青海東南部一次局地強(qiáng)對(duì)流天氣成因分析

王敏 彭英超 任強(qiáng)

摘要 利用常規(guī)氣象觀測(cè)資料、自動(dòng)站資料、云圖和數(shù)值預(yù)報(bào)資料，對(duì)2009年7月20暴雨天氣進(jìn)行分析。結(jié)果表明：這是一次伴有局地冰電、雷暴和大風(fēng)的強(qiáng)對(duì)流天氣，短時(shí)強(qiáng)降水造成的局地暴雨，降水持續(xù)時(shí)間短且集中。天氣形勢(shì)是副熱帶高壓西北側(cè)西南暖濕氣流午后熱對(duì)流造成的;地面中小尺度輻合線以及午后熱力抬升共同觸發(fā)。Tlogp圖反映上千下濕，能量CAPE值達(dá)98.8Jkg，有強(qiáng)的不穩(wěn)定，風(fēng)場(chǎng)為強(qiáng)盛的西南風(fēng)。水汽充沛，暴雨區(qū)處于西南暖濕氣流水汽輸送帶中，地面露點(diǎn)增達(dá)14℃，為全省中心，比濕大值在東南部中心達(dá)11gkg，水汽通量輻合較強(qiáng)[-14g（mrs）]，自青海湖向（東南）暴雨區(qū)移動(dòng)。暴雨區(qū)在降水過(guò)程中地面至高空均為強(qiáng)上升區(qū)，上升氣流強(qiáng)且深厚。午后副高外圍生成的對(duì)流云帶東移，中小尺度對(duì)流云團(tuán)合并，TBB高值中心達(dá)220k。EC模式預(yù)報(bào)副熱帶高壓整體偏東，與實(shí)況差異大，在今后的預(yù)報(bào)中，注意模式預(yù)報(bào)誤差。

關(guān)鍵詞 短時(shí)強(qiáng)降水;暴雨;物理量特征;數(shù)值預(yù)報(bào)

中圖分類號(hào)：P458

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：2095-3305（2021）02-027-03

青海省的暴雨天氣主要是由短時(shí)強(qiáng)降水造成的，且局地性強(qiáng)，這與高原下墊面、地理位置和地形息息相關(guān)。青海短時(shí)強(qiáng)降水是指短時(shí)間內(nèi)降水強(qiáng)度較大、小時(shí)降水量≥20mm的天氣現(xiàn)象。短時(shí)強(qiáng)降水造成的暴雨由于具有突發(fā)性強(qiáng)、降水強(qiáng)度大、尺度小的特點(diǎn)，易引發(fā)洪澇和地質(zhì)災(zāi)害等次生災(zāi)害，在24h預(yù)報(bào)上難度大，只有通過(guò)短臨預(yù)報(bào)預(yù)警加以補(bǔ)充。近年來(lái)，不少氣象學(xué)者對(duì)短時(shí)強(qiáng)降水天氣進(jìn)行了大量研究，得出共同的結(jié)論在有利的大尺度環(huán)流背景下，中小尺度系統(tǒng)的生成是造成短時(shí)強(qiáng)降水局地暴雨的根本因素。

利用常規(guī)觀測(cè)資料、自動(dòng)站資料和云圖資料，對(duì)2000年7月20日出現(xiàn)在青海東南部局地暴雨的天氣背景、物理量診斷和衛(wèi)星云圖演變特征進(jìn)行分析，以期為青海地區(qū)短時(shí)強(qiáng)降水暴雨天氣的短臨預(yù)報(bào)預(yù)警提供參考。

1天氣實(shí)況

2009年7月20日08：00～21日08：00，青海大部出現(xiàn)降水（圖1）有5站達(dá)中雨以上量級(jí)，分別出現(xiàn)在茶卡、治多、瑪沁、澤庫(kù)和河南，其中河南為全省降水中心，過(guò)程降水量達(dá)55mm。降水是從20日16：00開始，持續(xù)到22：00，其間伴有雷暴，青南局地出現(xiàn)冰雹、大風(fēng)和短時(shí)強(qiáng)降水等災(zāi)害天氣，強(qiáng)降水集中在16：00～17：00，河南地區(qū)小時(shí)雨強(qiáng)達(dá)49.1mm。所以從天氣現(xiàn)象和降水時(shí)序圖來(lái)看此次降雨過(guò)程是一次強(qiáng)對(duì)流天氣，短時(shí)強(qiáng)降水造成了局地的暴雨，具有突發(fā)性強(qiáng)、降水強(qiáng)度大、持續(xù)時(shí)間短等特征。

2.1高空環(huán)流形勢(shì)

2009年7月20日08：00，青海處于新疆低槽和副熱帶高壓之間的低值區(qū)中，副高西伸脊點(diǎn)位于91E、30N附近，副高外圍西南氣流影響著青海大部，暴雨區(qū)位于副高西北側(cè)5880gpm的邊緣，西南氣流風(fēng)速≥8m/s，將水汽源源不斷地輸送到暴雨區(qū)，從低空到高空T-Td≤4℃，自天氣溫上升，至14：00，24h變溫河南達(dá)+4℃，高溫高濕的不穩(wěn)定層結(jié)加強(qiáng)，至16：00后受中尺度熱對(duì)流云團(tuán)影響，出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水，到18：00達(dá)到暴雨（圖2）

