寧夏西吉兩次誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的極值暴雨對比分析

紀(jì)曉玲， 楊　婧，朱海斌，薛宏宇， 晁　瑗

(1. 寧夏氣象防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 寧夏 銀川 750002； 2. 寧夏氣象臺，寧夏 銀川 750002；3. 石嘴山市氣象臺，寧夏 石嘴山 753000)

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寧夏西吉兩次誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的極值暴雨對比分析

紀(jì)曉玲1,2， 楊婧3，朱海斌2，薛宏宇2， 晁瑗2

(1. 寧夏氣象防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 寧夏 銀川 750002； 2. 寧夏氣象臺，寧夏 銀川 750002；3. 石嘴山市氣象臺，寧夏 石嘴山 753000)

利用NCEP 1°×1°再分析資料和常規(guī)觀測資料，對2013年6月20日和2014年6月18日西吉兩次極值暴雨環(huán)流背景和形成條件進(jìn)行對比分析，發(fā)現(xiàn)這兩次暴雨均與穩(wěn)定的環(huán)流背景和副熱帶高壓活動有關(guān)，由青藏高原移出冷性低值系統(tǒng)和風(fēng)向風(fēng)速切變及低空急流影響所致?！?0130620過程”西太平洋洋面有臺風(fēng)活動，發(fā)生在副熱帶高壓西伸北抬期間，河套“歪脖子”高壓使冷暖空氣持續(xù)交匯于寧夏中南部地區(qū)；而“20140618過程”無臺風(fēng)活動，發(fā)生在副熱帶高壓南退期間，河套弱反氣旋環(huán)流使冷暖空氣交匯于寧夏南部。過程發(fā)生前低層均有水汽輻合、能量積聚過程和整層抬升運(yùn)動，“20130620過程”低層水汽輻合強(qiáng)、整層水汽含量和不穩(wěn)定能量大但變幅小，風(fēng)速隨高度減小且垂直切變小，最大小時雨強(qiáng)小但持續(xù)時間長；“20140618過程”低層水汽輻合較弱但中高層輻散抽吸作用強(qiáng)，整層水汽含量拉升快變幅大，不穩(wěn)定能量降幅小，風(fēng)速隨高度增大且垂直切變大，最大小時雨強(qiáng)大但持續(xù)時間短。

極值暴雨；地質(zhì)災(zāi)害；環(huán)流背景；環(huán)境條件；寧夏西吉

寧夏地處青藏高原東北部，北有賀蘭山，南有六盤山，境內(nèi)廣泛分布著丘陵、臺地、沙丘，地表狀況復(fù)雜多變，多崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷等地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生。而西吉位于寧夏南部、六盤山西麓，屬黃土高原干旱丘陵區(qū)，地勢南低北高，平均海拔2 400 m，境內(nèi)以黃土丘陵、河谷川道、土石山區(qū)三類地貌為主，是寧夏地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)、易發(fā)區(qū)之一。

研究表明，地質(zhì)災(zāi)害的形成與降雨有直接關(guān)系，地質(zhì)災(zāi)害集中出現(xiàn)在強(qiáng)降雨發(fā)生較多的季節(jié),連續(xù)性降水、短時強(qiáng)降水和暴雨是造成地質(zhì)災(zāi)害的主要?dú)庀笳T因[1]。寧夏強(qiáng)降水多發(fā)生在每年的6-9月，呈“南多北少”分布特征，1961年以來暴雨日數(shù)增多，極端強(qiáng)降水發(fā)生概率增加，特別是21世紀(jì)后暴雨劇增[2-5]，造成泥石流、山體滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的頻發(fā)多發(fā)。近20年來，寧夏共發(fā)生突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害102起，造成84人死亡，經(jīng)濟(jì)損失達(dá)1.05億元，其中，最嚴(yán)重的一起是1996年7月27日發(fā)生在彭陽縣紅河鄉(xiāng)黑牛溝村廟灣組的滑坡，致使一個自然村被掩埋，23人死亡，這與當(dāng)年7月26日寧夏區(qū)域性暴雨密切相關(guān)。胡文東[6]、紀(jì)曉玲[7-13]、馬思敏[14]、馬篩艷[15]、穆建華[16]等對近年寧夏典型暴雨個例進(jìn)行了分析，而這些典型過程或多或少均誘發(fā)了不同程度的地質(zhì)災(zāi)害。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，西吉縣年均降水量不足400 mm。2013年6月20日(簡稱“20130620過程”)和2014年6月18日(簡稱“20140618過程”)發(fā)生了西吉?dú)v史上日降水量第一極值和第二極值暴雨。其中，2013年6月20日強(qiáng)降水過程導(dǎo)致4處山體滑坡，山體裂縫最長達(dá)120 m，最寬處達(dá)0.8 m左右；2014年6月18日強(qiáng)降水過程導(dǎo)致1處山體崩塌險(xiǎn)情，潛在崩塌體體積約30 m3，并形成一條長約6 m、寬約15 ～ 35 cm的裂縫，嚴(yán)重威脅著當(dāng)?shù)刈舸迕竦呢?cái)產(chǎn)和人身安全。本文對兩次極值暴雨過程的大尺度環(huán)流形勢、形成條件進(jìn)行對比分析，探討其形成異同點(diǎn)，以期揭示誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的暴雨天氣成因。

