金昌市局地暴雨的天氣過程分析

辛亞男，黃建文，宋旺昌，韓露露

（甘肅省金昌市氣象局，甘肅　金昌 737200）

金昌市局地暴雨的天氣過程分析

辛亞男，黃建文，宋旺昌，韓露露

（甘肅省金昌市氣象局，甘肅金昌 737200）

利用Micaps常規(guī)資料、21個(gè)區(qū)域自動(dòng)氣象站逐時(shí)資料、FY－2E衛(wèi)星云圖、NCEP再分析資料，對2015年7月8日發(fā)生在金昌市的一次中到大雨，局地暴雨天氣過程的環(huán)流形勢、水汽條件、物理量場等方面進(jìn)行了綜合分析。結(jié)果表明：此次強(qiáng)降水天氣過程是500hpa高度槽線與中低層強(qiáng)盛的暖濕氣流相互作用的結(jié)果；底層水汽的輻合和較大的濕度為降水提供了充沛的水汽，強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)為此次天氣過程的發(fā)生發(fā)展提供了動(dòng)力條件，高的不穩(wěn)定能量是對流增強(qiáng)、降雨強(qiáng)度大的必要條件；青藏高原的對流云團(tuán)與渦度逗點(diǎn)云系的合并加強(qiáng)發(fā)展是降水強(qiáng)度大的直接原因。

暴雨；環(huán)流形勢；物理量場

1　概述

金昌市地勢南高北低，地形以山地、平原為主，南部多山區(qū)，復(fù)雜的地形特點(diǎn)致使強(qiáng)降水突發(fā)性強(qiáng)，局地暴雨洪水時(shí)常發(fā)生，容易造成滑坡、泥石流、山洪等地質(zhì)災(zāi)害。暴雨和強(qiáng)降水時(shí)河西走廊夏季主要的災(zāi)害性天氣，是誘發(fā)南部山區(qū)泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的主要原因，因此做好降水預(yù)報(bào)就顯得尤為重要，近年來許多專家學(xué)者在研究降水和暴雨過程中也取得了很多有價(jià)值的成果［1-5］。因此本文利用常規(guī)天氣觀測資料、結(jié)合NCEP再分析資料、FY－2E衛(wèi)星資料，采用天氣學(xué)原理和天氣動(dòng)力學(xué)診斷分析方法，對造成本次暴雨的大尺度環(huán)流形勢、物理量特征進(jìn)行分析，對災(zāi)害性天氣預(yù)報(bào)的技術(shù)和思路進(jìn)行歸納總結(jié)，為金昌市夏季暴雨的監(jiān)測和預(yù)報(bào)提供思路。

2　天氣實(shí)況

受高原槽配合青藏高原西南暖濕氣流影響，金昌市2015年7月7日夜間至8日白天普降中雨，市區(qū)累積降雨量為37.0mm，接近歷史日最大降水量，永昌縣城降雨量為24.0mm，最大降雨量出現(xiàn)在寧遠(yuǎn)堡鎮(zhèn)為39.7mm，最大小時(shí)降雨量達(dá)10.4mm，如圖1所示。

