2020年7月18日舟曲暴雨可預(yù)報性討論

王 濤，李小霞，楊春芽

1.舟曲縣氣象局，甘肅舟曲 746300；2.張家川縣氣象局，甘肅張家川 741500

大氣降水是水資源的重要來源，是地表水和地下水的最終補(bǔ)給。在全球氣候變暖的大背景影響下，區(qū)域內(nèi)降水量也隨著時間發(fā)生了不同程度的變化，降水量的改變造成干旱、洪澇等極端天氣氣候事件多發(fā)、頻發(fā)，并衍生地質(zhì)災(zāi)害、泥石流、洪澇等次生災(zāi)害，使社會經(jīng)濟(jì)及國民生命財產(chǎn)安全遭受嚴(yán)重制約和損失[1-2]。

舟曲縣位于甘肅省的南部，處于南秦嶺山地，岷山山系自東南向西北橫貫全境，境內(nèi)地勢呈現(xiàn)西北高、東南低的特點，山巒疊嶂，溝壑縱橫，屬于典型的高山峽谷區(qū)，山高、谷深，坡陡、土薄，如果出現(xiàn)強(qiáng)降水天氣，荒山荒坡水土流失、泥石流和山體滑坡等地質(zhì)災(zāi)害嚴(yán)重。舟曲縣屬于溫暖帶氣候區(qū)，年平均氣溫12.7℃，冬無嚴(yán)寒，夏無酷暑，年降雨量400~800 mm，降水年內(nèi)分布不均，干旱、冰雹、大風(fēng)、暴雨等氣象災(zāi)害頻發(fā)，特別是暴雨引發(fā)的山洪、地質(zhì)災(zāi)害等影響較為嚴(yán)重，氣象防災(zāi)極其重要，而加強(qiáng)暴雨天氣的預(yù)報分析是加強(qiáng)防災(zāi)減災(zāi)服務(wù)的有力保障。

1 天氣實況

2020年7月17—18日，舟曲縣普降大雨，哈迭、頭溝壩、大峽溝、坪定、茶坪、東山6站出現(xiàn)暴雨，降水中心哈迭降水量69.2 mm（圖1a）。主要降水時段在18日凌晨至清晨，其中頭溝壩、哈迭先 后 在18日03:00~04:00、05:00~06:00出現(xiàn)短時強(qiáng)降水，降水量分別為24.3 mm、20.0 mm(圖1b)，降水過程中伴有雷暴，降水以對流性質(zhì)開始，穩(wěn)定性質(zhì)結(jié)束。

圖1 舟曲縣2020年7月17—18日降水量（a）和哈迭站氣象要素隨時間的變化（b）

2 天氣形勢

如圖2a所示，7月17日20:00 500 hPa上，整個甘肅都處于低槽后部西北氣流中，500 hPa高空鋒區(qū)壓至甘肅中部，冷空氣已影響甘肅大部，青藏高原中部有一低槽。在低層700 hPa（圖2b），從甘肅至四川盆地北部，基本為西北風(fēng)或東北風(fēng)，僅合作和武都為偏東風(fēng)。

圖2 舟曲縣2020年7月17日20:00 500 hPa（a）和700 hPa（b）高空形勢場

基于以上形勢場分析，基本可以認(rèn)為，可能影響舟曲的西風(fēng)帶天氣系統(tǒng)已經(jīng)過境，500 hPa和700 hPa表現(xiàn)為北風(fēng)的情況下，水汽輸送將會不足，而暴雨的形成僅僅靠本地水汽是不夠的，必須有水汽的輸送；700 hPa低層甘肅南部至四川盆地為北風(fēng)主導(dǎo)，通常而言，北風(fēng)是干冷的，因此認(rèn)為這樣的大氣層結(jié)是趨于穩(wěn)定的；常規(guī)經(jīng)驗來看，500 hPa高原槽尚在青藏高原中部，在短時間內(nèi)影響到舟曲的可能性較小。在水汽輸送、不穩(wěn)定條件、抬升觸發(fā)機(jī)制均表現(xiàn)較差的情況下，如果單從形勢來簡單外推，基本認(rèn)為舟曲在短時間內(nèi)出現(xiàn)暴雨的可能性不大[3-4]。

但事實情況是，在18日凌晨出現(xiàn)雷暴，緊接著出現(xiàn)短時強(qiáng)降水，多站降水量達(dá)到暴雨，因此有必要對此次天氣過程的成因和可預(yù)報性作深入分析。

3 暴雨的成因分析

3.1 水汽及水汽輸送

17日20:00，在500 hPa上，雖然高原槽尚在青藏高原中部，但是700 hPa上青藏高原南部巴塘和林芝站比濕已達(dá)12~13 g/kg，舟曲附近的武都和合作站為偏東風(fēng)，比濕達(dá)11~14 g/kg，上述4站表現(xiàn)為明顯的比濕大值中心（圖3a），說明高原上確實已經(jīng)形成水汽輸送通道，暖濕氣流被輸送到甘肅南部，輸送來的水汽在甘肅南部輻合，形成水汽通量散度負(fù)值中心（圖3b）。