1　天氣特點(diǎn)

2013年6月19日白天到20日夜間，寧夏出現(xiàn)全區(qū)性中雨到大雨(圖1a)，西吉出現(xiàn)暴雨，日降水量達(dá)90.5 mm，為1961年以來6月日降水量第一極值。西吉降水持續(xù)約22 h(圖1c)，主要集中在19日22時到20日04時，超過10 mm/h持續(xù)了4 h，最大小時雨強(qiáng)為32 mm/h。

2014年6月18日下午到夜間，寧夏北部和南部出現(xiàn)雷陣雨天氣(圖1b)，西吉出現(xiàn)暴雨，日降水量為61.5 mm，為1961年以來 6月日降水量第二極值。西吉降水持續(xù)約8 h(圖1d)，主要集中在18日的16時到18時，超過10 mm/h持續(xù)了2 h，最大小時雨強(qiáng)為45 mm/h。

從兩次過程特點(diǎn)來看，均為短歷時強(qiáng)降水造成，超過10 mm/h持續(xù)2 ～ 4 h，與以往研究成果一致[6]。所不同的是，“20130620過程”強(qiáng)降水發(fā)生范圍大，持續(xù)時間長，小時雨強(qiáng)小，而“20140618過程”則反之。

2　環(huán)流背景與影響系統(tǒng)

2.1“20130620過程”

2013年6月19日08時,500 hPa中高緯維持兩槽一脊環(huán)流形勢(圖2)，巴爾喀什湖(以下簡稱“巴湖”)附近為深厚切斷低壓控制，東北冷渦維持少動，貝加爾湖(以下簡稱“貝湖”)附近維持高壓脊，副熱帶高壓(以下簡稱“副高”)穩(wěn)定在西太平洋洋面，寧夏處于副高外圍5 840 gpm線西南暖濕氣流里；對應(yīng)700 hPa，青藏高原東側(cè)偏南氣流已經(jīng)建立，最大風(fēng)速10 m/s。19日20時，受2013年第4號臺風(fēng)“麗琵”影響，副高西伸北抬，5 840 gpm線東段西伸北抬至寧夏固原東南部，呈東北西南向，而西段在孟加拉灣附近斷裂，使孟加拉灣水汽源源不斷沿西南氣流向西北地區(qū)輸送；700 hPa偏南氣流增強(qiáng)，最大風(fēng)速升至14 m/s，青藏高原上偏東、偏北與偏南氣流形成一冷性低值系統(tǒng)，寧夏中北部地區(qū)位于貝湖反氣旋環(huán)流底部偏東氣流里，構(gòu)成寧夏出現(xiàn)強(qiáng)降水的環(huán)流形勢即“歪脖子高壓”。此時，寧夏六盤山西側(cè)已處于偏南與東南風(fēng)形成的近東西向切變線附近。隨著切變線向北推移，寧夏自南向北出現(xiàn)降水。

圖1　兩次過程降水分布及西吉逐時降水演變情況

圖2　500 hPa高度場(單位：gpm)和700 hPa風(fēng)場(單位：m/s)疊加(圖中粗線區(qū)域?yàn)閷幭氖〗?

