盛夏一次大暴雨過程成因分析

孟明霞 程運旺 鄭夢桃

摘要 利用常規(guī)高空、地面觀測資料以及FY-2E衛(wèi)星云圖等資料，對2017年8月19—20日發(fā)生在陜西省商南縣青山鎮(zhèn)的大暴雨天氣過程進行綜合分析。結(jié)果表明，東路冷空氣和副高是此次暴雨的主要影響系統(tǒng);副高外圍的西南暖濕氣流、西南渦東北側(cè)切變后西北干冷氣流和山東半島低渦后東路回流濕冷氣流這3股氣流在商洛上空的交匯，為此次大暴雨過程提供了充沛的水汽和能量;暴雨區(qū)上空垂直運動發(fā)展旺盛且深厚，為大暴雨提供了抬升條件;高空急流右側(cè)的強輻散為大暴雨上升運動和深對流形成提供了重要條件。雙重輻合-輻散產(chǎn)生的強烈上升運動，抽吸作用明顯，為深對流的發(fā)展提供了條件，也促進了大暴雨區(qū)附近小尺度系統(tǒng)的產(chǎn)生和維持。喇叭口地形觸發(fā)了γ尺度對流云團的生成和發(fā)展，3個γ尺度對流系統(tǒng)的發(fā)展，造成2次強降水疊加形成此次大暴雨天氣過程。

關(guān)鍵詞 大暴雨;副熱帶高壓;西南渦;雙重輻合-輻散

中圖分類號：P458.121.1 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-3305（2020）02-033-04

DOI： 10.19383/j.cnki.nyzhyj.2020.02.014

Cause Analysis of a Heavy Rain in Midsummer

MENG Ming-xia? et al（Shangluo Meteorological Bureau，Shangluo，Shaanxi 726000）

Abstract Based on the conventional high altitude and ground observation data and FY-2E satellite cloud map，the heavy rain process in Qingshan Town of Shaanxi Province from August 19 to 20，2017 was analyzed. The results showed that the cold air and subtropical high in the east were the main influence systems of the rainstorm. The southwest warm and humid air flow around the subtropical high，the northwest dry and cold air flow after the shear in the northeast of the southwest vortex and the return wet and cold air flow in the east of the low vortex in Shandong Peninsula intersected over Shangluo，which provided abundant water vapor and energy for the heavy rain process. The vertical motion over the rainstorm area was vigorous and deep，which provided the lifting condition for the rainstorm. The strong divergence on the right side of the upper jet provided important conditions for the upwelling and deep convection of heavy rain. The strong upward motion of double convergence and divergence，with obvious suction effect，provided conditions for the development of deep convection and promoted the generation and maintenance of small-scale system near the heavy rainfall area. The formation and development of the γ scale convective cloud clusters and the development of three γ scale convective systems were triggered by the bellmouth topography，which resulted in the formation of the torrential rain process by the superposition of two heavy rainfall events.

Key words? ?Heavy rain;Subtropical high;Southwest Vortex;Double convergence and divergence

暴雨是陜西夏季經(jīng)常出現(xiàn)的災(zāi)害性天氣之一，常給社會經(jīng)濟發(fā)展和人民生命財產(chǎn)帶來嚴(yán)重影響。氣象工作者對暴雨發(fā)生發(fā)展的機理、中小尺度特征等做了大量研究。筆者結(jié)合歷年商洛市暴雨天氣氣候特點，利用天氣圖、衛(wèi)星云圖和物理量診斷分析等方法對2017年8月19—20日發(fā)生的強降雨過程進行綜合分析，試圖揭示出此次強天氣的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、形成機理和特征，以期提高盛夏暴雨的預(yù)報水平和服務(wù)效果。

1 降水概況

2017年8月19日20：00至20日07：00，商洛市出現(xiàn)了一次區(qū)域性大暴雨天氣，降水強度大，持續(xù)時間短，災(zāi)害造成直接經(jīng)濟損失達838萬元，其中農(nóng)業(yè)損失173萬元，基礎(chǔ)設(shè)施損失429萬元，家庭財產(chǎn)損失236萬元。強降水集中時段為19日22：00至20日03：00。據(jù)逐時自動雨量站觀測數(shù)據(jù)顯示，最大小時雨強57.1 mm/h，尤其是商南縣青山鎮(zhèn)新廟村2 h降水量就達到104.7 mm（圖1），24 h全市有15個鄉(xiāng)鎮(zhèn)雨量達到暴雨，最大降水量為126.7 mm，在商南縣青山鎮(zhèn)新廟村（圖2）。此次降水過程雨強大，加上當(dāng)?shù)氐奶厥獾匦魏鸵归g發(fā)生等特點，在短時間內(nèi)釀成了嚴(yán)重的洪災(zāi)、滑坡和崩塌等地質(zhì)災(zāi)害。

