2016年8月22日—23日甘南局地暴雨天氣過(guò)程分析

王洪陽(yáng)

（迭部縣氣象局，甘肅 迭部 747400）

暴雨天氣是甘肅省甘南州主要災(zāi)害天氣之一，其來(lái)勢(shì)兇猛，危害大，常常伴有大風(fēng)、短時(shí)強(qiáng)降水等破壞性天氣。開(kāi)展對(duì)暴雨過(guò)程的研究，對(duì)防災(zāi)減災(zāi)和預(yù)報(bào)預(yù)警等有重要作用。2016年8月甘南州的這次暴雨天氣過(guò)程，降水時(shí)間長(zhǎng)，降水量大，對(duì)研究暴雨的形成、發(fā)展等有重要參考意義，下面就此次暴雨天氣過(guò)程進(jìn)行分析。

1 暴雨過(guò)程概述

2016年8月22日15時(shí)開(kāi)始，甘肅省甘南州西北部先后出現(xiàn)了雷電、冰雹、暴雨等短時(shí)強(qiáng)對(duì)流天氣。截止2016年8月23日08時(shí)統(tǒng)計(jì)，甘南州西北部普降小到中雨，局部地方降大到暴雨，其中碌曲城區(qū)出現(xiàn)大暴雨（突破有歷史記錄以來(lái)的降水量日最大值），降水量達(dá)123.5 mm，合作市區(qū)、夏河城區(qū)、夏河吉利出現(xiàn)暴雨，降水量分別為：71.5 mm、61.4 mm、71.6 mm。受短時(shí)強(qiáng)降水影響，夏河、碌曲、合作等地均發(fā)生不同程度的災(zāi)情，多處道路被沖毀，民房進(jìn)水，城市供電、供水、地下管網(wǎng)等基礎(chǔ)設(shè)施大面積受損，給人們的出行和戶外作業(yè)造成較大困難。針對(duì)這次局地性強(qiáng)降水，甘南州氣象臺(tái)及時(shí)發(fā)布了暴雨黃色預(yù)警信號(hào)，根據(jù)天氣演變情況隨后升級(jí)到暴雨紅色預(yù)警信號(hào)，同時(shí)發(fā)布了山洪氣象風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警、中小河流洪水及地質(zhì)災(zāi)害氣象風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警。

2 環(huán)流形勢(shì)分析

2.1 環(huán)流演變

據(jù)2016 年8月22日08時(shí)500 hPa高空?qǐng)D（圖1）上分析，中高緯度為兩槽一脊環(huán)流形勢(shì)，亞洲中低緯度受副熱帶高壓控制，副熱帶高壓呈東西向帶狀分布,為此次暴雨天氣過(guò)程提供了有利的大尺度條件[1]。其588 gpm線西伸到青藏高原西部地區(qū)，東亞大陸上存在多個(gè)塊狀592 gpm高壓中心，其中在西北地區(qū)東部，副熱帶高壓與大陸高壓之間的輻合區(qū)隨副熱帶高壓的短期變化而東西擺動(dòng)；22日20時(shí)，原來(lái)控制高原東部地區(qū)的高壓中心東退，并與華北地區(qū)副熱帶高壓中心合并，穩(wěn)定維持在江淮地區(qū)，同時(shí)在青藏高原東部與甘南西部之間有弱的風(fēng)切變，甘南恰好處于副熱帶高壓邊緣，受其外圍的西南氣流影響，這個(gè)區(qū)域聚集了形成豐沛降水的有利條件，源源不斷輸入熱量、能量和暖濕氣流，山地地形對(duì)氣流起到抬升作用，促進(jìn)空氣垂直運(yùn)動(dòng)，一股弱冷空氣的觸發(fā)，使得強(qiáng)對(duì)流云團(tuán)不斷形成、聚集，引發(fā)持續(xù)性降水；23日08時(shí)，高壓中心進(jìn)一步西伸北抬，甘南處于592 gpm線內(nèi)部，強(qiáng)降水基本結(jié)束。

