黃河中游一次致洪暴雨過(guò)程的天氣學(xué)診斷

喬春貴 梁鈺 王君 戴翠賢

摘 要：利用美國(guó)氣象環(huán)境預(yù)報(bào)中心制作的NCEP 1°×1°再分析資料和黃河流域國(guó)家氣象站（國(guó)家基準(zhǔn)、基本和一般氣象站）、區(qū)域站（地面加密觀測(cè)站）逐小時(shí)降水資料，對(duì)2018年7月10—11日黃河流域中游出現(xiàn)的致洪暴雨過(guò)程進(jìn)行診斷分析，結(jié)果表明：受臺(tái)風(fēng)“瑪麗亞”西北移動(dòng)影響，副高穩(wěn)定少動(dòng)，低槽移動(dòng)緩慢，導(dǎo)致降水維持時(shí)間長(zhǎng)，降水落區(qū)呈東北西南向;暴雨區(qū)主要的水汽來(lái)源為臺(tái)風(fēng)“瑪利亞”，受黃河中游地形和中高緯度西北氣流的影響，水汽通量輻合區(qū)域走向和暴雨落區(qū)一致，850—700 hPa為暴雨主要水汽輸送層;暴雨區(qū)出現(xiàn)在中低層θse等值線密集區(qū)右側(cè)暖區(qū)一側(cè)，且中層存在θse/p>0的大值區(qū)域;高低空急流存在明顯的耦合機(jī)制，中低層輻合區(qū)、高層輻散區(qū)重疊是降水強(qiáng)度增強(qiáng)和喬溝灣站大暴雨產(chǎn)生的主要原因，200 hPa散度正值區(qū)的移動(dòng)早于低層散度負(fù)值區(qū)的移動(dòng)，對(duì)降水落區(qū)移動(dòng)有指示意義。700 hPa鋒生函數(shù)水平分布和降水分布較為一致，鋒生函數(shù)數(shù)值南小北大的水平分布和降水分布一致，鋒生函數(shù)的大值中心和降水量超過(guò)100 mm的中心吻合。

關(guān)鍵詞：水汽通量;水汽通量散度;高低空急流耦合;鋒生函數(shù);黃河中游

中圖分類號(hào)：P458.1+21.1;TV882.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A doi：10.3969/;.issn.1000-1379.2021.08.005

引用格式：?jiǎn)檀嘿F，梁鈺，王君，等.黃河中游一次致洪暴雨過(guò)程的天氣學(xué)診斷[J].人民黃河，2021，43（8）：26-32.

Abstract： Using the NCEP 1°×1° reanalysis data produced by the U.S. Center for Meteorological and Environmental Prediction and the hourly precipitation data from the National Weather Station （national reference， basic and general weather station） and regional station （ground-based encrypted observation station） of the Yellow River Basin， the paper diagnosed and analyzed the process of flood-causing rainstorms that occurred in the middle reaches of the Yellow River Basin on July 10 and 11， 2018. The outcomes show that affected by the northwest movement of Typhoon Maria， the subtropical high is stable and moves less， and the low trough moves slowly， leading to long precipitation maintenance time and falling precipitation. The area is in the northeast-southwest direction; the main source of water vapor in the heavy rain area is typhoon Maria. Affected by the topography of the middle reaches of the Yellow River and the northwest airflow at mid-high latitudes， the trend of the water vapor flux convergence area is the same as that of the rainstorm area， 850-700 hPa It is the main water vapor transport layer of the rainstorm; the rainstorm area appears on the side of the warm area on the right side of the dense θse contour area in the middle and low layers， and there is a large value area of θse/p>0 in the middle layer; the high and low jets have obvious coupling mechanism， the convergence of the middle and low levels and the overlap of the high-level divergence areas are the main reasons for the increase in precipitation intensity and the heavy rain at Qiaogouwan Station. The movement of the 200 hPa positive divergence area is earlier than that the movement of the low-level divergence area. Movement is indicative. The horizontal distribution of the frontogenesis function at 700 hPa is consistent with the distribution of precipitation. The horizontal distribution of the frontogenesis function value is consistent with the distribution of precipitation in the south and the north is large. The large value center of the frontogenesis function coincides with the center where the precipitation exceeds 100 mm.

