山西北部一次區(qū)域性大暴雨成因分析

金磊 姚凈 楊東

摘 要：應(yīng)用常規(guī)氣象觀測(cè)資料、NCEP1°×1°再分析資料和衛(wèi)星云圖高分辨率相當(dāng)黑體亮溫（TBB）資料，對(duì)2012年7月20～21日山西北部大暴雨過(guò)程的成因進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：此次區(qū)域性大暴雨過(guò)程發(fā)生在阻塞高壓穩(wěn)定維持以及副高進(jìn)退的環(huán)流背景下；200hPa高空輻散場(chǎng)的長(zhǎng)時(shí)間維持促使了上升運(yùn)動(dòng)的加強(qiáng)，有利于強(qiáng)降水的持續(xù)；700hPa低渦切變線是大暴雨產(chǎn)生的主要影響系統(tǒng)；低空西南急流的建立和維持為大暴雨的產(chǎn)生提供了源源不斷的水汽和能量條件；降水前期不穩(wěn)定能量的聚集為大暴雨的產(chǎn)生積累了能量，有利于大暴雨區(qū)的對(duì)流不穩(wěn)定發(fā)展；副高邊緣β中尺度對(duì)流云團(tuán)的不斷生成、發(fā)展與合并，導(dǎo)致強(qiáng)降水的產(chǎn)生，大暴雨出現(xiàn)在對(duì)流云團(tuán)的東南側(cè)。

關(guān)鍵詞：區(qū)域性大暴雨 影響系統(tǒng) 成因分析

中圖分類號(hào)：P458.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）09（a）-0091-02

山西地形起伏異常顯著。特殊的地形與不同尺度天氣系統(tǒng)相互作用，使得山西降水具有突發(fā)性強(qiáng)、時(shí)空分布極不均勻的特點(diǎn)。2012年7月20～21日，山西北部出現(xiàn)了區(qū)域大暴雨天氣過(guò)程，造成了較大的人民財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡。本文利用NCEP1°×1°再分析資料和衛(wèi)星云圖高分辨率相當(dāng)黑體亮溫（TBB）資料，試圖對(duì)大暴雨過(guò)程前后環(huán)流背景、要素和形勢(shì)配置進(jìn)行分析，并對(duì)一些物理量進(jìn)行診斷，以揭示山西大暴雨形成的原因。

1 降水概況

2012年7月20日20時(shí)～21日20時(shí)（北京時(shí)，下同），受副熱帶高壓進(jìn)退影響，山西省北部出現(xiàn)區(qū)域性暴雨和大暴雨天氣，24h降水量介于0.1～268.1mm之間。其中，20個(gè)縣市、159個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現(xiàn)了暴雨，5個(gè)縣市、33個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)降水量在100mm以上。大暴雨主要出現(xiàn)在21日00時(shí)～20時(shí)，小時(shí)最大雨強(qiáng)為64.5mm/h（懷仁河頭站），持續(xù)17～20h。

2 大尺度環(huán)流背景

2.1 500hPa環(huán)流形勢(shì)

18日08時(shí)500hPa上，55°～65°N、65°～75°E有阻塞高壓開(kāi)始生成，到20日08時(shí)，阻塞高壓穩(wěn)定維持。冷空氣的不斷補(bǔ)充，位于50°～60°N、95°～115°E的切斷低壓不斷加強(qiáng)。18～20日阻塞高壓和切斷低壓穩(wěn)定維持。20日20時(shí)貝爾加湖附近冷渦攜帶較強(qiáng)冷空氣南下，21日08時(shí)形成西風(fēng)槽東移南下，到達(dá)蒙古國(guó)—河套一帶。19～20日副熱帶高壓不斷西伸北抬，20日20時(shí)5880gpm特征線西脊點(diǎn)伸至107°E附近。控制山西省主要為5840gpm特征線。21日02時(shí)，副高迅速東退，5840gpm特征線也南退至臨汾—陽(yáng)泉一線，冷暖空氣在此交匯，為大暴雨發(fā)生提供了有利的水汽和能量條件。

2.2 200hPa高空輻散場(chǎng)

20日20時(shí)200hPa上山西省北部處于高空急流入口區(qū)右側(cè)，并且輻散場(chǎng)開(kāi)始加強(qiáng)，21日02時(shí)山西省北部出現(xiàn)超過(guò)8×10-5s-1的散度中心，08時(shí)散度中心繼續(xù)加強(qiáng)，超過(guò)了14×10-5s-1。降水期間，山西省北部上空超過(guò)6×10-5s-1的輻散場(chǎng)持續(xù)維持了12h左右，之后移出山西省，造成21日02時(shí)至14時(shí)山西北部12h降水量超過(guò)100mm。

3 影響系統(tǒng)分析

21日02時(shí)低渦東移北上至38°～40°N，106°～108°E區(qū)間內(nèi)，同時(shí)南風(fēng)氣流開(kāi)始加強(qiáng)，08時(shí)低渦緩慢東移至37°～40°N，107°～109°E區(qū)間內(nèi)，低渦切變線位于山西省北部，切變線南側(cè)的西南風(fēng)加強(qiáng)，達(dá)到16m/s，急流軸的出口指向山西省北部，風(fēng)速的輻合正好位于此；14時(shí)低渦移至山西省北部附近，水汽輸送帶持續(xù)維持，西南低空急流加強(qiáng)，造成了山西省北部的區(qū)域大暴雨天氣。