2 大暴雨期間大氣環(huán)流形勢及影響系統(tǒng)分析

2.1 高空環(huán)流

8月19日20：00 200 hPa高空圖上（圖略），青藏高原上為強大的暖高壓控制，延安到安康為一致的西北氣流，急流軸經(jīng)漢中移至安康上空，隨著西風(fēng)急流進一步東移南壓，商洛位于高空急流右側(cè)，高層輻散不斷增強。

暴雨前期，500 hPa歐亞中高緯度環(huán)流形勢為兩槽一脊型（圖略），50° N以北為一寬廣的低壓帶，河套至甘肅一帶為一高壓脊，副高脊線穩(wěn)定在28° N附近。從8月18日開始，副高不斷加強西伸北抬，商洛一直處于副高外圍暖濕西南氣流中;巴湖冷槽東移，槽前不斷分裂出冷空氣東移南下，到19日20：00（圖3），隨著副高進一步西伸北抬，商洛處于副高外圍2～5個緯距內(nèi)（這是商洛盛夏暴雨的一個指標(biāo)），山東半島附近為一深厚冷渦，商洛處于渦后偏北干冷氣流中。

暴雨前期700 hPa新疆為一低槽（圖略），貝湖以西為一高壓脊，高原東部為西南渦，山西和東北中部分別有一低渦，從孟加拉灣到河南為一致的西南風(fēng)，到8月19日20：00（圖4），新疆低槽東移到貝湖附近，發(fā)展為一低渦，西南渦發(fā)展加深，其西北側(cè)的暖式切變向東北方向伸展到陜西南部，引導(dǎo)西南暖濕氣流向東北方向輸送，山西的冷渦東移南壓到山東半島附近，商洛處于渦后偏北干冷氣流中。

低層850 hPa（圖略）烏山為一冷高壓，高原上為強大的熱低壓，從孟加拉灣到河南為一致的西南風(fēng)，到8月19日20：00，烏山冷高壓東移南下侵入甘肅中部，在四川盆地為一低壓倒槽，且穩(wěn)定少動，位于山東半島的冷渦后部有一支強偏東北氣流，引導(dǎo)濕冷空氣經(jīng)濟南、鄭州一帶源源不斷地輸送到商洛東南部。

2.2 地面形勢

地面圖上（圖略），暴雨前期的總體形勢為穩(wěn)定的“東高西低”的鞍形場，有利于地面東北冷空氣從山西中南部、河南東部一帶進入商洛。

3? 暴雨發(fā)生、加強的物理量特征

3.1 暴雨發(fā)生的輻散、輻合條件

通過對大暴雨中心沿110°E做散度的垂直剖面圖（圖5）可以清楚地看出，大暴雨發(fā)生前暴雨中心上空850 hPa以下為輻合中心，最大值D≤-5.5×10-5/s，850～400 hPa恰好疊加著一個D≥3.5×10-5/s為正散度區(qū)，而在其上400～300 hPa又為弱輻合區(qū)，300 hPa以上為輻散區(qū)，這種雙輻合結(jié)構(gòu)使得強烈上升運動中抽吸作用明顯，為深對流的發(fā)展提供了條件，是強對流天氣垂直結(jié)構(gòu)的重要特征之一。

3.2 冷平流對大暴雨的發(fā)展、加強作用

用對流層中低層的總溫度平流項分析冷空氣對暴雨的影響?！?.20”大暴雨過程中，對流層中低層尤其是850 hPa以下有明顯的冷平流區(qū)配合（圖6），925 hPa的冷平流中心最強值超過了-15×10-2 ℃/s，在其上方500 hPa和250 hPa都有一個弱的冷平流中心存在，正是由于多層冷暖平流的疊加，才觸發(fā)和加強了此次大暴雨過程。

3.3 水汽條件

水汽是形成暴雨的必要條件。商洛位于秦嶺腹地，山區(qū)地形縱橫交錯，一般情況下，該區(qū)域低層大氣比較干燥，特別是在盛夏，熱帶副熱帶系統(tǒng)還不十分活躍，南方的暖濕氣流難以到達這一區(qū)域，而一旦有大降水發(fā)生，水汽條件就顯得更加重要。從8月19日20：00 850 hPa水汽通量分析可以看出，沿黃河拐彎處有一條向西伸展的濕舌（圖7），商洛市處在濕舌頭部最大輻合中心附近。水汽通量散度具有雙輻合的特點（圖8），850 hPa以下為強輻合區(qū)，最大輻合中心達29 g/（cm·hPa·s），而在850～700 hPa為弱輻散區(qū)，700～500 hPa又為弱輻合區(qū)，500 hPa以上又為輻散區(qū)。從上述分析看出，此次大暴雨的水汽主要來自850 hPa以下，低層偏東冷濕氣流提供了暴雨產(chǎn)生所需的大量水汽。