2.2 “20140618過程”

2014年6月18日02時，500 hPa中高緯維持一脊一槽環(huán)流形勢，巴湖附近為東北西南向的高壓脊控制，貝湖附近為寬廣的低壓系統(tǒng)控制，其底部有冷空氣擴(kuò)散東移影響西北地區(qū)，副高緩慢南撤，對應(yīng)700 hPa，青藏高原東側(cè)偏南氣流最大風(fēng)速達(dá)12 m/s，青藏高原偏南與偏北風(fēng)向輻合區(qū)形成一冷性低值系統(tǒng)。18日14時，副高外圍5 800 gpm已從寧夏六盤山區(qū)南撤至陜南至四川北部，5 840 gpm線呈東西向，比較完整，寧夏處于寬廣的低壓槽底部西西南氣流中，700 hPa偏南暖濕氣流有所減弱，最大風(fēng)速不足10 m/s，但此時，青藏高原低值系統(tǒng)已東移寧夏固原市西南部，西吉位于東南風(fēng)與偏東風(fēng)之間的風(fēng)向、風(fēng)速切變線附近。

2.3異同點(diǎn)

對比發(fā)現(xiàn)，兩次過程均發(fā)生在比較穩(wěn)定的大尺度環(huán)流背景下，期間，青藏高原均有冷性低值系統(tǒng)活動，且配合有風(fēng)向切變，高原東側(cè)有偏南暖濕氣流。所不同的是：“20130620過程”西太平洋海面上有臺風(fēng)生成，副高西伸北抬，5 840 gpm線東北西南向位于固原東南部，低空偏南暖濕氣流增強(qiáng)達(dá)到14 m/s，河套地區(qū)形成的“歪脖子”高壓使冷暖空氣和不穩(wěn)定能量持續(xù)在寧夏中南部地區(qū)交匯、堆積；而“20140618過程”無臺風(fēng)生成，副高南退，5 840 gpm線近東西向位置偏南，貝湖附近為低壓槽系統(tǒng)，低空偏南暖濕氣流減弱至10 m/s ，盡管在寧夏北部有弱的反氣旋環(huán)流存在，但未形成“歪脖子”高壓。

3　形成條件分析

暴雨的形成，除冷空氣和凝結(jié)核外，更需要豐沛的水汽、持久的上升運(yùn)動和足夠的不穩(wěn)定能量。

3.1水汽條件

水汽是暴雨產(chǎn)生的必要條件。對于西北地區(qū)而言，充沛的水汽供應(yīng)主要依靠外界的補(bǔ)充。

3.1.1比濕與水汽含量

圖3為兩次降水過程西吉比濕和整層水汽含量隨時間演變情況。

由于大氣水分主要集中在對流層低層, 因此，以地面到300 hPa 的水分含量代表整層大氣水含量WVC[17]。具體計(jì)算方法如下：

(1)

式中：g的值取9.8，p0為海平面氣壓，q為比濕。西吉?dú)庀笳竞０胃叨? 934m，因此，分析時主要分析800hPa及其以上分布狀況。

20130620過程：降水發(fā)生前，近地面比濕(圖3a)有一個升高-降低的過程，峰值出現(xiàn)在2013年6月19日14時前后，800hPa達(dá)到20g/kg后緩慢下降；高層緩慢升高；中層相對比較平穩(wěn)，700hPa維持在12g/kg左右。對應(yīng)的整層水汽含量從19日08時26mm開始緩慢升高，峰點(diǎn)出現(xiàn)在20日14時，達(dá)到35mm，說明整層水汽含量豐富，從19日20時到20日08時12h從31mm逐漸升至33mm，變量為2mm/12h。

圖3　兩次降水過程西吉(35.58°N，105.43°E)比濕(實(shí)線，單位g/kg)和整層水汽含量(單位：mm)演變

圖4　兩次降水過程西吉(35.58°N，105.43°E)水汽通量散度剖面圖(單位：g/cm-2·hPa-1·s-1)

20140618過程：降水發(fā)生前，近地面層到中高層比濕(圖3b)均有一個升高的過程，700 hPa從5 g/kg上升到10 g/kg左右；低層峰值出現(xiàn)在20時前后，中高層落后于低層。強(qiáng)降水發(fā)生前后，對應(yīng)的整層水汽含量前期緩慢升高，從18日08時到20時有一個快速拉升階段，12 h快速從15 mm拉至26 mm，變量達(dá)到9 mm/12 h。

