2017年7月26日榆林區(qū)域性大暴雨過程分析

徐娟娟，李萍云，曹慧萍

( 1.陜西省氣象臺，西安 710016；2. 陜西省氣象服務中心，西安 710016)

黃土高原位于干旱地區(qū)，降水稀少，地質(zhì)條件脆弱。在夏季強降水的作用下，常常造成重大地質(zhì)災害。一直以來，陜北地區(qū)的區(qū)域性暴雨或局地大暴雨都是預報員關心和研究的對象[1-3]。劉子臣[4-5]認為遠距離臺風、東北急流對陜北暴雨作用顯著；張弘[6]分析了黃土高原東部一次臺風與河套低渦共同影響產(chǎn)生的暴雨過程；杜繼穩(wěn)[7]對黃土高原突發(fā)性暴雨地面能量場特征進行了總結，發(fā)現(xiàn)突發(fā)性暴雨發(fā)生時地面能量場存在中-α尺度Ω系統(tǒng)，其空間尺度為200～300 km；劉勇[8-9]對陜北大暴雨天氣進行了分析，除了充沛的水汽條件外，200 hPa高空急流和700 hPa低空急流耦合產(chǎn)生的次級環(huán)流為大暴雨提供了持續(xù)強勁的上升運動也是大暴雨主要原因。大量的研究給預報提供了理論基礎，但是仍然存在一些問題，如陜北地區(qū)大暴雨的強度、落區(qū)仍然是預報的難點。近年來，由于氣候變暖，陜北地區(qū)在夏季季風的影響下，水汽條件得到很大改善，常常造成局地或區(qū)域性強降水，給人們的財產(chǎn)和生命帶來很大威脅，因此需要深入研究。

1 降水實況

2017年7月25日08:00—26日08:00(圖略)，陜西榆林市發(fā)生區(qū)域性大暴雨過程，有88個監(jiān)測站出現(xiàn)暴雨，35個監(jiān)測站出現(xiàn)大暴雨，最大綏德縣四十里鋪鎮(zhèn)為247.3 mm，子洲縣日降水量突破榆林市日降水量的歷史極值，橫山、米脂日降水量突破本站歷史極值，綜合強度為1961年以來最強。強降水時段主要集中在25日晚，25日20:00—26日08:00(圖1)共有35個監(jiān)測站降水量超過100 mm，83個監(jiān)測站降水量超過50 mm。無定河支流大理河青陽岔站出現(xiàn)歷史實測最大洪水；綏德站洪峰流量列1960年有實測資料以來第1位。暴雨洪澇災害造成42.43萬人受災，因災死亡12人，失蹤1人，緊急轉(zhuǎn)移近10萬人，初步估算直接經(jīng)濟損失超過80億元。本文通過對暴雨期間大氣環(huán)流形勢、衛(wèi)星云圖、物理量進行分析，對榆林區(qū)域性大暴雨天氣過程的成因進行總結分析，為今后預報此類暴雨提供指導作用。

圖1 2017-07-25T20:00—26T08:00陜北地區(qū)累積降雨量(單位為mm)

2 環(huán)流形勢分析

2.1 500 hPa環(huán)流形勢

2017年7月25日20時500 hPa高空圖上(圖2)，新疆到我國東北為兩脊一槽型，西北地區(qū)東部處于槽前。新疆高脊前有冷空氣東移南下，影響陜西北部。與此同時，副熱帶高壓異常強大，控制了整個華東、華南地區(qū)，與25日08:00相比，此時副高加強西進，588 dagpm特征線北側(cè)位于天水、銅川、太原南部一帶，槽前西北路冷空氣南下與副高西北側(cè)邊緣的暖濕空氣在陜北地區(qū)交匯，有利于暴雨的產(chǎn)生。

圖2 2017-07-25T20:00 500 hPa環(huán)流形勢(單位為dagpm)

2.2 低層環(huán)流形勢

25日20:00 700 hPa高空圖上(圖3a)，甘肅南部到寧夏有一切變線，切變線西側(cè)為北風或東北風，切變線東側(cè)為西南風。陜西處在切變線東側(cè)的西南急流中。來自南海的急流沿副高外圍向陜北地區(qū)輸送充沛的水汽和大量不穩(wěn)定能量，榆林地區(qū)位于急流左前側(cè)的風速輻合區(qū)。25日20:00 850 hPa高空圖(圖3b)上，陜北北部到內(nèi)蒙中部存在切變，雖然切變線南側(cè)東南氣流強度偏弱，風速為6～8 m/s，但在榆林地區(qū)有較強的風向輻合，來自東?；蚰虾５臇|南暖濕氣流同樣為陜北北部帶來較充沛的水汽和大量不穩(wěn)定能量。

