西寧地區(qū)一次副高邊緣型暴雨天氣過(guò)程分析

趙娟 謝啟玉

摘要 利用常規(guī)地面、高空、云圖和雷達(dá)資料，分析了2019年8月19日大通的強(qiáng)對(duì)流暴雨天氣。結(jié)果表明：此次大通暴雨是副熱帶高壓邊緣產(chǎn)生的強(qiáng)對(duì)流天氣;副熱帶高壓邊緣的西南暖濕氣流和高空短波槽引導(dǎo)的偏西氣流在西寧地區(qū)交匯，為此次強(qiáng)降水天氣的發(fā)生提供了有利的大尺度環(huán)流背景條件;低層暖平流、高層弱冷平流形成了熱力不穩(wěn)定層結(jié);500 hPa西南氣流和700 hPa偏東氣流提供了充沛的水汽條件;地面冷鋒和輻合線提供了中尺度抬升觸發(fā)機(jī)制;強(qiáng)降水落區(qū)與地面3 h負(fù)變壓中心和地面輻合線對(duì)應(yīng)較好;中尺度對(duì)流云團(tuán)活躍，TBB≤-77℃的冷云團(tuán)影響大通約30 min，強(qiáng)降水落區(qū)位于紅外云圖TBB大梯度區(qū);過(guò)程中雷達(dá)最強(qiáng)回波達(dá)到54 dBZ，速度場(chǎng)上低層西南風(fēng)和暖平流指示明顯;VIL在此次強(qiáng)降水過(guò)程中表現(xiàn)為緩慢增大—維持—迅速減小;風(fēng)暴質(zhì)心高度HT在強(qiáng)降水過(guò)程中基本在3 km，表現(xiàn)為緩慢上升—下降—略下降的低質(zhì)心特征。

關(guān)鍵詞 副熱帶高壓;暴雨;監(jiān)測(cè)指標(biāo)

中圖分類號(hào)：P4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095–3305（2021）01–0055–04

2019年8月19日17：00—20日05：00，

西寧地區(qū)出現(xiàn)雷電和暴雨天氣，此次強(qiáng)降水過(guò)程突發(fā)性強(qiáng)、降水時(shí)段集中、降水強(qiáng)度大，并且強(qiáng)降水出現(xiàn)在密集的負(fù)閃區(qū)。19日08：00—20日08：00全區(qū)共有8站出現(xiàn)暴雨大雨，24站最大降水量出現(xiàn)在大通縣鷂子溝（75.9 mm），

其次為大通站（73.4 mm），為有氣象記錄以來(lái)第二多;過(guò)程的對(duì)流性強(qiáng)降水時(shí)段主要集中在19日17：00～21：00，持續(xù)約4 h，17：00～18：00大通縣寶庫(kù)黑泉水小時(shí)雨強(qiáng)37.4 mm。過(guò)程雨量分布不均，暴雨區(qū)主要出現(xiàn)在西寧北部的大通縣，西寧市區(qū)、湟源縣和湟中縣出現(xiàn)中到大雨。暴雨天氣導(dǎo)致大通縣遭受洪澇災(zāi)害，農(nóng)作物不同程度倒伏，農(nóng)房受損，基礎(chǔ)設(shè)施損毀以及多處河道出現(xiàn)險(xiǎn)情，給城市運(yùn)行造成十分嚴(yán)重的影響。災(zāi)害導(dǎo)致大通縣16萬(wàn)人受災(zāi)，但無(wú)人員傷亡。從預(yù)報(bào)情況來(lái)看，相關(guān)工作人員對(duì)此次降水過(guò)程的強(qiáng)度、落區(qū)和降水集中時(shí)段把握不足。

