青海省東部一次副熱帶高壓東退型強(qiáng)降水過程分析

趙娟 余學(xué)英

摘 要：利用常規(guī)氣象資料對(duì)2007年8月25日青海省東部的大到暴雨過程進(jìn)行了診斷分析。研究表明：此次過程是由于500hPa副熱帶高壓東退、高空短波槽東移引導(dǎo)冷空氣南下，冷暖空氣在青海省東部交匯造成的一次對(duì)流性強(qiáng)降水天氣;此次降水過程中西南、偏南和偏西路徑的三條水汽通道在青海省東部匯合;青海省大降水多出現(xiàn)在東部地區(qū)，這與青海省東部河谷地形的抬升和輻合作用以及中小尺度系統(tǒng)活動(dòng)密切相關(guān)。

關(guān)鍵詞：副熱帶高壓;短時(shí)強(qiáng)降水;地面輻合線

中圖分類號(hào)：P458.121.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2019）10-0142-06

Abstract： Utilizing the conventional meteorological data，the heavy rain in eastern Qinghai on August 25， 2007 were diagnosed and analyzed. The results show that the process is a convective heavy precipitation weather caused by the retreat of 500hPa subtropical high eastward， the eastward movement of high altitude short wave trough to guide cold air southward and the convergence of cold and warm air in the eastern part of Qinghai Province; the convergence of three water vapor channels along the southwest， South and West paths in the eastern part of Qinghai Province during the precipitation process; the heavy precipitation in Qinghai Province mostly occurs in the eastern part， which is in line with Qinghai Province. The uplift and convergence of the eastern valley topography are closely related to the activities of meso-and small-scale systems.

Keywords： subtropical high;short-term heavy rainfall;surface convergence line

1 天氣實(shí)況

2007年8月25日，由于副熱帶高壓東退，在青海省東部出現(xiàn)了一次區(qū)域性大到暴雨天氣，強(qiáng)降水主要集中在25日20：00至26日02：00。同時(shí)，甘肅省和陜西省也出現(xiàn)了大雨和大暴雨。地面資料顯示，8月25日08：00至26日08：00，有3個(gè)測站降水量超過50mm，8個(gè)測站降水量達(dá)到大雨量級(jí)，最大降水量是西寧站，為80mm。此次降水過程具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：①大到暴雨落區(qū)集中在青海省東部地區(qū)，雨帶沿副熱帶高壓外圍呈東北西南向分布;②在降水過程中，多個(gè)測站伴有雷電，以對(duì)流性強(qiáng)降水為主，西寧站的最大雨強(qiáng)為28mm/h（見圖1）;③24h內(nèi)在青海省東部有多個(gè)中尺度雨團(tuán)活動(dòng)，并持續(xù)影響約6h（見圖2）;④青海省地勢復(fù)雜，西高東低，東部多為海拔較低的河谷地帶，地形抬升和輻合作用有助于上升運(yùn)動(dòng)的維持發(fā)展[1]，對(duì)降水增幅作用顯著，大降水多出現(xiàn)在中東部地區(qū)，與其復(fù)雜的下墊面及中小尺度系統(tǒng)活動(dòng)密切相關(guān)。

2 環(huán)流背景

此次青海省東部的大到暴雨天氣發(fā)生在8月下旬副熱帶高壓南北擺動(dòng)時(shí)期。8月25日08：00，500hPa副熱帶高壓呈尖頭塊狀，強(qiáng)度達(dá)到596dagpm，其北界位于40°N，西伸脊點(diǎn)位于90°E附近，588線到達(dá)青海省中部，12m/s的西南風(fēng)向青海省東部輸送孟加拉灣的暖濕氣流，副熱帶高壓和中東高壓形成的切變線在95°E附近。同時(shí)，巴爾喀什湖低槽分裂的短波槽東移引導(dǎo)冷空氣南下。到20：00，副熱帶高壓由92°E東退至97°E附近，切變線東移至青海省湖附近，青海省東部處于副熱帶高壓邊緣強(qiáng)盛的西南氣流中，風(fēng)場輻合明顯（見圖3）。巴湖冷槽隨之東移，冷暖氣流在青海省東部交綏，從而導(dǎo)致此次強(qiáng)降水天氣。700hPa，25日08：00，青海省東部由暖區(qū)控制;20：00，隨著高空槽東移，偏北氣流和東南氣流在青海省東部匯合，東南風(fēng)風(fēng)速6～10m/s，向青海省東部輸送從南海的水汽（圖略）。從溫度場來看，700hPa和400hPa的溫差達(dá)24℃。高空200hPa西風(fēng)急流分流區(qū)右側(cè)的輻散區(qū)（見圖4）位于青海省東部上空，利于中低層低值系統(tǒng)發(fā)展和低層輻合上升運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)維持[2]。

