一次陜北區(qū)域性暴雨過程的診斷分析

趙　強(qiáng)，王　楠

(陜西省氣象臺,西安　710014)

?

一次陜北區(qū)域性暴雨過程的診斷分析

趙強(qiáng)，王楠

(陜西省氣象臺,西安710014)

摘要：利用常規(guī)觀測資料和NCEP1°×1°6 h再分析資料，對2014年7月8—9日陜北一次區(qū)域性暴雨過程進(jìn)行了分析，結(jié)果表明：暴雨過程在河套北部冷空氣和高原槽前的偏南暖濕氣流共同作用下形成，高原槽、低渦切變是主要高空影響系統(tǒng)，西北路冷鋒是地面的主要影響系統(tǒng)，降水主要發(fā)生在冷鋒附近到其后部低層冷空氣與高空暖濕氣流交匯區(qū)域。雷達(dá)回波分析表明，暴雨過程有兩個(gè)不同的降水時(shí)段，8日14—20時(shí)主要為對流性降水，回波強(qiáng)度大于55 dBz的帶狀回波，造成陜北東部出現(xiàn)了20～50 mm的降水；9日02—08時(shí)為冷鋒后的層狀云降水，回波以均勻的層云降水回波為主；速度圖在2.4 km高度上有18 m/s左右的偏南急流，是降水持續(xù)的主要原因。物理量分析表明，暴雨落區(qū)與700 hPa的水汽通量散度大值區(qū)對應(yīng)很好；暴雨區(qū)上升運(yùn)動層深厚，最大上升運(yùn)動區(qū)在600 hPa附近；在暴雨區(qū)北側(cè)為冷鋒后部的東北風(fēng)下沉氣流，同時(shí)暴雨區(qū)上空有西南風(fēng)上升氣流，這股氣流沿著暴雨區(qū)北側(cè)低層冷空氣爬升，冷暖氣流交匯，產(chǎn)生強(qiáng)降水；暴雨發(fā)生在能量鋒區(qū)附近，陜北地區(qū)對流層中低層有顯著鋒生，有利于上升運(yùn)動的加強(qiáng)，形成強(qiáng)降水。

關(guān)鍵詞：區(qū)域性暴雨；陜北；冷鋒；水汽通量散度；鋒生

陜西北部地處黃土高原，為半干旱季風(fēng)氣候，全年雨量分布不均，降水主要集中在夏季，暴雨具有來勢猛、強(qiáng)度大、降水時(shí)段集中的特點(diǎn)[1]，由于陜北地形地貌主要為黃土丘陵溝壑區(qū)，植被差，遇暴雨水土流失嚴(yán)重，往往引發(fā)山洪、滑坡和泥石流等次生災(zāi)害，造成嚴(yán)重的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。因此對于黃土高原地區(qū)的區(qū)域性暴雨過程進(jìn)行研究十分必要。對于黃土高原的暴雨，陜西的天氣預(yù)報(bào)員進(jìn)行了很多研究[2-6]，從大尺度環(huán)流形勢的配置，地面能量系統(tǒng)，渦度、散度、位渦度等各種物理量的診斷分析以及遠(yuǎn)距離臺風(fēng)的影響等方面對發(fā)生在陜西的暴雨個(gè)例進(jìn)行了分析，得出了很多有益的結(jié)論。本文利用常規(guī)氣象觀測資料、NCEP 1°×1°6 h再分析資料及延安站的多普勒雷達(dá)反射率和速度圖資料，從高低空的形勢配置、鋒面的移動特征、水汽的輻合及上升運(yùn)動、降水的雷達(dá)回波及速度場特征等方面分析此次暴雨過程的成因。