異同點(diǎn)：兩次暴雨發(fā)生前，水汽含量均有升高過程，但其表現(xiàn)有明顯差異?！?0130620過程”強(qiáng)降水發(fā)生在整層水汽含量緩慢升高、近地面比濕降低和中高層升高期間，整層水汽含量大但變量小，僅為2 mm/12 h；而“20140618過程”強(qiáng)降水時段發(fā)生在整層水汽含量快速拉升、比濕升至峰值之前，整層水汽含量較“20130620過程”小但變量大，達(dá)9 mm/12 h，導(dǎo)致其最大小時雨強(qiáng)大于“20130620過程”，但因持續(xù)時間短，過程總量偏小。

3.1.2水汽聚散

圖4為兩次降水過程西吉水汽通量散度剖面圖。

20130620過程：圖4a顯示降水發(fā)生前24 h開始，低層水汽已處于輻合狀態(tài)，19日08時低層輻合一度加強(qiáng)，向上發(fā)展至近650 hPa，中心位于地面為-1.5 g/cm-2·hPa-1·s-1，高層處于弱輻合、中層弱輻散，中心值不足-0.5 g/cm-2·hPa-1·s-1和+0.5 g/cm-2·hPa-1·s-1；19日14-20時，低層輻合高度、強(qiáng)度均有所降低，但中層輻散、高層輻合明顯加強(qiáng)，中心值分別達(dá)+1.0 g/cm-2·hPa-1·s-1、-0.5 g/cm-2·hPa-1·s-1；強(qiáng)降水發(fā)生時20日00時前后，盡管中層維持弱輻散、高層弱輻合，但低層水汽輻合再度加強(qiáng)，中心強(qiáng)度升至-3 g/cm-2·hPa-1·s-1，而向上發(fā)展高度略有升高但變化不大，維持在750 hPa以下，導(dǎo)致低層水汽垂直梯度明顯加大。

20140618過程：從圖4b中看出降水發(fā)生前24 h開始，低層水汽已處于輻合狀態(tài)，18日02時低層輻合一度加強(qiáng)，向上發(fā)展至近700 hPa，中心位于地面為-1.0 g/cm-2·hPa-1·s-1，中高層均處于弱輻散；18日14-20時，低層輻合再度加強(qiáng)，向上發(fā)展至650 hPa附近，強(qiáng)度加強(qiáng)至-1.5 g/cm-2·hPa-1·s-1，中高層維持弱輻散狀態(tài)，中心值不足+0.5 g/cm-2·hPa-1·s-1。

異同點(diǎn)：分析西吉水汽通量散度垂直分布演變特征，發(fā)現(xiàn)兩次過程發(fā)生前24 h，低層均為水汽輻合，且均有增強(qiáng)和發(fā)展過程，但“20130620過程”低層輻合明顯強(qiáng)于“20140618過程”，高層也為弱輻合，有利于整層水汽含量的升高；而“20140618過程”持續(xù)低層輻合、中高層輻散，有利于低層水汽向上輸送，盡管輻合弱于“20130620過程”，但強(qiáng)降水發(fā)生時，其向上發(fā)展高度要高于“20130620過程”，導(dǎo)致其短時降水強(qiáng)度要強(qiáng)。

3.2抬升條件

降水發(fā)生在空氣上升運(yùn)動區(qū)，地面或低層的空氣只有通過抬升才能達(dá)到飽和，從而產(chǎn)生凝結(jié)降落，形成降水。圖5為兩次降水過程西吉散度、垂直速度和風(fēng)場疊加的剖面圖，從中可分析暴雨發(fā)生時的垂直上升運(yùn)動和風(fēng)垂直切變。