3 衛(wèi)星云圖特征

此次強降水主要集中在25日21：00至26日05:00。25日21:00的FY-2G紅外云圖(圖4a)顯示，陜北地區(qū)有兩個對流云團，榆林北部的對流云團結構緊密，水平尺度為280 km，云頂亮溫最低值為-72 ℃，移動方向為東南向。榆林南部的對流云團尺度小，移動方向為西北向，兩個對流云團在23:00完全合并，發(fā)展成為一個水平尺度約為400 km的中-α尺度對流復合體MCC，云頂亮溫最低值為-68 ℃。在此期間，小時最大雨強達為41 mm/h。26日00:00(圖4b)，中-α尺度對流云團移至榆林上空，水平尺度為400 km左右，呈橢圓狀，云頂亮溫最低值為-72 ℃。子州、米脂、橫山等地都出現(xiàn)短時暴雨，小時最大降水量為46.3 mm。

圖3 2017-07-25T20:00 700 hPa(a)和850 hPa(b)高度場(黑實線，單位為dagpm)、風場(單位為m/s)、溫度(黑色數(shù)值，單位為℃)(圖中黑色雙實線為切變線，箭頭為氣流方向)

26日01:00，中-α尺度對流云團繼續(xù)給上述區(qū)域造成強降水天氣，子州、米脂、橫山小時雨強均超過20 mm/h。02:00(圖4c)，中-α尺度對流云團仍然發(fā)展旺盛，云頂亮溫為-76 ℃，水平尺度400 km，云團結構緊密，此時子州、米脂短時降水強度依然很強，子州1 h降水量達52 mm，達到短時特大暴雨標準。03:00—04:00中尺度對流云團云團中心南壓至榆林東南部，給綏德、吳堡帶來短時暴雨天氣，小時降水量均超過25 mm。05:00對流云團東移，結構松散，強度明顯減弱，云頂亮溫最低值為-60 ℃，降水強度也隨之減小。06:00只有吳堡站出現(xiàn)10 mm/h的短時暴雨。隨后，暴雨云團逐步較弱、消散。

根據(jù)云圖的演變來看，造成榆林區(qū)域性大暴雨天氣的是中-α尺度對流云團，即中尺度對流復合體MCC。MCC的水平尺度為400 km，結構緊密，呈橢圓狀，云頂亮溫最低值為-76 ℃，生命史為6 h，中尺度特征明顯。

圖4 2017-07-25T21:00(a)和2017-07-26 FY-2G TBB 黑體亮溫(單位為℃，b 26日00時，c 26日02時)

4 區(qū)域性大暴雨成因

4.1 層結分析

夏季暴雨對流性很強往往與低層存在大量不穩(wěn)定能量相關。從25日20:00延安探空資料(圖5a)可以看出，暴雨發(fā)生前，850 hPa盛行東南氣流，700 hPa為西南急流，400 hPa為22 m/s的西南風，存在著明顯的垂直風切變。延安對流有效位能CAPE值達到2 354.6 J/kg，沙氏指數(shù)為-1.41，k指數(shù)為44 ℃，表明低層存在強的不穩(wěn)定能量。850～400 hPa相對濕度均較大，說明濕層很厚，有利于強降水的持續(xù)產(chǎn)生。26日08:00延安對流有效位能CAPE值減小到529.7 J/kg，說明夜間消耗了大量的不穩(wěn)定能量。

另外，從25日20:00 850 hPaθse分布圖(圖5b)可以看出，在陜北地區(qū)存在著一個能量鋒區(qū)。陜北北部θse低值為65 ℃，陜北南部θse高值為85 ℃，兩者之差為20℃，強降水出現(xiàn)在能量鋒區(qū)中。延安附近的高能舌不斷向北輸送強的不穩(wěn)定能量，對暴雨的產(chǎn)生起到了積極作用。計算Δθse(500-850)，陜北地區(qū)Δθse(500-850)<-5 ℃，延安Δθse(500-850)=-15 ℃，說明延安附近大氣層結非常不穩(wěn)定，低層存在大量不穩(wěn)定能量，非常有利于對流的產(chǎn)生。26日08:00陜北地區(qū)Δθse(500-850)<-5 ℃，延安Δθse(500-850)=-20 ℃，陜北大部分地區(qū)仍然處在對流不穩(wěn)定狀態(tài)，說明在暴雨期間低層不穩(wěn)定能量不斷得到補充，為強降水的產(chǎn)生提供了有利的能量條件。

