2015年陜西一次春季暴雨過程分析

郭 莉，康曉甫，孟明霞，孫軍鵬，周 丹

(商洛市氣象局，陜西商洛 726000)

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2015年陜西一次春季暴雨過程分析

郭 莉，康曉甫，孟明霞，孫軍鵬，周 丹

(商洛市氣象局，陜西商洛 726000)

利用MICAPS資料、FY-2E衛(wèi)星云圖資料、雷達(dá)資料和NCEP1°×1°再分析資料，對(duì)2015年3月31日—4月1日發(fā)生在陜西關(guān)中西部、陜南西部的大到暴雨、局部大暴雨天氣過程進(jìn)行分析。結(jié)果表明：此次強(qiáng)降水過程是在東高西低的有利環(huán)流背景下產(chǎn)生的，500 hPa低槽、700 hPa低空急流是造成此次強(qiáng)降水的主要影響系統(tǒng)，700 hPa西路冷空氣與850 hPa東路冷空氣是強(qiáng)降水的觸發(fā)機(jī)制；暖濕切變線及水汽輻合區(qū)的位置對(duì)強(qiáng)降水的落區(qū)有一定指示作用；強(qiáng)降水發(fā)生時(shí)段與能量鋒區(qū)進(jìn)入陜西的時(shí)間基本一致；MCC是造成暴雨的直接原因，強(qiáng)降水區(qū)域主要出現(xiàn)在tBB等值線梯度密集區(qū)及冷云覆蓋區(qū)。

春季暴雨；低槽；切變線；能量鋒區(qū)

暴雨是我國夏季常見的一種災(zāi)害性天氣。春季暴雨環(huán)流特征與夏季的明顯不同，一般來說，春季西太平洋副熱帶高壓位置偏南，主體位于海上，對(duì)陜西影響較小，強(qiáng)降水主要由大槽大脊造成。侯建忠等[1]對(duì)陜西一次早春暴雨的研究表明，暴雨區(qū)的水汽輸送分別由700 hPa孟加拉灣的西南暖濕急流和低緯度熱帶低氣壓西側(cè)850 hPa的偏南氣流提供，熱帶低壓西側(cè)的偏南急流伸展到陜西的位置決定了強(qiáng)降水的落區(qū)；劉菊菊等[2]對(duì)河西走廊東部一次罕見的春季暴雨成因進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)強(qiáng)冷空氣的入侵是降水量級(jí)增大的直接原因；郭大梅等[3]從物理量場對(duì)2014年陜南春季暴雨和盛夏暴雨進(jìn)行了分析，結(jié)果表明陜西春季暴雨區(qū)的能量值、比濕值及上升速度值都較盛夏暴雨小。本文從環(huán)流形勢場、物理量場、衛(wèi)星云圖及雷達(dá)回波演變特征等方面對(duì)2015年3月31日20:00—4月1日20:00發(fā)生在陜西關(guān)中西部、陜南西部的大到暴雨、局部大暴雨天氣過程進(jìn)行分析，揭示陜西春季暴雨過程中環(huán)流形勢及物理量變化特征，以期為陜西春季暴雨預(yù)報(bào)提供科學(xué)依據(jù)。

1 降水實(shí)況

2015年3月31日20:00—4月1日20:00，陜西關(guān)中西部、陜南西部出現(xiàn)大到暴雨、局部大暴雨天氣，并伴有雷電、大風(fēng)。其中佛坪降雨量為89 mm，南鄭為82 mm，漢中為71 mm，乾縣為57 mm，洋縣、城固為51 mm。從漢中市3個(gè)自動(dòng)站逐小時(shí)降水量圖(圖1)可以看到，強(qiáng)降水主要發(fā)生在1日06:00—14:00。據(jù)統(tǒng)計(jì)，此次降水過程為漢中市氣象站建站以來春季最早的區(qū)域性暴雨天氣。

圖1 2015-04-01T06：00—20：00漢中市自動(dòng)站逐小時(shí)降水量

2 高空環(huán)流形勢

3月31日08：00，500 hPa天氣圖上低槽位于巴爾喀什湖，溫度槽落后于高度槽，高度槽東移過程中發(fā)展，其底部不斷分裂小槽，槽前疏散，小槽發(fā)展東移；31日20：00小槽東移至95°E附近，河套以東有高脊發(fā)展，東高西低的環(huán)流形勢建立，槽東移速度減慢；1日08：00，500 hPa小槽加深東移至陜西西部，環(huán)流形勢仍維持東高西低型。陜西西部處于槽前西南氣流中。