圖5　兩次降水過程西吉(35.58°N，105.43°E)散度、垂直速度、風(fēng)場(單位：m/s)疊加剖面圖

3.2.1垂直上升運(yùn)動

20130620過程：2013年6月19日08時-20日02時，700 hPa以下表現(xiàn)為持續(xù)輻合，中心值-1.5×10-5·s-1左右，以上基本維持弱輻散，最大值0.5×10-5·s-1左右，只有在19日14時250 hPa附近有弱的輻合，這種低層持續(xù)輻合、中高層輻散為主的配置，使19日20時抬升運(yùn)動繼續(xù)發(fā)展，導(dǎo)致14時450 hPa附近的弱下沉運(yùn)動上升到250 hPa附近，20日02時，垂直上升運(yùn)動進(jìn)一步發(fā)展，整層為一致的上升運(yùn)動，如圖5a。

20140618過程：2014年6月18日08時-20時，從低到高散度場表現(xiàn)為“負(fù)、正、負(fù)、正”的垂直分布，650 hPa以下為輻合，中心強(qiáng)度-1.5×10-5·s-1，650～450 hPa之間為輻散，中心強(qiáng)度+1.0×10-5·s-1，450～250 hPa之間為輻合，中心強(qiáng)度-0.5×10-5·s-1，以上基本為輻散，中心強(qiáng)度值位于200 hPa附近，為2.0×10-5·s-1，這種“輻合、輻散、輻合、輻散”垂直分布，有利于垂直上升運(yùn)動的加強(qiáng)與發(fā)展，僅18日08時，近地面層650 hPa以下表現(xiàn)有比較淺薄的下沉運(yùn)動，14時，200 hPa以上有下沉運(yùn)動，其下均為上升運(yùn)動，到20時，整層表現(xiàn)為一致的上升運(yùn)動，如圖5b。

異同點(diǎn)：兩次過程發(fā)生前，低層均維持輻合上升運(yùn)動，強(qiáng)降水發(fā)生時整層表現(xiàn)為一致的上升運(yùn)動，有利于深厚的濕對流發(fā)展?！?0130620過程”表現(xiàn)為低層持續(xù)輻合、中高層輻散配置，這種垂直分布增強(qiáng)了中高層的抽吸作用，使抬升運(yùn)動得以維持發(fā)展；“20140618過程”則表現(xiàn)為輻合、輻散、輻合、輻散垂直分布特點(diǎn)，增強(qiáng)了垂直環(huán)流擾動，導(dǎo)致雨強(qiáng)較大。

3.2.2風(fēng)垂直切變

20130620過程： 2013年6月19日14時，200 hPa以下，風(fēng)向隨高度順時針旋轉(zhuǎn)，以上則為逆時針旋轉(zhuǎn)，且高層風(fēng)速小于低層；20時，整層風(fēng)向、風(fēng)速均發(fā)生了較大調(diào)整，整層風(fēng)向隨高度呈順時針旋轉(zhuǎn)，而風(fēng)速隨高度先減小、后增大，從近地面層的8 ～ 10 m/s減小到4 ～ 6 m/s再增大到8～10 m/s，風(fēng)速垂直切變4 m/s左右；20日02時，風(fēng)向仍隨高度呈現(xiàn)順時針旋轉(zhuǎn)，而風(fēng)速隨高度則呈現(xiàn)出減小狀態(tài)，低層出現(xiàn)12 m/s低空急流，中層各層變化不大，維持6 m/s，高層再次減小為4 m/s，整層風(fēng)速垂直切變僅為6～8 m/s，與常規(guī)狀態(tài)下的風(fēng)速垂直變化不同，如圖5a。

20140618過程： 2014年6月18日08時-20時，風(fēng)向均隨高度順時針旋轉(zhuǎn)，風(fēng)速隨高度增大，從近地面層的4～6 m/s逐漸增大至150 hPa的26～32 m/s，20時，整層風(fēng)速垂直切變達(dá)28 m/s，且存在30 m/s左右的高空急流，如圖5b。

異同點(diǎn)：兩次過程發(fā)生前，風(fēng)向隨高度均呈現(xiàn)順時針旋轉(zhuǎn)，有利于深厚的濕對流發(fā)展。所不同的是，兩次過程風(fēng)速隨高度變化不同，“20130620過程”隨高度風(fēng)速減小，風(fēng)速垂直切變只有6～8 m/s，而“20140618過程”隨高度風(fēng)速增大，且風(fēng)速垂直切變達(dá)到28 m/s，增強(qiáng)了強(qiáng)對流天氣的強(qiáng)度，30 m/s左右高空急流的存在，有利于高層輻散抽吸，促進(jìn)了抬升運(yùn)動的發(fā)展與加強(qiáng)。

