2018年7月10日固原市暴雨天氣過程分析

馬國濤 ，余文梅 ，龔曉麗 ，景 博 ，陳 煒 ，戴小景

（1.中國氣象局旱區(qū)特色農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警與風(fēng)險(xiǎn)管理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，寧夏銀川750002；2.寧夏氣象防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，寧夏銀川750002；3.固原市氣象局，寧夏固原756000）

近些年，很多氣象學(xué)者從暴雨形成的環(huán)流背景，層結(jié)穩(wěn)定度等方面做出研究。研究表明：暴雨是在一定的環(huán)流形勢下，伴隨著中小尺度天氣系統(tǒng)而形成的[1]。暴雨是固原市的主要災(zāi)害性天氣之一，往往會造成嚴(yán)重的洪澇災(zāi)害，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)建設(shè)造成嚴(yán)重影響，威脅著人民的財(cái)產(chǎn)安全。

2018年7月10—11日，固原市出現(xiàn)了一次暴雨過程，降水給固原市區(qū)帶來嚴(yán)重的城市內(nèi)澇。根據(jù)民政部門統(tǒng)計(jì)，此次降雨造成小麥、胡麻、玉米等農(nóng)作物嚴(yán)重受災(zāi)，部分房屋受損、倒塌。共造成西吉、隆德、涇源24個(gè)鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）15 732戶63 878人受災(zāi)，各類農(nóng)作物受災(zāi)面積8631.2hm2，倒塌房屋527間，一般損壞房屋731間，預(yù)計(jì)直接經(jīng)濟(jì)損失超過5000萬元。

本文利用2018年7月10日自動站降水資料、Micpas實(shí)況資料、NCEP再分析資料以及固原多普勒天氣雷達(dá)資料，對7月10日發(fā)生在固原市范圍內(nèi)的一次暴雨天氣從高低環(huán)流背景、大氣層結(jié)指數(shù)、雷達(dá)降水回波和徑向速度變化等方面進(jìn)行了分析，為暴雨天氣的監(jiān)測、預(yù)報(bào)、預(yù)警提供參考依據(jù)。

1 天氣過程概述及降水特點(diǎn)

7月10日08時(shí)至11日08時(shí)，固原市普降大到暴雨，降水分布呈現(xiàn)西北少東南多的特點(diǎn)，過程累積降水量為15.8～108.8 mm，最大降水量出現(xiàn)在涇源縣黃花鄉(xiāng)，為108.8 mm。各縣區(qū)累計(jì)降水量如下：原州區(qū)27.7～78.6 mm，西吉17.3～8 0.9 mm，隆德25.9～97.2 mm，涇源 52.8～108.8 mm，彭陽 15.8～79.7 mm（見圖 1）。

固原市193個(gè)自動站降水量之和逐小時(shí)變化情況如圖2所示。從10日12時(shí)開始，降水量逐步增多，直到18時(shí)降水達(dá)到峰值，而后降水強(qiáng)度逐漸減弱，至7月11日08時(shí)整個(gè)降水過程結(jié)束，降水過程維持了近23個(gè)小時(shí)。

2 環(huán)流形勢和環(huán)境風(fēng)場分析

7月10日08時(shí)500 hPa中高緯呈明顯的“兩脊一槽”型（見圖3），蒙古冷渦中心位于貝湖附近，588線有所北抬，固原市處于槽前西南氣流中，這個(gè)深厚的冷槽移動緩慢，并且500 hPa上有明顯的溫度槽，且溫度槽落后于高度槽，有利于槽的發(fā)展。

從7月10日08時(shí)700 hPa實(shí)況場可以看出（見圖4），低層有明顯的切變線位于固原市上空，固原市位于低空急流軸的左側(cè)，有利于暴雨的形成。

3 物理量特征分析

3.1 層結(jié)不穩(wěn)定指數(shù)分析

朱乾根等研究指出[2，3]，K指數(shù)、SI指數(shù)、CIN 等指數(shù)能夠反映觀測站上空的不穩(wěn)定層結(jié)情況，通?？梢詫⑵鋺?yīng)用于汛期的暴雨天氣預(yù)報(bào)中。在固原市氣象臺災(zāi)害性天氣預(yù)報(bào)指標(biāo)中，SI指數(shù)≤0℃，K指數(shù)≥33.1℃。

K指數(shù)用來表征大氣的層結(jié)穩(wěn)定情況。K指數(shù)越大，層結(jié)越不穩(wěn)定。本次過程中K指數(shù)起伏較大，自10日02時(shí)開始K指數(shù)顯著增大，過程發(fā)生時(shí)一度維持在40℃以上的高值區(qū)，之后開始下降，至過程結(jié)束后，迅速下降至30℃以下。