西寧地區(qū)位于青海高原東部和青藏高原東部，平均海拔在2 500～3 000 m，

特殊的地理位置和復(fù)雜的地形使其成為青海省大到暴雨的多發(fā)地[1]。而大到暴雨天氣多由短時(shí)強(qiáng)降水造成，由于具有局地性強(qiáng)、歷史短、強(qiáng)度大等特征，常常造成城市內(nèi)澇、山洪、泥石流、山體滑坡等災(zāi)害[2]。目前使用的數(shù)值天氣預(yù)報(bào)還無(wú)法直接精準(zhǔn)預(yù)報(bào)，這也一直是災(zāi)害性天氣預(yù)報(bào)的難點(diǎn)。諸多學(xué)者對(duì)青海東部的強(qiáng)降水天氣也進(jìn)行了研究：張青梅等[3]運(yùn)用中尺度天氣分析技術(shù)，對(duì)青海東部的3次大到暴雨過(guò)程進(jìn)行對(duì)比分析，建立了青海高原副高邊緣型大到暴雨天氣過(guò)程的中尺度天氣概念模型;王振海等[4]分析了2014年夏季青海東北部的兩次強(qiáng)降水天氣過(guò)程的冷空氣，結(jié)果表明青海東北部來(lái)自東北冷渦底部的冷空氣在地面至700 hPa表現(xiàn)較清楚，西傳冷空氣較正常西風(fēng)槽冷空氣弱，并易受青海東北部地形阻擋，造成較明顯降水過(guò)程，此路冷空氣在高原500 hPa預(yù)報(bào)場(chǎng)反映不明顯，易造成預(yù)報(bào)誤差;馬雪蓮等[5]對(duì)2009年青海東部的兩次大到暴雨天氣的衛(wèi)星云圖特征進(jìn)行了對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)云圖形狀結(jié)構(gòu)不同，造成的天氣不盡相同;馬秀梅等[6]對(duì)比分析青海東部2007年兩次受副熱帶高壓影響的大到暴雨天氣，結(jié)果表明副熱帶高壓西伸，外圍的西南氣流為東部的大降水提供了有利的水汽條件，高空冷平流下滑，觸發(fā)了能量釋放，形成了暴雨天氣。通過(guò)對(duì)西寧地區(qū)2019年的這次暴雨天氣過(guò)程進(jìn)行分析，試圖分析西寧地區(qū)強(qiáng)降水預(yù)報(bào)方面的一些指標(biāo)，以期為西寧地區(qū)的短時(shí)強(qiáng)降水預(yù)報(bào)預(yù)警提供參考。

1 環(huán)流背景

過(guò)程前期副熱帶高壓呈帶狀不斷西伸，8月18日西伸脊點(diǎn)位于88°E附近，青海高原位于副高584線的暖高壓控制，同時(shí)巴湖低槽發(fā)展，底部的短波槽分裂下滑。18日20：00副高略東退，19日08：00青海高原35°N以南副熱帶高壓和青藏高壓之間形成切變線，同時(shí)巴湖槽底的短波槽東移至青海北部;700 hPa青海東部受切變線影響，低層有較強(qiáng)的輻合抬升，20：00兩高之間的切變線仍然維持，副高邊緣西南氣流輸送水汽和能量至青海東部（圖1a）。從圖看出，過(guò)程中500 hPa冷平流不顯著，高空冷強(qiáng)迫較弱;西風(fēng)帶短波槽東移引導(dǎo)低層（700 hPa）弱冷空氣南下，與副高西側(cè)暖濕氣流交匯于青海東北部，為此次暴雨天氣提供了有利的環(huán)流背景。

Hudson等[7]指出強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)生和移動(dòng)，與低層的水汽輻合有密切關(guān)系。此次過(guò)程中西南路徑水汽通道暢通，四川盆地至甘肅南部超過(guò)12 m/s的西南風(fēng)提供了充沛水汽，處于暖濕區(qū)域。19日08：00，西寧地區(qū)700 hPa Q=13 g/kg，T-Td=2℃;500 hPa Q=1 g/kg，T-Td=23℃，同時(shí)中低層溫差（700～500） hPa為14℃，形成了上干冷下暖濕的不穩(wěn)定層結(jié);到20：00 700 hPa比濕仍維持在13g/kg，中層500 hPa增濕顯著，比濕增大到6 g/kg，T-Td=2℃;200 hPa青海高原位于南亞高壓中心區(qū)，青海東部位于高空西風(fēng)急流分流區(qū)右側(cè)，較強(qiáng)的高空輻散利于中低層輻合加強(qiáng)（圖1b）。

