陜北夏季一次強(qiáng)降水天氣過(guò)程的診斷分析

同明偉 楊帆

摘 要 利用NCEP1°×1°再分析資料、國(guó)家氣象衛(wèi)星中心風(fēng)云2E云頂亮溫資料和地面加密觀測(cè)資料分析了2017年7月25日—26日陜北的強(qiáng)降水天氣過(guò)程。通過(guò)分析環(huán)流形勢(shì)以及造成暴雨的中小尺度系統(tǒng)得出有利暴雨的系統(tǒng)配置及降水機(jī)制，并對(duì)物理量場(chǎng)和云圖進(jìn)行分析總結(jié)，為今后強(qiáng)降水天氣預(yù)報(bào)及相關(guān)農(nóng)業(yè)服務(wù)提供指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞 夏季;強(qiáng)降水天氣;對(duì)流單體;陜北地區(qū)

暴雨是陜北地區(qū)重要的災(zāi)害性天氣之一，降水強(qiáng)度大、局地性強(qiáng)，對(duì)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民財(cái)產(chǎn)均造成嚴(yán)重影響，因此暴雨一直是預(yù)報(bào)工作的重點(diǎn)和難點(diǎn)[1]。2017年7月25日08時(shí)—26日15時(shí)，陜北地區(qū)出現(xiàn)強(qiáng)降水天氣，局地伴有雷暴、大風(fēng)、冰雹等強(qiáng)對(duì)流天氣，共有33站降水量大于100 mm，最大綏德四十鋪230.1 mm;強(qiáng)降水時(shí)段集中在25日20時(shí)—26日10時(shí)，小時(shí)雨強(qiáng)大于55 mm的有10站，最大小時(shí)雨強(qiáng)出現(xiàn)在26日03—04時(shí)，為子長(zhǎng)柏山寺，降雨量60.4 mm。暴雨帶呈東西走向，位于榆林和延安交界區(qū)域，給人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全造成重大影響?；诖?，利用多種氣象資料對(duì)此次強(qiáng)降水天氣過(guò)程進(jìn)行分析，通過(guò)分析環(huán)流形勢(shì)、物理量場(chǎng)和衛(wèi)星云圖特征得出有利于形成陜北地區(qū)暴雨的系統(tǒng)配置及降水機(jī)制，對(duì)今后強(qiáng)降水天氣預(yù)報(bào)及相關(guān)農(nóng)業(yè)服務(wù)提供指導(dǎo)。

1 天氣形勢(shì)

2017年7月25日20時(shí)陜北地區(qū)暴雨發(fā)生前夕，500 hPa副熱帶高壓控制我國(guó)華南地區(qū)，副高脊線位于30°N附近，西北邊緣588線位于關(guān)中-陜南上空，陜北地區(qū)受副高外圍西南氣流控制，貝加爾湖受冷渦控制，其底部短波槽控制河套地區(qū)西部，槽后西北氣流東移南下影響陜北地區(qū);700 hPa副熱帶高壓外圍偏南氣流在關(guān)中南部建立暖濕空氣輸送通道，形成12～14 m·s-1的西南急流，陜北地區(qū)位于急流頂端，存在強(qiáng)烈的風(fēng)速及風(fēng)向輻合。

2017年7月26日02時(shí)暴雨強(qiáng)盛階段，500 hPa（圖1-a）副熱帶高壓略微難退，高空短波槽向東移動(dòng);700 hPa（圖1-b）關(guān)中南部低空急流繼續(xù)維持，風(fēng)速達(dá)12 m·s-1，陜北地區(qū)仍然位于急流前段風(fēng)速輻合中心，同時(shí)貝加爾湖低渦東移，陜北地區(qū)位于暖式切邊附近，輻合明顯增強(qiáng)，受其影響，產(chǎn)生強(qiáng)降水。至2017年7月26日08時(shí)，500 hPa短波槽移至陜北地區(qū)東部，榆林和延安受槽后偏北氣流控制，強(qiáng)降水時(shí)段基本結(jié)束。

