2015年張掖市一次局地暴雨成因分析

張艷艷

（蘭州資源環(huán)境職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 蘭州 730021）

受北方冷空氣和高原暖濕氣流共同影響，26-27日張掖普降中到大雨，山丹、民樂(lè)、肅南局部地方出現(xiàn)暴雨。全市112個(gè)測(cè)站中41站為中雨，31站為大雨，14站為暴雨，最大降水出現(xiàn)在山丹李橋，降水量為39.7mm。截至28日07時(shí)，各縣城區(qū)降水量（mm）：市區(qū)13.2，甘州荒漠區(qū)14.0，高臺(tái)4.3，臨澤15.1，山丹13.1，民樂(lè)31.8，肅南30.7。

1.天氣形勢(shì)分析

1.1 高空環(huán)流形勢(shì)演變及主要影響系統(tǒng)

通過(guò)分析5月25日500 hPa高空環(huán)流形勢(shì)( 圖略) ，東亞地區(qū)中高緯度出現(xiàn)兩槽一脊的形勢(shì)，其中，兩脊位于東歐地區(qū)和東西伯利亞地區(qū)，低壓槽區(qū)位于中西伯利亞高緯地區(qū)。冷空氣來(lái)自于新地島，并在歐洲脊前下降到貝加爾湖地區(qū)堆積，形成了一個(gè)閉合的低渦中心，并伴有-28℃冷中心，26日08時(shí)(圖略)高空冷渦變性南壓，在新疆北部減弱為低槽，同時(shí)河西地區(qū)上空受高空暖脊控制，暖平流強(qiáng)盛，西南風(fēng)發(fā)展，風(fēng)速達(dá)到了12m/s，西南風(fēng)可以輸送大量的水汽、動(dòng)量和不穩(wěn)定能量。500hPa高空?qǐng)D上，27日08時(shí)(圖1a)，溫度槽落后于高度槽，高空低槽東移至酒泉西部，低層冷平流較強(qiáng)，700hPa比濕達(dá)到了6g/kg，說(shuō)明水汽條件充足。27日20時(shí)(圖1b)高空低槽快速東移至河西走廊東部，槽前西南風(fēng)風(fēng)速達(dá)到了10m/s，與等溫線的交角較大，大于45°，說(shuō)明槽前暖平流強(qiáng)盛，槽后西北風(fēng)風(fēng)速達(dá)12m/s。500hPa的高空形勢(shì)的主要特點(diǎn)是偏南氣流發(fā)展較快，暖平流強(qiáng)盛，為降水輸送了大量的水汽、動(dòng)量和不穩(wěn)定能量；高空冷空氣快速入侵，觸發(fā)了此次局地暴雨天氣。

圖 1 500hPa 高空?qǐng)D5月27日08時(shí)（圖a）27日20時(shí)（圖b）

1.2 地面形勢(shì)演變

5月26日20時(shí)地面圖上（圖2a），我市正處中尺度熱低壓的控制中，鋒面移動(dòng)至甘新交界處，鋒后新疆北部各測(cè)站均有降水天氣，且南疆地區(qū)有冷高壓，冷高壓中心強(qiáng)度為1015hPa；從27日08時(shí)地面圖上（圖2b）可以看出，鋒面已移到我省東部地區(qū)，我市出現(xiàn)了降水天氣，冷高壓中心繼續(xù)維持在南疆地區(qū)，但受高壓前部冷空氣影響，整個(gè)高原地區(qū)都已出現(xiàn)降水；26日夜間受鋒面過(guò)境的影響，全市出現(xiàn)了5-6級(jí)的大風(fēng)，至27時(shí)08時(shí)前，全市都出現(xiàn)了降水。27 日 20 時(shí) (圖 2c)，冷中心移至我市南部，我市受冷空氣影響，全市出現(xiàn)了降水天氣；到28日08時(shí)(圖2d)，冷中心維持在我市南部，配合高原暖濕氣流，因此造成了此次我市強(qiáng)降水的出現(xiàn)。中尺度熱低壓的形成，日增溫明顯，提供了能量條件；冷鋒的快速移動(dòng)對(duì)此次暴雨起到了觸發(fā)作用。