地面冷鋒提供了此次強(qiáng)對(duì)流天氣的抬升觸發(fā)機(jī)制（圖2）。19日高空短波槽東移引導(dǎo)地面冷空氣南下，08：00河西走廊+△P24最強(qiáng)9.8 hPa，冷空氣還未影響到青海東部;而從南疆進(jìn)入柴達(dá)木盆地的西路冷空氣向東推進(jìn)，+△P24最大3.6 hPa。從河西走廊南下的冷空氣較強(qiáng)，11：00 +△P24最強(qiáng)1.4 hPa，一部分冷空氣翻越祁連山進(jìn)入海北南下開(kāi)始影響東部，另一部分到14：00從東部河湟谷地倒灌侵入。隨著冷空氣持續(xù)滲入，17：00冷空氣主力已倒灌影響東部，+△P24最大3.4 hPa，而西路冷空氣在午后開(kāi)始變性，對(duì)東部的影響小，到20：00影響大通的+△P24為4.7 hPa，20日08：00 1010 hPa的冷空氣影響西寧地區(qū)。

西寧站19日08：00和20：00的T-lnP圖顯示（圖3），08：00西寧SI=0.69℃，0℃層到LCL的高度高（5.2 km），說(shuō)明暖云厚，降水效率高。從風(fēng)的垂直分布看，08：00西寧地區(qū)500 hPa以下風(fēng)向順轉(zhuǎn)，有顯著暖平流，500 hPa以上為弱冷平流，西寧上空大氣處于上干冷下暖濕的不穩(wěn)定狀態(tài);0～6 km垂直風(fēng)切變14 m/s，利于對(duì)流云發(fā)展維持。綜上可以說(shuō)明，環(huán)境場(chǎng)條件利于伴有強(qiáng)降水的強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生。20：00大通已出現(xiàn)強(qiáng)降水，探空曲線呈瘦高型強(qiáng)降水形態(tài)，CAPE增大為238.4 J/kg，指示大氣有較強(qiáng)的熱力不穩(wěn)定較，后期仍可能出現(xiàn)強(qiáng)對(duì)流天氣。抬升層LCL位于CIN（僅僅11.5 J/kg）之上700 hPa附近，只要近地面存在抬升機(jī)制即可觸發(fā)對(duì)流，濕層深厚，厚度達(dá)7 km，水汽梯度大，SI減小為0.03℃。

2 中尺度分析

2.1 地面輻合線

Ogura等[10]指出，對(duì)流發(fā)生前或發(fā)生時(shí)有中尺度低空輻合和上升運(yùn)動(dòng)。Wilson等[11]指出，79%的風(fēng)暴（96%的強(qiáng)風(fēng)暴）在輻合線附近發(fā)生。從19日地面風(fēng)場(chǎng)上看，降水開(kāi)始前19日16：00在青海湖至湟水河谷地一線存在地面輻合線，17：00～19：00大通出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水，降水開(kāi)始時(shí)（17：00）在大通東部存在東南風(fēng)和西北風(fēng)的地面輻合線，18：00～19：00地面輻合線維持在大通鷂子溝附近（強(qiáng)降水區(qū)），過(guò)程中地面輻合線維持時(shí)間較長(zhǎng)，提供了抬升觸發(fā)條件強(qiáng)降水出現(xiàn)在輻合線附近。同時(shí)，從地形圖看出此次大通的短時(shí)強(qiáng)降水出現(xiàn)在河谷地帶，地形輻合和迎風(fēng)坡抬升對(duì)降水的加強(qiáng)作用顯著（圖4）。

2.2 地面氣象要素變化

強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生前后，地面氣象要素變化明顯。過(guò)程前期副高西伸，西寧地區(qū)處于副高584線的高壓脊控制，17—19日地面氣壓不斷降低，18日青海東部的地面氣壓為992.5 hPa，19日白天為995 hPa。氣壓降低伴隨著氣溫持續(xù)升高，18日、19日大通最高氣溫分別為27.9℃和26.6℃，前期的高溫晴熱天氣為此次強(qiáng)對(duì)流天氣貯存了較好的能量條件。