4 中尺度特征分析

4.1 熱力條件和垂直穩(wěn)定條件

“8.20”大暴雨發(fā)生在商洛的東南部，距離安康相對較近，因此用安康的探空資料（圖略）來分析暴雨前和暴雨時的大氣垂直穩(wěn)定度和濕度條件。從T？鄄lnp圖上可見，8月19日08：00—20：00，安康的CAPE值從1 152 J/kg升到1 656.2 J/kg，K指數(shù)從38℃升到43℃，抬升凝結(jié)高度（LCL為850.9 m）較低，抬升指數(shù)Li較大，為-10.4℃。綜合來看，大氣層結(jié)已處于高度不穩(wěn)定狀態(tài)，有利于強對流天氣的發(fā)生。

4.2 地形抬升作用

合適的地形是造成大暴雨的一個重要因素。商南縣境內(nèi)地勢西南部和北部較高，東南部和中部較低，整個地貌呈掌狀扇形向東南方傾斜，嶺谷相間，地勢起伏，相差懸殊。當(dāng)?shù)蛯佑休^強暖濕偏東氣流時，喇叭口地形的強烈抬升作用加強了大氣的上升運動，促使對流云團強烈發(fā)展。此次大暴雨正好處于青山的迎風(fēng)坡和喇叭口地形的收縮處，地形抬升作用觸發(fā)熱對流，生成一串小尺度對流系統(tǒng)，從而引發(fā)強對流天氣的產(chǎn)生。

5 云圖特征

在充沛的水汽供應(yīng)和地形抬升共同作用下，沿丹江河谷先后迅速生成了3個中γ尺度對流云團（圖9～10），8月19日23：00前后有一強對流云團迅速發(fā)展加強，后又迅速減弱，到20日01：00前后又有一強對流云團迅速加強，短時間內(nèi)造成2次強降水疊加形成大暴雨。

6 結(jié)論與討論

（1）此次局地性大暴雨的成因是西南渦東北側(cè)切變和副熱帶高壓外圍暖濕氣流共同影響下，在高原東部形成多個低渦環(huán)流，隨著東路回流較強冷空氣侵入，低渦加深，低渦前的西南風(fēng)與副高邊沿西南暖濕氣流交匯，激發(fā)陜南小尺度對流系統(tǒng)活躍而引起的。前期近地層持續(xù)高溫高濕、高空急流增強且快速東移，以及山東半島附近低渦東移南壓，低層偏東濕冷氣流加強，為此次大暴雨提供了有利條件。

（2）大暴雨前期水汽主要來自850 hPa以下，低層濕冷氣流提供了暴雨產(chǎn)生所需的大量水汽。西南渦加深東移，低渦前西南氣流和山東半島冷渦后濕冷氣流為大暴雨的產(chǎn)生提供了水汽來源。

（3）高空急流右側(cè)的強輻散為大暴雨上升運動和深對流形成提供了重要條件。雙輻合產(chǎn)生的強烈上升運動，抽吸作用明顯，為深對流的發(fā)展提供了條件，也促進了大暴雨區(qū)附近小尺度系統(tǒng)的產(chǎn)生和維持。

（4）從地形圖和云圖上看，對流云沿丹江河谷生成并迅速發(fā)展加強，后又迅速減弱，局地大暴雨的落區(qū)與山脈的迎風(fēng)坡及喇叭口地形有關(guān);沿丹江河谷生成的3個中γ尺度對流系統(tǒng)的發(fā)展，造成2次強降水疊加成大暴雨。? ?（5）此次大暴雨持續(xù)時間短的原因： 高空急流移速較快，到8月20日08：00急流軸已東移到河南，高空輻散迅速減弱;副高進一步北抬，商洛市受副高控制，不利于大暴雨的產(chǎn)生;東部低渦東移出海，東路冷空氣變性移出，大暴雨結(jié)束。

參考文獻

[1] 杜繼穩(wěn)，侯明全，梁生俊，等.陜西省短期天氣預(yù)報技術(shù)手冊[M].北京：氣象出版社，2007：253-267.

[2] 白肇?zé)睿靽?，孫學(xué)筠，等.中國西北天氣[M].北京：氣象出版社，1998：258-310.

[3] 許琳，姚蓉，李巧媛，等.湖南盛夏兩次連續(xù)性暴雨過程對比分析[J].氣象與環(huán)境學(xué)報，2015（6）：15-22.

[4] 王伏村，許東蓓，修韶宇，等.一次西北地區(qū)東部大暴雨的物理機制分析[J].高原氣象，2014（12）：1501-1513.

責(zé)任編輯：鄭丹丹