Key words： water vapor flux; water vapor flux divergence; high-level jet coupling; frontogenesis function; Middle Yellow River

暴雨是氣象災(zāi)害中最嚴(yán)重、最常發(fā)生的災(zāi)害之一，易造成大量人員傷亡和重大經(jīng)濟(jì)損失[1]。黃河中游地處中國(guó)內(nèi)陸，其暴雨具有華北暴雨的一些特點(diǎn)，國(guó)內(nèi)有很多學(xué)者對(duì)華北地區(qū)的暴雨從天氣形勢(shì)演變、水汽通量分布特點(diǎn)、季風(fēng)暖濕輸送帶、干冷空氣作用等方面進(jìn)行了深入的分析總結(jié)[2-13]。黃河中游暴雨與華北地區(qū)暴雨產(chǎn)生條件有很大的不同，黃河中游地區(qū)水汽條件相對(duì)較差，大范圍強(qiáng)降水過(guò)程出現(xiàn)較少，雖然也有一些學(xué)者對(duì)黃河中游暴雨的水汽輸送、中尺度數(shù)值模擬等方面進(jìn)行了研究[14-20]，但是對(duì)黃河中游致洪暴雨、大暴雨落區(qū)的全面診斷和分析較少。

2018年7月10—11日，黃河中游地區(qū)出現(xiàn)了一次大范圍的暴雨過(guò)程，使渭河發(fā)生超警戒水位洪水，渭河華縣站7月14日出現(xiàn)3 400 m3/s的洪峰流量，潼關(guān)站出現(xiàn)入汛后最大的洪峰流量4 620 m3/s。暴雨洪澇災(zāi)害造成人員傷亡、房屋倒塌等嚴(yán)重后果，直接經(jīng)濟(jì)損失數(shù)億元。針對(duì)此次強(qiáng)降水過(guò)程，黃河流域氣象中心提前做出了預(yù)報(bào)，但預(yù)報(bào)量級(jí)偏小，大暴雨落區(qū)偏南。

為了更清晰地認(rèn)識(shí)此次暴雨的形成機(jī)理，利用美國(guó)氣象環(huán)境預(yù)報(bào)中心制作的NCEP 1°×1°的每6 h間隔再分析資料，結(jié)合黃河流域國(guó)家站（國(guó)家基準(zhǔn)氣象站、國(guó)家基本氣象站和國(guó)家一般氣象站）、區(qū)域站（地面加密觀測(cè)站）逐小時(shí)降水實(shí)測(cè)資料，從強(qiáng)降水發(fā)生和持續(xù)時(shí)水汽、熱力、動(dòng)力等物理?xiàng)l件變化及中尺度結(jié)構(gòu)特征方面作詳細(xì)診斷分析，以揭示黃河中游暴雨機(jī)理、凝練預(yù)報(bào)指標(biāo)，為提高黃河中游致洪暴雨預(yù)報(bào)水平和防災(zāi)減災(zāi)能力提供參考。

1 暴雨實(shí)況

2018年7月10—11日，黃河中游出現(xiàn)一次大范圍暴雨天氣過(guò)程，雨帶呈東北-西南向分布（見(jiàn)圖1），降水從甘肅東南部開始，向東北方向移動(dòng)，從山西北部移出黃河流域。降水過(guò)程持續(xù)31 h，以穩(wěn)定性降水為主，局部伴有短時(shí)強(qiáng)降水，最大小時(shí)雨強(qiáng)26.2 mm。國(guó)家站降水量大于50 mm的有56站，最大的為榆林站（90.6 mm），中北部出現(xiàn)多個(gè)降水量在100 mm以上的區(qū)域站，最大值為榆林市靖邊縣的喬溝灣站（151.7 mm）。

2 大尺度環(huán)流背景

烏拉爾山以東和鄂霍次克海以東均為高壓脊，兩脊之間東經(jīng)75°—140°范圍內(nèi)為穩(wěn)定而寬廣的低壓環(huán)流，貝加爾湖有冷中心，低壓底部不斷分裂冷空氣隨短波槽向東南方向擴(kuò)散。東經(jīng)100°附近為一低槽，副熱帶高壓較強(qiáng)，黃河中游處于低槽前和588 dagpm線邊緣的西南氣流之中。第8號(hào)臺(tái)風(fēng)“瑪利亞”加強(qiáng)成超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)向西北移動(dòng)，使副高穩(wěn)定少動(dòng)，低槽移動(dòng)緩慢，降水在黃河中游得以長(zhǎng)時(shí)間維持，7月10日20時(shí)低槽進(jìn)一步加深，此時(shí)降水范圍擴(kuò)大，雨量增大。到11日2時(shí)和8時(shí)，受副高北抬影響，低槽沿副高邊緣向東北方向收縮移動(dòng)，黃河中游的降水也自西南向東北方向移動(dòng)，形成了東北西南向的暴雨帶，并逐漸移出。

