張家口地區(qū)副高外圍強(qiáng)降水過程分析

石文伯 黃若男 鄭冬冬 郭旭暉

摘要 近年來，副熱帶高壓北界588線在夏季頻繁北抬到達(dá)40°N及以北，張家口地區(qū)受其影響，極易出現(xiàn)對本地而言相對少見的副高外圍強(qiáng)降水過程。2018年7月19-22日在張家口地區(qū)出現(xiàn)了一次副高外圍的對流性降水，通過常規(guī)氣象觀測資料、區(qū)域站降水資料等對這次降水過程進(jìn)行了分析，結(jié)果表明：本次降水過程是由副高外圍的暖濕氣流與中高緯弱冷空氣相結(jié)合而觸發(fā)的對流性天氣過程，以短時(shí)強(qiáng)降水為主;降水發(fā)生在副高南撤時(shí)段，雨區(qū)的位置與588線的位置有密切的關(guān)系，與850hPa切變線的位置也有很好的相關(guān)性，主要位于切變線前側(cè)偏南氣流控制區(qū);降水過程表現(xiàn)為具有一定間隔的對流單體先后影響本地而產(chǎn)生降水，對流單體主要移動方向是西南一東北向，與副高北側(cè)588線的形態(tài)密切相關(guān);本地上空700hPa附近及以下有不穩(wěn)定能量的積累，在低層弱冷空氣的觸發(fā)下出現(xiàn)了強(qiáng)降水。

關(guān)鍵詞 副高;短時(shí)強(qiáng)降水;張家口

中圖分類號：P426.6

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：2095-3305（2021）02-045-03

張家口地區(qū)位于40°N附近，屬于典型的溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年均降水量為400mm，其中近一半的降水集中在汛期。在地形方面，張家口位于蒙古高原向華北平原的過渡帶，地勢西北高、東南低：壩上屬于高原地區(qū)，地勢平坦但海拔高;壩頭、壩下地形極為復(fù)雜，山脈、盆地、河谷等交錯(cuò)分布。每年7月中旬前后，張家口地區(qū)進(jìn)入主汛期，這一階段一類重要的降水形勢就是副熱帶高壓北抬南撤帶來的降水。在副高勢力強(qiáng)盛的年份，588線北抬至40°N及以北地區(qū)，影響張家口。副高帶來的充沛水汽與中高緯南下的弱冷空氣結(jié)合，在本地觸發(fā)較強(qiáng)降水。很多專家學(xué)者對副高外圍的對流性降水進(jìn)行過詳細(xì)的研究，指出副高外圍對流雨帶是由若干具有一定間隔的對流單體構(gòu)成，單體在隨對流層中層氣流的移動中逐漸發(fā)展直至消亡。近年來，副高北抬影響到本地降水的次數(shù)顯著增加，局地短時(shí)強(qiáng)降水是誘發(fā)山體滑坡、泥石流、山洪等地質(zhì)災(zāi)害的重要因素，所以對本地復(fù)雜地形下副高外圍對流性降水的研究顯得尤為重要。

1天氣實(shí)況及環(huán)流形勢分析

1.1天氣實(shí)況

自2018年7月19日傍晚起，張家口地區(qū)出現(xiàn)了全市范圍的時(shí)空分布不均的降水天氣，到22日中午降水完全結(jié)束。此次降水是在具有一定間隔的對流單體的先后影響下發(fā)生的，降水過程可分為3個(gè)階段：第一階段為19日傍晚到20日上午的降水，以西北尚義、康保、張北為主：第二階段降水為21日凌晨到傍晚，仍然以西北部為主;第三階段降水為21日夜間到22日上午，以中部陽原、懷安、宣化、懷來北部、赤城西南部為主。過程總降水量的分布如圖1，最大降水出現(xiàn)在宣化蛤蟆口（位于本地中部），為121.4mm，最大小時(shí)降水也出現(xiàn)在宣化蛤蟆口，為52.2mm，均發(fā)生在第三階段降水時(shí)段內(nèi)。

1.2環(huán)流形勢分析

從500hPa環(huán)流形勢圖上看，這次降水過程主要是在副熱帶高壓外圍暖濕氣流與高空槽的配合下產(chǎn)生的降水。降水前在新疆東北部有冷空氣的堆積，不斷分裂弱冷空氣東移，與此同時(shí)副高北界588線在張家口地區(qū)南北移動，在低層有切變配合，西南氣流強(qiáng)盛，向本地輸送水汽。通過對此次降水過程雷達(dá)圖的分析可知，降水過程表現(xiàn)為不斷有對流單體或者復(fù)合體從西部移到本地，在本地加強(qiáng)或減弱，帶來降水，根據(jù)雷達(dá)回波的特征將19-22日的降水分為3個(gè)階段，下面就依次對每個(gè)階段的降水情況及對應(yīng)的環(huán)流形勢進(jìn)行分析（圖2）。