1降水實(shí)況

2014年7月8—9日陜西北部出現(xiàn)大范圍暴雨天氣過程，影響范圍波及榆林和延安的15個(gè)縣區(qū)，為2014年入汛以來陜北出現(xiàn)的范圍最大、逐小時(shí)雨強(qiáng)最大、受災(zāi)最嚴(yán)重的一次重大災(zāi)害性天氣過程。7月8日20時(shí)—9日20時(shí)，陜北共出現(xiàn)暴雨12站(圖1)，分別是清澗98.5 mm，延川92.1 mm，吳堡81.0 mm，安塞79.6 mm，子長75.5 mm，綏德75.3 mm，米脂74.7 mm，子洲74.1 mm，延長74.4 mm，志丹61.5 mm，吳起57.3 mm，甘泉64.8 mm，最大為榆林的清澗。

圖1　2014-07-08T20—09T20陜西降水量分布圖(單位為mm，陰影區(qū)降水量≥50 mm)

2天氣形勢分析

200 hPa天氣圖上(圖略)，7日20時(shí)，高空急流位于42°N附近，呈東—西走向。8日08時(shí)，高空急流南壓到40°N附近，散度場上陜北表現(xiàn)出輻散特征，輻散中心位于陜北北部；20時(shí)，高空急流仍呈緯向分布，急流中心位于39°N～40°N，陜北位于急流南側(cè)的輻散區(qū)，輻散中心位于延安。在本次暴雨過程中，200 hPa高空急流從河套北部逐漸南壓至陜北，急流位于39°N～40°N，陜北位于高空西風(fēng)急流入口區(qū)右側(cè)，為高空輻散區(qū)，這種高空輻散有利于降水強(qiáng)度的增大。

500 hPa天氣圖上，8日08時(shí)(圖略)副熱帶高壓584 dagpm線北邊界在延安附近，陜西受西南氣流控制，副高外圍云貴—陜西存在西南風(fēng)水汽輸送通道，中高緯度貝加爾湖以東維持一低壓系統(tǒng)，低壓中心在內(nèi)蒙東部，貝湖到新疆為一橫槽，其底部的西北氣流向陜北地區(qū)輸送冷平流，高原上短波槽位于河西地區(qū)。20時(shí)(圖2a)，副高584 dagpm線南退到延安以南地區(qū)，臺風(fēng)“浣熊”北上到浙江東部海域，高原上的短波槽東移到寧夏西部—青海東部，貝湖—新疆的橫槽略有南壓，橫槽帶來的冷空氣與副高外圍的暖濕氣流交匯于陜北地區(qū)，高原低值系統(tǒng)的東移為陜北地區(qū)提供了上升運(yùn)動，有利于陜北地區(qū)產(chǎn)生強(qiáng)降水，臺風(fēng)北上加大了副高和臺風(fēng)之間的氣壓梯度力，有利于低層偏東急流的加強(qiáng)，低層偏東風(fēng)也為本次暴雨過程提供了水汽輸送。9日08時(shí)，584 dagpm線繼續(xù)南撤(圖略)，貝加爾湖以西有弱脊發(fā)展，位于東北地區(qū)的冷性低壓系統(tǒng)逐漸東移，20時(shí)貝加爾湖以西的弱脊發(fā)展加強(qiáng)，受脊前西北氣流影響，陜北降水逐漸減弱，天氣轉(zhuǎn)好。

8日08時(shí)700 hPa天氣圖上(圖略)，副高外圍云貴高原—四川—陜西有偏南風(fēng)發(fā)展，向陜西輸送水汽和能量，高原低渦位于寧夏—甘肅東部，20時(shí)(圖2b)，從云貴高原北上的南風(fēng)到達(dá)延安，風(fēng)速基本維持在4～8 m/s，另有一支偏東氣流從華東地區(qū)向西到達(dá)山西西部，同時(shí)高原低渦在500 hPa西南風(fēng)的引導(dǎo)下東移北抬，低渦附近有人字形切變線存在，陜北受偏南風(fēng)和偏東風(fēng)的暖濕橫切變控制，水汽在切變線附近輻合抬升，造成陜北地區(qū)的強(qiáng)降水。9日08時(shí)(圖略)，高原低渦繼續(xù)東移，相應(yīng)切變線也東移到延安東部；20時(shí)，高原低渦、切變線東移出陜北地區(qū)，降水結(jié)束。