3 環(huán)境條件診斷

為了分析強(qiáng)降水落區(qū)的垂直環(huán)流特征，選取降水量最大的喬溝灣站（東經(jīng)108.9°，北緯37.4°）作為研究對(duì)象，分析該站暴雨發(fā)生前、中、后不同時(shí)段垂直方向的風(fēng)場(chǎng)、濕度場(chǎng)和垂直速度場(chǎng)的變化，直觀地診斷分析此次強(qiáng)降水過(guò)程。

3.1 垂直環(huán)流特征

圖2給出了強(qiáng)降水時(shí)段10日14時(shí)—11日8時(shí)沿北緯37.4°緯向垂直環(huán)流情況，陰影區(qū)為相對(duì)濕度>90%區(qū)域，黑色陰影為地形高度，紅色三角為喬溝灣站位置，等值線為垂直速度（單位Pa/s）和風(fēng)（鳳羽，單位m/s）合成，箭頭表示次級(jí)環(huán)流（紅色表示上升，藍(lán)色表示下沉）。

10日14時(shí)地面—700 hPa在東經(jīng)106°—107°有西北風(fēng)和偏南風(fēng)形成的輻合，輻合層垂直且深厚，其上空是較深厚的西南氣流。10日20時(shí)輻合區(qū)東移到東經(jīng)108°—109°，11日2時(shí)在輻合區(qū)東側(cè)垂直方向出現(xiàn)大于12 m/s的西南急流。在高空急流入口區(qū)右側(cè)、低空急流出口區(qū)左側(cè)東經(jīng)106°—112°范圍內(nèi)形成了一個(gè)較強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)區(qū)（等值虛線），上升到150 hPa，中心極值達(dá)-2.17 Pa/s。喬溝灣站上空有強(qiáng)垂直上升運(yùn)動(dòng)，西邊形成弱下沉氣流，形成了次級(jí)環(huán)流，有利于垂直運(yùn)動(dòng)的發(fā)展和增強(qiáng)，由于地形為西高東低（黑色陰影），因此位于低層的東南氣流在地形作用下抬升，在迎風(fēng)坡一側(cè)形成上升運(yùn)動(dòng)，對(duì)降水有增強(qiáng)作用。同時(shí)中層西南氣流（伴有急流）源源不斷輸送水汽，在上升運(yùn)動(dòng)區(qū)內(nèi)出現(xiàn)相對(duì)濕度大于90%的濕度準(zhǔn)飽和區(qū)，垂直上升運(yùn)動(dòng)把中低層的水汽往上輸送，使喬溝灣站濕區(qū)厚度為地面—150 hPa。強(qiáng)降水減弱階段（11日8時(shí)），隨著低層輻合系統(tǒng)東移到東經(jīng)110°，整層準(zhǔn)飽和區(qū)減小，上升運(yùn)動(dòng)區(qū)厚度變薄，并隨低層輻合系統(tǒng)東移到東經(jīng)110°，降水減弱趨于結(jié)束。

3.2 水汽特征

暴雨的形成需要源源不斷的水汽輸送到暴雨區(qū)，水汽的輸送有兩個(gè)要素，一是需要有水汽源，二是需要有大氣環(huán)流輸送和渦動(dòng)輸送的配合。水汽的輸送是把水汽源中的水汽沿著流場(chǎng)的方向輸送到暴雨區(qū)，并在暴雨區(qū)形成水汽的輻合聚集。