圖1 8月22日08時(shí)500 hPa高空?qǐng)D

據(jù)2016年8月22日08時(shí)700 hPa高空?qǐng)D可以發(fā)現(xiàn)，在青藏高原東部形成東北—西南向切變線，20時(shí)，切變已經(jīng)東移至甘南北部合作至碌曲一帶，加之這個(gè)區(qū)域聚集了形成豐沛降水的有利條件，源源不斷輸入熱量、能量和暖濕氣流等影響，甘南地區(qū)將受持續(xù)性降水、冰雹等惡劣天氣[2]。直到23日08時(shí)，切變已經(jīng)基本上東移出甘南，降水已經(jīng)結(jié)束。

2.2 地面形勢(shì)

2016 年8月22日14時(shí)甘南上游已出現(xiàn)降水，20時(shí)，中心值為998的低壓中心恰好位于甘南西部，并有向東移動(dòng)趨勢(shì)，合作開(kāi)始出現(xiàn)強(qiáng)降水；時(shí)至23日08時(shí)，低壓中心東移出甘南并減弱，此時(shí)強(qiáng)降水已基本上結(jié)束。

3 中尺度環(huán)境條件場(chǎng)以及探空資料分析

3.1 中尺度環(huán)境條件場(chǎng)分析

據(jù)2016年8月22日08時(shí)的中尺度環(huán)境條件場(chǎng)實(shí)況和22日20時(shí)的中尺度環(huán)境條件場(chǎng)實(shí)況分析可知，水汽條件：08時(shí)和20時(shí)甘南州大部分地方700 hPa溫度露點(diǎn)差均≤3 ℃，全州700 hPa比濕均≥8 g/kg，08時(shí)最大達(dá)13.5 g/kg，20時(shí)最大可達(dá)15.2 g/kg，且西部一直有≤-1kg/（hPa·m2·s）的水汽通量散度，說(shuō)明水汽在此處有積聚；不穩(wěn)定條件：甘南至內(nèi)蒙古始終存在溫度脊，有利于氣流上升，K指數(shù)始終大于30 ℃，有對(duì)流發(fā)展?jié)搫?shì)；抬升條件：700 hPa切變線08時(shí)位于青海東部，500 hPa槽線位于甘南北部至內(nèi)蒙古中部。20時(shí)200 hPa有急流，且700 hPa切變線東移至甘南西北部，500 hPa新疆東北部有顯著流線，槽線東移出甘南。

3.2 探空資料分析

探空?qǐng)D能較好的反映該站的天氣特點(diǎn)。據(jù)08時(shí)探空?qǐng)D（如圖2）分析，對(duì)流層底部均有風(fēng)向、風(fēng)速的垂直切變，暴雨發(fā)生前，Tlogp圖上有上干下濕的對(duì)流不穩(wěn)定發(fā)展，且不斷增強(qiáng)，中低層有弱的暖平流伸展到300 hPa，對(duì)流有效位能大，從14時(shí)訂正后的探空?qǐng)D可看出對(duì)流有效位能明顯增大。

圖2 8月22日08時(shí)探空?qǐng)D

22日08時(shí)，K指數(shù)為35 ℃，至20時(shí)，K指數(shù)升高到40 ℃，其增值達(dá)5 ℃，同時(shí)，沙氏指數(shù)Si明顯下降，由-1.05 ℃下降到-3.16 ℃，Cape值08時(shí)值最大，至20時(shí)能量釋放較多，而700 hPa的θse自08時(shí)的87 ℃上升至20時(shí)的95 ℃，根據(jù)8月22日08時(shí)和20時(shí)的700 hPa假相當(dāng)位溫變化情況分析，08時(shí)，甘南處于高能區(qū)，假相當(dāng)位溫大于等于80 ℃，至20時(shí)甘南大部分地方假相當(dāng)位溫上升至88 ℃以上，有利于該地區(qū)對(duì)流發(fā)生和中尺度系統(tǒng)生成。

4 物理量診斷分析

強(qiáng)降水天氣不僅需要有利的水汽條件及水汽輸送通道，還需有利的觸發(fā)和維持動(dòng)力條件。通過(guò)對(duì)強(qiáng)降水前、強(qiáng)降水期間的水汽和動(dòng)力條件診斷，分析此次暴雨天氣物理量的上下配置及演變過(guò)程。