圖2 地面圖 5月26日20時(shí)（圖a）27日08時(shí)（圖b）27日20時(shí)（圖c）28日08時(shí)（圖d）

2.不穩(wěn)定條件

2.1 K 指數(shù)

通過(guò)5月26日20時(shí)K指數(shù)圖（圖略）可以看出，此時(shí)K指數(shù)大值中心位于酒泉，到27日08時(shí)，K指數(shù)大值中心已移至張掖市西部，20時(shí)， K指數(shù)大值區(qū)穩(wěn)定在張掖，民樂(lè)、肅南K指數(shù)達(dá)32，這與本次強(qiáng)降水時(shí)段、暴雨區(qū)域有很好的對(duì)應(yīng)，帶來(lái)了此次強(qiáng)降水天氣的不穩(wěn)定性條件。28日08時(shí)，K指數(shù)大值中心移出張掖，本次強(qiáng)降水天氣趨于結(jié)束。

2.2 T-lnp 圖

從張掖探空曲線圖上看（圖略），張掖上空中低層存在不穩(wěn)定能量，濕層深厚，而且低層存在明顯的風(fēng)向切變，300hPa以上風(fēng)速隨高度增大，這表明張掖上空中低層存在暖濕不穩(wěn)定，配合高層冷空氣入侵，有利于不穩(wěn)定能量的釋放，有利于產(chǎn)生局地強(qiáng)對(duì)流、強(qiáng)降水天氣。

3.物理量特征分析

3.1 水汽條件

3.1.1 相對(duì)濕度預(yù)報(bào)

產(chǎn)生暴雨的重要條件之一包括充分的水汽供應(yīng)，暴雨的形成必須有水汽的輸送和積累，一般認(rèn)為中低層濕度與降水有直接關(guān)系。通過(guò)分析700hPa相對(duì)濕度圖（圖略），得出結(jié)論：27日08時(shí)張掖市祁連山沿山地區(qū)維持一相對(duì)濕度大值區(qū)；11時(shí)，高原南部的高濕區(qū)北抬東移，呈片狀分布，此時(shí)，張掖相對(duì)濕度已經(jīng)達(dá)到80%以上，高臺(tái)、肅南相對(duì)濕度已經(jīng)達(dá)到90%以上；14時(shí)，張掖已處于高濕區(qū)控制中，其相對(duì)濕度都已經(jīng)達(dá)到90%以上；對(duì)比17時(shí)和20時(shí)相對(duì)濕度圖可以看出，高濕區(qū)穩(wěn)定少動(dòng)，張掖一直處在高濕區(qū)控制中，此次過(guò)程水汽主要來(lái)源于孟加拉灣，水汽非常充沛且高濕區(qū)在該地長(zhǎng)時(shí)間維持，為此次暴雨天氣過(guò)程提供了水汽條件。伴隨冷空氣南下，高濕區(qū)不斷東移，到23時(shí)濕度大值帶減弱且向東南方向逐漸移出甘肅境內(nèi)。隨北方冷空氣東移南下，濕度大值區(qū)從塊狀演變?yōu)閹?，濕度維持時(shí)間較長(zhǎng)，呈西北東南移向，最后減弱移出甘肅。

3.1.2 水汽通量散度

水汽通量散度表示了水汽的輻合輻散情況，通過(guò)分析26日20時(shí)700hPa水汽通量散度，得出結(jié)論：水汽負(fù)值大值區(qū)（輻合區(qū)）出現(xiàn)在南疆、青海湖地區(qū)；水汽正值區(qū)(輻散區(qū))出現(xiàn)在酒泉西部。27日08時(shí)、20時(shí)、28日08時(shí)，水汽通量輻合區(qū)一直穩(wěn)定在青海湖，水汽輻合層較厚，低層輻合明顯，較厚的濕層和源源不斷的水汽在這里匯集，為此次暴雨天氣過(guò)程提供了水汽條件。

3.2 動(dòng)力條件

除了源源不斷的水汽輸送外，動(dòng)力抬升機(jī)制是造成暴雨的另一個(gè)重要條件。從散度場(chǎng)來(lái)看，降水發(fā)生之前,26日20時(shí)，在河西地區(qū)并沒(méi)有十分明顯高層輻散、低層輻合；27日08時(shí)，河西地區(qū)低層輻合逐漸加強(qiáng)，同時(shí)可見(jiàn)300hPa在河西上空對(duì)應(yīng)一個(gè)輻散區(qū)，500hPa河西地區(qū)無(wú)明顯的輻合輻散區(qū)，說(shuō)明氣流以上升為主，水平運(yùn)動(dòng)不明顯，這種高層輻散、低層輻合的垂直結(jié)構(gòu)正好對(duì)應(yīng)強(qiáng)降水發(fā)生時(shí)段。