圖1　2015年7月7-8日24h降水量分布（單位：mm）

3　環(huán)流形勢演變特征

3.1高空環(huán)流形勢

7月6日20時(shí)500hpa，中國處于兩槽一脊的環(huán)流形勢中，新西伯利亞和鄂霍次克海各還有一低壓系統(tǒng)，貝加爾湖以東我國東北地區(qū)處于脊控制區(qū)。位于新西伯利亞的低壓系統(tǒng)逐漸匯集其西北方向的冷空氣加強(qiáng)向東發(fā)展，7日達(dá)到蒙古國，開始影響我國西北地區(qū)。7日20時(shí)500hpa形勢場中，之前在陸地的低壓系統(tǒng)分裂為蒙古槽，此時(shí)的溫度槽明顯落后于高度槽，位于蒙古的槽逐漸南壓影響到甘肅省，槽后有強(qiáng)的冷平流。槽前強(qiáng)盛的西南氣流帶來的孟加拉灣的暖濕空氣與西北匯集的冷空氣在甘肅省河西地區(qū)相遇，使甘肅省7日下午開始自西向東出現(xiàn)明顯降水。8日08時(shí)，金昌市恰好處于500hpa槽線位置，溫度槽進(jìn)入河西西部，切變線在金昌、武威；700hpa金昌、武威有一低壓系統(tǒng)，這與08時(shí)金昌市雨量加大，出現(xiàn)最大小時(shí)降雨量相吻合。8日20時(shí)，500hpa槽移出金昌，溫度槽還在河西西部，金昌市降水過程結(jié)束，溫度開始降低。由此可知500hpa槽線是該次降水天氣過程的觸發(fā)機(jī)制，來自西南輸送的青藏高原暖濕空氣為強(qiáng)降水提供了水汽條件，如圖2所示。

圖2　2015年7月7日20時(shí)（a）和7月8日08時(shí)（b）500hPa環(huán)流形勢

3.2地面形勢場

7日08時(shí)，貝加爾湖東南方向蒙古國有一鋒面系統(tǒng)，冷鋒位于內(nèi)蒙古東都至賀蘭山一帶，貝加爾湖以西處于高壓區(qū)，高壓系統(tǒng)中心值為1017.5hpa，巴爾克什湖以北俄羅斯西部有一鋒面系統(tǒng)。位于巴爾克什湖的鋒面系統(tǒng)匯集北部的冷空氣加強(qiáng)，推動(dòng)貝加爾湖的高壓系統(tǒng)東移，至20時(shí)高壓系統(tǒng)分裂為三個(gè)，其中一個(gè)到達(dá)甘肅省酒泉、張掖附近，中心值達(dá)到1007.5hpa。7日夜間金昌市正處于地面冷鋒后高壓系統(tǒng)控制下，受其影響金昌市從7日夜間開始出現(xiàn)小雨。隨著地面冷高壓的東移，冷鋒到達(dá)內(nèi)蒙古至甘肅黃河流域，此鋒面系統(tǒng)移動(dòng)速度較慢，我市依然處于鋒后高壓控制。因此，這次降水天氣過程是受地面冷鋒后高壓系統(tǒng)影響。如圖3所示。

圖3　2015年7月7日20時(shí)（a）和8日08時(shí)（b）地面天氣形勢（單位：hPa）

圖4　2015年7月7日08時(shí)500hPa（a）和7月8日08時(shí)700hpa（b）相對濕度（單位：%）

4　物理量場特征

4.1水汽條件

4.1.1相對濕度

7日08時(shí)400～500hPa青藏高原至河西走廊中西部相對濕度在60%～100%的濕度帶，中低層700～850hPa河西走廊西部相對濕度在50%～90%的濕區(qū)，中西部處于小于50%的干區(qū)。7日20時(shí)，整個(gè)濕區(qū)東移，400～500hPa整個(gè)河西地區(qū)處于高濕區(qū)，濕度中心位于金昌武威一帶，金昌市相對濕度在80%～90%，中低層700～850hPa青海省至河西走廊西部處于大于50%的濕區(qū)。8日08時(shí)400～500hPa我市處于濕度中心，500hPa相對濕度在90%左右，700～800hPa河西走廊處于大于80%的高濕區(qū)。河西走廊在8日開始整層大氣的相對濕度處于高值區(qū)，08時(shí)高值中心位于金昌市附近，金昌市08時(shí)降雨量較大，出現(xiàn)最大小時(shí)降雨量。隨著降水過程的東移，金昌市高層400hPa相對濕度減小至20時(shí)達(dá)到20%，高層水汽的減小使降水結(jié)束，底層由于前期降水量較多，地面蒸發(fā)的水汽較多，700～800hPa相對濕度依然處于60%～80%的濕度帶。