31日08：00，700 hPa天氣圖上低槽位于四川東南部，高壓脊位于河套東部；20：00青海有低渦環(huán)流發(fā)展，與四川東部低槽合并加強(qiáng)，河套東部高壓脊對(duì)低渦形成阻擋；4月1日08：00低渦東移至甘肅中部，環(huán)流經(jīng)向度明顯加大，陜西為一致的東南風(fēng)，最大風(fēng)速達(dá)22 m/s，同時(shí)川陜交界處形成西南氣流與東風(fēng)氣流的暖式切變線，陜西西部處于風(fēng)向風(fēng)速輻合中，暖濕切變線及水汽輻合區(qū)的位置對(duì)強(qiáng)降水的落區(qū)有一定指示作用。

分析各時(shí)次850 hPa環(huán)流形勢，可以發(fā)現(xiàn)31日08：00，貝加爾湖南部—華北為一高壓環(huán)流, 環(huán)流中心位于46°N、105°E；1日08:00，高壓環(huán)流中心移至華北地區(qū)(41°N、118°E )，之后此高壓在華北地區(qū)穩(wěn)定少動(dòng)，華中—川陜邊界處于華北高壓底部偏東氣流中，此時(shí)陜西西部偏東風(fēng)風(fēng)速達(dá)16 m/s。分析1日08：00 850 hPa流場圖(圖略)可以發(fā)現(xiàn)，這支偏東氣流一方面不斷將華北冷空氣向川陜地區(qū)輸送，在強(qiáng)降水過程中起冷墊作用，使得700～500 hPa暖濕氣流爬升，釋放不穩(wěn)定能量；另一方面阻止陜西西部低值系統(tǒng)的東移和南來水汽的繼續(xù)北上，使得陜西西部處于水汽輻合區(qū)內(nèi)[4]。

3 物理量場分析

3.1 水汽條件

充分的水汽是產(chǎn)生暴雨的主要條件之一，對(duì)于西北內(nèi)陸來說，春季要產(chǎn)生暴雨，大氣中必須具備充沛水汽含量和充足的水汽供應(yīng)。

對(duì)此次強(qiáng)降水過程中的水汽輸送情況進(jìn)行分析。結(jié)果顯示，水汽主要通過對(duì)流層700～500 hPa的偏南氣流進(jìn)行輸送，其中700 hPa的水汽輸送特征最為顯著，水汽輸送帶從孟加拉灣經(jīng)云貴高原、四川到達(dá)陜西。分析700 hPa逐6 h風(fēng)矢量演變(圖略)發(fā)現(xiàn)，這支偏南暖濕氣流輸送帶具有較好的持續(xù)性和連續(xù)性。計(jì)算陜西西部700 hPa水汽通量及其散度(圖2)，發(fā)現(xiàn)31日20時(shí)水汽通量為8～10 g/(cm·hPa·s)，1日08：00增大至12～14 g/(cm·hPa·s)，可以看出隨著暴雨的鄰近，陜西地區(qū)暖濕急流輸送明顯增強(qiáng)。水汽通量散度場上，02:00—08:00水汽輻合大值區(qū)從甘肅與四川交界處移至陜西西部，中心強(qiáng)度也明顯增強(qiáng)，08：00輻合中心強(qiáng)度為-2.5×10-7g/(cm2·hPa·s)，說明強(qiáng)降水時(shí)段陜西西部處于偏南急流水汽輸送帶左側(cè)水汽強(qiáng)輻合區(qū)內(nèi)，有利于暴雨的產(chǎn)生。

a.02時(shí)；b.08時(shí)；箭矢：水汽通量，單位為g/(cm·hPa·s)；陰影：水汽通量散度，單位為10-7g/(cm2·hPa·s)。圖2 2015-04-01 700 hPa水汽通量及水汽通量散度