4.1 水汽通量散度分析

4.1.1 水汽通量散度定義及概述

水汽通量散度：在單位時(shí)間內(nèi)匯入單位體積或從該體積輻散出的水汽量，單位為克每百帕平方厘米秒。

水汽通量散度和水汽通量一樣也是一個(gè)向量，由水平運(yùn)動(dòng)而引起單位時(shí)間內(nèi)、單位體積中水汽的任一地點(diǎn)的水汽通量散度，均可由風(fēng)、溫度和比濕資料計(jì)算出來(lái)，并可繪成等值線圖。散度為正的地區(qū)表示水汽自該地區(qū)的四周輻散，稱該地區(qū)為水汽源，在這種情況下，水汽源的降水比較少；反之散度為負(fù)的地區(qū)，表示四周有水汽向該地匯聚，稱該地為水汽匯，降水比較多。形成暴雨的必要條件之一，是要有足夠的水分，單靠當(dāng)?shù)匾延械乃质遣豢赡苄纬杀┯甑模仨氁性丛床粩嗟乃斎氡┯陞^(qū)，水汽通量散度就是為了定量描述水汽輸送的方向、大小以及水汽在何處集中[3]。

4.1.2 暴雨過(guò)程中水汽通量散度分析

水汽通量散度可以揭示水汽輸送是否在某個(gè)區(qū)域集中以及集中的程度。沿102.9°E制做8月22日14:00—20:00水汽通量散度的經(jīng)向剖面圖。從22日14時(shí)水汽通量散度場(chǎng)可以看出在甘南北部中低層有弱的水汽輻合，有一個(gè)較大值中心位于合作，中心值-10×10-7g·cm-2·hPa-1·s-1，高層有弱的輻合。中低層輻合區(qū)范圍擴(kuò)大強(qiáng)度加強(qiáng)，中低層水汽輻合中心處于合作附近，中心值達(dá)-24×10-7g·cm-2·hPa-1·s-1，高層有弱的輻合。說(shuō)明在水汽通量發(fā)生氣旋式輻合的位置，水汽的集中程度最高，這對(duì)形成暴雨的水汽條件有很好的指示意義。

4.2 相對(duì)濕度分析

相對(duì)濕度的大小可以直接反映空氣距離飽和的程度。為了解暴雨過(guò)程整層濕度的分布特征，沿102.9°E制做8月22日14:00—20:00相對(duì)濕度的經(jīng)向剖面圖。從（圖3）可以看出: 在34°～36°N范圍內(nèi)，強(qiáng)降雪發(fā)生前22日14:00，600 hPa以下的相對(duì)濕度50%～60%之間，而高層的相對(duì)濕度在10%～50%，在400 hPa高度上相對(duì)濕度大值中心，強(qiáng)度達(dá)到50%；14:00至20:00高濕區(qū)明顯增厚，相對(duì)濕度大于70%的濕區(qū)向上延伸至400 hPa以上，500 hPa以下相對(duì)濕度大于90%。暴雨發(fā)生期間中低層相對(duì)濕度明顯增大，濕層明顯增厚[4]。

圖3 8月22日14時(shí)沿102.9°E相對(duì)濕度剖面

5 云圖、雷達(dá)回波資料分析

5.1 云圖分析

在連續(xù)強(qiáng)降水過(guò)程中，針對(duì)8月22日15時(shí)—8月23日06時(shí)云圖的連續(xù)性演變進(jìn)行了分析，造成本次降水的云系主要為高原東部的對(duì)流云團(tuán)隨副高東撤南下進(jìn)入甘南，且該云團(tuán)強(qiáng)度發(fā)展并加強(qiáng)。從22日15時(shí)開(kāi)始，高原上對(duì)流云團(tuán)開(kāi)始發(fā)展，甘南開(kāi)始有中低云系生成，此時(shí)最小云頂亮溫為283.33 K，隨著副熱帶高壓的東退，對(duì)流云團(tuán)迅速增強(qiáng)，22時(shí)，在碌曲上空發(fā)展旺盛，最小云頂亮溫為191.06 K，21—22時(shí)僅兩小時(shí)碌曲城區(qū)降水量達(dá)114.3 mm；23時(shí)開(kāi)始，對(duì)流云團(tuán)逐漸減弱東移，最小云頂亮溫回升為202.59，23日03時(shí)后，對(duì)流云團(tuán)迅速減弱移出本地，降水也隨之結(jié)束。