3.2.1 水汽分布特征

對(duì)暴雨過(guò)程中喬溝灣站的水汽條件進(jìn)行空間—時(shí)間分析，見(jiàn)圖3（a），（a）圖中陰影為比濕，等值線為水汽通量散度，矢量箭頭為水汽通量，（b）（c）圖中陰影區(qū)為水汽通量積分值，單位103 g/（cm hPa s），流線為水汽通量積分輸送方向，紅色等值線分別為700、850 hPa水汽通量散度負(fù)值區(qū)，單位為10-7 g/（cm2 hPa s），黑色陰影對(duì)應(yīng)高度上的地形。暴雨開始前（10日8時(shí)和14時(shí)）喬溝灣站上空濕層較淺薄，水汽主要集中在600 hPa以下，水汽含量占整層水汽含量的97.5%和97.8%。暴雨開始時(shí)，600 hPa以上濕度明顯提高，濕層增厚，等比濕2 g/kg線由10日8時(shí)的600 hPa升高到300 hPa，600 hPa上比濕從10日8時(shí)的2.4 g/kg增大到20時(shí)的8.38 g/kg，11日2時(shí)進(jìn)一步增大到8.62 g/kg，達(dá)到最大，小時(shí)雨強(qiáng)隨濕度增大而增強(qiáng)，11日0—1時(shí)的雨量為26.2 mm，達(dá)到最強(qiáng)，11日8時(shí)比濕降至7.81 g/kg，隨后喬溝灣站降水減弱，11日3時(shí)以后降水量在5 mm以下，11日14時(shí)比濕減小到2.72 g/kg，降水停止。比濕的變化和小時(shí)雨強(qiáng)關(guān)系密切，在強(qiáng)降水發(fā)生時(shí)段，整層比濕增大，濕層明顯增厚。

分析該站水汽通量和水汽通量散度（圖3（a）中矢量箭頭和等值線）發(fā)現(xiàn)，暴雨發(fā)生前，700 hPa以下水汽從東南向西北方向輸送，降水最強(qiáng)時(shí)段在800—600 hPa出現(xiàn)最大水汽通量，700 hPa以上水汽從西南往東北方向輸送，在10日20時(shí)和11日2時(shí)出現(xiàn)較強(qiáng)的水汽通量散度負(fù)值區(qū)，11日2時(shí)中心值為-8.46×10-7 g/（cm2 hPa s）。

3.2.2 水汽輸送特征

為了診斷水汽源地和不同高度的水汽輸送通道及水汽輻合特征，對(duì)11日2時(shí)地面—300 hPa、地面—850 hPa、850—700 hPa水汽通量進(jìn)行垂直積分，分析發(fā)現(xiàn)地面—300 hPa整層水汽輸送到暴雨區(qū)的水汽通道（見(jiàn)圖3（b））有3個(gè)：一是“瑪利亞”臺(tái)風(fēng)向西移動(dòng)，其北側(cè)的水汽輸送通道是從安徽、河南輸送到暴雨區(qū);二是來(lái)自南海的水汽在往北輸送的過(guò)程中與從臺(tái)風(fēng)北側(cè)往西南輸送的水汽匯合后，從廣西、四川北上進(jìn)入暴雨區(qū);三是從孟加拉灣沿西南氣流向東北方向輸送到黃河流域。從水汽通量的數(shù)值（陰影區(qū)）分析，來(lái)自孟加拉灣往東北輸送的水汽較少，其最北端到達(dá)黃河流域南部和第2個(gè)通道匯合輸送到暴雨區(qū)，對(duì)暴雨區(qū)水汽輸送貢獻(xiàn)不大。水汽的主要來(lái)源是臺(tái)風(fēng)“瑪利亞”所建立的水汽通道往暴雨區(qū)不斷輸送水汽，700 hPa上從東南輸送的水汽通量和中高緯度的西北氣流在暴雨區(qū)輻合，形成水汽通量散度負(fù)值區(qū)（紅色虛線），呈東北西南向。分析地面—850 hPa的水汽通量積分（見(jiàn)圖3（c））可知，臺(tái)風(fēng)所形成的東風(fēng)氣流把水汽輸送到暴雨區(qū)，黃河中游流域地形為西南高東北低（圖3（c）黑色陰影），水汽輸送到暴雨區(qū)后受到地形的抬升，在地形迎風(fēng)坡（850 hPa）形成較強(qiáng)的東北西南向水汽通量散度負(fù)值區(qū)（紅色虛線），和暴雨落區(qū)一致。850—700 hPa水汽輸送量（圖略）明顯比地面—850 hPa的大，在暴雨區(qū)形成大于3×104 g/（cm hPa ）水汽通量的大值區(qū)域。850—700 hPa水汽通道上的水汽通量是地面—850 hPa的4～12倍，在黃河中游暴雨區(qū)達(dá)10～30倍，因此可知850—700 hPa是暴雨區(qū)的主要水汽輸送層（見(jiàn)圖3（d）），分析黃河中游高海拔地區(qū)強(qiáng)降水天氣的水汽條件時(shí)，應(yīng)關(guān)注850—700 hPa的水汽輸送。

