2018年7月1—2日吳忠暴雨成因分析

摘 要：采用美國(guó)國(guó)家環(huán)境預(yù)報(bào)中心和美國(guó)國(guó)家大氣研究中心的逐日四次2.5°×2.5°再分析資料和氣象信息綜合處理系統(tǒng)中的常規(guī)觀測(cè)資料、衛(wèi)星云圖和多普勒雷達(dá)等多源氣象資料，綜合運(yùn)用天氣學(xué)原理與方法、天氣學(xué)診斷分析等課程的內(nèi)容，對(duì)2018年7月1—2日發(fā)生在吳忠市的強(qiáng)降水過(guò)程的降水特征、天氣背景及相關(guān)物理量場(chǎng)進(jìn)行分析。結(jié)果表明：此次強(qiáng)降水過(guò)程是高低空系統(tǒng)共同作用的結(jié)果；低壓、高空槽、低壓倒槽和切變線是主要影響系統(tǒng)；孟加拉灣為此次暴雨過(guò)程主要的水汽來(lái)源，整個(gè)過(guò)程中濕層很厚；中尺度系統(tǒng)的有利配置是造成此次強(qiáng)降水過(guò)程的重要原因；上冷下暖結(jié)構(gòu)有利于不穩(wěn)定層結(jié)發(fā)展；吳忠市與高低空急流、高空槽、地面倒槽、切變線等的配置均有利于暴雨的產(chǎn)生。

關(guān)鍵詞：暴雨；水汽；抬升；不穩(wěn)定條件

中圖分類號(hào)：P458.121.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2024）09–0-03

暴雨是我國(guó)主要的災(zāi)害性天氣之一，通常產(chǎn)生在有利的大尺度環(huán)流背景下，由中小尺度天氣系統(tǒng)發(fā)展而成[1-2]。充足的水汽是產(chǎn)生暴雨的重要條件之一。因此，暴雨區(qū)的水汽來(lái)源與水汽通道是研究者重點(diǎn)關(guān)注與研究的問(wèn)題之一。相關(guān)研究表明，通常孟加拉灣、南海和西太平洋為華北地區(qū)暴雨供應(yīng)充足的水汽，但由于低值系統(tǒng)、風(fēng)場(chǎng)切變等的位置不同，各個(gè)水汽通道輸送的水汽通量有所差異[3-4]。對(duì)暴雨區(qū)水汽來(lái)源和水汽通道的研究與探索幫助人們認(rèn)識(shí)了暴雨區(qū)的主要水汽來(lái)源和水汽通道，但對(duì)輸送的水汽的量及短時(shí)強(qiáng)降水的量的研究尚待深入。對(duì)此，以2018年7月1日—2日寧夏回族自治區(qū)吳忠市暴雨為研究對(duì)象，從天氣雷達(dá)資料、天氣形勢(shì)的演變和主要影響系統(tǒng)進(jìn)行研究，通過(guò)對(duì)降水過(guò)程的熱力、水汽和動(dòng)力條件的診斷分析，重點(diǎn)剖析吳忠市大降水的成因，以加深對(duì)此類天氣的認(rèn)識(shí)，完善此類天氣的預(yù)報(bào)思路。

1 降水概況

受冷空氣及偏南暖濕氣流的共同影響，2018年7月1—2日清晨，吳忠市出現(xiàn)中到大雨，局地暴雨，最大累計(jì)降水量（99.9 mm）出現(xiàn)在青銅峽廣武火車站，最大小時(shí)雨（55.8 mm/h）強(qiáng)出現(xiàn)在同心丁塘鎮(zhèn)新華村。吳忠市有49個(gè)自動(dòng)氣象站累計(jì)降水量超過(guò)50 mm（圖1）。

從2018年7月1日02：00—2日08：00逐6 h強(qiáng)降水落區(qū)圖（圖2）可以看出，此次過(guò)程中吳忠市主要強(qiáng)降水時(shí)段為1日08：00～14：00，并于1日14：00左右達(dá)到最強(qiáng)。1日05：00（圖2a），吳忠南部地區(qū)開(kāi)始降水，隨后雨帶擴(kuò)大并向偏北方向移動(dòng)。1日08：00（圖2b）左右，雨帶位于吳忠南部地區(qū)，降水強(qiáng)度及范圍明顯增大。1日14：00（圖2c）左右，雨帶移至吳忠中部地區(qū)，6 h累計(jì)降水達(dá)到最強(qiáng)。之后強(qiáng)降水區(qū)域縮小，降水強(qiáng)度減弱。