8日08時(shí)850 hPa天氣圖上(圖略)，河套北部有一高壓環(huán)流，陜北位于高壓底部東北氣流中，華東沿海有一臺風(fēng)“浣熊”，臺風(fēng)外圍華東—河南—陜西中北部有偏東風(fēng)氣流，有利于臺風(fēng)外圍的水汽向陜北輸送。20時(shí)(圖2c)，臺風(fēng)外圍的東南氣流有所南壓，河套北部的高壓略有東移南壓，高壓底部的東北風(fēng)有所加強(qiáng)，表明了河套北部的冷空氣南壓加強(qiáng)，陜北地區(qū)位于河套高壓底部的東北風(fēng)和臺風(fēng)外圍的東南風(fēng)交匯區(qū)，兩股氣流冷暖對比明顯，有利于低層鋒生增強(qiáng)，同時(shí)暖濕氣流沿著冷空氣墊爬升，有利于水汽的抬升和強(qiáng)降水的發(fā)生。

2014年7月8日08時(shí)地面圖上(圖略)，貝加爾湖西側(cè)—河套北部為高壓控制，中心氣壓為1 010～1 015 hPa，華北—陜西關(guān)中地區(qū)為低壓控制，華北北部—陜北北部為高低壓的交匯區(qū)，有冷鋒存在。14時(shí)(圖略)，冷鋒略有東移南壓，但仍位于陜北北部地區(qū)，對應(yīng)的700 hPa有西南暖濕氣流輸送，暖濕氣流沿著鋒面爬升，在鋒面附近造成了較強(qiáng)的降水，8日08—20時(shí)，榆林東南部—延安東北部出現(xiàn)了20～47 mm的降水，其中延川降雨量為47 mm。8日20時(shí)(圖2d)，地面冷鋒進(jìn)一步東移南壓，河西地區(qū)有一1 010 hPa的高壓中心，鋒面位于華北南部—陜西關(guān)中一線，陜北位于冷鋒后部，暖濕空氣沿著鋒后冷空氣抬升，給陜北帶來區(qū)域性的強(qiáng)降水天氣。9日08時(shí)，地面冷鋒繼續(xù)東移南壓，到達(dá)黃河中下游—陜西關(guān)中南部，陜北位于冷鋒后部，仍處于冷暖空氣交匯區(qū)，產(chǎn)生較強(qiáng)降水，9日20時(shí)，冷鋒移出陜西，陜西受冷高壓控制，中心氣壓為1 005 hPa，同時(shí)700 hPa影響陜北強(qiáng)降水的高原低渦切變線也東移出陜北，陜北地區(qū)的強(qiáng)降水天氣逐漸結(jié)束?？梢园l(fā)現(xiàn)，本次陜北地區(qū)區(qū)域性暴雨天氣的地面影響系統(tǒng)為地面冷鋒，冷空氣的影響路徑為西北路冷空氣，強(qiáng)降水時(shí)段開始于冷鋒移動到陜北附近時(shí)，降水主要發(fā)生在冷鋒附近到冷鋒后部的地面冷空氣與高空暖濕氣流交匯的區(qū)域，冷鋒是本次強(qiáng)降水的地面觸發(fā)機(jī)制。

圖2　2014-07-08T20天氣圖(a 500 hPa；b 700 hPa；c 850 hPa；d 地面)(高空圖單位為dagpm；地面圖單位為hPa)

3強(qiáng)降水的雷達(dá)回波分析

逐小時(shí)降水演變資料(圖略)顯示這次陜北暴雨過程分為兩個(gè)主要降水時(shí)段，一個(gè)是在8日14—20時(shí)，主要為鋒區(qū)附近的對流降水；另一個(gè)是在9日02—08時(shí)，主要為冷鋒后的層狀云降水，文章主要分析這兩個(gè)時(shí)段的回波特征。