4 物理量診斷分析

4.1 不穩(wěn)定條件分析

20日20時(shí)河套—山西北部地區(qū)已經(jīng)處于抬升指數(shù)負(fù)值區(qū)，中心強(qiáng)度達(dá)到-4，至21日14時(shí)之前，山西北部都維持抬升指數(shù)負(fù)值區(qū)，抬升指數(shù)大值區(qū)強(qiáng)度有所減弱，20時(shí)之后轉(zhuǎn)變?yōu)檎祬^(qū)，大氣層結(jié)趨于穩(wěn)定。

大暴雨開(kāi)始前12h，20日20時(shí)850hPa假相當(dāng)位溫圖上，≥348K的高能舌伸向河套北部，山西省西北部位于≥348K的高能區(qū)內(nèi)，θse的密集帶呈東北—西南向位于內(nèi)蒙古境內(nèi)。21日08時(shí)，高能舌繼續(xù)維持，山西省西北部的中心強(qiáng)度達(dá)到352K，θse密集帶南壓，到達(dá)河套地區(qū)，這一地區(qū)也是冷暖空氣的交匯區(qū)，大暴雨出現(xiàn)在θse密集帶偏高能高濕區(qū)一側(cè)，有利于大暴雨區(qū)的對(duì)流不穩(wěn)定發(fā)展。

4.2 水汽條件分析

此次大暴雨過(guò)程，20日水汽通道開(kāi)始建立，21日西南低空急流將水汽源源不斷地輸送到山西省北部，21日08時(shí)山西省北部850hPa的比濕達(dá)到14g/kg，整層空氣接近于飽和。

20日20時(shí)700hPa上河套西南部開(kāi)始有水汽通量的大值區(qū)出現(xiàn)，中心強(qiáng)度達(dá)到16g/s·hPa·cm，對(duì)應(yīng)850hPa上也有15g/s·hPa·cm的極值區(qū)出現(xiàn)。21日08時(shí)水汽通量大值區(qū)東移至山西省境內(nèi)，與西南低空急流相配合，說(shuō)明有大量的水汽向山西上空輸送。21日02時(shí)700hPa上，河套-山西北部維持一水汽通量散度的負(fù)值區(qū)，負(fù)值中心位于山西北部，至14時(shí)水汽通量散度負(fù)值區(qū)穩(wěn)定維持，為大暴雨的發(fā)生提供了有利的水汽條件。

4.3 動(dòng)力條件分析

21日08時(shí)大暴雨區(qū)上空400hPa以下為正渦度區(qū)，正渦度中心位于600～700hPa之間，中心強(qiáng)度達(dá)到12×10-5s-1，400hPa以上為負(fù)渦度區(qū)，中心強(qiáng)度達(dá)到-10×10-5s-1，表明正渦度垂直層次較深厚，低層輻合高層輻散，有利于大暴雨的產(chǎn)生。08時(shí)800hPa以上為垂直速度的上升區(qū)，垂直速度中心位于300～400hPa之間，中心強(qiáng)度達(dá)到-2.5×10-2hPa·s-1，對(duì)應(yīng)河曲站在05～10h出現(xiàn)了較強(qiáng)的降水。

5 衛(wèi)星云圖相當(dāng)黑體亮溫（TBB）特征分析

21日00時(shí)，副高邊緣TBB≤-53℃的冷云蓋位于河套北部，隨著高空槽帶來(lái)的冷空氣到達(dá)山西北部，副高邊緣的降水云團(tuán)隨之東移。02時(shí)沿副高邊緣在降水云團(tuán)母體后部激發(fā)出5個(gè)β中尺度對(duì)流云團(tuán)。06：00～07：00河曲站1h降水量達(dá)到20.8mm，到9時(shí)MCS迅速減弱并消散，04：00～10：00河曲站6h降水量超過(guò)了80mm。11時(shí)β中尺度對(duì)流云團(tuán)中心強(qiáng)度TBB值達(dá)到-63℃，在其東移的過(guò)程中造成了山西東北部的暴雨天氣。20時(shí)之后，對(duì)流云團(tuán)移出山西省，山西北部降水減弱并趨于結(jié)束。

6 結(jié)語(yǔ)

阻塞高壓維持及副熱帶高壓的進(jìn)退為大暴雨的產(chǎn)生提供了有利的大尺度環(huán)境背景條件；200hPa高空強(qiáng)氣流流出使山西北部上空輻散增強(qiáng)，有利于上升運(yùn)動(dòng)的加強(qiáng)，高空輻散場(chǎng)的長(zhǎng)時(shí)間維持，有利于降水的持續(xù)性；低渦切變線是大暴雨產(chǎn)生的主要影響系統(tǒng)；西南低空急流和水汽通道的維持提供了充沛的水汽條件，有利于大暴雨的產(chǎn)生；低層輻合和高層輻散，以及強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)是大暴雨發(fā)生的動(dòng)力條件；降水前期不穩(wěn)定能量的聚集為大暴雨的產(chǎn)生積累了充分的能量，有利于大暴雨區(qū)的對(duì)流不穩(wěn)定發(fā)展；沿副高邊緣不斷有β中尺度對(duì)流云團(tuán)生成、發(fā)展與合并，強(qiáng)降水出現(xiàn)在對(duì)流云團(tuán)的發(fā)展與合并過(guò)程中，大暴雨出現(xiàn)在對(duì)流云團(tuán)的東南側(cè)。

參考文獻(xiàn)

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