從表l可以看出，SI指數(shù)在過程發(fā)生時(shí)從-0.55℃降至-1.78℃，表示大氣層結(jié)非常不穩(wěn)定。LS指數(shù)絕對值越大表示干暖蓋越強(qiáng)，在過程中變化不明顯。但是CIN指數(shù)由83.4增大至222，然后又迅速衰減至0。BI指數(shù)從-1.3降至-7.1。上述情況表明觀測站上空大氣層結(jié)是非常不穩(wěn)定的。

表1 平?jīng)鎏娇照靖黜?xiàng)指數(shù)

3.2 假相當(dāng)位溫

假相當(dāng)位溫是把溫度、氣壓、濕度包括在一起的一個(gè)綜合物理量，其分布與強(qiáng)對流天氣的發(fā)生發(fā)展有著密切的關(guān)系。當(dāng)?shù)蛯拥乃教荻茸銐虼髸r(shí)，說明有強(qiáng)的水平能量鋒區(qū)存在，垂直方向上，隨著高度降低，說明是對流不穩(wěn)定層結(jié)，有利于強(qiáng)對流天氣的發(fā)生發(fā)展[4]。從7日08時(shí)和14時(shí)假相當(dāng)位溫分布圖來看（見圖5），自青藏高原東南部有一個(gè)東北西南向的高能舌，固原市整個(gè)都處在350 K以上的高能區(qū)控制之下。

從假相當(dāng)位溫隨時(shí)間變化剖面圖（沿36°N，106°E）上可以明顯看出（見圖6），過程發(fā)生前后有一次明顯增大然后衰減的過程。

3.3 垂直速度

垂直速度是促使水汽冷卻凝結(jié)的條件。對于降水來說，促使水汽冷卻凝結(jié)的主要條件是上升運(yùn)動。10日08時(shí)至20時(shí)（見圖7），400～700 hPa的垂直速度均為負(fù)值，顯示這一層大氣都以上升運(yùn)動為主，其中最大上升速度中心出現(xiàn)在10日14時(shí)500～600 hPa附近，中心強(qiáng)度達(dá)-3.0 Pa/s。上述結(jié)果表明：此次暴雨垂直速度特征表現(xiàn)為高層輻散、低層輻合，并且處于深厚的上升運(yùn)動區(qū)域。

4 雷達(dá)回波綜合演變分析

4.1 雷達(dá)回波特征分析

相關(guān)研究表明：暴雨一般出現(xiàn)在強(qiáng)對流天氣或者混合性降水天氣中，而回波的合并或疊加也是暴雨產(chǎn)生的方式[1，3]。從7月10日上午11時(shí)左右回波開始增強(qiáng)，12時(shí)全市大部出現(xiàn)混合性降水回波，部分回波強(qiáng)度達(dá)40～45 dbz。強(qiáng)回波中心沿著西南東北走向移動，并且移動速度較慢，有利于降水維持和暴雨的形成（見圖8）。

4.2 雷達(dá)速度特征分析

充足的水汽供應(yīng)是形成暴雨的條件之一，而低空急流是向暴雨區(qū)輸送水汽的重要通道[5]。在降水已經(jīng)開始的情況下，預(yù)報(bào)服務(wù)人員可以通過多普勒天氣雷達(dá)徑向速度產(chǎn)品監(jiān)測低空急流的變化情況，同時(shí)配合雷達(dá)回波和雷達(dá)降水量估測產(chǎn)品，從而判斷降雨是否會繼續(xù)以及落區(qū)。從圖9可以看出，0～50km之間等距離圈之間的高度上（平均約3.5 km）存在一個(gè)東南風(fēng)急流，急流中心強(qiáng)度約為20 m/s。并且這一急流維持時(shí)間長，從14時(shí)開始出現(xiàn)一直到18時(shí)左右，之后急流強(qiáng)度開始減弱。這個(gè)與固原市降水逐小時(shí)強(qiáng)度演變趨勢相一致。

5 小結(jié)

此次暴雨天氣過程維持時(shí)間長，影響范圍較大，是在高空冷槽、低空急流和切變線相配合的環(huán)流背景下形成的。固原市位于低空西南急流軸的左側(cè)，高低層配置為高層輻散，低層輻合。表征層結(jié)穩(wěn)定的K指數(shù)和假相當(dāng)位溫均表現(xiàn)為一個(gè)高值區(qū)。在暴雨天氣監(jiān)測預(yù)報(bào)中，雷達(dá)回波和徑向速度配合使用，可以更好地進(jìn)行監(jiān)測。