3.3 熱力條件

由于受新疆北部低壓槽東移帶來(lái)的冷空氣影響，河西地區(qū)溫度平流明顯，26日20時(shí)，500hPa冷平流已經(jīng)影響到新疆東部，伴隨冷平流，冷槽東移南下，27日20時(shí)已經(jīng)影響到新疆、青海、河西地區(qū)，冷平流和西南較弱的暖平流交匯在張掖的中南部，受副高的阻擋作用，冷槽東移受抑制，這使得冷平流與暖空氣交匯的位置一直維持在張掖境內(nèi)，并從河西地區(qū)逐漸向東緩慢移動(dòng)，使得降水可以較好地持續(xù)。明顯的冷暖匯合造成不穩(wěn)定有利于陣性降水，大范圍降水云系中產(chǎn)生的對(duì)流單體對(duì)暴雨的形成有利。

4.中尺度云系

在紅外衛(wèi)星云圖可以看出（圖略），副熱帶急流云系位于青海，云團(tuán)呈現(xiàn)反氣旋彎曲，北部邊界光滑整齊的，下風(fēng)方向伸展出現(xiàn)羽狀卷云，并向東北方向移動(dòng)，冷鋒尾部云系與副熱帶急流云系合并，形成了中尺度暴雨云團(tuán)，云團(tuán)緩慢的向東北方向移動(dòng)，形成局地的強(qiáng)降水。

5.雷達(dá)回波

通過(guò)分析雷達(dá)回波圖（圖略），從27日09時(shí)20分到20時(shí)40分，在民樂(lè)、肅南周?chē)蟹€(wěn)定性強(qiáng)回波，回波強(qiáng)度在35-40dBZ之間。由速度圖可以看出，低層為西南風(fēng)，高層轉(zhuǎn)為西北風(fēng)，有明顯的垂直風(fēng)切變，有利于穩(wěn)定性降水。雷達(dá)回波分析表明低層暖平流與高層冷平流疊置的區(qū)域形成了強(qiáng)回波帶，且強(qiáng)回波帶穩(wěn)定少動(dòng)，造成了此次祁連山區(qū)局地暴雨。

6.EC數(shù)值預(yù)報(bào)

從歐洲形勢(shì)場(chǎng)可以看出，26日20時(shí)（圖3a）,張掖處于西北氣流控制中，冷空氣位于新疆北部，高原有兩支短波槽生成，一條位于河西西南處，另一條位于新疆西南處，張掖及高原祁連山沿山地區(qū)濕度條件一般；27日20時(shí)（圖3b），冷空氣偏北東移已進(jìn)入河西，高原南支槽北抬移至張掖，張掖正處在高原槽控制中，濕度條件非常好，山區(qū)相對(duì)濕度在90%左右；到28日20時(shí)（圖略），冷空氣已經(jīng)移除我省，張掖處在偏西氣流控制之中。歐洲中心對(duì)此次過(guò)程的預(yù)報(bào)非常準(zhǔn)確，無(wú)論是時(shí)效還是水汽條件都和實(shí)況基本一致，為這次過(guò)程的準(zhǔn)確預(yù)報(bào)提供了關(guān)鍵的指導(dǎo)作用。

圖3 EC形式場(chǎng)預(yù)報(bào) 5月26日20時(shí)（圖a）27日20時(shí)（圖b）

7.結(jié)語(yǔ)

本次暴雨主要是由西北氣流中快速下滑冷空氣配合高原西南暖濕氣流引發(fā)的局地強(qiáng)降水，降水過(guò)程持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，局地性強(qiáng)，從而形成局地暴雨。中尺度熱低壓的形成，日增溫明顯，為此次局地暴雨天氣提供了能量條件；快速移動(dòng)的冷鋒對(duì)此次暴雨的發(fā)生起了觸發(fā)作用。低空輻合高空輻散的高低空配置有利于上升氣流的維持和發(fā)展，深厚的上升運(yùn)動(dòng)、充足的水汽供應(yīng)對(duì)暴雨的形成起了重要作用。冷鋒尾部云系與副熱帶急流云系合并，形成了中尺度暴雨云團(tuán)，且云團(tuán)緩慢地向東北方向移動(dòng)，形成穩(wěn)定的強(qiáng)降水天氣。歐洲中心數(shù)值預(yù)報(bào)對(duì)冷空氣、高空槽位置預(yù)報(bào)和實(shí)況比較吻合，對(duì)此次暴雨預(yù)報(bào)起了重要作用?？偟膩?lái)說(shuō)，歐洲中心數(shù)值預(yù)報(bào)對(duì)本次暴雨天氣過(guò)程有很好的預(yù)報(bào)能力。