2 環(huán)流形勢(shì)及中尺度系統(tǒng)配置

2.1 500 hPa環(huán)流形勢(shì)分析

從500 hPa天氣實(shí)況圖可知，2018年6月30日08：00，40°N以北地區(qū)為一寬廣的低壓帶。我國(guó)呈“兩槽一脊”形勢(shì)，2個(gè)槽分別位于巴爾喀什湖北部、貝加爾湖東部地區(qū)。寧夏處于580和584線之間。吳忠市處于高空槽后脊前控制下。7月1日08：00，吳忠市位于貝加爾湖冷槽底前部，并不斷有冷空氣東移南下，高原上有偏南氣流發(fā)展，槽的北段有較強(qiáng)的冷平流配合，發(fā)展加強(qiáng)；南段冷平流較弱，故南段槽減弱。雨帶主要分布在吳忠中南部。1日20：00，短波槽不斷東移至內(nèi)蒙古到甘肅一帶，雨帶向北擴(kuò)大。

2.2 700 hPa環(huán)流形勢(shì)分析

從700 hPa天氣實(shí)況圖可知，30日08：00，吳忠市處于低壓控制，從內(nèi)蒙古到青海有一槽。30日20：00，青海有一低壓，中心為304 dagpm，槽向東移動(dòng)，逐漸接近吳忠市。1日08：00，低壓移至內(nèi)蒙古北側(cè)地區(qū)。低壓繼續(xù)發(fā)展，范圍擴(kuò)大。蒙古低槽東移發(fā)展，有一股暖濕空氣北抬至吳忠市，與槽后冷空氣交匯。吳忠市處于槽前，同時(shí)出現(xiàn)東南急流，吳忠市位于槽前與東南急流左側(cè)，有利于上升運(yùn)動(dòng)的發(fā)展。此時(shí)，雨帶擴(kuò)大至吳忠南部地區(qū)，降水強(qiáng)度增大。1日20：00，低壓不斷東移，中心位于內(nèi)蒙古北側(cè)，強(qiáng)度變化不大。切變線位于內(nèi)蒙古至固原一帶。吳忠市處在切變線南側(cè)，有利于輸送水汽。

2.3 850 hPa環(huán)流形勢(shì)分析

從850 hPa天氣實(shí)況圖可知，30日08：00，內(nèi)蒙古北部有一低壓控制，并延伸出一槽，吳忠市處于槽后，北方偏東北氣流與偏南氣流在寧夏西北部形成風(fēng)向與風(fēng)速的切變。30日20：00，西藏地區(qū)有一低壓。1日08：00，低壓繼續(xù)發(fā)展，中心為1 014.0 hPa，移動(dòng)緩慢。此時(shí)西南急流繼續(xù)加強(qiáng)，吳忠市在低壓的控制下，延伸一槽位于寧夏西部，吳忠市處在槽前西南氣流中，有利于水汽輸送，此時(shí)雨帶位于吳忠市南部地區(qū)。1日20：00，低壓繼續(xù)維持在內(nèi)蒙古北部，吳忠市受暖切影響，此時(shí)暖切正位于吳忠市東南部地區(qū)。暖切附近風(fēng)速較大，大雨及以上量級(jí)降水沿暖切出現(xiàn)在吳忠市中南部。