2 水汽條件

持續(xù)的水汽供應(yīng)是形成暴雨的主要條件，大尺度流場(chǎng)上充足的水汽輸送和強(qiáng)烈的水汽輻合有利于暴雨的產(chǎn)生與維持[2]。圖2為此次暴雨過(guò)程陜北地區(qū)水汽通量和水汽通量散度圖。由圖可知，此次暴雨過(guò)程主要水汽輸送通道為副高外圍的偏南水汽輸送。2017年7月25日20時(shí)暴雨前期，水汽通量中心值為16 g·cm-1·hPa-1·s-1，26日02時(shí)暴雨過(guò)程中水汽通量中心值為18 g·cm-1·hPa-1·s-1，為強(qiáng)降水提供持續(xù)的水汽供應(yīng)。

水汽通量輻合中心是暴雨落區(qū)的重要指標(biāo)。暴雨前期2017年7月25日20時(shí)，水汽通量輻合中心位于強(qiáng)降水區(qū)域西部，水汽通量散度強(qiáng)度達(dá)到6×10-5 g·cm-2·hPa-1·s-1，降水區(qū)域輻合強(qiáng)度較弱;隨著貝加爾湖低渦東移，低空切變線控制陜北地區(qū)，至2017年7月26日02時(shí)，水汽通量輻合區(qū)已經(jīng)影響榆林和延安交界區(qū)域，強(qiáng)度達(dá)到4×10-5 g·cm-2·hPa-1·s-1，該區(qū)域出現(xiàn)明顯降水;2017年7月26日00時(shí)，高空短波槽移至陜北地區(qū)東部，強(qiáng)水汽輻合中心移至延安南部地區(qū)，榆林南部強(qiáng)降水過(guò)程區(qū)域結(jié)束。

3 不穩(wěn)定條件

假相當(dāng)位溫反映了大氣的溫濕狀況，利用垂直分布可以分析大氣中的能量分布和垂直不穩(wěn)定情況[3]。沿暴雨中心點(diǎn)綏德（37.49°N，110.24°E）做假相當(dāng)位溫θse和垂直速度ω的垂直剖面，2017年7月25日20時(shí)暴雨發(fā)生前期高空鋒區(qū)東邊界位于114°E附近，并從850 hPa附近伸展至500 hPa，鋒區(qū)內(nèi)假相當(dāng)位溫的水平梯度和垂直梯度均較大，鋒面西側(cè)為假相當(dāng)位溫大值區(qū)，θse處于350～368 K，為暖濕空氣聚集區(qū)域，而西側(cè)為干冷空氣聚集區(qū)域;同時(shí)綏德上空（?θse/?z）<0，θse500-θse850≈20 K，對(duì)流層中層處于強(qiáng)烈的不穩(wěn)定狀態(tài)。至2017年7月26日02時(shí)（圖3），綏德上空從地面至200 hPa為深厚的垂直上升區(qū)域，上升運(yùn)動(dòng)中心位于850～500 hPa，上升速度處于0.3～1.2 m·s-1，對(duì)流活動(dòng)明顯，帶動(dòng)高溫高濕空氣向上運(yùn)動(dòng)，綏德上空假相當(dāng)位溫明顯增大，850～500 hPa θse達(dá)到352～356 K;同時(shí)隨著高空鋒區(qū)向東移動(dòng)，綏德上空850～500 hPa均受鋒區(qū)控制，處于冷暖空氣交界區(qū)域，此時(shí)正對(duì)應(yīng)強(qiáng)降水時(shí)段。2017年7月26日08時(shí)500 hPa高空槽移至陜北東部，綏德上空變?yōu)橄鲁吝\(yùn)動(dòng)，同時(shí)850～500 hPa θse迅速減小至344～352 K，強(qiáng)降水過(guò)程基本結(jié)束。

4 衛(wèi)星云圖

衛(wèi)星云圖可以直觀反映降水過(guò)程中暴雨云團(tuán)的發(fā)展和演變過(guò)程[4-5]，利用FY-2E衛(wèi)星逐時(shí)云頂亮溫資料，對(duì)此次降水過(guò)程中云團(tuán)演變進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，造成強(qiáng)降水的云團(tuán)為中尺度對(duì)流復(fù)合體MCC。