第一個(gè)時(shí)段地面鋒區(qū)位于延安境內(nèi)，雨強(qiáng)較大，雷達(dá)回波以塊狀和帶狀對流單體為主，中心強(qiáng)度大于55 dBz。8日13：01時(shí)1.5°仰角的基本反射率因子圖上(圖3a)，延安雷達(dá)站西南80 km和東部50 km處均有45 dBz以上的塊狀對流回波發(fā)展，同時(shí)次同仰角徑向速度圖上(圖3c)，雷達(dá)站西南80 km處正負(fù)速度交界區(qū)形成一條明顯的徑向速度輻合線，塊狀對流回波在其作用下發(fā)展加強(qiáng)，并隨著輻合線不斷東移(圖3d)；雷達(dá)站東部無明顯的徑向速度輻合，但是在大片負(fù)速度區(qū)中有小塊正速度區(qū)發(fā)展，形成分散的逆風(fēng)區(qū)，表明當(dāng)?shù)赜酗L(fēng)場擾動，促使對流發(fā)展；13：56，零散的逆風(fēng)區(qū)逐漸連成一條窄帶，之前的塊狀回波也逐漸演變?yōu)閹罨夭?圖3b)。這些對流回波維持時(shí)間不長，16時(shí)后顯著減弱。強(qiáng)回波造成榆林東南部—延安東北部出現(xiàn)了20～47 mm的降水，其中延川降雨量為47 mm。

圖3　2014-07-08延安多普勒雷達(dá)1.5°仰角反射率(a 13：01；b 13：56)及速度圖(c 13：01；d 13：56)(圖中距離每圈50 km)

第二個(gè)時(shí)段(9日02—08時(shí))為冷鋒后降水，雨強(qiáng)不大，雷達(dá)回波以層狀云降水回波為主。如圖4a所示，延安雷達(dá)探測范圍內(nèi)為比較均勻的層狀云回波，最大反射率因子小于50 dBz。1.5°仰角徑向速度圖上，零速度線經(jīng)過雷達(dá)站呈“S”型，且拐彎處距離雷達(dá)站約50 km，說明風(fēng)切變主要位于低層1.8～2.4 km高度范圍內(nèi)，高度較低。2.4 km以上高度以偏南氣流為主，風(fēng)速達(dá)18 m/s以上，說明在700 hPa高空偏南低空急流持續(xù)的水汽輸送是降水能夠持續(xù)的主要原因。

圖4　2014-07-09T03：59延安多普勒雷達(dá)1.5°仰角反射率(a)及速度圖(b)(圖中距離每圈50 km)

4物理量場分析

4.1水汽條件

水汽是產(chǎn)生區(qū)域性暴雨的重要條件。分析暴雨發(fā)生前后低層850 hPa、700 hPa水汽通量場演變(圖略)，可以看出水汽來源主要是由于臺風(fēng)北抬登陸，南海和孟加拉灣的水汽沿副高584 dagpm線向陜西輸送。從水汽通量散度圖來看，8日20時(shí)(圖5a)陜北已經(jīng)位于一個(gè)強(qiáng)大的水汽輻合中心，最大輻合中心位于榆林南部到延安北部，中心強(qiáng)度達(dá)-6×10-7g/(hPa·cm2·s),水汽輻合中心與強(qiáng)降水中心對應(yīng)很好。9日02時(shí)(圖略)700 hPa水汽輻合中心仍然位于陜北地區(qū)，強(qiáng)度仍較強(qiáng)，位置略有東移，強(qiáng)降水持續(xù)；08時(shí)(圖5b)水汽輻合中心位于陜北南部，位置東移，強(qiáng)度減弱；14時(shí)(圖略)強(qiáng)輻合中心東移到陜西、山西交界處，強(qiáng)降水區(qū)也東移到陜北東部的黃河河谷地帶；隨著切邊線的東移，20時(shí)輻合中心移出陜北，陜西轉(zhuǎn)受西北氣流控制，降水結(jié)束。

本次降水過程中，暴雨落區(qū)與700 hPa的水汽通量散度大值區(qū)對應(yīng)很好，700 hPa上水汽輸送有兩條路徑，一條為從云貴高原經(jīng)四川向陜西輸送水汽的偏南氣流，另一條為臺風(fēng)外圍的偏東氣流，從華東經(jīng)過河南、山西向陜北輸送水汽，700 hPa切變線在陜北較長時(shí)間維持，造成水汽在陜北的輻合抬升，形成暴雨天氣。

