河西走廊中部一次罕見區(qū)域性強(qiáng)降水天氣過程分析

張艷艷

（蘭州資源環(huán)境職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅蘭州 730021）

0 引言

在我國各地都有暴雨產(chǎn)生的可能，暴雨是一種災(zāi)害性天氣。暴雨的形成條件之一就是需要充足的水汽條件，由于我國東部沿海地區(qū)瀕臨洋面，水汽條件比較充足，從而形成我國東部沿海區(qū)發(fā)生暴雨的頻數(shù)多、強(qiáng)度大。雖然發(fā)生暴雨頻數(shù)少、強(qiáng)度相對弱的區(qū)域位于我國西北干旱區(qū)，但由于暴雨具有強(qiáng)的陣性及較高的預(yù)報(bào)難度特點(diǎn)，加之西北地區(qū)植被覆蓋率低的特點(diǎn)，容易造成滑坡、泥石流、山洪等衍生自然災(zāi)害現(xiàn)象，通常會給人民生命財(cái)產(chǎn)和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成嚴(yán)重?fù)p失。西北地區(qū)與國內(nèi)其他地區(qū)相比，能夠達(dá)到50 mm的日降水量過程也很少，大部分地方年降水量少，就西北暴雨強(qiáng)度而言，雖然短歷時(shí)暴雨強(qiáng)度相差不大，但日平均強(qiáng)度較弱。西北干旱區(qū)災(zāi)害暴雨的形成機(jī)制對于西北地區(qū)氣象工作者而言，研究的相對較少，尚不清楚西北干旱區(qū)致災(zāi)暴雨的形成機(jī)制。方宗義等研究指出，對流層中層短波槽的前方和高溫高濕的西南風(fēng)低空急流的最北端通常容易發(fā)生中尺度對流系統(tǒng)。翟國慶等研究表明，低空急流對暴雨的產(chǎn)生有重要作用。

1 過程概述

2015年7月4日凌晨河西走廊中部肅南至山丹一帶發(fā)生了暴雨天氣過程。暴雨過程局地性強(qiáng)、持續(xù)時(shí)間短，強(qiáng)度大，3日23時(shí)開始，張掖市肅南裕固族自治縣、民樂縣、山丹縣、甘州區(qū)、臨澤縣遭受暴雨襲擊，降水時(shí)間持續(xù)至5日凌晨。張掖市12個自動氣象站24 h累計(jì)降水量達(dá)河西地區(qū)暴雨標(biāo)準(zhǔn)（≥30 mm），這是根據(jù)112個自動氣象站分析的結(jié)果，全市共計(jì)16站次（河西地區(qū)短時(shí)強(qiáng)降水標(biāo)準(zhǔn)，1 h降水量≥10 mm）。肅南02～03時(shí)一小時(shí)降水量即達(dá)到30.0 mm，山丹焉支山林場08～11時(shí)3 h降水量達(dá)54 mm。從7月3日23時(shí)～7月5日07時(shí)累計(jì)降水量可以看出，強(qiáng)降水主要集中在肅南、民樂、山丹沿祁連山一帶。

2 大尺度環(huán)流形勢

2.1 500 hpa的環(huán)流背景

2015年7月3日20時(shí)500 hpa環(huán)流形勢（圖略）圖上，北支槽東移至新疆、甘肅交界處，低槽前部甘肅河西到河套地區(qū)由于之前的暖平流作用，形成了西北—東西向高壓。冷空氣沿槽后西北氣流下滑，被高壓阻擋在河西西部，冷空氣在河西西部進(jìn)行堆積。溫度場上，冷平流較強(qiáng)，溫度槽明顯落后于高度槽。4日08時(shí)500 hpa環(huán)流形勢，北支槽東移至河西走廊中部，從內(nèi)蒙西部至河套地區(qū)的西北—東南向高壓同時(shí)東退，高壓特征更加明顯，河西走廊中部有明顯的冷暖交匯區(qū)，系統(tǒng)斜壓性增強(qiáng)。4日20時(shí)500 hpa環(huán)流形勢，北支槽減弱東移至張掖、武威交界處，高壓脊特征減弱，河西中西部轉(zhuǎn)為守槽后西北氣流控制，降水減弱。