如圖3c所示，在17日20:00武都探空圖上，700~500 hPa相對濕度較大，而其他層次相對濕度小，原因可能是青藏高原海拔在3 000~5 000 m之間（圖3d），于是水汽輸送在500~700 hPa附近，武都處于高原邊坡，濕度增長也將從500~700 hPa之間開始，這也說明舟曲附近的水汽輸送剛剛建立。

圖3 2020年7月17日20:00 700 hPa比濕場和風(fēng)場（a）、700 hPa水汽通量散度（b）、武都站探空圖（c）和地形圖（d）

3.2 不穩(wěn)定能量條件

雖然在17日08:00合作、武都均已出現(xiàn)西北風(fēng)（圖略），說明此時冷空氣已經(jīng)影響到甘肅，但是甘肅南部地區(qū)由于白天晴朗少云（圖4a），太陽輻射對地面的加熱作用明顯，地面長波輻射也將對大氣加熱顯著，尤其是合作海拔在3 000 m左右，大氣層薄，太陽輻射對大氣的間接加熱作用更加顯著，這樣輻射升溫抵消了冷空氣造成的平流降溫。于是即便在北風(fēng)主導(dǎo)的情況下，仍然可以形成低層暖層。另外，根據(jù)之前分析，20:00西南暖濕氣流輸送已經(jīng)建立，將也將有利于形成暖濕層結(jié)。從17日20:00 700 hPa溫度場來看，合作和武都2站為14℃的暖中心（圖4b）。

圖4 2020年7月17日14:00紅外云圖（a）、700 hPa溫度場（b）

到了夜間，太陽輻射消失，但甘肅地區(qū)北風(fēng)依舊維持，冷空氣還存在，青藏高原上暖濕氣流向東北發(fā)展，冷暖空氣在甘肅南部交匯（圖5a中紅色箭頭代表暖濕氣流，藍(lán)色箭頭代表干冷平流），形成強(qiáng)降水。

圖5a為18日08:00的24 h降水，可見25 mm以上的降水區(qū)域集中在甘肅南部，而在甘肅南部附近的其他地區(qū)，雖然也形成了降水，降水量級要較該區(qū)域小，充分說明冷暖空氣在此交匯對暴雨形成起到了決定性作用。

由圖5b可知，甘肅南部到四川北部，有一沙氏指數(shù)的負(fù)值中心，說明該地區(qū)大氣是不穩(wěn)定的，而在其以北，沙氏指數(shù)為正值，說明該地區(qū)大氣層結(jié)是穩(wěn)定的。這充分證明了冷暖空氣在此交匯，建立了不穩(wěn)定層結(jié)。

圖5 2020年7月18日04:00紅外云圖疊加18日08:00 24 h降水（a）、沙氏指數(shù)分布（b）

3.3 抬升觸發(fā)機(jī)制

從17日20:00 500 hPa高空圖和18日08:00 500 hPa高空圖（圖6a）的變化來看，高原槽迅速移動，在移動過程中觸發(fā)了對流。判斷其快速移動的原因為500 hPa西北氣流強(qiáng)勁（17日20:00甘肅有站點風(fēng)速達(dá)20 m/s以上），且在下游無強(qiáng)的系統(tǒng)阻擋，于是西風(fēng)帶氣流迅速東移，促使高原槽也迅速東移。

從700 hPa露點溫度來看（圖6b），合作至武都為露點溫度大值區(qū)域，而該區(qū)域以東為小值區(qū)域，這樣，就形成了一條露點鋒。恰好在500 hPa高原槽移近，露點鋒將特別活躍，因此，露點鋒也是此次對流的觸發(fā)條件之一。

圖6 舟曲縣2020年7月18日08:00 500 hPa高空圖（a）和700 hPa露點溫度（b）

4 結(jié)論及討論

（1）西風(fēng)帶槽后西北氣流有兩個作用，一方面攜帶冷空氣疊加在甘肅南部的低層暖層之上，形成不穩(wěn)定層結(jié)；另一方面，促使下游系統(tǒng)在500 hPa引導(dǎo)氣流作用下迅速東移，高原槽受下游效應(yīng)作用也迅速東移，而觸發(fā)對流。

（2）高原槽前西南氣流加強(qiáng)北上，與東移南壓的冷空氣在甘肅南部交匯，冷暖空氣的交匯對暴雨的形成起到了決定性作用。

（3）水汽從高原上輸送，而在甘肅南部輻合；太陽輻射加熱作用對層結(jié)不穩(wěn)定的建立起到了重要作用；此次暴雨天氣過程的觸發(fā)系統(tǒng)為500 hPa高原槽和700 hPa露點鋒。

（4）如果根據(jù)形勢進(jìn)行常規(guī)外推，可能對此次暴雨造成漏報。而EC模式對此次過程的形勢和量級均有較好的預(yù)報，參考模式之后，對此次過程預(yù)報準(zhǔn)確，效果良好。但是，700 hPa上一直表現(xiàn)為北風(fēng)主導(dǎo)，這仍然是需要深入分析的，在今后的預(yù)報過程中需要引起注意。