2.2地面影響系統(tǒng)

2009年7月20日14：00，海西和海北有弱冷空氣活動(dòng)，并出現(xiàn)陣雨和小雨天氣，青海的東南部和南部無(wú)冷空氣，且氣溫上升，基本吹的是偏東和東南風(fēng)，暴雨區(qū)有偏西風(fēng)和東南風(fēng)向的輻合。至17：00，東南部出現(xiàn)大片雷雨天氣，負(fù)變壓，暴雨區(qū)負(fù)變溫，此時(shí)已出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水。

2.3暴雨單站氣象要素分析

根據(jù)實(shí)況氣象得知，暴雨站河南（56065），16：00～17：00出現(xiàn)冰雹（16：35～16：54）、大風(fēng)（16：35，風(fēng)速21.1m/s，NW）和颮（16：36）、陣雨（16：34～17：41，降水量52.3mm）小時(shí)氣壓變化：15：00～16：00下降了0.8hPa，與無(wú)特殊天氣影響小時(shí)氣壓變化來(lái)看出現(xiàn)異常，平時(shí)小時(shí)氣壓變化幅度在0.1～0.6hPa。露點(diǎn)溫度：14：00達(dá)13.5℃，1h増加了1.3℃，出現(xiàn)了該站7月以來(lái)的最高值，且至16：00露點(diǎn)每小時(shí)均在12℃以上。10min平均風(fēng)向風(fēng)速：14：00～16：00風(fēng)向ESE，16：00風(fēng)速達(dá)最大（6.3ms），17：00后風(fēng)向轉(zhuǎn)為ENE到NE，17：00風(fēng)速達(dá)4.7m/s。氣溫：15：00升達(dá)18.7℃，16：00下降了1.2℃，17：00下降了5.8℃。

從以上氣象要素變化來(lái)分析，河南在強(qiáng)對(duì)流發(fā)生前（16：00前），水汽増大到暴雨發(fā)生指標(biāo)，氣壓下降異常，指示性風(fēng)向和風(fēng)速增大，氣溫上升，都預(yù)示著強(qiáng)對(duì)流的發(fā)生。氣溫在臨近時(shí)出現(xiàn)下降趨勢(shì)，而在16：00～17：00下降幅度増大，且風(fēng)向逆轉(zhuǎn)，出現(xiàn)NW大風(fēng)和颮，表示該地前期為高溫高濕的中小尺度熱低壓，近地層在冷空氣的沖擊下出現(xiàn)強(qiáng)對(duì)流天氣。

3物理量特征分析

3.1不穩(wěn)定條件

鄰近測(cè)站達(dá)日探空?qǐng)D分析，08：00從近地面到400hPa為濕層，不穩(wěn)定層在500hPa左右高度，從低空到高空為西南風(fēng)，上干下濕的不穩(wěn)定層結(jié)，0～3km風(fēng)速切變達(dá)9m/s。20：00，濕層位于500～300hPa，近地面至300hPa為相間的不穩(wěn)定層，從低空到高空仍為西南風(fēng)，但0～3km風(fēng)速切變達(dá)6ms。從各指數(shù)分析，在強(qiáng)對(duì)流發(fā)生前層結(jié)不穩(wěn)定有著增大過(guò)程，抬升指數(shù)（Li）由2.59℃減小到0.54℃;能量增強(qiáng)，對(duì)流有效位能（CAPE）由0Jkg増加到1453.5J/kg;0-3km垂直風(fēng)切變?cè)?9ms;在強(qiáng)對(duì)流發(fā)生前后，從低空到高空風(fēng)向以西南風(fēng)為主，風(fēng)隨高度順轉(zhuǎn)為暖平流;風(fēng)暴強(qiáng)度指數(shù)（SSI）在強(qiáng)對(duì)流發(fā)生前有著增大的過(guò)程;最大上升速度（Wcape）由0m/s增大到53.9m/s。以上指數(shù)變化表示著強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)生（表1）。

3.2水汽條件

暴雨區(qū)處于西南暖濕氣流水汽輸送帶中，08：00～14：00地面露點(diǎn)增加10℃以上，特別是黃南南部增達(dá)14℃。700hPa08：00青海比濕大值在東南部，中心位于海南附近達(dá)11gkg，為西北東南向的濕舌。青海中東部為水汽通量輻合，中心位于海西東部，值為-14g/（ms），其經(jīng)青海湖向東南暴雨區(qū)移動(dòng)。

3.3動(dòng)力條件

暴雨區(qū)在降水過(guò)程中地面至高空均為強(qiáng)上升區(qū)，上升氣流強(qiáng)且深厚。500hPa垂直速度場(chǎng)上，在暴雨發(fā)生前海西中東部至海北青海湖一帶為輻合垂直速度上升區(qū)。隨著時(shí)間的推移，輻合上升區(qū)東移南下至暴雨區(qū)，中心強(qiáng)度小于-10x10-2hPa/s，故在強(qiáng)降水發(fā)生時(shí)，有強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)。