3 強(qiáng)降水成因分析

3.1 水汽條件分析

充沛的水汽供應(yīng)是強(qiáng)降水發(fā)生的首要條件。從不同時(shí)間水汽通量的空間分布得出（見圖5），8月25日500hPa，在孟加拉灣、東南部洋面、四川盆地-甘肅省一線和巴爾喀什湖附近有水汽通量大值中心，而青海省北部西風(fēng)帶系統(tǒng)的水汽通量較弱。700hPa，在西藏東南部-青海省一線和南海存在水汽通量大值中心，水汽輸送明顯。結(jié)合流場可以看出，此次過程中有3支水汽通道：第一支是中層（500hPa），來自孟加拉灣的西南暖濕氣流;第二支是中低層（500hPa和700hPa），在副熱帶高壓東南部的偏南暖濕氣流將南海的水汽經(jīng)四川盆地和甘肅省輸送到青海省東部;第三支是中層西風(fēng)帶系統(tǒng)攜帶的水汽。從圖5還可以看出，在500hPa和700hPa，西藏東部存在水汽通量大值中心，500hPa比濕在5～7g/kg，說明高原及附近地區(qū)在青海省東部的水汽輸送中起著重要作用[3]。

水汽通量散度決定一個(gè)地區(qū)水汽的輻合與暴雨的發(fā)生和維持[1]。從圖6可以看出，8月25日20：00，在西南和偏南水汽通道上有水汽向大到暴雨區(qū)輻合，青海省東部中低層（500hPa和700hPa）都存在水汽通量強(qiáng)輻合中心，強(qiáng)降水區(qū)基本與水汽輻合中心相對(duì)應(yīng)。500hPa，在孟加拉灣至青海省一線有顯著水汽輻合，輻合中心達(dá)-8×10-8·g·cm-2·hPa-1·s-1。北部有一較弱的-4×10-8·g·cm-2·hPa-1·s-1水汽輻合中心，這證明了來自偏西路徑的水汽輸送。700hPa，從南海經(jīng)四川盆地到青海省東部存在水汽輻合中心。雨區(qū)外圍的水汽輻散區(qū)為水汽向雨區(qū)集中提供了有利環(huán)境場。

25日500hPa副熱帶高壓邊緣的西南氣流和700hPa的偏南氣流為青海省東部提供充沛的水汽。比濕場上25日20：00 500hPa青海省東部的比濕在5～6g/kg，700hPa在9～10g/kg，西寧的比濕分別為6g/kg和10g/kg。

從上述分析可以看出，來自孟加拉灣的西南氣流是此次強(qiáng)降水過程中最主要的水汽來源;南海水汽次之，突顯了低緯地區(qū)的活動(dòng)對(duì)中高緯的影響[4];西風(fēng)槽攜帶的水汽最弱。這也說明了大尺度系統(tǒng)的水汽輸送和輻合是產(chǎn)生強(qiáng)降水的必要條件[4]。

3.2 不穩(wěn)定條件分析

圖7是西寧站25日08：00探空和14：00訂正探空?qǐng)D。從圖7可以看出，此次過程中西寧站探空曲線呈“高瘦型”的典型強(qiáng)降水分布形態(tài)，上干下濕，濕層厚度達(dá)4km（700～400hPa）。08：00，西寧的不穩(wěn)定能量CAPE為117J/kg，沙氏指數(shù)SI為0.22℃。利用25日14：00氣溫和露點(diǎn)溫度訂正后，CAPE達(dá)到1 600J/kg，說明午后西寧地區(qū)大氣層結(jié)強(qiáng)不穩(wěn)定。從風(fēng)場垂直分布來看，西寧地區(qū)中低層為顯著暖平流;0～6km垂直風(fēng)切變?nèi)?，利于?duì)流云維持和降水持續(xù)。同時(shí)，0℃層到LCL高度高，暖云層厚，降水效率高，利于短時(shí)強(qiáng)降水發(fā)生。

圖8是25日20：00 500hPa和700hPa假相當(dāng)位溫的空間分布。500hPa，青海省東部處于副熱帶高壓邊緣，因此，青海省東部有[θse]≥74℃的高能舌，青海省東南部有[θse]=78℃的大值中心，西寧地區(qū)處于>74℃高能舌中。700hPa，青海省東部受東南氣流影響，因此，有≥76℃的高能舌東南-西北向伸展至青海省東部。從700hPa和500hPa[θse]的垂直分布可以看出，過程中西寧地區(qū)[?θse?Z<0]，說明大氣處于對(duì)流不穩(wěn)定狀態(tài)，利于強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生。孫繼松[5]等指出，暴雨的環(huán)流模式和中緯度斜壓區(qū)有關(guān)，暴雨主要產(chǎn)生在斜升大尺度暖濕氣流中，這支氣流由于位勢不穩(wěn)定存在，在上升過程中不斷產(chǎn)生對(duì)流活動(dòng)。加之前期青海省東部由副熱帶高壓控制，地面上也積累了一定的能量。過程中孟加拉灣和南海的暖濕氣流為青海省東部供給暖濕水汽和能量，不僅使暴雨區(qū)上空濕層增厚，還加強(qiáng)了大氣層結(jié)的不穩(wěn)定性。