4.1.2水汽通量散度

7日20時(shí)中層700hPa水汽通量散度，河西走廊西部到青海處于水汽輻合區(qū)，其中心強(qiáng)度為-3×10-7ghPa-1s-1cm-2。8日08時(shí)河西走廊到青海的水汽輸送和輻合區(qū)域東移，范圍擴(kuò)大至張掖、金昌、武威至青海東部一帶，中心強(qiáng)度減小為-2× 10-7ghPa-1s-1cm-2，8日 20時(shí)水汽輻合區(qū)東移至甘肅東部，河西地區(qū)的降水結(jié)束。

7日20時(shí)底層850hPa水汽通量散度，甘肅青海較弱，水汽輸送較少。但是隨著7日夜間河西地區(qū)降水的開始，底層濕度增大，張掖、金昌處于水汽輻散區(qū)。甘肅東部至河套地區(qū)處于水汽輻合區(qū)。經(jīng)過一天的降水，底層濕度持續(xù)增大，水汽輻散區(qū)擴(kuò)大，金昌市仍然處于輻散區(qū)域，中心強(qiáng)度增大至2×10-7ghPa-1s-1cm-2。

由此可知，青藏高原的水汽輸送是這次降水的主要水汽來源；降水開始時(shí)高層水汽輻合往底層源源不斷的輸送，隨著降水的持續(xù)底層濕度的增加，底層水汽輻散，水汽上升運(yùn)動(dòng)明顯，使高層的水汽得到補(bǔ)充，是降水持續(xù)時(shí)間長、量級大的主要原因。整層大氣在08時(shí)相對濕度達(dá)到最大，并且最大濕度中心在金昌市是造成此次降水在08時(shí)金昌市區(qū)出現(xiàn)最大小時(shí)降水量的重要原因。

4.2動(dòng)力條件

4.2.1散度場

7日20時(shí)高層500hpa-300hPa我市處于輻散區(qū)，500hPa有一高值中心，中心強(qiáng)度為0.8×10-5s-1，低層700～850hPa處于輻合區(qū)。高層輻散，低層輻合，對流上升運(yùn)動(dòng)明顯。8日08時(shí)高層400hpa以上處于輻散區(qū)，中低層500～700hPa處于輻合區(qū)，600hPa有一低值中心為-1.8×10-5s-1，850hPa為正值，輻散明顯。隨著降水的結(jié)束中低層輻合減弱，850hPa散度值逐漸增大，輻散增強(qiáng)，下沉運(yùn)動(dòng)加劇，天氣轉(zhuǎn)晴。這種高層輻散，低層輻合，且隨著降水的開始中層輻散范圍逐漸加大，強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)長時(shí)間維持并增強(qiáng)，將中層濕空氣輸送到高層，溫度降低水汽凝結(jié)成云致雨，是此次強(qiáng)降水天氣得以持續(xù)的動(dòng)力條件，如圖5所示。

圖5　7日20時(shí)至8日20時(shí)金昌市時(shí)間水平散度剖面（單位：10-5s-1）

4.3大氣不穩(wěn)定能量

4.3.1對流有效位能

河西走廊至青海都處于最大有效位能的正值區(qū)域，最大中心強(qiáng)度大2000，金昌市處于200等值線上。說明此時(shí)整個(gè)河西地區(qū)到青海處于不穩(wěn)定大氣層結(jié)中，具有較大的不穩(wěn)定能量，有利于強(qiáng)對流天氣的發(fā)生。