3.3不穩(wěn)定能量

3.3.1假相當(dāng)位溫

假相當(dāng)位溫是一個綜合物理量，不僅考慮了氣壓對溫度的影響，也考慮了水汽的凝結(jié)和蒸發(fā)對溫度的影響，它隨高度的變化反映了大氣層結(jié)穩(wěn)定度狀況，當(dāng)其隨高度減小時，為對流不穩(wěn)定，反之為對流穩(wěn)定。研究表明：假相當(dāng)位溫等值線密集區(qū)附近有利于渦旋的發(fā)展和暴雨的發(fā)生。它的垂直分布密集區(qū)，是能量鋒區(qū)的特殊結(jié)構(gòu)，它構(gòu)成能量交換和下沉補(bǔ)償氣流，使暴雨加強(qiáng)。圖6為兩次降水過程西吉站假相當(dāng)位溫剖面圖。

20130620過程：19日白天，假相當(dāng)位溫整層有規(guī)律分布，600 hPa以上假相當(dāng)位溫平穩(wěn)維持，以下有一個快速增大過程，午后出現(xiàn)假相當(dāng)位溫峰值，且垂直梯度達(dá)到了28 ℃/200 hPa，表明不穩(wěn)定能量達(dá)到最強(qiáng)且有強(qiáng)的能量鋒，隨后假相當(dāng)位溫緩慢下降，強(qiáng)降水發(fā)生時，近地面(800 hPa附近)假相當(dāng)位溫從380 ℃降至362 ℃，降幅18 ℃/12 h。

圖7　兩次降水過程西吉(35.58°N，105.43°E)濕位渦垂直分量(MPV1)與水平分量(MPV2)垂直剖面圖(單位：PVU)

20140618過程：18日白天，600 hPa以下假相當(dāng)位溫也有一個快速增大過程，午后出現(xiàn)假相當(dāng)位溫峰值，表明不穩(wěn)定能量達(dá)到最強(qiáng)，垂直梯度14 ℃/200 hPa，強(qiáng)降水發(fā)生時，近地面假相當(dāng)位溫從354 ℃降至353 ℃，降幅1 ℃/3 h。

異同點(diǎn)：兩次過程發(fā)生前，低層均有一個能量積聚過程，午后達(dá)到最強(qiáng)，為強(qiáng)降水的發(fā)生提供了不穩(wěn)定能量，且強(qiáng)降水均發(fā)生在能量釋放過程中。所不同的是，“20130620過程”不穩(wěn)定能量要強(qiáng)于“20140618過程”，且垂直梯度大，能量鋒區(qū)強(qiáng)，從其峰值到強(qiáng)降水發(fā)生，不穩(wěn)定能量釋放經(jīng)歷近12 h，減小率為1.5℃/h,造成強(qiáng)降水持續(xù)時間長，而“20140618過程”經(jīng)歷僅3 h，且減小率只有0.33 ℃/h，也就是說，強(qiáng)降水幾乎發(fā)生在不穩(wěn)定能量達(dá)到最大的時候，強(qiáng)降水持續(xù)時間短，但小時雨強(qiáng)大。

3.3.2濕位渦

MPV1表示濕位渦的垂直分量(濕正壓頂)，當(dāng)大氣為對流不穩(wěn)定時，MPV1<0；當(dāng)大氣為對流穩(wěn)定時，MPV1>0。MPV2表示濕位渦的水平分量(濕斜壓頂)，水平風(fēng)的垂直切變增加或水平濕斜壓性增加，均能導(dǎo)致濕熵面傾斜而引起垂直渦度的增長，導(dǎo)致強(qiáng)降水的發(fā)生或加劇[18]。位渦單位為PVU(10-6m2·s-1·K·kg-1)。圖7為兩次過程西吉濕位渦垂直分量(MPV1)與水平分量(MPV2)垂直剖面圖。