根據(jù)地面加密觀測(cè)資料分析了地面3 h變壓、氣溫、露點(diǎn)溫度與降水的關(guān)系。選取了降水量最大的大通和大通東峽鷂子溝2個(gè)站。分析得出，降水出現(xiàn)前或有微量降水出現(xiàn)時(shí)3 h變壓為負(fù);出現(xiàn)最強(qiáng)降水時(shí)，3 h變壓為正，且數(shù)值最大。此次過(guò)程中降水量超過(guò)30 mm時(shí)，3 h變壓超過(guò)4 hPa。從氣溫變化來(lái)看，降水開(kāi)始后氣溫降低，氣溫1 h下降≥1℃，小時(shí)降水量可能≥8 mm;氣溫下降≥3℃，小時(shí)降水量可能≥16 mm，過(guò)程前后2個(gè)站點(diǎn)的氣溫降幅在7～8℃（3 h）。降水開(kāi)始前地面增濕顯著，大通和東峽鷂子溝的露點(diǎn)溫度分別達(dá)到了18℃和16℃。分析得出，地面露點(diǎn)小時(shí)下降≥1℃，小時(shí)降水量可能≥8 mm;強(qiáng)降水出現(xiàn)后，露點(diǎn)下降≥1℃，小時(shí)降水量也可能≥8 mm。露點(diǎn)溫度是表征絕對(duì)水汽含量的指標(biāo)，它的變化相對(duì)于氣溫變幅較小，為3℃～4℃（3 h）;露點(diǎn)溫度在降水過(guò)程中并非和氣溫一樣持續(xù)降低，而是強(qiáng)降水出現(xiàn)后下降緩慢，再之后基本保持不變。結(jié)合圖可以看出，17：00～19：00大通站和東峽鷂子溝附近有地面輻合線，伴隨出現(xiàn)氣壓梯度增大、露點(diǎn)和氣溫下降（圖5）。

3 雷達(dá)回波特征

此次大通強(qiáng)降水回波以積狀和層狀云的混合降水回波為主（圖略）。19日15：00從海北新生發(fā)展的對(duì)流單體東移進(jìn)入大通境內(nèi)，與大通西部新生的對(duì)流單體合并緩慢東移。降水前期（17：00～17：31）回波以對(duì)流單體為主，回波強(qiáng)度45～50 dBz，VIL增至10 kg/m2。

降水最強(qiáng)時(shí)段（17：36～19：10）回波單體合并加強(qiáng)，呈結(jié)構(gòu)密實(shí)的塊狀回波，最強(qiáng)回波54 dBz，回波發(fā)展到10 km以上，最高15 km，強(qiáng)回波高度2～4 km，VIL最強(qiáng)達(dá)到12 kg/m，并穩(wěn)定維持;后期塊狀強(qiáng)回波演變?yōu)閹睿瑥?qiáng)度減弱到40 dBz，VIL也減小到3 kg/m左右。過(guò)程前期以對(duì)流性回波為主，過(guò)程中回波發(fā)展加強(qiáng)，并表現(xiàn)出低質(zhì)心特征，移速較快，降水效率高，后期以混合型降水回波為主，回波強(qiáng)度和移速都減弱，整個(gè)過(guò)程強(qiáng)回波持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)。

分析了此次強(qiáng)降水過(guò)程中，組合反射率CR與垂直積分液態(tài)水含量VIL和風(fēng)暴質(zhì)心高度HT之間的關(guān)系（圖6）。降水開(kāi)始前回波強(qiáng)度從45 dBz增大到50 dBz，VIL從4 kg/m增大到12 kg/m，風(fēng)暴質(zhì)心高度在3～4 km;強(qiáng)降水出現(xiàn)時(shí)段回波強(qiáng)度在45～55 dBz，VIL在8～10 kg/m2，

HT下降至2.0～3.2 km，最低0.5 km;后期回波強(qiáng)度減弱到40 dBz左右，VIL迅速減小到3 kg/m2以下，風(fēng)暴質(zhì)心高度略有下降，在1.5～2.5 km，降水也隨之減弱。

