2017年青海東部?jī)纱螐?qiáng)對(duì)流天氣過程對(duì)比分析

田成娟，張寧瑾，梅成紅，劉雪梅，謝天蓉

（青海省氣象臺(tái)，西寧 810001）

強(qiáng)對(duì)流天氣是一種深對(duì)流天氣過程，指伴隨有對(duì)流風(fēng)暴發(fā)生的短時(shí)強(qiáng)降水、冰雹、龍卷、雷雨大風(fēng)和暴洪等中小尺度天氣現(xiàn)象。青海地區(qū)受下墊面、地理位置、高原地形的影響，出現(xiàn)強(qiáng)對(duì)流天氣的頻率非常高。按照地理位置和時(shí)間來劃分，5—9月青海東部是強(qiáng)對(duì)流天氣活動(dòng)頻繁地區(qū)［1-2］。由于持續(xù)時(shí)間短、強(qiáng)度大、局地性強(qiáng)、形成原因復(fù)雜、預(yù)報(bào)難度大，成為研究熱點(diǎn)［3-20］。加強(qiáng)對(duì)強(qiáng)對(duì)流天氣的分析總結(jié)，建立預(yù)報(bào)思路和模型，對(duì)該地區(qū)短時(shí)臨近預(yù)報(bào)和災(zāi)害性天氣的預(yù)報(bào)預(yù)警具有重要意義。

針對(duì)2017年7月23—24日、7月31至8月1日發(fā)生在青海東部地區(qū)的兩次強(qiáng)對(duì)流天氣過程，利用常規(guī)觀測(cè)資料、NCEP1°×1°再分析資料，進(jìn)行兩次強(qiáng)對(duì)流天氣過程的環(huán)境場(chǎng)特征和主要影響系統(tǒng)、大氣溫濕特征和大氣穩(wěn)定度特征進(jìn)行對(duì)比分析，找出兩次過程的異同，為該地區(qū)強(qiáng)對(duì)流天氣的預(yù)報(bào)和預(yù)警積累經(jīng)驗(yàn)。

1 降水情況

2017年7月23—24日的強(qiáng)對(duì)流天氣過程（簡(jiǎn)稱“7.23”），青海省環(huán)青海湖地區(qū)、海北地區(qū)出現(xiàn)大到暴雨天氣過程，期間出現(xiàn)6站（國(guó)家站和區(qū)域站）暴雨，52站大雨，降水中心出現(xiàn)在共和縣青海湖151站，過程降水量達(dá)74 mm，門源達(dá)坂山北口70.6 mm，大坂山收費(fèi)站70.6 mm，主要強(qiáng)降水時(shí)段為23日20：00至24日09：00，小時(shí)雨強(qiáng)為21：00—22：00澤庫(kù)縣寧秀鄉(xiāng)23.6 mm（圖1a），共和縣拉龍村22：00—23：00為24.1 mm，23：00-24：00為21.7 mm，24日1：00—2：00貴南縣石乃亥村22.9 mm、3：00—4：00共和縣上溝后村23.6 mm，此次降水過程具有強(qiáng)度強(qiáng)，范圍廣等特點(diǎn)。致使貴南縣茫拉鄉(xiāng)郭拉村的農(nóng)作物、水利設(shè)施、公路等不同程度受損，引發(fā)子科灘鎮(zhèn)泉曲村暴雨洪澇災(zāi)害，直接經(jīng)濟(jì)損失慘重。

7月31日20：00至8月1日20：00的強(qiáng)對(duì)流天氣過程（簡(jiǎn)稱“7.31”），全省共計(jì)565個(gè)站出現(xiàn)降水。其中暴雨2個(gè)站點(diǎn)，大雨47個(gè)站，中雨211個(gè)站；較大降水量出現(xiàn)在門源縣達(dá)坂山北口74.5 mm、門源縣達(dá)坂山收費(fèi)站北65.2 mm、德令哈市天文臺(tái)林管站45.4 mm、門源縣青石嘴鎮(zhèn)大灘村44.8 mm、門源縣門源43.3 mm。主要強(qiáng)降水時(shí)段集中在7月31日22：00至8月1日2：00。最大小時(shí)雨強(qiáng)，31日23：00至1日00：00德令哈市德令哈19.4 mm、31日22：00—23：00澤庫(kù)縣和日鄉(xiāng)17.6 mm，完秀村21：00—22：00降水量12 mm。最大雨強(qiáng)為19.4 mm/h（圖1b）。此次強(qiáng)降雨引發(fā)洪澇災(zāi)害，共造成經(jīng)濟(jì)損失達(dá)228.1萬元。

2 環(huán)境場(chǎng)特征和影響系統(tǒng)