3.3 動(dòng)力條件分析

圖9給出了西寧渦度和垂直速度剖面圖。從渦度場可以看到，25日包括西寧在內(nèi)的青海省東部處于副熱帶高壓邊緣，提供了有利的動(dòng)力抬升條件。500hPa，都蘭附近存在1.7×10-5s-1的正渦度中心;200hPa青海省東部渦度<-5.4×10-5s-1，西寧-5.6×10-5s-1，高層負(fù)渦度，渦度場的高低層配置利于地面系統(tǒng)發(fā)展。垂直速度場上，25日08：00，從低層700hPa到高層100hPa都是強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)，強(qiáng)中心在500hPa，青海省湖附近上升運(yùn)動(dòng)中心達(dá)-22×10-3Pa·s-1，西寧地區(qū)為-14×10-3Pa·s-1。丁一匯等[6]的研究表明，強(qiáng)降水時(shí)期低層強(qiáng)烈的水汽輻合同時(shí)伴隨強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)，為強(qiáng)降水的發(fā)生發(fā)展提供了有利的水汽和動(dòng)力條件[4]。

3.4 觸發(fā)機(jī)制分析

分析此次降水天氣的觸發(fā)機(jī)制，25日14：00以后，地面上從西寧到互助一線形成東北風(fēng)與東南風(fēng)兩股氣流在青海省東部交匯形成輻合線（見圖10），并維持約5h。結(jié)合青海省東部的地形和降水量可以看出，強(qiáng)降水出現(xiàn)在輻合線左側(cè)。從圖11可以看出，25日午后，地面上東部的民和、平安等地的溫度和露點(diǎn)溫度均高于西寧。偏東風(fēng)將東部較高的熱量和水汽輸送到西寧地區(qū)，增強(qiáng)了地面的溫濕能量。降水開始前（17：00）到降水發(fā)生（20：00），西寧地區(qū)的露點(diǎn)由12℃增加至15℃;強(qiáng)降水出現(xiàn)之后露點(diǎn)溫度又減小。青海省大降水多出現(xiàn)在東部地區(qū)，這與青海省東部河谷地形的抬升和輻合作用以及中小尺度系統(tǒng)活動(dòng)密切相關(guān)。

4 副熱帶高壓東退型強(qiáng)降水天氣概念模型

根據(jù)上述分析，給出本次由副熱帶高壓東退造成的青海省東部強(qiáng)降水的天氣概念模型（見圖12）。從圖上可以看出，500hPa副熱帶高壓從25日08：00至20：00東退5個(gè)經(jīng)距，25日20：00青海省東部位于副熱帶高壓邊緣的偏南氣流中，西南風(fēng)最大14m/s，西風(fēng)槽底分裂的短波槽引導(dǎo)的干冷空氣南下，與副熱帶高壓邊緣的西南暖濕氣流在青海省東部交匯;700hPa最大東南風(fēng)10m/s，比濕超過10g/kg。青海省東部冷暖交匯形成強(qiáng)的垂直上升氣柱伸展到附近。200hPa高空急流分流區(qū)右側(cè)的強(qiáng)輻散區(qū)位于青海省東部，西風(fēng)急流中心最大風(fēng)速40m/s。地面上從柴達(dá)木盆地東移的冷空氣在青海省東部匯合形成輻合線。前期處于副熱帶高壓控制積累了較多能量，700hPa和500hPa分別有76℃和72℃的高能舌伸展，700hPa和400hPa的溫差達(dá)24℃，地面溫度較高，露點(diǎn)溫度超過12℃。

5 結(jié)論

①這是一次副熱帶高壓東退（由92°E東退到97°E），高空短波槽東移引導(dǎo)冷空氣南下，在副熱帶高壓西北側(cè)誘發(fā)的一次對(duì)流性強(qiáng)降水天氣。500hPa副熱帶高壓邊緣的西南風(fēng)、700hPa偏東風(fēng)和地面偏東風(fēng)輸送的充沛水汽與西風(fēng)槽自帶水汽在青海省東部匯集;150hPa南亞高壓的分流區(qū)位于青海省東部上空，加強(qiáng)了低層輻合上升，強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)伸展到400hPa。

②此次降水過程中西南、偏南和偏西路徑的三條水汽通道在青海省東部匯合。對(duì)應(yīng)著來自孟加拉灣、南海以及西風(fēng)槽自帶的水汽。其中，孟加拉灣是此次降水過程最主要的水汽來源，為青海省東部供給暖濕水汽和能量。水汽通量輻合主要集中在500～700hPa。強(qiáng)降水時(shí)期低層產(chǎn)生強(qiáng)烈的水汽輻合同時(shí)伴隨強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)，為降水的發(fā)生發(fā)展提供了有利的水汽和動(dòng)力條件。西寧站探空曲線呈高痩型，上干下濕，濕層厚約4km。探空訂正后CAPE達(dá)1 600J/kg，0～6km風(fēng)垂直切變?nèi)?。過程中西寧地區(qū)[?θse?Z<0]，大氣對(duì)流不穩(wěn)定。

③地面輻合線提供了觸發(fā)機(jī)制，強(qiáng)降水出現(xiàn)在輻合線左側(cè);青海省大降水多出現(xiàn)在東部地區(qū)，這與青海省東部河谷地形的抬升和輻合作用以及中小尺度系統(tǒng)活動(dòng)密切相關(guān)。

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