3.3 假相當(dāng)位溫分析

通常情況下，取θse=340 K作為高暖濕氣團(tuán)和一般氣團(tuán)的分界線，等值線密集區(qū)（即θse梯度大值區(qū)）是能量鋒區(qū)，代表干冷暖濕空氣的交匯區(qū)[21]。在垂直結(jié)構(gòu)上，當(dāng)θse/p>0時(shí)，大氣層結(jié)處于不穩(wěn)定狀態(tài)，該區(qū)域是大氣不穩(wěn)定區(qū)域[22]。

700 hPa上，10日8時(shí)暴雨發(fā)生前，黃河中游暴雨區(qū)有θse高值區(qū)，呈東北偏東向，有暖舌向北伸展，見(jiàn)圖4（a）。10日14時(shí) 340 K線東側(cè)的能量鋒區(qū)緩慢東移，強(qiáng)降水發(fā)生在鋒區(qū)的右側(cè)即暖區(qū)一側(cè)，10日20時(shí)和11日2時(shí)隨著鋒區(qū)東移到暴雨區(qū)時(shí)降水最強(qiáng)，鋒區(qū)演變成東北西南向，鋒區(qū)和暴雨的走向一致（圖4（b））。11日8時(shí)鋒區(qū)在暴雨區(qū)上空，暴雨區(qū)西部的降水減弱（圖略）。11日14時(shí)和20時(shí)鋒區(qū)移出暴雨區(qū)（圖略），強(qiáng)降水結(jié)束。通過(guò)分析可知降水的移動(dòng)、走向和鋒區(qū)一致，降水在340 K線密集區(qū)暖區(qū)一側(cè)。

對(duì)喬溝灣站10日8時(shí)沿東經(jīng)108.9°的θse（陰影區(qū)）和θse/p（等值線）的空間分布分析，北緯35°—40°上空700—500 hPa有強(qiáng)不穩(wěn)定層，中心強(qiáng)度為15 K/hPa，北緯34°—37°中低層為大氣穩(wěn)定區(qū)域，在這種大氣垂直分布狀態(tài)下有利于降水天氣的發(fā)生。11日2時(shí)不穩(wěn)定能量得到釋放，隨后降水減弱。

3.4 高低空急流的耦合分析

朱乾根等[23]對(duì)1998年7月22日8時(shí)至14時(shí)武漢發(fā)生的一次強(qiáng)降水過(guò)程進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)高空西風(fēng)急流、低空偏西風(fēng)急流和邊界層偏南風(fēng)急流上下耦合對(duì)暴雨形成和維持至關(guān)重要。

2018年7月10—11日暴雨過(guò)程最明顯的特征是在強(qiáng)降水發(fā)生時(shí)存在明顯的高低空急流耦合機(jī)制。10日14時(shí)200 hPa 南亞高壓呈東西帶狀，見(jiàn)圖5（a）。陰影為200 hPa散度負(fù)值區(qū)，單位為10-5 s-1;黑色風(fēng)向桿為200 hPa急流風(fēng)速≥30 m/s;黑色等值線為200 hPa高度場(chǎng);紅色等值線為700 hPa散度負(fù)值區(qū)，單位為10-5 s-1;紅色風(fēng)向桿為700 hPa急流風(fēng)速≥12 m/s;綠色等值線為850 hPa散度負(fù)值區(qū)，單位為10-5 s-1;綠色風(fēng)向桿為850 hPa急流風(fēng)速≥12 m/s。