階段一：19日傍晚到20日上午。該階段降水過程各層系統(tǒng)及主要雨區(qū)的配置如圖2a，主要雨區(qū)位于西北的尚義、張北、康保地區(qū)，降水區(qū)降水量級為中到大雨，局部暴雨。19日20時(shí)至20日08時(shí)：588線位于張家口東南部，呈西南一東北走向，并略有南撤在內(nèi)蒙中部到河套東部有一個(gè)淺槽，在東移過程中減弱;低層700hPa和850hPa上，在河套地區(qū)均有切變系統(tǒng)存在，后部有冷空氣東移，由于副高強(qiáng)盛，冷空氣難以南下，對于本地中南部大部地區(qū)而言，一直維持著西南風(fēng)的控制，低層切變主要影響到西北;此外低層有急流存在，雨區(qū)位于700hPa流左側(cè)、850hPa急流前側(cè)，均有利于對流活動發(fā)生的區(qū)域。所以在此階段降水過程中，降水主要發(fā)生在本地西北地區(qū)，且雷達(dá)回波的走向與副高的形態(tài)有關(guān)，呈西南一東北走向。

階段二：21日凌晨到20點(diǎn)前后。該階段降水過程各層系統(tǒng)及主要雨區(qū)的配置如圖2b，降水依然集中在西北康保、尚義、張北地區(qū)，降水量級中到大雨，局部暴雨。第一階段降水結(jié)東后，20日20時(shí)，在500hPa上，588線北抬至本地西北地區(qū)，下一股冷空氣對應(yīng)的槽線位于河套西部;由于副高勢力強(qiáng)盛，槽向東北方向移動，到21日08時(shí)副高南撤;在700hPa上，本地大部地區(qū)仍然受強(qiáng)盛的西南氣流的控制，切變后冷空氣只影響到本地西北。850hPa有相似的特點(diǎn)。階段三：21日夜間到22日上午。該階段降水過程各層系統(tǒng)及主要雨區(qū)的配置如圖2c，降水量級中到大雨，局部暴雨到大暴雨，從分階段降水量圖和小時(shí)雨強(qiáng)來看，第三階段降水是最強(qiáng)的，集中在22日早上。500hPa上，21日20時(shí)副高略有北抬，在河套有股弱的冷空氣，到22日08時(shí)副高南撤并向東收縮，588線位于本地東南部，弱槽東移位于河套;在700hPa上，本地中南部大部地區(qū)受西南氣流的控制且維持，切變位于西北地區(qū);在850hPa上，21日20時(shí)本地主要還是受偏南氣流的影響，到22日08時(shí)北偏東風(fēng)影響本地，冷空氣向南滲透，切變到達(dá)本地的中南部。

綜上所述，這3個(gè)階段的降水均是由于副高的北抬南撤造成的，降水出現(xiàn)在588線南撤的時(shí)段，均有500hPa弱槽配合，雨區(qū)的位置一般沿著588線，在588線外圍，第一階段雨區(qū)在588線附近及外圍。588線的形態(tài)決定了對流單體的走向，從而決定了雨區(qū)的位置及形態(tài)。雨區(qū)的位置與850hPa系統(tǒng)也有很好的相關(guān)性，通常在850hPa切變前偏南風(fēng)控制區(qū)。在整個(gè)降水過程中，貝湖以西、新疆以北有一低值系統(tǒng)，其底部不斷分裂冷空氣東移;與此同時(shí)，副熱帶高壓北抬至44°N附近，脊線位于東北地區(qū)，副高南側(cè)有臺風(fēng)向北移動，將副高向北頂，中高緯又有冷空氣不斷東移，冷空氣與副高總體勢力相當(dāng)，次弱的冷空氣東移伴隨副高略有南撤，之后又稍稍北抬，導(dǎo)致了副高在本地中北部南北擺動;之后到21日，由于臺風(fēng)進(jìn)一步北抬，切斷了副高的水汽來源，中高緯冷空氣主體東移，副高南撤東縮。正是由于天氣尺度系統(tǒng)副高和新疆低槽的穩(wěn)定和弱冷空氣及副高北抬南退的重復(fù)出現(xiàn)，使得中小尺度系統(tǒng)在本地發(fā)展活躍，降水得以維持了較長的時(shí)間，本地中北部大部分地區(qū)降水量級達(dá)到大到暴雨。