4.3.2假相當(dāng)位溫

7日20時(shí)至8日08時(shí)整個(gè)青藏高原從底層到高層400～850hpa處于高能區(qū)，范圍較大，高能舌向東北方向延伸，7日20時(shí)850hPa最大中心位于青藏高原東部，西南方向延伸至河西走廊。8日08時(shí)500hPa假相當(dāng)位溫在青藏高原處于高能區(qū)，高能舌向河西走廊東都延伸，金昌市受高能舌控制，假相當(dāng)位溫大于64℃。8日20時(shí)底層850hPa假相當(dāng)位溫由 56℃增大至 60℃，高層500～400hPa假相當(dāng)位溫減小了6℃。由此可以看出降水開始和持續(xù)的過程中大氣處于不穩(wěn)定狀態(tài)。隨著降水的結(jié)束，底層空氣濕度加大，假相當(dāng)位溫相應(yīng)增大，高層假相當(dāng)位溫減小，大氣處于穩(wěn)定狀態(tài)。

5　云圖資料分析

2015年7月7日19時(shí)45分FY－2E紅外衛(wèi)星云圖上，蒙古國至俄羅斯中部為逗點(diǎn)云系，這與500hPa槽線位置相對應(yīng)，河西走廊是斜壓葉狀云系，其頂部與逗點(diǎn)云系底部相接。河西走廊此時(shí)正處于槽前西南氣流中，在斜壓葉狀云系西端有“V”字缺口，西北急流侵入云系，使斜壓葉狀云系變形發(fā)展，云系東移逐漸靠近金昌市。22時(shí)45分云系北邊界變得粗糙，北部色調(diào)加深變紅說明紅外亮溫加大，之前位于青藏高原的對流云團(tuán)逐漸與河西走廊的云相接進(jìn)入金昌市，金昌市開始出現(xiàn)降水天氣。隨著西北氣流的入侵和降水過程的開始，云系向南移動(dòng)發(fā)展變?yōu)闇u度逗點(diǎn)云系。8日06是15分金昌市被對流云團(tuán)覆蓋，雨勢開始加強(qiáng)，08：45分強(qiáng)的對流云團(tuán)已經(jīng)移出金昌市區(qū)，其尾部的顏色較淺的云還在金昌市，降水過程還將持續(xù)，金昌市區(qū)本站08-09時(shí)出現(xiàn)最大小時(shí)降雨量，為8.1mm。由此可知，此次強(qiáng)降水過程是由斜壓葉狀云系發(fā)展為渦度逗點(diǎn)云系的過程與青藏高原的對流云團(tuán)合并加強(qiáng)造成的，如圖6所示。

圖6　2015年7月7日19：45（a）、7月8日06：15（b）FY－2E紅外衛(wèi)星云圖

6　小結(jié)

1）500hpa高原槽東移南壓，8日08時(shí)槽線正位于金昌市是此次金昌市出現(xiàn)強(qiáng)降水的觸發(fā)機(jī)制，西南氣流輸送的來自青藏高原暖濕空氣為強(qiáng)降水提供了充沛的水汽條件，冷暖空氣在冷鋒后相遇觸發(fā)了強(qiáng)降水天氣的發(fā)生。

2）中低層較大的濕度，降水開始時(shí)高層水汽輻合，隨著降水的持續(xù)底層水汽輻散，使高層的水汽得到補(bǔ)充，為此次強(qiáng)降水提供充沛的水汽條件。高層輻散，低層輻合，強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)長時(shí)間維持并增強(qiáng)，將中層濕空氣輸送到高層，是此次強(qiáng)降水天氣得以持續(xù)的動(dòng)力條件。大的對流有效位能和假相當(dāng)位溫處于高能舌區(qū)是這次中到大雨發(fā)生和發(fā)展的不穩(wěn)定能量。整層大氣在08時(shí)濕度達(dá)到最大，并且最大濕度中心在金昌市且此時(shí)我市處于高能舌控制是造成此次降水在08時(shí)金昌市區(qū)出現(xiàn)最大小時(shí)降水量的重要原因。

3）青藏高原的對流云團(tuán)與斜壓葉狀云系發(fā)展的渦度逗點(diǎn)云系尾部合并加強(qiáng)是造成這次中到大雨的主要原因。

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