其北側(cè)有大于30 m/s高空偏西急流，在高空急流入口區(qū)右側(cè)存在9.8×10-5 s-1的強(qiáng)輻散中心（陰影區(qū)）。同時(shí)700 hPa上存在一支伸向黃河中游南部流域大于12 m/s偏南強(qiáng)風(fēng)帶（紅色風(fēng)向桿），其出口區(qū)左側(cè)形成-9.5×10-5 s-1的強(qiáng)輻合中心（紅色等值線），同時(shí)850 hPa上有東南急流（綠色風(fēng)向桿）由東海伸向黃河中游，在其出口區(qū)的左側(cè)有東北西南向的散度負(fù)值區(qū)（綠色等值線），散度中心值為-6.8×10-5 s-1。可見(jiàn)，在高空急流入口區(qū)右側(cè)強(qiáng)輻散區(qū)域和低空急流出口區(qū)左側(cè)強(qiáng)輻合區(qū)域形成高低空急流的耦合機(jī)制，此時(shí)黃河中游流域南部出現(xiàn)強(qiáng)降水。20時(shí)南亞高壓增強(qiáng)，其北界1 252 dagpm線隨之北抬（見(jiàn)圖5（b）），高空急流也隨之北抬，此時(shí)700 hPa上轉(zhuǎn)為西南急流，急流強(qiáng)度增強(qiáng)，850 hPa上的東南急流也增強(qiáng)，同時(shí)200 hPa強(qiáng)輻散區(qū)北抬至喬溝灣站附近，700 hPa和850 hPa的強(qiáng)輻合區(qū)位于中游流域中南部，此時(shí)強(qiáng)降水落區(qū)北抬，在流域中、北部降水增強(qiáng)，南部降水維持。11日2時(shí)700 hPa上西南急流帶范圍增大，850 hPa上東南急流增強(qiáng)，200 hPa、700 hPa和850 hPa散度區(qū)的位置重疊在中游流域中北部的喬溝灣站附近（見(jiàn)圖5（c）），此時(shí)該區(qū)域降水強(qiáng)度增大，為最強(qiáng)降水時(shí)段，100 mm以上降水出現(xiàn)在該區(qū)域。11日8時(shí)，輻合輻散位置移動(dòng)到山西北部（見(jiàn)圖5（d）），此時(shí)山西北部降水強(qiáng)度增強(qiáng)，南部、中部降水減弱并逐漸停止。由此可知，高低空急流耦合機(jī)制存在且隨其輻合輻散區(qū)域移動(dòng)，高低空急流強(qiáng)度提高，輻合輻散區(qū)重疊在同一個(gè)區(qū)域是黃河中游降水強(qiáng)度增強(qiáng)和喬溝灣站大暴雨產(chǎn)生的主要原因，另外200 hPa散度大值區(qū)的移動(dòng)早于低層散度值移動(dòng)，和降水強(qiáng)度增大區(qū)域一致。

3.5 鋒生函數(shù)診斷分析

朱乾根等[24]認(rèn)為，鋒生導(dǎo)致水平位溫梯度隨時(shí)間增大，形成垂直于鋒區(qū)暖區(qū)上升、冷區(qū)下沉的次級(jí)環(huán)流。本文計(jì)算了此次天氣過(guò)程鋒生函數(shù)，鋒生函數(shù)采用標(biāo)量鋒生函數(shù)，考慮到此次過(guò)程大氣水汽含量大，大氣處于準(zhǔn)飽和狀態(tài)，熱力參數(shù)采用假相當(dāng)位溫[25-26]。

3.5.1 鋒生函數(shù)的高度-時(shí)間分布

鄭婧等[27]對(duì)江西北部短時(shí)大暴雨過(guò)程的鋒生函數(shù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)中尺度鋒生中心與該時(shí)刻降水中心位置吻合，且新的暴雨云團(tuán)位于強(qiáng)鋒生中心前進(jìn)方向的東側(cè)、鋒生梯度最大處。本文計(jì)算喬溝灣站鋒生函數(shù)7月10日8時(shí)—11日8時(shí)高度-時(shí)間序列演變（圖6（a）），10日8時(shí)喬溝灣站上空鋒生弱，對(duì)應(yīng)該站無(wú)降水產(chǎn)生，14時(shí)地面—850 hPa出現(xiàn)中心為15.74×10-10 K/（ms）的鋒生值，隨后在暴雨區(qū)14—15時(shí)突然出現(xiàn)13.4 mm的降水。10日20時(shí)和11日2時(shí)喬溝灣站上空出現(xiàn)了15.1×10-10 ～26.79×10-10 K/（ms）的鋒生函數(shù)值，位于700—750 hPa上，對(duì)應(yīng)時(shí)刻在700 hPa上出現(xiàn)強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)，11日8時(shí)以后隨著鋒生函數(shù)減小，降水減弱并逐漸消失。從以上分析可以看到，喬溝灣站上空鋒生函數(shù)的演變和降水量增大關(guān)系密切。