2.2 700 hpa環(huán)流形勢

2015年7月3日20時(shí)700 hpa環(huán)流形勢（圖1）圖上，在新疆、甘肅交界處有切變。從巴湖到敦煌有顯著偏西氣流，最大風(fēng)速16 m/s。從華中地區(qū)至河西中部有東南風(fēng)暖濕氣流形成并發(fā)展，風(fēng)速為8 m/s。東南風(fēng)氣流攜帶水汽源源不斷向河西地區(qū)輸送，并與偏西氣流在河西西部交匯。4日08時(shí)（圖略），偏西氣流伸展至張掖一帶，最大風(fēng)速增加到22 m/s。700 hpa輻合線也隨之移動到張掖到武威之間，強(qiáng)降水中心位于肅南至山丹一帶。從巴湖至河西的強(qiáng)盛的偏西氣流，給上升運(yùn)動提供了強(qiáng)勁的動力。04日20時(shí)（圖略），偏西氣流仍然持續(xù)，但強(qiáng)度減弱，最大風(fēng)速達(dá)16 m/s。從華中地區(qū)至河西地區(qū)的東南風(fēng)氣流也明顯減弱，而且西北、東南向相對的冷暖氣流交匯區(qū)也減弱為西北、西南向的切變。河西中西部的強(qiáng)降水過程逐漸結(jié)束。

圖1 2015年7月3日20時(shí)700 hpa環(huán)流形勢

2.3 地面天氣形勢

7月3日20時(shí)（圖2），地面低壓位于貝加爾湖以南，中心氣壓值為942 hpa，冷空氣主力位于新疆、青海、甘肅交界處，地面冷鋒位于河西走廊中部。23時(shí)（圖略），地面冷鋒位置維持，冷鋒后3 h變壓為+4.2 hpa，此時(shí)河西強(qiáng)對流已開始發(fā)展。4日02時(shí)（圖略），地面冷鋒緩慢東移過境，冷空氣主體已經(jīng)移入河西西部與青海西部，肅南縣受冷鋒與低空冷暖氣流交匯影響，突降暴雨。08時(shí)，冷空氣主體東移入侵酒泉大部分地區(qū)，地面鋒面東移至河?xùn)|地區(qū)，山丹焉支山開始出現(xiàn)強(qiáng)降水，持續(xù)到12時(shí)之后開始減弱。

圖2 2015年7月3日20時(shí)地面天氣形勢

3 水汽條件及動力條件

3.1 水汽通量和水汽通量散度

此次短時(shí)強(qiáng)降水天氣過程，3日20時(shí)來自華中地區(qū)的東南風(fēng)暖濕氣流與來自巴湖的西北冷濕急流建立起通往河西地區(qū)的水汽輸送通道。3日20時(shí)700 hpa水汽通量散度，大量暖濕氣流從華中東南向河西地區(qū)中西部匯集，并且中心值較大，使得河西走廊中西部底層增溫增濕，大氣層結(jié)呈強(qiáng)烈對流不穩(wěn)定狀態(tài)。4日08時(shí)，華中一帶東南低空急流穩(wěn)定維持，西北急流加強(qiáng)，緩慢向東推進(jìn)至張掖、武威交界處，形成張掖上空一直維持的水汽通量高值區(qū)，大量水汽匯合與青海湖到張掖地區(qū)，形成中心值為較大的水汽通量匯合區(qū)。因此，來自巴湖西北冷濕氣流的輸送和華中一帶的東南低空急流為此次暴雨過程提供了充沛的水汽和水汽輸送條件。