4.2 低層水汽條件分析

在黃土高原上，水汽條件對區(qū)域性暴雨的產(chǎn)生至關重要。25日20:00 700 hPa水汽通量圖(圖6a)上，沿副高邊緣，南海的水汽通過西南急流源源不斷向北輸送到陜北地區(qū)，在陜北的水汽通量為(120～160) g/(cm·hPa·s),水汽通量值較大。同時700 hPa陜北北部水汽通量散度為(-2～-4)×10-7g/(cm2·hPa·s)，表明在榆林地區(qū)700 hPa水汽輻合比較強，700 hPa西南急流帶來的水汽對榆林區(qū)域性大暴雨有一定貢獻。26日08:00在陜北北部700 hPa水汽通量仍為(120～140)g/(cm·hPa·s)，水汽通量散度為(0～-1)×10-7g/(cm2·hPa·s)，說明在過去的12 h里，700 hPa 西南急流為陜北北部提供了非常充沛的水汽。在850 hPa 水汽通量圖上，有兩支氣流分別從東海、南海攜帶水汽到達陜北，25日20:00陜北的水汽通量為(60～100) g/(cm2·hPa·s)，水汽通量散度為(-2～-4)×10-7g/(cm2·hPa·s)。26日08:00在陜北850 hPa水汽通量(圖6b)增加到(120～140) g/(cm·hPa·s)，水汽通量散度為(-1～-3)×10-7g/(cm2·hPa·s)。從25日20:00來看，850 hPa東南氣流為榆林地區(qū)提供的水汽不是很充沛(圖略)，但是從26日08:00的水汽條件來看，850 hPa東南氣流在暴雨發(fā)生時是逐漸加強的，水汽通量值有很大的增加，與700 hPa水汽通量比較接近。

圖5 2017-07-25T20:00延安探空站溫度對數(shù)壓力圖(a)和850 hPaθse圖(b，單位為℃)

區(qū)域性大暴雨的產(chǎn)生一定是要有充沛的水汽條件配合，這次過程700 hPa 西南急流、850 hPa 東南氣流為榆林暴雨提供了非常好的水汽條件，兩股來自不同方向的氣流給陜西北部帶來充沛的水汽，同時在暴雨區(qū)產(chǎn)生較強的水汽輻合。長時間維持充沛的水汽輸送和較強的水汽輻合是區(qū)域性大暴雨產(chǎn)生的重要原因之一。

4.3 動力條件分析

暴雨的產(chǎn)生主要依靠強的上升運動。25日20:00沿110°N的散度垂直剖面圖(圖7a)上，在陜北北部850～500 hPa為輻合區(qū)，低層輻合較強，量值為(-1～-3)×10-5s-1。高層200～300 hPa有弱的輻散，量值為(1～2)×10-5s-1，但是對應的垂直速度(圖7b)卻非常強，在陜北北部為上升運動，速度最大值達-8×10-3hPa-1，位于400～300 hPa之間。雖然高層輻散條件一般，但是低層輻合較強，輻合層深厚，也能產(chǎn)生很強的上升運動。

26日08:00沿110°N的散度垂直剖面圖(圖略)， 低層850～500 hPa輻合很弱，量值為-1×10-5s-1。高層200～300 hPa的輻散有所加強，量值為3×10-5s-1，與之相對應的垂直速度下降，最大速度達到-2×10-3hPa-1。雖然高層輻散條件加強，但是低層輻合較弱，陜北北部的上升運動明顯減弱。這也是暴雨減弱的主要原因。

圖6 2017-07-25T20 700 hPa水汽通量(a)和2017-07-26T08 850 hPa水汽通量(b,單位為g/(cm· hPa·s)

圖7 2017-07-25T20:00沿110°E散度(a，單位為10-5s-1) 和垂直速度(b，單位為10-3hPa·s-1)剖面圖

暴雨前期，榆林地區(qū)存在著很強的上升運動，大氣層結不穩(wěn)定，水汽充沛，造成了大范圍的強降水天氣。26日08:00以后，雖然榆林地區(qū)仍然具備較好的水汽和層結不穩(wěn)定條件，但是由于上升運動較弱，降水強度也明顯減弱。

5 結論

(1)此次榆林區(qū)域性大暴雨過程是在高空冷槽、強盛的副熱帶高壓、低空西南急流、東南氣流共同影響下產(chǎn)生。暴雨落區(qū)位于副高588 dagpm 特征線西北側(cè)的輻合區(qū)。

(2)云頂亮溫最低為-76 ℃、水平尺度為400 km、呈橢圓狀、維持近6 h的中尺度對流復合體MCC的發(fā)展東移是造成榆林強降水天氣的主要原因。

(3)低層暖濕氣流攜帶大量不穩(wěn)定能量，為強降水的產(chǎn)生提供了有利的對流條件，中層冷空氣觸發(fā)了對流的產(chǎn)生。強降水出現(xiàn)在能量鋒區(qū)中。

(4)700 hPa西南急流和850 hPa東南氣流攜帶來自南海和東海的水汽到達陜西地區(qū)，為強降水的產(chǎn)生提供了充沛的水汽條件，長時間維持充沛的水汽輸送和較強的水汽輻合是區(qū)域性大暴雨產(chǎn)生的重要原因之一。

(5)陜北地區(qū)500～850 hPa輻合層深厚，產(chǎn)生強上升運動是暴雨發(fā)生的動力條件。雖然高層輻散較弱，但低層深厚、較強的輻合仍然可產(chǎn)生強的上升運動。暴雨的落區(qū)和強度與強上升運動相對應。