2第三階段降水相關(guān)問題探討及分析

2.1水汽條件分析

在第三階段降水過程中，從各層的環(huán)流形勢圖上都可以看出，由于臺風(fēng)的作用，副高外圍的水汽被切斷，偏南氣流弱，所以在該階段內(nèi)水汽的輸送條件不是很有利;但是，在20日20時(shí)，850hPa比濕達(dá)到16gkg，700hPa比濕為1lgkg，說明在降水前期大氣中已經(jīng)具備了豐富的水汽，低層濕度條件對降水十分有利。

2.2不穩(wěn)定能量分析

通常用位溫或假相當(dāng)位溫隨高度的變化來診斷對流不穩(wěn)定，當(dāng)a0（p》-0，即假相當(dāng)位溫隨高度升高而減小時(shí)認(rèn)為大氣是對流不穩(wěn)定的。圖3為張家口站21日08時(shí)的探空圖，圖中陰影代表不穩(wěn)定層，即。0、Op》0區(qū)域，可以看出在低層存在明顯的對流不穩(wěn)定;此外，從探空圖上也可以看出自850hPa以上整層都是正的不穩(wěn)定能量，且表現(xiàn)出上干下濕的分布，同時(shí)在垂直方向上有風(fēng)切變存在，這些均是典型的有利于強(qiáng)對流出現(xiàn)的形勢。

2.3觸發(fā)條件分析

通過前面的分析我們得知，前期副高的位置偏北、偏西，降水出現(xiàn)在本地的西北區(qū)域，而中南部一直受副高控制，是高溫高濕的狀態(tài);21日夜間起，低層有冷空氣向南滲透，在冷空氣的觸發(fā)下能量得以釋放，產(chǎn)生了相對較強(qiáng)的降水。具體來看，21日20時(shí)850hPa，張家口站及北部的錫林浩特站溫度均為21℃，相較周邊站低3℃，并且錫林浩特站溫度露點(diǎn)差達(dá)到9℃，而位于張家口西北的二連浩特站溫度露點(diǎn)差達(dá)到19℃。根據(jù)錫林浩特站850hPa溫度及露點(diǎn)溫度隨時(shí)間變化圖（圖4）可以看出，21日夜間露點(diǎn)驟然下降，溫度露點(diǎn)差增大，說明低層有干冷空氣從本地北部入侵。低層冷空氣南侵，形成了動力鋒生，最終觸發(fā)了本地積聚的水汽及不穩(wěn)定能量的釋放，產(chǎn)生了強(qiáng)降水。由此可見，在第三階段降水開始前，中南部地區(qū)已經(jīng)具備了良好的濕度和能量條件，在低層弱冷空氣的作用下，在本地中部產(chǎn)生了鋒區(qū)，使得中南部高能、高濕的潛在不穩(wěn)定區(qū)的能量得以釋放，所以第三階段的降水是相對最強(qiáng)的。

3結(jié)論

（1）本文重點(diǎn)探討了副熱帶高壓外圍即588線附近的降水過程。副高外圍是高能高濕區(qū)，但是僅僅是副高還不足以帶來降水，在本文提及的幾次過程中，降水的出現(xiàn)均對應(yīng)著中高緯弱冷空氣的活動，可以說降水是在南下冷空氣與副高外圍暖濕氣流的結(jié)合下而觸發(fā)的，每一次冷空氣的活動都使得588線南撤，所以降水出現(xiàn)的時(shí)間恰好在588線南撤的時(shí)段;對流單體沿著588線移動，所以雨區(qū)的位置與588線的形態(tài)及位置有很好的對應(yīng);副高外圍降水對流性強(qiáng)，以雷暴、短時(shí)強(qiáng)降水為主;低層，700hPa多為偏南氣流的控制，提供充足的水汽，850hPa有弱冷空氣的南侵，所以有切變存在，降水出現(xiàn)于切變線偏南氣流控制一側(cè)。

（2）發(fā)生在21日夜間到22日上午的第三階段降水是雨量最大、雨強(qiáng)最強(qiáng)的，通過對各方面條件的診斷分析得知：本地上空有著深厚的水汽儲備，為降水提供了充足的水汽條件;低層是有不穩(wěn)定能量的積累;低層有弱的冷空氣南侵，使得暖濕空氣抬升，動力鋒生，

降水前期儲備的高濕、高能得以釋放。副高控制通常會使本地處于高能、高濕的條件下，所以低層冷空氣的南侵便顯得尤其重要，冷暖空氣形成的切變以及動力鋒生是降水開始的重要條件。

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責(zé)任編輯：黃艷飛