黃南一次區(qū)域性大雨的水汽條件診斷分析

任強(qiáng) 徐開宇 嚴(yán)繼云

摘要：2017年 8月 19日黃南發(fā)生了一次區(qū)域性大雨天氣，利用EC2.0°×2.0°再分析資料、GPS/MET反演大氣可降水量資料及青海地區(qū)常規(guī)觀測資料。通過對(duì)大氣可降水量、比濕、水汽通量散度等結(jié)合黃南地形分析，定量的總結(jié)出此次暴雨過程期間的大尺度環(huán)流背景下水汽輸送、輻合及局地水汽變化特征。

關(guān)鍵詞：大雨;水汽條件;GPS/MET;黃南

1引言

黃南位于青海省的東南部，降水不僅受西風(fēng)帶槽脊的影響，也直接受高原地形的影響。雖然年平均降水量約453mm，但是多為對(duì)流性降水。雖屬典型的高原大陸性氣候，但是隨著全球氣候變暖，黃南地區(qū)的氣候也向暖濕轉(zhuǎn)變，從年際變化方面來看，近年來，暴雨天氣呈現(xiàn)增多趨勢。黃南地區(qū)地形復(fù)雜，地勢南高北低，南部澤庫、河南兩縣屬于青南牧區(qū)，海拔在3500m以上，氣候高寒，北部為尖扎、同仁兩縣，海拔在1900―4118m之間。是青海省強(qiáng)降水的頻發(fā)區(qū)之一，也是洪水和泥石流高發(fā)區(qū)。通常從天氣學(xué)成因來看，產(chǎn)生大雨以上的降水主要原因是充沛的水汽供應(yīng)、強(qiáng)烈而持久的上升運(yùn)動(dòng)和降水持續(xù)較長的時(shí)間。以及各種尺度的天氣系統(tǒng)和下墊面特別是地形的有利組合可產(chǎn)生較大的降水。于是，精細(xì)周密地分析黃南地區(qū)大雨過程中水汽條件的特征，對(duì)于了解黃南地區(qū)大雨過程的產(chǎn)生機(jī)制和異常性是十分重要的。

2降水實(shí)況

2017年 8月 19日黃南地區(qū)出現(xiàn)了區(qū)域性大雨天氣，降水性質(zhì)以混合性降水為主。此次過程降水主要時(shí)段集中在傍晚至夜間。本次過程共計(jì)73個(gè)測站出現(xiàn)降水（圖1），其中暴雨6 個(gè)，大雨34個(gè)。降水中心位于尖扎縣能科鄉(xiāng)：60.7mm，主要測站降水量同仁：36.9mm、尖扎：35.1mm、河南28.2mm、澤庫：11.3mm。此次降水導(dǎo)致部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)戶住房、交通、水利等不同程度受災(zāi)，造成黃南州經(jīng)濟(jì)損失共400余萬元。

3大雨的環(huán)流背景

區(qū)域性大雨天氣過程通常發(fā)生在一定的大尺度環(huán)流背景下，從此次大雨過程的環(huán)流演變看，本次天氣是一次兩槽一脊的環(huán)流形勢，高低空環(huán)流間的相互作用為此次強(qiáng)降水提供了有利的大尺度環(huán)流背景。青海西部受中東高壓影響，東部西太平洋副熱帶高壓較為穩(wěn)定，在這兩個(gè)高壓之間存在南北向的切變。青海西部有冷空氣向南侵襲，與西太平洋副熱帶高壓西北側(cè)的西南暖濕氣流長時(shí)間交綏于黃南地區(qū)，形成了黃南地區(qū)大雨發(fā)生的初始背景場。從此降水過程來看，兩高之間切變線的移動(dòng)，對(duì)雨帶的影響有至關(guān)重要的作用。并且西南氣流強(qiáng)盛且維持時(shí)間長，提供了長時(shí)間的水汽通道。

4暴雨過程水汽特征分析

4.1? 水汽通量散度

8月 19日 08時(shí)，500hPa水汽通量散度場上，青海西部為強(qiáng)輻散區(qū)，中心強(qiáng)度為-6.0×10g（/cm·hPa·s），該區(qū)域水汽在低渦切變后部的影響下青海西部輻散非常強(qiáng)，與此配合水汽在黃南地區(qū)有水平方向上的輻合，水汽上升中膨脹冷卻凝結(jié)成云雨，輻合中心強(qiáng)度為2.0×10g（/cm·hPa·s）。到了19日 20時(shí)，黃南地區(qū)輻合強(qiáng)烈，中心強(qiáng)度達(dá)到了4.0×10g（/cm·hPa·s），降水主要時(shí)段也出現(xiàn)在20時(shí)后，由此說明，水汽輻合越強(qiáng)，越有利于產(chǎn)生降水，降水量級(jí)也就越大。20日 02時(shí)，隨著切變線的東移，輻散中心東移到黃南地區(qū)，黃南的降水趨于結(jié)束。也就是說黃南地區(qū)大雨的發(fā)生與西南暖濕氣流的輻合有著重要的作用。孟灣水汽的輻合區(qū)與主要降水區(qū)的的分布存在良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。降水落區(qū)大致上與500hPa水汽通量散度的輻合中心對(duì)應(yīng)，雨帶外圍為水汽的輻散區(qū)。這些輻散區(qū)為水汽向雨區(qū)提供了有利的環(huán)境場。