2.4 地面低壓中心演變

從2018年6月30日08：00—7月1日20：00地面低壓中心演變圖可知，此次過(guò)程中雨帶的移動(dòng)方向與地面低壓中心的移動(dòng)方向基本一致，即由南向北方向移動(dòng)。6月30日08：00，吳忠市南部地區(qū)處于高空槽后，地面低壓中心位于內(nèi)蒙古西側(cè)，吳忠市處于低壓底后部西南氣流控制下。6月30日20：00，高空系統(tǒng)增強(qiáng)，地面低壓向北移并發(fā)展為閉合低壓環(huán)流，中心為995 hPa，此時(shí)吳忠南部地區(qū)受低壓底部偏南氣流控制。7月1日08：00，高空低壓繼續(xù)發(fā)展、低壓槽附近風(fēng)速增大，使得高空槽前正渦度平流增強(qiáng)，導(dǎo)致地面低壓隨之增強(qiáng)，移速減慢，控制吳忠南部地區(qū)。吳忠南部大部分地區(qū)有強(qiáng)降水。吳忠市受熱低壓帶控制，高原熱低壓伸出的倒槽延伸至吳忠市南部；14：00，熱倒槽尾部向吳忠市中部擺動(dòng)；17：00，熱倒槽尾部順轉(zhuǎn)，移出吳忠市；20：00，

高空低壓穩(wěn)定少動(dòng)，地面低壓系統(tǒng)在高空引導(dǎo)氣流作用下向北移動(dòng)至內(nèi)蒙古東部地區(qū)，略有減弱，雨帶也隨之北移至吳忠中北部地區(qū)。穩(wěn)定維持的熱倒槽提供了強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生的有利條件。

綜上所述，吳忠市7月1日暴雨主要強(qiáng)降水時(shí)段為08：00～17：00，并于14：00左右達(dá)到最強(qiáng)。在此期間，部分地區(qū)降水達(dá)大雨甚至暴雨量級(jí)。此次暴雨累計(jì)雨量大、覆蓋范圍廣、短時(shí)降雨強(qiáng)。根據(jù)分析，其是高低空系統(tǒng)共同作用的結(jié)果，低壓、高空槽、低壓倒槽和切變線是主要影響系統(tǒng)。低層系統(tǒng)沿高層槽前引導(dǎo)氣流的方向移動(dòng)，吳忠地區(qū)在低層低壓外圍氣流的控制下產(chǎn)生由西南向東北方向移動(dòng)的雨帶，大的降水帶的位置與較強(qiáng)的切變線位置一致。

2.5 2018年7月1日14：00中尺度綜合配置分析

從1日14：00中尺度綜合配置圖可知，500 hPa相對(duì)濕度＞80%，700 hPa相對(duì)濕度＞70%，整層可降水量＞35 mm，不穩(wěn)定層結(jié)：吳忠市東部對(duì)流有效位能值＞200；有利抬升指數(shù)＜0，吳忠市東部＜-2；K指數(shù)＞40。抬升條件：500 hPa冷槽繼續(xù)東移至內(nèi)蒙古西部地區(qū)，吳忠地區(qū)上冷下暖的不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)十分明顯。加上充沛的水汽供應(yīng)，低層十分暖濕，既有利于水汽源源不斷地向吳忠南部地區(qū)輸送，又有利于吳忠南部地區(qū)不穩(wěn)定層結(jié)的發(fā)展。吳忠地區(qū)處于高空槽前，以及850 hPa和700 hPa切變線南部，低壓倒槽又伸展到吳忠市中部。吳忠地區(qū)處于深厚的低值系統(tǒng)控制下，抬升條件很好，這種配置有利于上升運(yùn)動(dòng)的發(fā)展。吳忠北部位于高空急流入口區(qū)右側(cè)，吳忠地區(qū)有很強(qiáng)的高低空急流耦合，抬升條件很好。整體來(lái)看，1日14：00的各層配置十分有利于吳忠強(qiáng)降水產(chǎn)生，降水達(dá)到最強(qiáng)。

3 物理量場(chǎng)分析

3.1 低層水汽條件

從850 hPa水汽通量散度圖可知，6月30日08：00前后，吳忠市水汽通量散度均＞0，有水汽輻散，主要強(qiáng)降水未開(kāi)始。之后，850 hPa水汽輻合中心不斷向東北移至吳忠市東南地區(qū)。1日20：00前后，孟加拉灣有源源不斷的水汽向吳忠地區(qū)輸送，使吳忠地區(qū)低層濕度增加。充足的水汽在此輻合達(dá)到最強(qiáng)，對(duì)應(yīng)著此次過(guò)程中的最強(qiáng)降水時(shí)段。水汽輻合區(qū)逐漸減弱向東北方向移動(dòng)，雨帶也隨之移動(dòng)至吳忠市中北部地區(qū)。