3.2 垂直上升條件

在具備充足水汽的條件下要形成暴雨，必須要有強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)。沿33°N做垂直速度剖面可以發(fā)現(xiàn)(圖略)，暴雨區(qū)整層均為上升運(yùn)動(dòng)，強(qiáng)上升中心位于400 hPa左右，中心值為-4×10-3Pa/s。強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)將低層水汽向上輸送，云層厚度增加，降水效率增大，同時(shí)水汽凝結(jié)釋放潛熱增強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)，使降水進(jìn)一步增強(qiáng)，二者之間形成正反饋效應(yīng)。

從沿108°E的散度場剖面圖(圖略)可以看出，33°N處800 hPa有一輻合中心，中心值為-8×10-5s-1，該等壓面以上輻合強(qiáng)度逐漸減小，400 hPa附近轉(zhuǎn)為輻散，輻散中心位于200 hPa附近，中心值為10×10-5s-1。在暴雨過程中，高層輻散強(qiáng)于低層輻合，高層強(qiáng)的抽吸作用加強(qiáng)了低層的上升運(yùn)動(dòng)，有利于暴雨發(fā)生。

3.3 能量條件

熱力條件是暴雨發(fā)生的必要條件。分析暴雨過程中能量條件發(fā)現(xiàn)，700 hPa假相當(dāng)位溫場上，1日08：00(圖3a)，隴南有一θse低值中心，陜西南部有一θse高能中心，二者在隴南形成呈東北—西南向的能量鋒區(qū)；14：00(圖3b)θse低值中心移至陜西西部，能量鋒區(qū)東移南壓且明顯加強(qiáng)，在能量鋒區(qū)進(jìn)入陜西過程中，降水強(qiáng)度加大，說明700 hPa有西北路冷空氣入侵陜西，與偏南暖濕氣流在陜西交匯。

850 hPa上，1日08：00(圖3c)陜西西部θse>60 ℃，能量鋒區(qū)呈弱“Ω”型；隨著東路冷空氣入侵，14:00(圖3d)θse等值線梯度加大，能量鋒區(qū)加強(qiáng)，呈西北—東南向，強(qiáng)度強(qiáng)于700 hPa鋒區(qū)，圖3d中陜西西部θse<60 ℃，表明低層逐漸被冷空氣占據(jù)，降水強(qiáng)度逐漸減小。

分析發(fā)現(xiàn)，700 hPa冷空氣從西北路侵入陜西，850 hPa冷空氣從偏東路徑侵入陜西，兩者共同作用抬升中低層暖濕氣流，有利于降水增強(qiáng)[2]。

圖3 2015-04-01 700 hPa(a.08時(shí)；b.14時(shí))和850 hPa(c.08時(shí)；d.14時(shí))θse(單位為℃)

4 云圖及雷達(dá)回波演變

衛(wèi)星云圖可以直觀反映降水過程中暴雨云團(tuán)的發(fā)生發(fā)展及演變過程，利用FY-2E衛(wèi)星逐時(shí)云頂亮溫資料，對(duì)此次降水過程中云團(tuán)演變過程進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)造成強(qiáng)降水的云團(tuán)為MCC[5-6]。

FY-2E衛(wèi)星云圖上，1日03:00(圖4a)川陜交界處有對(duì)流云團(tuán)發(fā)展，其尺度較小。隨著500 hPa槽前西南風(fēng)、700 hPa低渦東部偏南暖濕氣流及不穩(wěn)定能量向陜西輸送，陜西對(duì)流層低層對(duì)流不穩(wěn)定增強(qiáng)，對(duì)流云團(tuán)在向東北方向移動(dòng)過程中不斷加強(qiáng)。05:00(圖略)，云團(tuán)中云頂亮溫(tBB)≤-32 ℃冷云罩面積達(dá)10×104km2，且tBB≤-53 ℃冷云罩面積為5.3×104km2，已達(dá)MCC標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)流發(fā)展旺盛，陜西西部≥10 mm/h降水站數(shù)增多。05:00—09:00，tBB≤-53 ℃冷云罩面積不斷增大，逐漸覆蓋關(guān)中、陜南西部。09：00(圖4b)，tBB≤-53 ℃冷云罩面積達(dá)最大，為10×104km2，此階段為MCC強(qiáng)盛期。對(duì)比區(qū)域站逐時(shí)降水量，05:00—09:00漢中多個(gè)雨量站降水強(qiáng)度為20～40 mm/h，強(qiáng)降水區(qū)域主要出現(xiàn)在tBB等值線梯度密集區(qū)及冷云覆蓋區(qū)。12:00(圖4c)，中低層冷空氣入侵陜西，暖濕氣流勢力減弱，對(duì)流層低層對(duì)流不穩(wěn)定減弱，tBB≤-53 ℃冷云罩面積迅速減小，云團(tuán)結(jié)構(gòu)松散，陜西降水強(qiáng)度減小。通過分析發(fā)現(xiàn)，此次春季暴雨過程有明顯的MCC活動(dòng)特征，其生命史達(dá)7 h。分析此次過程中雷達(dá)特征發(fā)現(xiàn)，基本反射率圖上以積層混合云降水為主，強(qiáng)降水時(shí)段不斷有≥35 dBz回波經(jīng)過陜西西部，形成列車效應(yīng)，造成大到暴雨。