5.2 多普勒雷達(dá)分析

暴雨是在有利的天氣尺度背景條件下，不同尺度系統(tǒng)相互作用下形成的[4]，中尺度對(duì)流系統(tǒng)是產(chǎn)生暴雨的重要原因。時(shí)空分辨率較低的常規(guī)觀測(cè)資料通常難以判斷強(qiáng)降水出現(xiàn)時(shí)間、強(qiáng)度和落區(qū)。多普雷天氣雷達(dá)不僅可以提取回波的反射率因子，還可以從雷達(dá)回波中提取降水目標(biāo)物沿雷達(dá)徑向的運(yùn)動(dòng)速度，是研究暴雨中小尺度天氣系統(tǒng)的主要手段之一。利用天氣雷達(dá)資料進(jìn)行暴雨識(shí)別與中小尺度系統(tǒng)判識(shí)中，雷達(dá)反射率因子強(qiáng)度以及回波系統(tǒng)的尺度、移動(dòng)速度以及移動(dòng)方向與回波長(zhǎng)軸的夾角等是識(shí)別暴雨回波的重要特征。短時(shí)強(qiáng)降水回波的生成可分為四個(gè)類型，即回波移動(dòng)型、聚合加強(qiáng)型、本地匯聚型和暴雨型，本次暴雨過(guò)程雨強(qiáng)大，持續(xù)時(shí)間短，屬于聚合加強(qiáng)型。下面利用上述雷達(dá)資料對(duì)此次強(qiáng)烈對(duì)流天氣的演變和結(jié)構(gòu)特征等進(jìn)行分析。

2016年8月22日—23日的暴雨過(guò)程屬于積狀云和層狀云的混合型降水，甘南州合作市東北部，夏河縣中部以及碌曲縣和迭部縣的北部都有零散的小尺度塊狀單體生成并發(fā)展，此后，雷達(dá)回波不斷發(fā)展加強(qiáng)，于17時(shí)04分，由多單體合并發(fā)展為兩個(gè)強(qiáng)度中心分別為51 dBz和47 dBz的中尺度強(qiáng)對(duì)流單體風(fēng)暴。18點(diǎn)40分，位于夏河的多單體逐漸發(fā)展旺盛，在夏河、碌曲一帶連成了一片，形成了片狀回波，且逐漸增強(qiáng)并向東邊移動(dòng)，位于合作的多單體逐漸減弱，此時(shí)，夏河已出現(xiàn)強(qiáng)降水。20時(shí)37分，夏河降水已逐漸減弱，片狀回波東移至合作碌曲一帶，與合作碌曲一帶的塊狀回波聚合加強(qiáng)并嵌在片狀回波中形成混合回波，此時(shí)，合作強(qiáng)降水開(kāi)始，碌曲已出現(xiàn)雷暴。21時(shí)09分，碌曲出現(xiàn)強(qiáng)降水，合作降水已減弱。23日00時(shí)21分，強(qiáng)回波逐漸減弱東移，基本已經(jīng)離開(kāi)甘南，甘南本次暴雨過(guò)程基本結(jié)束。經(jīng)過(guò)對(duì)反射率因子與降水量的分析，可以清楚地看到，降水量與反射率因子有著相對(duì)應(yīng)的關(guān)系。

據(jù)22日17時(shí)30分的雷達(dá)組合反射率圖（如圖4（a））可看出，合作上空出現(xiàn)高懸的強(qiáng)回波，回波強(qiáng)度最高達(dá)50 dBz以上，對(duì)反射率因子核心做了拋面（如圖4（b）），發(fā)現(xiàn)最強(qiáng)回波位置掃不到頂，回波核強(qiáng)度為50 dBz，高度在3.5 km左右，因此推斷此處回波強(qiáng)度比較大，回波高度比較高，有可能出現(xiàn)冰雹。后期經(jīng)過(guò)證實(shí)，此時(shí)此處確實(shí)出現(xiàn)了冰雹。