850 hPa轉(zhuǎn)為水汽輻散，不利于強(qiáng)降水產(chǎn)生。

3.2 散度和垂直速度

從散度圖200 hPa、850 hPa中可知，6月30日08：00吳忠東南部地區(qū)低層輻合，高層輻散，有上升運(yùn)動(dòng)。30日20：00，吳忠地區(qū)低層輻合高層輻散范圍向東移動(dòng)，吳忠東南部地區(qū)主要降水已開(kāi)始。7月1日08：00，吳忠地區(qū)上空輻合運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，輻合區(qū)向上擴(kuò)展，故垂直運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，范圍集中，降水增強(qiáng)，降水區(qū)域擴(kuò)大。1日20：00，強(qiáng)的垂直運(yùn)動(dòng)區(qū)有所擴(kuò)大并北移。

垂直速度：垂直速度在6月30日700 hPa以下為負(fù)，600 hPa以上為正，低層輻合高層輻散。7月1日08：00～20：00整層垂直速度都為負(fù)，有很好的上升運(yùn)動(dòng)，也是降水最集中的時(shí)間，降水區(qū)域擴(kuò)大。

散度：7月1日08：00開(kāi)始，600 hPa以下輻合高層輻散，有較強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)，與降水集中階段符合，此階段降水增強(qiáng)。

3.3 不穩(wěn)定條件分析

不穩(wěn)定是形成強(qiáng)對(duì)流天氣的重要條件之一。從2018年6月30日08：00—7月1日08：00探空?qǐng)D可知，30日08：00濕度不是很好，7月1日08：00濕層抬升至400 hPa。6月30日08：00風(fēng)垂直切變很大，提供了很大的對(duì)流發(fā)展能量。從銀川站2018年6月30日08：00—7月1日08：00不穩(wěn)定參量統(tǒng)計(jì)表可知，6月30日—7月1日，TT指數(shù)有一個(gè)增大的過(guò)程即低層變得更加暖濕高層變得更加干冷；沙氏指數(shù)減小即大氣由穩(wěn)定到不穩(wěn)定；K指數(shù)一直保持較大值，有一個(gè)增加過(guò)程，即潛能有一個(gè)積累的過(guò)程；對(duì)流有效位能值在7月1日08：00較大，有利于上升氣流強(qiáng)度及對(duì)流發(fā)展?jié)搫?shì)的增加；對(duì)流抑制指數(shù)值減小，有利于不穩(wěn)定能量的累積。各指數(shù)在7月1日08：00～14：00配合較好，造成累計(jì)降水量最大。

4 衛(wèi)星云圖與雷達(dá)資料分析

4.1 衛(wèi)星云圖分析

從2018年6月30日—7月1日FY4紅外衛(wèi)星云圖可看出強(qiáng)對(duì)流云帶由西南向東北方向順時(shí)針移動(dòng)，對(duì)應(yīng)著強(qiáng)降水帶的移動(dòng)。6月30日08：00，強(qiáng)對(duì)流云帶位于青海、西藏一帶，吳忠市降水還未開(kāi)始。之后強(qiáng)對(duì)流云帶發(fā)展、范圍擴(kuò)大，并向東北方向移動(dòng)。于7月1日14：00發(fā)展到最強(qiáng)，移至吳忠市中東部，之后強(qiáng)對(duì)流云帶減弱向東北移動(dòng)，并于7月1日23：00移出吳忠市，吳忠市降水停止。

4.2 雷達(dá)資料分析

從單站吳忠雷達(dá)回波圖2018年7月1日可知，1日14：29開(kāi)始吳忠市有大范圍的層云和積云混合降水回波，1日下午吳忠市出現(xiàn)的降水回波為片狀回波，屬于混合性降水，具有“列車效應(yīng)”。強(qiáng)回波（位于吳忠、青銅峽）持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，穩(wěn)定少動(dòng)，強(qiáng)回波中心可達(dá)60～68 dBz，且出現(xiàn)“人字形”回波。17：00前上游不斷有回波東移并在同心加強(qiáng)，17：00后回波減弱，但移速慢，呈密實(shí)的片絮狀結(jié)構(gòu)，影響時(shí)間長(zhǎng)達(dá)2 h。