圖5　2014-07-08—09 700 hPa的水汽通量散度圖(單位為10-7 g/(hPa·cm2·s)；a 8日20時(shí)；b 9日08時(shí))

4.2垂直運(yùn)動

從8日20時(shí)到9日14時(shí)沿37°N的垂直速度和垂直環(huán)流圖可以看到，8日20時(shí)(圖略)，強(qiáng)上升運(yùn)動位于108°E左右，大值中心位于600 hPa附近。9日02時(shí)(圖6a)，隨著系統(tǒng)的東移，強(qiáng)上升運(yùn)動區(qū)也東移到109°E上空，最強(qiáng)上升中心仍位于600 hPa附近，中心強(qiáng)度達(dá)到-10×10-2hPa/s,對于陜北地區(qū)來說，從近地面層到300 hPa均為上升運(yùn)動，上升運(yùn)動層深厚。在110°E以東、700 hPa以下的近地面層，有東北風(fēng)下沉氣流，此下沉氣流對應(yīng)冷鋒后部的東北風(fēng)，同時(shí)陜北上空有西南上升氣流，這股氣流沿著陜北東側(cè)的低層冷空氣爬升，冷暖氣流交匯，有利于暴雨的發(fā)生。9日08時(shí)(圖6b)，上升運(yùn)動區(qū)進(jìn)一步東移，強(qiáng)度有所減弱，但近地面到400 hPa仍為深厚的上升運(yùn)動區(qū)，在700 hPa和500 hPa有兩個(gè)強(qiáng)中心，強(qiáng)度達(dá)到-(6～8)×10-2hPa/s。9日14時(shí)(圖略)，強(qiáng)上升運(yùn)動區(qū)東移到111°E，強(qiáng)度也有所減弱，位于陜北東部上空的垂直速度為-3×10-2hPa/s，降水落區(qū)也隨之東移。

4.3能量場

8日08時(shí)假相當(dāng)位溫圖(圖略)上，四川—陜北為72～74 ℃的高能中心，河套北部為低能中心，能量鋒區(qū)(等值線密集區(qū))位于河套北部，隨后能量鋒區(qū)東移南壓，9日02時(shí)(圖略)到達(dá)陜北南部，能量鋒區(qū)的位置與強(qiáng)降水落區(qū)相對應(yīng)。強(qiáng)降水開始前，陜北為高能區(qū)，表明降水前西南風(fēng)帶來的水汽和能量在陜北堆積；8日20時(shí)河套北部冷空氣南壓，在陜北形成成了高能暖濕氣流與低能干冷氣流的交匯區(qū)，強(qiáng)降水開始；9日02時(shí)能量鋒區(qū)位于陜北地區(qū)，與強(qiáng)降水發(fā)生的區(qū)域和出現(xiàn)的時(shí)間一致；9日20時(shí)，能量鋒區(qū)東移南壓，陜北轉(zhuǎn)為低能干冷空氣控制，降水結(jié)束。

圖6　2014-07-08—09沿37°N的垂直速度與垂直環(huán)流(u風(fēng)與-ω×20的合成)剖面圖(a 9日02時(shí)；b 9日08時(shí)；陰影區(qū)為地形)

從8日08時(shí)假相當(dāng)位溫垂直剖面圖(圖7a)上可以看到，強(qiáng)降水發(fā)生前，38°N以北為假相當(dāng)位溫低值區(qū)，主要被干冷氣團(tuán)控制；37°N以南為假相當(dāng)位溫高值區(qū)，被暖濕氣團(tuán)控制；37°N～38°N之間的陜北地區(qū)為冷暖氣團(tuán)的交匯區(qū)，有利于鋒生和強(qiáng)降水的發(fā)生。9日02時(shí)垂直剖面圖(圖7b)上，北部的冷空氣在低層?xùn)|移南壓，而陜北南側(cè)的暖濕氣流沿著冷空氣爬升到冷空氣上部，因此陜北地區(qū)在對流層中低層有顯著鋒生，暖濕空氣爬升冷卻，產(chǎn)生強(qiáng)的上升運(yùn)動，有利于強(qiáng)降水的發(fā)生。