20130620過程：19日白天MPV1在500 hPa以下為負(fù)值，出現(xiàn)了-1.6 PVU的負(fù)值中心，此時西吉受偏南暖濕氣流控制，有較強(qiáng)的對流不穩(wěn)定存在；在對應(yīng)時刻，MPV2有明顯的正中心，中心強(qiáng)度為0.5 PVU。根據(jù)張迎新等[19]對河北“9608”暴雨的分析發(fā)現(xiàn)，MPV1小于零且MPV2大于零的區(qū)域?qū)?yīng)暴雨區(qū)，并對照實(shí)況，說明此時西吉出現(xiàn)暴雨。李國平等的研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)負(fù)濕位渦的絕對值達(dá)到極大值并開始減小時，預(yù)示暴雨進(jìn)入強(qiáng)盛階段[20]。從此次過程中可以發(fā)現(xiàn)，在19日14時前后，濕位渦值負(fù)值達(dá)到最大，隨后開始減弱，而實(shí)況顯示此時正是西吉暴雨的強(qiáng)盛階段，濕位渦對西吉暴雨的落區(qū)及發(fā)生時間有著較好的預(yù)示。

20140618過程：18日白天MPV1在500 hPa以下為負(fù)值，出現(xiàn)了-0.8 PVU的負(fù)值中心，說明西吉500 hPa以下大氣表現(xiàn)為暖而濕狀態(tài)，且有較強(qiáng)的對流不穩(wěn)定存在；對應(yīng)MPV2有明顯的正中心，中心強(qiáng)度為0.3 PVU，此時，西吉出現(xiàn)暴雨。濕位渦的最大負(fù)值中心出現(xiàn)在18日14時前后，隨后開始減弱，表示西吉暴雨進(jìn)入強(qiáng)盛階段。

異同點(diǎn)：兩次過程發(fā)生前MPV1在500 hPa以下均表現(xiàn)為負(fù)值，且在該區(qū)域暴雨發(fā)生前MPV1有明顯的負(fù)值中心，隨著暴雨進(jìn)入強(qiáng)盛階段而開始減弱。MPV2則在兩次過程中均表現(xiàn)為有明顯的正值中心。不同的是，“20130620過程”中MPV1和MPV2的中心值均大于“20140618過程”，說明“20130620過程”的不穩(wěn)定能量要強(qiáng)于“20140618過程”。

4　小結(jié)與討論

4.1小結(jié)

綜上所述，兩次誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的極值暴雨其環(huán)流背景和形成條件既有相似之處，又有不同之處。

(1)兩次暴雨均為短歷時強(qiáng)降水造成，“20130620過程”范圍大，區(qū)域性特征明顯，強(qiáng)降水持續(xù)時間長，總量大但小時雨強(qiáng)小；“20140618過程”范圍小，局部特征明顯，強(qiáng)降水持續(xù)時間短，總量小但小時雨強(qiáng)大。

(2)兩次暴雨均發(fā)生在穩(wěn)定的環(huán)流形勢下，由高原低值系統(tǒng)和風(fēng)向、風(fēng)速切變配合偏南暖濕氣流共同影響所致，與副高活動密切相關(guān)，“20130620過程”發(fā)生在副高西伸北抬、偏南暖濕氣流加強(qiáng)階段，有臺風(fēng)活動，“20140618過程”發(fā)生在副高南退、偏南暖濕氣流減弱期間，無臺風(fēng)活動。

(3)低層水汽持續(xù)輻合、能量積聚和整層垂直上升運(yùn)動，促使整層水汽含量升高、不穩(wěn)定能量和動力條件加強(qiáng)，“20130620過程”低層水汽輻合、不穩(wěn)定能量強(qiáng)，整層水汽含量大但升幅變量小，風(fēng)速隨高度減小，風(fēng)速垂直切變小，“20140618過程”低層水汽輻合較弱但中高層輻散抽吸作用，使其向上發(fā)展高度要高，整層水汽含量拉升快、變量大，風(fēng)速隨高度增大，風(fēng)速垂直切變大，導(dǎo)致最大小時雨強(qiáng)大。

(4)垂直分布的假相當(dāng)位溫密集區(qū)，是能量鋒區(qū)的特殊結(jié)構(gòu)，它構(gòu)成能量交換和下沉補(bǔ)償氣流，使暴雨加強(qiáng)。“20130620過程”不穩(wěn)定能量垂直梯度大，能量鋒區(qū)強(qiáng)，不穩(wěn)定能量降幅大，釋放快，而“20140618過程”不穩(wěn)定能量弱于“20130620過程”，且降幅小，釋放慢，強(qiáng)降水幾乎發(fā)生在不穩(wěn)定能量最大時，降水持續(xù)時間短、小時雨強(qiáng)大。