16：00～17：00同心縣丁塘鎮(zhèn)新華村出現(xiàn)的短時(shí)暴雨則是由線狀對(duì)流系統(tǒng)造成的。15：42，在同心縣西北部對(duì)流單體逐步生成；16：05，新生的對(duì)流單體已經(jīng)大致排成線狀結(jié)構(gòu)；16：22，線狀對(duì)流系統(tǒng)的回波強(qiáng)度加強(qiáng)；16：38，線狀對(duì)流系統(tǒng)發(fā)展到最強(qiáng)盛，強(qiáng)回波中心達(dá)56 dBz；16：55，系統(tǒng)開(kāi)始消散；17：12，線狀對(duì)流系統(tǒng)已演變成多個(gè)對(duì)流單體。在線狀對(duì)流系統(tǒng)的整個(gè)發(fā)展過(guò)程中，可以看出其組織化程度也非常高，同時(shí)地面輻合線的生成也進(jìn)一步促進(jìn)其增強(qiáng)和維持，從而產(chǎn)生強(qiáng)降水。

5 結(jié)論與討論

吳忠市7月1日暴雨主要強(qiáng)降水時(shí)段為1日08：00～17：00，并于1日14：00左右達(dá)到最強(qiáng)。在此期間，部分地區(qū)降水達(dá)大雨甚至暴雨量級(jí)。此次暴雨累計(jì)雨量大、覆蓋范圍廣、短時(shí)降雨強(qiáng)。

（1）此次強(qiáng)降水過(guò)程是高低空系統(tǒng)共同作用的結(jié)果。低壓、高空槽、低壓倒槽和切變線是主要影響系統(tǒng)。低層系統(tǒng)沿高層槽前引導(dǎo)氣流的方向移動(dòng)。吳忠市在低層低壓外圍氣流的控制下產(chǎn)生由西南向東北方向移動(dòng)的雨帶，大的降水帶的位置與較強(qiáng)的切變線位置一致。

（2）孟加拉灣為此次暴雨過(guò)程主要的水汽來(lái)源，整個(gè)過(guò)程中濕層很厚，吳忠市東部地區(qū)在暖空氣的控制下，從低層到高層為深厚的低壓系統(tǒng)，在有利的環(huán)境下造成了此次強(qiáng)降水過(guò)程。

（3）中尺度系統(tǒng)的有利配置是造成此次強(qiáng)降水過(guò)程的重要原因。上冷下暖結(jié)構(gòu)有利于不穩(wěn)定層結(jié)發(fā)展。吳忠市與高低空急流、高空槽、地面倒槽、切變線等的配置均有利于暴雨的產(chǎn)生。各層系統(tǒng)的最佳配置區(qū)隨時(shí)間由西南向東北方向移動(dòng)，大的降水帶的移動(dòng)方向與其移動(dòng)方向基本一致。

（4）強(qiáng)對(duì)流云帶及強(qiáng)回波的發(fā)展、移動(dòng)、增強(qiáng)與減弱對(duì)應(yīng)著強(qiáng)降水帶的相應(yīng)變化。

參考文獻(xiàn)

[1] 孫建華，趙思雄，付慎明，等.2012年7月21日北京特大暴雨的多尺度特征[J].大氣科學(xué)，2013，37（3）：705-718.

[2] 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.

[3] 王寶鑒，黃玉霞，何金海，等.東亞夏季風(fēng)期間水汽輸送與西北干旱的關(guān)系[J].高原氣象，2004（6）：912-918.

[4] 劉海文，丁一匯.華北汛期的起訖及其氣候?qū)W分析[J].應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)，2008，19（6）：688-696.

收稿日期：2024-06-10

作者簡(jiǎn)介：李金霞（1993—），女，寧夏西吉人，助理工程師，研究方向?yàn)樘鞖忸A(yù)報(bào)和氣象服務(wù)。