3.2 動力作用和不穩(wěn)定條件

3.2.1 渦度場、散度場和垂直速度場。物理量場中的散度、渦度及垂直速度的演變和分布與暴雨的形成發(fā)展有著十分密切的關(guān)系。本次較短時(shí)間的強(qiáng)降水天氣過程，降水發(fā)生前3日20時(shí)，沿38.9°N渦度剖面圖上，甘肅、新疆交界處一帶以及肅南縣上空為氣旋式流場，輻合上升，散度剖面圖上，河西中西部上空中心散度值為負(fù)的輻合區(qū)，低層暖濕氣流便于向降雨區(qū)域上空輸送。3日20時(shí)沿39°N垂直速度剖面圖顯示，肅南上空整層為負(fù)的垂直速度，最大值中心數(shù)值較大，垂直上升運(yùn)動非常強(qiáng)烈，降水發(fā)生前強(qiáng)的垂直上升運(yùn)動為雨區(qū)上空輸送水汽和不穩(wěn)定能量。4日02時(shí)，沿38.9°N渦度剖面圖上，甘肅酒泉到肅南縣之間有輻合上升區(qū)，散度剖面圖上，酒泉到肅南有中心散度值為負(fù)的輻合區(qū)，沿38.8°N的垂直速度剖面圖上，肅南上空整層ω為負(fù)值，最大值絕對值較大，肅南縣開始出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水。根據(jù)散度場和渦度場的垂直結(jié)構(gòu)分析得出結(jié)論，當(dāng)玉門鎮(zhèn)和庫爾勒暴雨發(fā)生時(shí)，高層出現(xiàn)輻散，低層出現(xiàn)輻合，有很強(qiáng)的垂直上升運(yùn)動，對對流不穩(wěn)定能量的釋放是非常有利的。這樣，渦度場、散度場以及垂直速度場的相互配合，就為民樂、肅南、山丹沿祁連山一帶暴雨的發(fā)生提供了很好的動力條件。

3.2.2 對流不穩(wěn)定指數(shù)。強(qiáng)降水的產(chǎn)生比一般降水條件要求更嚴(yán)格，不但需要充足的水汽條件和源源不斷的水汽供應(yīng)，還必須具備一定的不穩(wěn)定能量條件。通?？梢杂肧I指數(shù)、K指數(shù)、CAPE值來判斷大氣層結(jié)穩(wěn)定度。對探空站酒泉與張掖的各項(xiàng)指數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，短時(shí)強(qiáng)降水前只有敦煌K指數(shù)較大，為36，張掖與酒泉都沒有，積聚的不穩(wěn)定能量還沒有移動到降水區(qū)。而SI指數(shù)酒泉為1.15，張掖為1.73，此時(shí)大氣層結(jié)相對穩(wěn)定。而降水中的4日08時(shí)，三站K指數(shù)均較大，敦煌為37，酒泉為37，張掖為36，SI指數(shù)均為負(fù)值，與降水前形成鮮明對比，更是說明了此次短時(shí)強(qiáng)降水天氣過程能量積蓄時(shí)間短，但是積蓄的能量大，突發(fā)性強(qiáng)的特點(diǎn)。降水結(jié)束后，K指數(shù)減小，但是SI指數(shù)進(jìn)一步減小。從此可以看出對西北干旱區(qū)的暴雨，K指數(shù)符合的較好，有一定的指示意義，而SI指數(shù)存在一定的滯后性，指示意義較差。

4 結(jié)語

1）此次暴雨天氣過程主要由地面冷鋒，華中一帶東南暖濕氣流、巴湖西北急流、山區(qū)地形抬升作用共同影響形成的。

2）從巴湖過來的西北急流與華中一帶的東南暖濕氣流在此次暴雨天氣過程中扮演重要的角色，他們作為水汽的重要輸送通道，為暴雨區(qū)輸送不穩(wěn)定能量及水汽條件。短時(shí)強(qiáng)降水基本產(chǎn)生在兩股急流交匯處。

3）地形的抬升作用和其上空輻合線（700 hpa）共同作用，是短時(shí)強(qiáng)降水產(chǎn)生的觸發(fā)條件。因其導(dǎo)致不穩(wěn)定能量迅速積聚與釋放，從而誘發(fā)短時(shí)強(qiáng)降水天氣的發(fā)生。

4）高層的輻散，低層的輻合，強(qiáng)勁的西北低空急流因地形因素的迅速抬升，形成了整層的上升運(yùn)動，為大暴雨的發(fā)展和維持提供動力條件。