綜上，VIL在此次強(qiáng)降水過(guò)程中表現(xiàn)為緩慢增大—維持—迅速減小，最大與回波強(qiáng)度有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。風(fēng)暴質(zhì)心高度HT在強(qiáng)降水過(guò)程中基本在3 km，表現(xiàn)為緩慢上升—下降—略下降的低質(zhì)心特征。因此，可以將VIL的大值維持特征和HT的

低質(zhì)心特征作為強(qiáng)降水天氣的雷達(dá)監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)預(yù)警指標(biāo)。

4 結(jié)論

（1）此次大通暴雨是副熱帶高壓邊緣產(chǎn)生的強(qiáng)降水天氣，副熱帶高壓邊緣的西南暖濕氣流和高空短波槽引導(dǎo)的偏西氣流在西寧地區(qū)交匯，形成利于強(qiáng)降水發(fā)生的大尺度環(huán)流背景;地面冷鋒和輻合線提供了中尺度抬升觸發(fā)機(jī)制;低層暖平流、高層弱冷平流形成了熱力不穩(wěn)定層結(jié);500 hPa西南氣流和700 hPa

偏東氣流提供了充沛的水汽條件。

（2）強(qiáng)降水落區(qū)與地面3 h負(fù)變壓中心和地面輻合線對(duì)應(yīng)較好;過(guò)程中降水量超過(guò)30 mm時(shí)，3 h變壓超過(guò)4 hPa。

地面氣溫1 h下降≥1℃，小時(shí)降水量可能≥8 mm;氣溫下降≥3℃，小時(shí)降水量可能≥16 mm，過(guò)程前后氣溫降幅在7℃～8℃;降水前地面露點(diǎn)超過(guò)16℃，當(dāng)露點(diǎn)小時(shí)下降≥1℃，小時(shí)降水量可能≥8 mm;強(qiáng)降水出現(xiàn)后，露點(diǎn)下降≥1℃，小時(shí)降水量也可能≥8 mm;露點(diǎn)溫度在過(guò)程中的變幅在3℃～4℃。

（3）過(guò)程中雷達(dá)回波最強(qiáng)54 dBz，VIL最強(qiáng)12 kg/m2，強(qiáng)回波高度2～4 km，

表現(xiàn)出低質(zhì)心的強(qiáng)降水回波特征。VIL在此次強(qiáng)降水過(guò)程中表現(xiàn)為緩慢增大—維持—迅速減小;風(fēng)暴質(zhì)心高度在強(qiáng)降水過(guò)程中基本在3 km，表現(xiàn)為緩慢上升—下降—略下降特征。

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責(zé)任編輯：黃艷飛

Analysis of a Rainstorm Process at the Edge of Subtropical High in Xining

ZHAO Juan et al （Xining Meteorological Observatory， Xining， Qinghai 810016）

Abstract The severe convective rainstorm in Datong on August 19， 2019 was analyzed by using conventional surface， high， satellite and radar meteorological observations， and the results indicated that the rainstorm in Datong was the severe convective weather aroused by the edge of subtropical high.The southwest warm and humid airflow at the edge of subtropical high and the westerly airflow guided by the upper short-wave trough converged in Xining area， which provided favorable large-scale circulation background condition for the occurrence of the strong rainfall.Thermal unstable stratification was formed by warm advection on lower layer and weak cold advection on upper layer.The southwest airflow at 500 hPa and the eastward airflow at 700 hPa offered abundant water vapor conditions. Surface cold front and convergence line provided the mesoscale uplifting trigger mechanism.The heavy rain area corresponded well to the surface 3h negative pressure center and surface convergence line.Mesoscale convective cloud clusters were active. The cold cloud clusters with TBB≤-77℃ had a large influence about 30 minutes in Datong. The strong rainfall area was located in the TBB large gradient area of the infrared satellite image.During the process， the strongest radar echo reached 54dBZ. Southwesterly wind and warm advection in the lower layer of the velocity field were obvious.VIL showed a slow increase-maintenance-rapid decrease and the height of storm center of mass HT was basically about 3km during the rainfall process， which showed the characteristics of low center of slow rise， falling and slightly decrease.

Key words The subtropical high; Rainstorm; Monitoring index