圖4 2015-04-01 FY-2E衛(wèi)星云圖云頂亮溫(單位為℃；a.03時(shí)；b.09時(shí)；c.12時(shí))

5 結(jié)論

(1)500 hPa低槽、700 hPa切變線及低空急流是造成此次暴雨的主要影響系統(tǒng)，陜西西部處于低空急流左側(cè)和低空切變右側(cè)的強(qiáng)輻合區(qū)，形成了有利于暴雨發(fā)生發(fā)展的環(huán)境條件。

(2)700 hPa來自孟加拉灣的西南氣流是此次過程的主要水汽輸送帶。850 hPa出現(xiàn)的偏東氣流阻止陜西西部低值系統(tǒng)的東移和南來水汽的持續(xù)北上，使陜西西部處于水汽輻合區(qū)內(nèi)，同時(shí)也為暴雨區(qū)提供了重要水汽輸送。

(3)此次暴雨過程中強(qiáng)降水區(qū)有良好的動(dòng)力抬升條件。700 hPa冷空氣從西北路侵入陜西，850 hPa冷空氣從偏東路徑侵入陜西，兩者共同作用抬升中低層暖濕氣流，有利于降水增強(qiáng)。

(4)降水過程中衛(wèi)星云圖上有MCC生成和發(fā)展，是造成暴雨的直接原因，強(qiáng)降水區(qū)域主要出現(xiàn)在tBB等值線梯度密集區(qū)及冷云覆蓋區(qū)。雷達(dá)基本反射率圖上顯示強(qiáng)降水區(qū)以積層混合云降水為主，強(qiáng)降水時(shí)段不斷有≥35 dBz回波經(jīng)過陜西西部，形成列車效應(yīng)，造成大到暴雨。

[1] 侯建忠,李明娟,趙兵科,等.陜西早春一次罕見暴雨過程的環(huán)流演變及水汽輸送分析[J].熱帶氣象學(xué)報(bào),2009，25(2):251-256.

[2] 劉菊菊,滕杰,許東蓓,等.河西走廊東部一次罕見的春季暴雨成因分析[J].干旱氣象,2015，33(4):652-658.

[3] 郭大梅,李萍云,胡浩,等.一次春季暴雨與盛夏暴雨物理量對(duì)比分析[J].陜西氣象,2014(6):8-10.

[4] 康嵐,顧清源,蒲吉光.一次低能大暴雨成因分析[J].氣象科技,2002，30(5):284-287.

[5] 劉瑞芳,李萍云,陳小婷,等.一次中尺度對(duì)流復(fù)合體致洪暴雨成因分析[J].成都信息工程學(xué)院學(xué)報(bào),2012，27(3)：306-313.

[6] 范俊紅,王欣璞,孟凱,等.一次MCC的云圖特征及成因分析[J].高原氣象,2009，28 (6):1388-1398.

郭莉，康曉甫，孟明霞，等.2015年陜西一次春季暴雨過程分析[J].陜西氣象，2016(6):9-13.

1006-4354(2016)06-0009-05

2016-03-01

郭莉(1988—)，女，陜西商洛人，學(xué)士，工程師，主要從事中短期天氣預(yù)報(bào)與服務(wù)工作。

P458.121.1

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