2017年7月25日20時(shí)之前，陜北上空云量較少，受500 hPa高空短波槽和700 hPa切邊影響，內(nèi)蒙古中部對(duì)流云團(tuán)活躍，同時(shí)不斷向東南方向發(fā)展，并且榆林上空也有局地對(duì)流云團(tuán)生成。20時(shí)（圖4-a）強(qiáng)降水前夕，榆林上空對(duì)流云團(tuán)明顯增強(qiáng)，可清晰分辨出2個(gè)γ中尺度云團(tuán)，云頂亮溫TBB<-52 ℃，其中云團(tuán)A由內(nèi)蒙古中部生成向東南方向移動(dòng)，云團(tuán)B是榆林上空局地生成，向東移動(dòng);22時(shí)（圖4-b）云團(tuán)A持續(xù)向東南方向移動(dòng)并與云團(tuán)B合并，A云團(tuán)面積迅速擴(kuò)大，同時(shí)TBB<-52 ℃的云團(tuán)面積也隨之增加，強(qiáng)對(duì)流云團(tuán)覆蓋榆林中北部地區(qū)，榆林中部地區(qū)逐漸出現(xiàn)強(qiáng)降水，綏德四十鋪23時(shí)小時(shí)雨強(qiáng)達(dá)30.3 mm;隨后A云團(tuán)持續(xù)向南移動(dòng)，至26日02時(shí)（圖4-c）強(qiáng)對(duì)流云團(tuán)覆蓋榆林中東部地區(qū)，呈邊緣光滑的橢圓形特征，TBB<-52 ℃的云團(tuán)面積達(dá)到最大，綏德四十鋪站小時(shí)雨強(qiáng)達(dá)到最大，為48.8 mm;云團(tuán)A不斷向東移動(dòng)，TBB<-52 ℃的云團(tuán)面積逐漸縮小，云團(tuán)強(qiáng)度不斷減弱，至26日06時(shí)（圖4-d），云團(tuán)A基本移出榆林地區(qū)，本次強(qiáng)對(duì)流過(guò)程基本結(jié)束。根據(jù)此次強(qiáng)降水過(guò)程中的云團(tuán)演變，TBB<-52 ℃的冷云云團(tuán)位置和強(qiáng)度的變化對(duì)地面降水有很好的指示作用。

5 結(jié)論

1）在河套地區(qū)上空，副高外圍北側(cè)低層切變線是這次暴雨的主要中尺度系統(tǒng)。700 hPa切變線在延安北側(cè)穩(wěn)定少動(dòng)，500 hPa槽后冷空氣南壓，切變線南側(cè)暖濕氣流進(jìn)入延安上空并強(qiáng)烈輻合，延安地區(qū)能量急劇增加，冷暖空氣交匯形成此次強(qiáng)降水有利的天氣形勢(shì)場(chǎng)。

2）副高外圍始終存在一支西南-東北向的水汽輸送帶，并且在延安上空輻合，為這次降水過(guò)程提供源源不斷的水汽供應(yīng)。

3）對(duì)流層中下層處于高溫高濕區(qū)域，不僅對(duì)低空水汽和能量聚集有重要作用，并且造成其上層位勢(shì)不穩(wěn)定的增強(qiáng)，配合強(qiáng)烈的垂直上升運(yùn)動(dòng)，為暴雨的發(fā)生發(fā)展提供有利條件。

4）對(duì)流單體的強(qiáng)烈發(fā)展是造成此次暴雨產(chǎn)生的直接原因，強(qiáng)降水主要出現(xiàn)在Tbb<-52 ℃的冷云覆蓋區(qū)，并且Tbb<-72 ℃的冷云中心基本與強(qiáng)降水中心吻合，因此應(yīng)用FY-2E云頂亮溫資料有助于指導(dǎo)此次強(qiáng)降水預(yù)報(bào)和預(yù)警

參考文獻(xiàn)：

[1] 丁一匯.高等天氣學(xué)[M].北京：氣象出版社，1991.

[2] 趙世發(fā)，周軍元，王俊，等.一次罕見的特大暴雨物理量場(chǎng)特征分析[J].南京氣象學(xué)院學(xué)報(bào)，2002（2）：271-276.

[3] 袁媛，董金芳，陳小婷，等.延安盛夏一次強(qiáng)降水天氣過(guò)程成因分析[J].陜西氣象，2014（2）：6-9.

[4] 井喜，李強(qiáng)，屠妮妮，等.黃土高原一次β中尺度突發(fā)性暴雨特征及成因[J].暴雨災(zāi)害，2013，32（3）：242-248.

[5] 賴紹鈞，何芬，陳海山，等.華南前汛期福建一次致洪暴雨過(guò)程的中尺度結(jié)構(gòu)特征[J].高原氣象，2012，31（1）：167-175.

（責(zé)任編輯：趙中正）