圖7　2014-07-08—09 850 hPa假相當(dāng)位溫沿109°E剖面圖(單位為℃；a 8日20時(shí)；b 9日02時(shí)；陰影區(qū)為地形)

5結(jié)論

(1) 本次暴雨過程在河套北部冷空氣和高原槽前的偏南暖濕氣流共同作用下形成，高原槽、低渦切變是導(dǎo)致區(qū)域性暴雨產(chǎn)生的主要影響系統(tǒng)，地面上強(qiáng)降水的觸發(fā)系統(tǒng)為西北路冷鋒。

(2) 雷達(dá)回波分析表明，本次暴雨過程主要有兩個(gè)不同的降水時(shí)段，8日14—20時(shí)主要為對流性降水，降水主要出現(xiàn)在鋒面附近的暖空氣中，強(qiáng)度較大。9日02—08時(shí)為冷鋒后的層狀云降水，回波以均勻的層云降水回波為主，速度圖上，2.4 km高度上有18 m/s左右的偏南氣流，是強(qiáng)降水持續(xù)的主要原因。

(3) 700 hPa上切變線在陜北較長時(shí)間的維持，且水汽通量散度在陜北維持大值區(qū)造成陜北水汽輻合上升，形成暴雨；暴雨區(qū)上升運(yùn)動層深厚，最大上升運(yùn)動區(qū)在600 hPa附近；暴雨區(qū)北側(cè)為冷鋒后部的東北風(fēng)下沉氣流，同時(shí)暴雨區(qū)上空有西南風(fēng)的上升氣流，暖濕氣流沿著北側(cè)的冷空氣爬升，產(chǎn)生強(qiáng)降水。

(4)暴雨發(fā)生在能量鋒區(qū)附近，對流層中低層陜北地區(qū)有顯著鋒生，產(chǎn)生強(qiáng)的上升運(yùn)動，有利于強(qiáng)降水的發(fā)生。

參考文獻(xiàn)：

[1]井喜,賀文彬,畢旭,等.遠(yuǎn)距離臺風(fēng)影響陜北突發(fā)性暴雨成因分析[J].應(yīng)用氣象學(xué)報(bào),2005,16(5)：655-662.

[2]王文,程攀.“7.27”陜北暴雨數(shù)值模擬與診斷分析[J].大氣科學(xué)學(xué)報(bào),2013,36(2)：174-183.

[3]梁生俊,王培,高守亭.一次陜西初夏暴雨過程的數(shù)值模擬及診斷分析[J].氣候與環(huán)境研究,2013,18(1):12-22.

[4]李明,高維英,杜繼穩(wěn),等.遠(yuǎn)距離臺風(fēng)影響下的陜西大暴雨分析[J].干旱區(qū)研究,2011,28(3):514-523.

[5]馬曉華，梁生俊，井宇，等.近海臺風(fēng)影響下陜北兩次區(qū)域性暴雨對比分析[J].陜西氣象，2015(5)：1-9.

[6]畢旭，周義兵，萬紅衛(wèi).陜北北部一次罕見區(qū)域性暴雨天氣過程分析[J].陜西氣象，2011(1)：25-28.

中圖分類號：P458.121

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

基金項(xiàng)目：陜西省氣象局預(yù)報(bào)員專項(xiàng)(2015Y-2)

作者簡介：趙強(qiáng)(1981—)，男，漢族，陜西商南人，碩士，工程師，主要從事天氣預(yù)報(bào)及研究。

收稿日期：2014-08-12

文章編號：1006-4354(2016)01-0001-07

趙強(qiáng)，王楠.一次陜北區(qū)域性暴雨過程的診斷分析[J].陜西氣象，2016(1)：1-7.