4.2? 比濕和垂直速度

由于低層的濕度對(duì)降水的貢獻(xiàn)最為重要，所以根據(jù)我州海拔的實(shí)際情況，分析500hPa比濕。分析大雨天氣過程中上比濕的分布，也就相當(dāng)于分析了水汽的分布。由19日 08時(shí)、19日 14時(shí)、19日 20時(shí)、20日 02時(shí)500hpa比濕分布可以看出，500hpa比濕始終在3～5g/kg，大值區(qū)基本覆蓋黃南地區(qū)。比濕最大值接近青海出現(xiàn)大到暴雨的比濕閾值。對(duì)比分析雨區(qū)比濕大小變化與主要降水時(shí)段。結(jié)果表明，此次過程中500hPa高空4g/kg等比濕線對(duì)降水主要時(shí)段具有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。分析8 月19日的垂直速度，黃南地區(qū)存在上升運(yùn)動(dòng)的大值區(qū)，中心值達(dá)到-0.25×10-4Pa/s。垂直速度大值區(qū)向東移動(dòng)與高原槽和低渦切變有密切關(guān)系，這種深厚的上升運(yùn)動(dòng)為此次大雨提供了動(dòng)力條件，強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)將低層的水汽輸送到高層，有利于大雨天氣的出現(xiàn)。

4.3? 黃南地區(qū)GPS大氣可降水量時(shí)間演變

為了對(duì)強(qiáng)降水期間水汽的局地演變特征有更清晰的認(rèn)識(shí)，利用黃南地區(qū)兩個(gè)國家氣象基本站的GPS/MET反演大氣可降水量隨時(shí)間的演變發(fā)現(xiàn)，測站GPS值在降水的主要時(shí)段均存在明顯的躍變，對(duì)環(huán)流形勢水汽輸送帶的演變有很好的指示意義。將GPS/MET探空觀測資料用GAMIT分析軟件處理反演得到1h間隔的GPS-PW和逐小時(shí)降水實(shí)況行對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)兩者間趨勢匹配度高。說明GPS-PW在反映實(shí)際降水具有很高的精準(zhǔn)度，可作為描述水汽變化的佐證資料，補(bǔ)充現(xiàn)有基礎(chǔ)資料在時(shí)空密度上的不足。同仁站和河南站在降水發(fā)生前GPS-PW始終維持在大氣水汽含量：25mm附近。受500hPa西南暖濕氣流水汽輸送帶影響，同仁站和河南站在

20日 00時(shí)―04時(shí)，GPS-PW發(fā)生迅速的變大的趨勢，PW峰值，相較于河南站，同仁站GPS-PW值略偏大，可能與其海拔比河南站低，受700hPa西南氣流影響有關(guān)。20日 04時(shí)測站GPS-PW急劇減小，降水強(qiáng)度趨于減弱。由此可以看出測站降水主要時(shí)段GPS-PW躍升與500hPa槽前西南氣流有關(guān)，雨帶上空西南暖濕氣流明顯增強(qiáng)，因而黃南地區(qū)在降水期間PW穩(wěn)定在高值附近。

5結(jié)論

①大雨過程中水汽通量散度特征，大雨的雨區(qū)是水汽通量輻合中心，水汽輸送及輻合的強(qiáng)弱、位置與各階段大雨的落區(qū)、強(qiáng)度有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

②此次大雨過程中比濕條件特征，500hPa高空4g/kg等比濕線對(duì)降水的增強(qiáng)和減弱具有很好的指示意義;強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)將低層的水汽輸送到高層，有利于大雨天氣的出現(xiàn)。

③大雨區(qū)的整層大氣可降水量和水汽凈流入對(duì)大雨發(fā)生起關(guān)鍵作用。此次過程西南水汽輸送是造成大雨產(chǎn)生和維持的根本原因。黃南地區(qū)測站降水主要時(shí)段GPS-PW躍升與500hPa槽前西南氣流有關(guān)，兩個(gè)測站的GPS大氣可降水量處在峰值，水汽快速上升凝結(jié)造成大雨天氣。

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