3.5.2 鋒生函數(shù)的水平分布

分析700 hPa上黃河流域鋒生函數(shù)水平分布情況，14時(shí)在黃河上游北部出現(xiàn)強(qiáng)的鋒生函數(shù)正值分布區(qū)域，上游南部也出現(xiàn)鋒生函數(shù)正值分布區(qū)域（圖6（b））。20時(shí)隨著鋒區(qū)東移，在暴雨區(qū)北部呈現(xiàn)中心為50×10-10 K/（ms）的正值區(qū)，南部呈現(xiàn)30×10-10K/（ms）的正值區(qū)（見(jiàn)圖6（c）），鋒生函數(shù)數(shù)值南小北大的水平分布和降水南小北大的分布一致。11日2時(shí)流域南部鋒生減弱，鋒生函數(shù)值減?。ㄒ?jiàn)圖6（d）），對(duì)應(yīng)的南部降水減弱并逐漸停止。此時(shí)中北部區(qū)域出現(xiàn)兩個(gè)中心，兩個(gè)中心和降水量100 mm以上區(qū)域基本吻合，在喬溝灣站西北部有鋒生函數(shù)負(fù)值區(qū)域，存在明顯鋒消。11日8時(shí)隨著鋒消移動(dòng)到喬溝灣站附近，降水逐漸停止。由以上分析可知，700 hPa鋒生函數(shù)的水平分布和降水的分布基本一致，鋒生的加強(qiáng)對(duì)降水增強(qiáng)至關(guān)重要。

4 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)2018年7月10—11日黃河中游地區(qū)暴雨過(guò)程的天氣動(dòng)力學(xué)診斷分析，得到如下主要結(jié)論。

（1）受臺(tái)風(fēng)“瑪利亞”西北移動(dòng)影響，副高穩(wěn)定少動(dòng)，使低槽移動(dòng)緩慢，降水落區(qū)沿低槽移動(dòng)方向呈東北西南向，降水維持時(shí)間長(zhǎng)。垂直方向上在暴雨區(qū)出現(xiàn)次級(jí)環(huán)流，為暴雨的發(fā)生提供了強(qiáng)烈的動(dòng)力條件。

（2）暴雨區(qū)的水汽來(lái)源于東海、南海和孟加拉灣，其中主要的水汽來(lái)源為東海即由臺(tái)風(fēng)“瑪利亞”建立的水汽通道向暴雨區(qū)不斷輸送水汽。受中高緯度西北氣流和黃河中游地區(qū)地形的作用，水汽輸送到暴雨區(qū)后產(chǎn)生水汽的輻合區(qū)。850—700 hPa是暴雨區(qū)的主要水汽輸送層。

（3）強(qiáng)降水出現(xiàn)在θse鋒區(qū)的右側(cè)暖區(qū)一側(cè)，并隨鋒區(qū)的移動(dòng)而移動(dòng)，暴雨和鋒區(qū)的走向一致。垂直方向上θse呈漏斗狀分布，低層有高θse分布，呈高溫、高濕狀態(tài)，中層存在強(qiáng)的θse/p>0不穩(wěn)定區(qū)域。

（4）暴雨過(guò)程中高低空急流存在明顯的耦合機(jī)制，強(qiáng)降水落區(qū)隨輻合輻散區(qū)域移動(dòng)，高低空急流強(qiáng)度增強(qiáng)，輻合輻散區(qū)重疊在同一個(gè)區(qū)域是降水強(qiáng)度增強(qiáng)和喬家灣站大暴雨產(chǎn)生的主要原因。

（5）700 hPa鋒生函數(shù)水平分布與降水分布較為一致，鋒生函數(shù)數(shù)值南小北大的水平分布和降水南小北大的分布一致，鋒生函數(shù)的大值中心和降水量超過(guò)100 mm的中心吻合，因此鋒生函數(shù)可以作為診斷強(qiáng)降水落區(qū)的物理量指標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李澤椿，諶蕓，張芳華，等.由河南“75·8”特大暴雨引發(fā)的思考[J].氣象與環(huán)境科學(xué)，2015，38（3）：1-12.

[2] 趙思雄，孫建華，魯蓉，等.“7·20”華北和北京大暴雨過(guò)程的分析[J].氣象，2018，44（3）：351-360.

[3] 符嬌蘭，馬學(xué)款，陳濤，等.“16·7”華北極端強(qiáng)降水特征及天氣學(xué)成因分析[J].氣象，2017，43（5）：528-539.

[4] 慕建利，李澤椿，趙琳娜，等.“07.08”陜西關(guān)中短歷時(shí)強(qiáng)暴雨水汽條件分析[J].高原氣象，2012，31（4）：1042-1052.

[5] 柳艷菊，丁一匯，張穎嫻，等.季風(fēng)暖濕輸送帶與北方冷空氣對(duì)“7·21”暴雨的作用[J].熱帶氣象學(xué)報(bào)，2015，31（6）：721-732.

[6] 韓作強(qiáng)，張獻(xiàn)志，蘆璐，等.厄爾尼諾現(xiàn)象對(duì)黃河流域汛期降水的影響分析[J].氣象與環(huán)境科學(xué)，2019，42（1）：73-78.

