2019年6月16日—17日沙灣強(qiáng)降水成因分析

芒蘇爾·艾熱提，張云惠

（新疆維吾爾自治區(qū)氣象局烏魯木齊區(qū)域中心氣象臺，新疆 烏魯木齊 830002）

0 引言

短時強(qiáng)降水是強(qiáng)對流天氣的一類，具有降水強(qiáng)度大、突發(fā)性強(qiáng)、持續(xù)時間短、局地性強(qiáng)等特點，極易導(dǎo)致城市內(nèi)澇、山洪、泥石流等災(zāi)害。目前我國關(guān)于短時強(qiáng)降水的研究多集中于中東部，研究學(xué)者對短時強(qiáng)降水的機(jī)理、過程主要配置的關(guān)鍵環(huán)境參數(shù)開展了大量研究[1-4]。

新疆地域廣闊，具有大陸性干旱、半干旱氣候背景以及三山夾兩盆的獨特地形，不同的氣候背景和獨特的地形，決定了新疆短時強(qiáng)降水與我國中東部之間存在差異。氣象學(xué)者對于新疆短時強(qiáng)降水過程做過一些研究[5-14]，對不同區(qū)域短時強(qiáng)降水天氣的環(huán)境條件、中尺度系統(tǒng)和觸發(fā)因子等進(jìn)行分析，但非常規(guī)資料在強(qiáng)對流天氣中的應(yīng)用還處于起步階段。沙灣縣地處新疆天山北坡中部、準(zhǔn)噶爾盆地南緣，其沿山地形利于強(qiáng)對流天氣的發(fā)生，研究表明新疆短時強(qiáng)降水事件有山脈坡面多于谷地和沙漠的特點[15]，因此，有必要對沙灣縣短時強(qiáng)降水個例進(jìn)行分析，以期提高對此類天氣的認(rèn)識，為短臨預(yù)報提供參考。

1 數(shù)據(jù)和方法

本文所用資料包括常規(guī)氣象資料、石河子多普勒天氣雷達(dá)資料、風(fēng)云衛(wèi)星資料、EC 細(xì)網(wǎng)格資料和NECP/NCAR再分析資料。

2 天氣實況

2019年6月16日08時至17日08時（北京時，下同），北疆大部出現(xiàn)降水，伊犁州、塔城地區(qū)、克拉瑪依市、烏魯木齊市、昌吉州等地的部分區(qū)域大雨，塔城地區(qū)沙灣縣、克拉瑪依市，昌吉州、烏魯木齊市等地局地暴雨（新疆暴雨標(biāo)準(zhǔn)24h 降雨量＞24mm，大暴雨＞48mm），塔城地區(qū)沙灣縣境內(nèi)共4站大暴雨。

最大降水中心出現(xiàn)在塔城地區(qū)沙灣縣，16日21時至23 時累計降水量四道班站64.8mm、沙灣牛圈子60mm、沙灣寬溝46.3mm、沙灣家什窯41.6mm，且均為短時強(qiáng)降水（見表1）。圖1 所示為沙灣牛圈子站和沙灣四道班站出現(xiàn)10分鐘降水＞10mm的降水強(qiáng)度。

圖1 2019年6月16日20時至23時10分鐘降水實況Figure 1 Precipitation on June 16，2019 from 21:10 to 23:00

3 環(huán)流背景

3.1 200hPa阻塞高壓形成及維持

據(jù)圖2（a）所示，16—17 日，貝加爾湖東側(cè)阻塞高壓建立，東部型南亞高壓維持，東歐高壓脊維持，因此80°E 附近副熱帶鋒區(qū)長波槽以及西西伯利亞低壓加深，中亞至新疆的長波槽經(jīng)向度加大，新疆地區(qū)處于中亞槽前受顯著西南氣流控制。

3.2 500hPa中亞低值系統(tǒng)

據(jù)圖2（b）所示，16—17 日，歐亞范圍中高緯呈兩脊一槽的經(jīng)向環(huán)流，歐洲高壓脊發(fā)展，新疆東部至貝加爾湖為高壓脊，西西伯利亞至中亞低槽為寬廣深厚的低槽，其底部不斷分裂短波槽侵入北疆。500hPa至100hPa，北疆均為西南氣流影響。

圖2 200hPa（a）、500hPa（b）的位勢高度場、溫度場及風(fēng)場Figure 2 Potential height field，temperature field and wind field of 200hPa（a），500hPa（b）

表1 2019年6月16日沙灣縣短時強(qiáng)降水實況Table 1 Actual situation of short-term heavy precipitation on June 16，2019 in Shawan County

3.3 高低空環(huán)流配置

16 日20 時強(qiáng)降水前，北疆200hPa 至500hPa 受中亞低槽前西南氣流影響，并不斷分裂短波槽影響中天山北坡短時強(qiáng)降水，700hPa沙灣縣西部有一切變線，其北部為低空西北急流，有利于低層水汽輸送、輻合及對流的發(fā)生發(fā)展，為短時強(qiáng)降水提供充足水汽補充。

圖3 16日20時中尺度分析Figure 3 Mesoscale analysis at 20:00 on the 16th

850hPa 沙灣縣北部為西北急流（見圖3），其出口區(qū)直指沙灣縣附近，其前部有一干線，850hPa 至700hPa 北疆比濕為5～6g·kg-1，沙灣縣附近濕度梯度較大，有利于對流發(fā)生發(fā)展；沙灣縣地面附近存在偏西風(fēng)與偏東風(fēng)的輻合，有利于觸發(fā)對流。