4.2討論

兩次極值暴雨形成環(huán)流背景和條件既有相同之處，也有相異之處，為什么僅在西吉附近出現(xiàn)暴雨？與六盤山大地形有無聯(lián)系？中小尺度天氣系統(tǒng)演變對強(qiáng)降水的發(fā)生發(fā)展作用如何？2013年6月20日極值暴雨發(fā)生前，風(fēng)速先是隨高度減小，而后隨高度減小再加強(qiáng)，但并未出現(xiàn)高空急流，與以往研究成果有所差異，為何會出現(xiàn)這種現(xiàn)象？以上等問題，均需做深入分析。

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Comparative Analysis of Extreme Rainstorms Inducing Geologic Hazards in Xiji

JI Xiaoling1, 2, YANG Jing3, ZHU Haibin2, XUE Hongyu2and CHAO Yuan2

(1.NingxiaKeyLaboratoryforMeteorologicalDisasterPredictionandReduction,Yinchuan750002,China;2.NingxiaMeteorologicalObservatory,Yinchuan750002,China;3.ShizuishanMeteorologicalObservatory,Shizuishan753000,China)

UsingNCEP/NCARre-analyzingdataat1×1°resolutionandgeneralobservationaldata,comparativeanalysisofchangingcharacteristicsofenvironmentalfieldconditionsofextremerainstormsinducinggeologichazardsinXijiatJune20, 2013andJune18, 2014iscarriedout.Analysisdiscoveredthat：thetwoprocessesareallcausedbyplateaudepressionsystem，windshearandlow-leveljet,andiscloselyrelatedtothesubtropicalhighactivityandstablecirculationbackground,when“20130620process”occurs,thereistyphoonactivatedintheWesternPacificOcean,andthesubtropicalhighmovedtonortheastandisnortheastandsouthwestoriented,the“askewneck”highpressureattheHetaoareamadethecoldandwarmaircontinuousintersectioninthecentralandsouthernregionsofNingxia;Whilewhen“20140618process”occurs,notyphoonisactivatedandthesubtropicalhighisquasieastandwestoriented,andmovedtosouth,andtheweakanticyclonecirculationinthenorthofNingxiamadethecoldandwarmairintersectioninsouthernregionsofNingxia.Beforethetwoprocessoccurs,thereareallmoistureconvergenceinthelowlevel、energyaccumulationandupliftingatthewholelevel,As“20130620process”,thelow-levelmoistureconvergenceisstrong,moisturecontentinwholelayerandunstableenergyislargebutthevariableamplitudeissmall,thewindspeeddecreaseswithheightandtheverticalshearissmall,maximumhourlyrainfallintensityissmallbutcontinuedforalongtime;Asfor“20140618process”thelow-levelmoistureconvergenceisweak,butthemiddleanduplayerdivergenceisstrong,whilethevariableamplitudeofthewholelayermoisturecontentandunstableenergyissmall,thewindspeedincreasewithheightandtheverticalshearisstrong,maximumhourlyrainfallintensityislargebutcontinuedforashorttime.

extremerainstorms;geologichazards;circulationbackground;environmentalfieldconditions;NingxiaXiji

2016-05-16

2016-06-30

寧夏回族自治區(qū)重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2015KJHM30)

紀(jì)曉玲(1967-)，女，陜西富平人，碩士，正研級高級工程師，主要從事災(zāi)害性天氣預(yù)報(bào)方法研究.

E-mail：jixlingyc@163.com

P458；X43

A

1000-811X(2016)04-0054-07

10.3969/j.issn.1000-811X.2016.04.010

紀(jì)曉玲，楊婧，朱海斌，等. 寧夏西吉兩次誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的極值暴雨對比分析[J]. 災(zāi)害學(xué)，2016，31(4)：54-60. [JI Xiaoling, YANG Jing, ZHU Haibin,et al. Comparative Analysis of Extreme Rainstorms Inducing Geologic Hazards in Xiji[J]. Journal of Catastrophology，2016，31(4)：54-60. doi: 10.3969/j.issn.1000-811X.2016.04.010.]