最低的區(qū)域以及亮溫梯度最大的區(qū)域，結(jié)合地面雨量站分析此次MCC過程可知，強(qiáng)降雨發(fā)生時(shí)段以及落區(qū)主要集中在MCC發(fā)展以及成熟階段的亮溫最低區(qū)域以及東南方亮溫梯度最大的區(qū)域[4-5]。7日00：00開始，MCC逐漸消亡，影響天水市降水的主要是高原南側(cè)繼續(xù)東移的各種尺度相對較小的系統(tǒng)。7日05：30開始在甘肅南部以及四川北部又形成一個中α尺度的MCC，受其影響天水市7日上午又迎來一次強(qiáng)降水時(shí)段，13：00以后MCC逐漸移出天水市，天水市降水過程基本結(jié)束。

圖62013年8月6日20：00～7日08：00紅外云圖

43卷7期

王小龍等天水一次高空切變形勢下的暴雨天氣過程分析

5雷達(dá)資料分析

分析此次過程的雷達(dá)監(jiān)測資料和雷達(dá)產(chǎn)品（圖7）可知，8月6日21：00開始，降水已經(jīng)開始影響天水市武山境內(nèi)，降

水回波前沿已經(jīng)到達(dá)靜寧-通渭-武山-宕昌一線，22：00

圖72013年8月6日21：00～7日13：00雷達(dá)回波演變

圖82013年8月6日23：02 VIL

開始，降水回波已經(jīng)開始影響天水市市區(qū)，7日00：00降水已經(jīng)影響天水市全境，一直到7日12：00，回波逐漸移出天水市，天水市降水逐漸結(jié)束。

通過對雷達(dá)產(chǎn)品進(jìn)行分析可知，此次降水過程回波強(qiáng)度在15～45 dBz左右，回波底高3 km左右，回波頂高最大為15 km，垂直伸展高度較高，但回波強(qiáng)度不是很大，垂直累積液態(tài)水含量（VIL）最大值為40 kg/m2，主要位于秦州區(qū)南部、麥積區(qū)東南部以及清水縣境內(nèi)（圖8），與強(qiáng)風(fēng)暴的位置以及暴雨落區(qū)有較好的對應(yīng)關(guān)系，雷達(dá)回波主要以天氣尺度背景下的中小尺度對流風(fēng)暴為主，沒有產(chǎn)生強(qiáng)冰雹天氣的超級單體風(fēng)暴，暴雨的形成主要是由于中小尺度對流風(fēng)暴不斷生成并移動在暴雨區(qū)形成“列車效應(yīng)”[6-10]。

6中尺度分析

通過對過程發(fā)生前的天氣圖進(jìn)行中尺度分析（圖9）可知，6日20：00低層700 hPa在云貴川以及甘肅和陜西南部有一條明顯的濕舌，相對應(yīng)河西至青海東部有干舌存在，溫度槽已經(jīng)進(jìn)入蘭州至合作一線，700 hPa切變線位于白銀-天水-四川北部，在貴州-重慶-河南-山東半島有一低空急流，高空500 hPa低壓槽位于阿拉善左旗至青海東部一線，高原低層多熱低壓活動，500 hPa在青藏高壓和副熱帶高壓之間有一條東北-西南向的切變，高空200 hPa在新疆、河西至內(nèi)蒙中部有一條高空急流。

過程發(fā)生前天水市上空上干下濕、700 hPa有切變、上游地區(qū)有溫度槽和低壓槽東移南壓，高原南側(cè)也相應(yīng)有低值系統(tǒng)東移，同時(shí)天水市位于高空急流軸右側(cè)、低空急流軸左側(cè)的高低空氣流耦合上升區(qū)域，環(huán)境場條件極有利于強(qiáng)對流性天氣的發(fā)生和發(fā)展[11]。

圖92013年8月6日20：00中尺度分析

7小結(jié)

（1）在此次局地暴雨天氣過程中，造成天水市強(qiáng)降水的

動力系統(tǒng)主要是青藏高壓和副熱帶高壓之間的切變線以及下滑槽的共同影響。

（2）此次降水過程發(fā)生前后物理量特征明顯，渦度、散度、垂直速度及沙氏指數(shù)等物理量均對過程的發(fā)生發(fā)展具有一定的指示性作用。

（3）通過對衛(wèi)星云圖分析可知，此次降水過程前后相繼有多個MCS和MCC影響天水市。

（4）通過對雷達(dá)產(chǎn)品的分析可知，此次降水過程主要以天氣尺度背景下的中小尺度對流風(fēng)暴為主，沒出現(xiàn)能產(chǎn)生強(qiáng)冰雹天氣的超級單體風(fēng)暴。

（5）此次暴雨發(fā)生前天水市上空上干下濕、700 hPa有切變以及干冷空氣切入，高原南側(cè)有低值系統(tǒng)東移；天水市位于高空急流軸右側(cè)、低空急流軸左側(cè)的高低空氣流耦合上升區(qū)域。

參考文獻(xiàn)

[1] 《西北暴雨》編寫組.西北暴雨[M].北京：氣象出版社，1992：3-6.

[2] 朱乾根，林景瑞，壽紹文，等.天氣學(xué)原理和方法[M].北京：氣象出版社，2000：320-343.

[3] 黃小培，韋革寧.百色地區(qū)“94·6”大暴雨前期沙氏指數(shù)（SI）的演變特征及風(fēng)的垂直變化特點(diǎn)[J].廣西氣象，1994（3）：168-169，172.

[4] 朱全明，許有喜.一次連續(xù)暴雨的衛(wèi)星云圖分析[J].氣象科學(xué)，1985（1）：15-25.

[5] 范玉華，寧波濤.一次大范圍暴雨天氣過程的衛(wèi)星云圖分析[J].黑龍江氣象，1995（1）：1-3.

[6] 張沛源，陳榮林.多普勒速度圖上的暴雨判據(jù)研究[J].應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)，1995（3）：373-378.

[7] 付雙喜，王致君，張杰，等.甘肅中部一次強(qiáng)對流天氣的多普勒雷達(dá)特征分析[J].高原氣象，2006（5）：932-941.

[8] 徐陽春，陸曉靜，沈陽，等.2003～2004年強(qiáng)對流災(zāi)害性天氣多普勒天氣雷達(dá)產(chǎn)品特征分析[J].干旱氣象，2005（1）：39-44.

[9] 康玉霞，王令，李志楠.北京地區(qū)一次降水過程的多普勒雷達(dá)資料分析[J].氣象，2002（3）：38-41.

[10] 端木禮寅，李照榮，張強(qiáng)，等.甘肅中部強(qiáng)對流天氣多普勒雷達(dá)和閃電特征個例研究[J].高原氣象，2004（6）：764-772.

[11] 蘇軍鋒，呂宏，閆惠玲，等.一次暴雨過程的中尺度特征分析[J].干旱氣象，2013，31（1）：156-162.