4 成因分析

4.1 熱力條件

4.1.1 假相當(dāng)位溫以及比濕的垂直分布

圖4 以沙灣為剖面中心作假相當(dāng)位溫和比濕的經(jīng)向、緯向剖面Figure 4 Longitude and latitude profiles with equivalent temperature and specific humidity assuming Shawan as the center of the profile

沙灣縣強(qiáng)降水區(qū)位于85.5°E、44°N附近，從圖4可知，假相當(dāng)位溫隨高度增加而減小，層結(jié)不穩(wěn)定狀態(tài)，850hPa 以下比濕可達(dá)8g·kg-1，層結(jié)不穩(wěn)定及高濕區(qū)有利于水汽的聚集及強(qiáng)對流的發(fā)生發(fā)展。

4.1.2 對流參數(shù)診斷

因強(qiáng)降水區(qū)內(nèi)無探空站，所以利用EC 客觀場對6 月16 日20 時沙灣縣附近做模式探空曲線TLogP（圖5a），可以看到，對流有效位能CAPE 為1773.1J·kg-1，對流抑制能量CIN 為44.6J·kg-1，K 指數(shù)達(dá)37.5℃，SI 指數(shù)達(dá)-1.77℃，整層比濕、相對濕度較大，存在真潛在不穩(wěn)定。雷雨順能量圖顯示（圖5b），雷雨順能量較強(qiáng)，能為大氣層對流發(fā)生發(fā)展提供充足的能量。因此，較大的CAPE、K指數(shù)，較小的SI 指數(shù)，較厚的濕層，都為強(qiáng)對流發(fā)生發(fā)展提供有利條件。

另外，位溫和水汽分析表明（圖6），低層位溫隨高度減小，處于條件不穩(wěn)定狀態(tài)，低層水汽較為充足，也為強(qiáng)對流產(chǎn)生提供了有利條件。

4.2 動力條件

結(jié)合圖1 和圖7 可知，21:40、21:50 地面風(fēng)輻合線與10分鐘最強(qiáng)降水時段對應(yīng)，地面風(fēng)輻合線利于觸發(fā)對流，形成擾動利于對流發(fā)生。

4.3 水汽條件

運用NECP 再分析資料，對沙灣縣境內(nèi)發(fā)生的強(qiáng)降水時段前后700hPa 水汽通量及其散度進(jìn)行動態(tài)分析表明（圖8），6 日20 時至17 日02 時，一支西南氣流的水汽輸送進(jìn)入北疆西部，沙灣縣附近水汽輻合強(qiáng)度增加，范圍增大。

圖5 16日20時EC客觀場分析沙灣縣T-LogP（a）、雷雨順能量（b）Figure 5 Objective field analysis of mode T-LogP（a），thunderstorm energy（b）in Shawan at 20:00 on 16th

圖6 16日20時沙灣縣的位溫分析（a）、水汽分析（b）Figure 6 Bit temperature analysis（a），water vapor analysis（b）in Shawan at 20:00 on 16th

圖7 21:40和21:50的地面風(fēng)場Figure 7 Ground wind fields at 21:40 and 21:50

圖8 （a）為16日20時，（b）為17日02時700hPa水汽通量散度Figure 8 700hPa water vapor flux divergence from 20:00 on the 16th to 02:00 on the 17th

圖9 6月16日22時—16日23時TBB演變特征Figure 9 Evolution characteristics of TBB from 22:00 to 23:00 16th June

圖10 雷達(dá)反射率因子、垂直剖面Figure 10 Radar reflectivity factor，vertical profile

5 中尺度系統(tǒng)特征

5.1 TBB特征

從圖9 可見，16日21時—22時沙灣縣附近TBB值逐漸降低，TBB梯度在強(qiáng)降水時段增加較快，且強(qiáng)降水區(qū)TBB從-19.05℃降低至-42.27℃，演變特征很符合中尺度對流系統(tǒng)發(fā)生發(fā)展的過程。

5.2 雷達(dá)回波特征

從圖10雷達(dá)組合反射率圖上可以看到，影響強(qiáng)降水的為混合型降水回波；16 日21 時03 分—21 時31分有一個對流單體發(fā)展，與強(qiáng)降水區(qū)降水時段相對應(yīng)，剖面圖上強(qiáng)度大于25dBz 的回波高度達(dá)9km左右，大于35dBz 回波高度達(dá)4.5km 左右，大于45dBz 回波高度達(dá)3km 左右，強(qiáng)回波中心達(dá)55dBz，高度在2km左右。強(qiáng)降水期間，均受一個對流單體影響。

6 結(jié)論

（1）此次短時強(qiáng)降水發(fā)生在200hPa西南氣流出口區(qū)左側(cè)，500hPa短波槽前，700hPa低空急流前方，低層輻合、高層輻散、整層濕度較大水汽充足和地面風(fēng)切變較大，是有利天氣背景。

（2）沙灣縣短時強(qiáng)降水時段，地面風(fēng)場切變，形成擾動觸發(fā)對流，釋放不穩(wěn)定能量，有中尺度對流系統(tǒng)發(fā)生發(fā)展，且強(qiáng)降水受同一個對流單體影響。

（3）降水最強(qiáng)時段TBB 降至最低，降水區(qū)位于TBB 梯度最大區(qū)，中尺度對流云團(tuán)及對流單體是造成短時強(qiáng)降水的中小尺度系統(tǒng)。