[7] 孫永剛，孟雪峰，仲夏，等.河套氣旋發(fā)展東移對(duì)一次北京特大暴雨的觸發(fā)作用[J].高原氣象，2014，33（6）：1665-1673.

[8] 趙宇，崔曉鵬，高守亭.引發(fā)華北特大暴雨過(guò)程的中尺度對(duì)流系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特征研究[J].大氣科學(xué)，2011，35（5）：945-962.

[9] 楊克明，林建，康志明，等.2004年7月黃淮特大暴雨的天氣動(dòng)力學(xué)分析[J].高原氣象，2006，25（5）：781-791.

[10] 張文龍，崔曉鵬.近50 a華北暴雨研究主要進(jìn)展[J].暴雨災(zāi)害，2012，31（4）：384-391.

[11] 高守亭，周玉淑，冉令坤.我國(guó)暴雨形成機(jī)理及預(yù)報(bào)方法研究進(jìn)展[J].大氣科學(xué)，2018，42（4）：833-846.

[12] 陳順勝，周珂，劉琦.商丘市“8·18”暴雨洪水分析[J].人民黃河，2020，42（增刊2）：19-20.

[13] 梁鈺，喬春貴，董俊玲.近34年河南首場(chǎng)暴雨時(shí)空分布特征及環(huán)流背景分析[J].氣象與環(huán)境科學(xué)，2020，43（2）：26-32.

[14] 李小莉，惠小英，程麟生.黃河中游一次中層低渦暴雨的中尺度數(shù)值模擬[J].高原氣象，1995，14（3）：305-313.

[15] 楚楚，任立新.黃河源區(qū)2018年洪水特性分析[J].人民黃河，2020，42（增刊2）：14-16.

[16] 董立清，任金聲，徐瑞珍，等.黃河中游強(qiáng)暴雨過(guò)程的中低緯度環(huán)流特征和水汽輸送[J].應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)，1996，7（2）：160-168.

[17] 鄭世林，趙培娟，吳蓁，等.臺(tái)風(fēng)倒槽導(dǎo)致河南不同強(qiáng)度降水的對(duì)比分析[J].氣象與環(huán)境科學(xué)，2020，43（2）：11-20.

[18] 胡玉梅，劉恒，徐林澤，等.小浪底庫(kù)區(qū)一次極端大暴雨事件的診斷與模擬[J].人民黃河，2019，41（增刊2）：6-8.

[19] 宋清芝，呂林宜.黃河中游一次致洪暴雨過(guò)程的形成機(jī)理[J].氣象與環(huán)境科學(xué)，2018，41（2）：52-59.

[20] 陳軍武，黃維東，朱曉濤，等.祖厲河流域最大暴雨洪水特性研究[J].人民黃河，2020，42（4）：7-11，29.

[21] 黃楚惠，李國(guó)平.一次東移高原低渦的天氣動(dòng)力學(xué)診斷分析[J].氣象科學(xué)，2007，27（增刊1）：36-43.

[22] 胡富泉，郭敏，張家澄.強(qiáng)對(duì)流天氣短期預(yù)報(bào)θse特型法的業(yè)務(wù)應(yīng)用[J].成都?xì)庀髮W(xué)院學(xué)報(bào)，1999，14（3）：28-34.

[23] 朱乾根，周偉燦，張海霞.高低空急流耦合對(duì)長(zhǎng)江中游強(qiáng)暴雨形成的機(jī)理研究[J].南京氣象學(xué)院學(xué)報(bào)，2001，24（3）：308-314.

[24] 朱乾根，林錦瑞，壽紹文，等.天氣學(xué)原理和方法[M].4版.北京：氣象出版社，2007：94-106.

[25] 段旭，段瑋，張亞男，等.利用鋒生函數(shù)對(duì)2008年年初昆明準(zhǔn)靜止鋒生消過(guò)程的診斷分析[J].大氣科學(xué)，2019，43（2）：325-338.

[26] 李兆慧，王東海，王建捷，等.一次暴雪過(guò)程的鋒生函數(shù)和急流—鋒面次級(jí)環(huán)流分析[J].高原氣象，2011，30（6）：1505-1515.

[27] 鄭婧，孫素琴，許愛(ài)華，等.強(qiáng)鋒區(qū)結(jié)構(gòu)的梅雨鋒短時(shí)暴雨形成和維持機(jī)制[J].高原氣象，2015，34（4）：1084-1094.

【責(zé)任編輯 張 帥】