圖4 雷達(dá)組合反射率圖

8月22日18時(shí)03分至40分0.5度仰角150 km探測(cè)范圍內(nèi)的徑向速度場(chǎng)（單位：m/s），22日18時(shí)03分，合作附近出現(xiàn)了低空急流，經(jīng)過(guò)對(duì)周圍水氣含量的分析，此過(guò)程伴隨著水汽輸送，但時(shí)間較短，18時(shí)24分，低空急流開(kāi)始減弱，至18時(shí)40分已消失。這個(gè)短暫的過(guò)程，雖然對(duì)合作的降水量和降水時(shí)間有所增加，但由于時(shí)間比較短，所以未能造成太大的影響。

22日18時(shí)56分（如圖5），零速度線穿過(guò)測(cè)站，呈弱的“S”型分布，低層為西南風(fēng)，夏河有低層輻合，低層輻合滿足了夏河地區(qū)強(qiáng)降水的抬升條件，增強(qiáng)了對(duì)流效果[5]，這在降水量和降水時(shí)間上都起到了很重要的增強(qiáng)效果。約半小時(shí)后，輻合逐漸減弱，最終消失。

圖5 22日18時(shí)56分徑向速度場(chǎng)

6 小結(jié)

文章從環(huán)流演變、中小尺度環(huán)境條件天氣系統(tǒng)的分析，結(jié)合衛(wèi)星云圖和雷達(dá)資料，對(duì)2016年8月22日—23日出現(xiàn)在甘南西北部的一次局地大暴雨過(guò)程進(jìn)行了綜合分析，得出以下結(jié)論。

（1）本次甘南西北部局地暴雨過(guò)程為大尺度環(huán)流下的中小尺度強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程，副熱帶高壓及其東西向擺動(dòng)是此次局地大暴雨過(guò)程的天氣尺度系統(tǒng)和大尺度環(huán)流背景，暴雨發(fā)生前持續(xù)幾天的高溫狀態(tài)，造成大氣不穩(wěn)定能量不斷積累，為中尺度系統(tǒng)形成創(chuàng)造了有利的環(huán)境條件，地形的抬升為中尺度系統(tǒng)的發(fā)展提供了很好的觸發(fā)條件。

（2）500 hPa西北地區(qū)東部低槽、700 hPa青海東部切變、副熱帶高壓、地面暖低壓是主要的天氣尺度影響系統(tǒng)。700 hPa切變東移影響本地，偏東風(fēng)和偏南風(fēng)帶來(lái)了充沛的水汽，并在甘南北部出現(xiàn)了弱的水汽的輻合，水汽迅速增加和水汽輻合與暴雨區(qū)基本相一致，同時(shí)上升運(yùn)動(dòng)為強(qiáng)降水提供了動(dòng)力條件。

（3）探空資料顯示，對(duì)流有效位能增大及濕層逐漸深厚等都對(duì)此次雷暴、冰雹以及暴雨有很好的指示意義；從中尺度環(huán)境條件場(chǎng)分析可知，溫度露點(diǎn)差、比濕場(chǎng)、水汽通量散度等變化都說(shuō)明水汽在甘南西北部有匯聚，溫度脊說(shuō)明甘南北部有上升氣流，K指數(shù)說(shuō)明有對(duì)流發(fā)展?jié)搫?shì)，這些都為強(qiáng)降水提供了不穩(wěn)定條件，最后，切變線的東移起了抬升作用。

（4）此次暴雨過(guò)程與水汽通量散度場(chǎng)變化和相對(duì)濕度有著密切的聯(lián)系。水汽通量散度很好地體現(xiàn)了暴雨落區(qū)，在甘南北部，水汽的集中程度最高；相對(duì)濕度則反映出暴雨發(fā)生期間中低層相對(duì)濕度明顯增大，濕層明顯增厚。

（5）衛(wèi)星云圖比較清晰地反映了對(duì)流云團(tuán)生成、東移發(fā)展、最終減弱移出甘南的整個(gè)過(guò)程；在多普勒雷達(dá)反射率因子圖上，能更清楚地看到對(duì)流單體的生成及發(fā)展過(guò)程，且通過(guò)對(duì)徑向速度場(chǎng)、組合反射率以及剖面等圖的分析，能夠清楚地發(fā)現(xiàn)低空急流和低層輻合等有利于暴雨和冰雹發(fā)生的信號(hào)。