4云圖

FY2C紅外圖像分析，20日13：00起30N-35N西藏西部至青海境內(nèi)出現(xiàn)多個(gè)對(duì)流云團(tuán)，并排列成東西帶狀沿著副高外圍東移，至16：00，果洛北部對(duì)流云團(tuán)云頂亮溫強(qiáng)達(dá)-50℃以下，向暴雨區(qū)移動(dòng)，至17：00暴雨區(qū)對(duì)流云團(tuán)合并范圍擴(kuò)大，云頂亮溫TBB達(dá)-53.2℃。在對(duì)流云團(tuán)合并加強(qiáng)過(guò)程中產(chǎn)生強(qiáng)降水。

5EC數(shù)值模式對(duì)西太平洋副高位置及降水的預(yù)報(bào)效果檢驗(yàn)

5.1歐洲數(shù)值預(yù)報(bào)

EC數(shù)值預(yù)報(bào)高度場(chǎng)，72、48、24hEC模式預(yù)報(bào)副高整體偏東，與實(shí)況差異大。19日08：00起報(bào)（圖3），副熱帶高壓5890gpm預(yù)報(bào)場(chǎng)西伸脊點(diǎn)位于106E，實(shí)況位于93E附近，青海南部處于副高北側(cè)西南氣流中，模式與實(shí)況相差較大，對(duì)預(yù)報(bào)誤導(dǎo)。

5.2模式檢驗(yàn)

19日08：00EC起報(bào)（圖4）副高位置偏東。預(yù)報(bào)：除海西西部無(wú)降水外，其余地區(qū)均報(bào)降水，小唐、玉樹、果洛和黃南南部報(bào)中雨，與實(shí)況對(duì)比，中雨范圍較大，漏報(bào)河南單站55mm大降水天氣。此類過(guò)程模式往往報(bào)得偏低，無(wú)法預(yù)報(bào)單站暴雨。在今后的預(yù)報(bào)中，分析模式對(duì)5880gpm的調(diào)整位置變化，注意模式預(yù)報(bào)誤差。

6結(jié)論

（1）此次暴雨為強(qiáng)對(duì)流天氣，伴有局地冰雹、雷暴和大風(fēng)，由局地性短時(shí)強(qiáng)降水造成，出現(xiàn)在河南（55mmh），降水持續(xù)時(shí)間20日16：00～22：00，強(qiáng)降水集中在16：00～17：00（49.1mmh）。

（2）副熱帶高壓西北側(cè)西南暖濕氣流午后熱對(duì)流造成的。地面中小尺度輻合線以及午后熱力抬升共同觸發(fā)。Tlogp達(dá)日測(cè)站從低層到高層上干下濕，能量CAPE值達(dá)98.8Jkg，有強(qiáng)的不穩(wěn)定，風(fēng)場(chǎng)為強(qiáng)盛的西南風(fēng)。充沛水汽，暴雨區(qū)處于西南暖濕氣流水汽輸送帶中，08：00～14：00地面露點(diǎn)增加10℃以上，特別是黃南南部達(dá)14℃。700hPa08：00比濕大值在東南部中心達(dá)11gkg，水汽通量輻合較強(qiáng)[-14g/（m·s）]，自青海湖向（東南）暴雨區(qū)移動(dòng)。上升運(yùn)動(dòng)，暴雨區(qū)在降水過(guò)程中地面至高空均為強(qiáng)上升區(qū)，上升氣流強(qiáng)且深厚。午后副高外圍生成的對(duì)流云帶東移，中小尺度對(duì)流云團(tuán)合并，TBB高值中心達(dá)-53.2℃。

（3）氣象要素變化來(lái)分析，河南在強(qiáng)對(duì)流發(fā)生前1h，水汽增大到暴雨發(fā)生指標(biāo)（露點(diǎn)》12℃），氣壓下降異常指示性風(fēng)向（SE）和風(fēng)速増大，氣溫上升，都預(yù)示著強(qiáng)對(duì)流的發(fā)生。氣溫在臨近時(shí)次出現(xiàn)下降趨勢(shì)，而在強(qiáng)降水發(fā)生時(shí)下降幅度增大，且風(fēng)向逆轉(zhuǎn)，出現(xiàn)NW大風(fēng)和颮，暴雨區(qū)前期為高溫高濕的中小尺度熱低壓，近地層在冷空氣的沖擊下出現(xiàn)強(qiáng)對(duì)流天氣。

（4）EC模式預(yù)報(bào)副高整體偏東，與實(shí)況差異大。降水模式檢驗(yàn)預(yù)報(bào)與實(shí)況對(duì)比，漏報(bào)河南單站55mm大降水天氣?？偨Y(jié)此類過(guò)程模式往往報(bào)得偏低，無(wú)法預(yù)報(bào)出具體的位置。在今后的預(yù)報(bào)中，分析模式對(duì)5880gpm的調(diào)整位置變化，注意模式預(yù)報(bào)誤差。

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責(zé)任編輯：黃艷飛