“7.23”前期，從500 hPa形勢(shì)看，中高緯度為“高-低-高-低”的環(huán)流分布，20日20：00，在新疆地區(qū)有高空低槽維持，并配合-16℃的冷溫槽，蒙古地區(qū)為弱的暖脊，新疆槽前冷空氣沿河西走廊下滑至祁連山區(qū)，副熱帶高壓588 dagpm線西伸到青海省的東部地區(qū)，青海東部地區(qū)受小高壓控制，冷空氣隨著高空槽的東移入侵到青海省東北部地區(qū)，其主力偏北。21日20：00，副熱帶高壓進(jìn)一步加強(qiáng)西伸，其西脊點(diǎn)位置在95°E，青海大部處在副高588 dagpm線外圍的西南暖濕氣流之中，23日20：00，隨著副高的東退，新疆槽東移引導(dǎo)冷空氣南下，影響到青海省的東部地區(qū)。700 hPa上，21日8：00在甘肅中部有一小高壓，影響上游短波槽的東移，23日20：00，由于北支槽引導(dǎo)的冷空氣東移南下，導(dǎo)致此高壓減弱消失，在青海大部地區(qū)形成一個(gè)308 dagpm的低值系統(tǒng)，并配合有24℃的暖中心，青海東部地區(qū)處在西南暖濕氣流中，為強(qiáng)降水的產(chǎn)生建立了水汽通道。從地面形勢(shì)看，降水發(fā)生之前，青海省連續(xù)幾天天氣晴好，地面溫度達(dá)20℃以上，為后期降水積累了大量不穩(wěn)定能量。21日夜間，南疆的冷空氣侵入到青海省柴達(dá)木盆地地區(qū)，23日20：00，東移的冷空氣沿祁連山區(qū)，經(jīng)東部河谷地區(qū)倒灌入侵到青海東部地區(qū)。兩股冷空氣在青海省東部地區(qū)形成輻合，而降水中心位于輻合線附近。因此，此次過程主要影響系統(tǒng)為新疆槽挾帶的近地層冷空氣和由南疆盆地侵入青海省西部的弱冷空氣。新疆槽分裂下滑冷空氣和副高北側(cè)西風(fēng)氣流在青海省東部交匯，是造成強(qiáng)對(duì)流天氣的主要成因。

“7.31”過程前期，29日20：00，500 hPa上，中高緯度為兩槽一脊的形勢(shì)，巴湖-新疆北部-蒙古地區(qū)為寬廣的低槽區(qū)，中東高壓東伸到104°E，西藏北部到青海大部地區(qū)受高壓脊控制，30日20：00，隨著巴湖低槽的東移南壓，中東高壓西縮到104°E附近，青海東北部地區(qū)受弱高壓脊控制，31日20：00，巴湖槽持續(xù)分裂下滑的短波槽影響到青海省的大部地區(qū)，青海省東部地區(qū)處于槽前的西南氣流之中，從西藏北部到青海南部地區(qū)配合有0℃的暖中心；700 hPa上，祁連山區(qū)北部有短波槽，青海省中南部形成302 dagpm的低值中心，并配合有24℃的暖中心。從孟加拉灣北部到青海東部為一致的西南氣流，為低層水汽源源不斷的輸送到青海東部地區(qū)，提供了較好的水汽輸送通道。

綜合分析得出，2次強(qiáng)對(duì)流天氣過程都是在有利的大尺度環(huán)流背景下，地面冷空氣從河西走廊擴(kuò)散南下，與西南暖濕氣流在青海東部交匯是主要成因。500 hPa上從新疆到蒙古南部有冷溫槽存在，從西藏北部到青海南部有0℃的暖中心配合；700 hPa上，青海大部地區(qū)受304 dagpm、24℃的暖中心影響，高層干冷，中低層暖濕的結(jié)構(gòu)配置，有利于觸發(fā)短時(shí)的強(qiáng)對(duì)流天氣，“7.23”屬于副高邊緣型降水，在副高不斷東退的過程中，新疆槽分裂短波槽東移，引導(dǎo)冷空氣擴(kuò)散南下?！?.31”是副熱帶高壓和中東高壓分別在東退和西縮過程中，巴湖槽底不斷分裂短波槽東移，引導(dǎo)冷空氣東移擴(kuò)散影響造成的。

通過對(duì)兩次強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生前的中尺度綜合分析得出，“7.23”短時(shí)強(qiáng)降水發(fā)生的主要原因是500 hPa上高空低槽分裂短波槽引導(dǎo)冷空氣東移擴(kuò)散南下，與副高外圍的西南暖濕氣流在青海東部交匯，“7.31”是500 hPa高空槽分裂短波槽引導(dǎo)冷空氣東移擴(kuò)散南下。水汽條件方面，500 hPa上沿著高壓外圍的西南暖濕氣流，在西藏南部到孟加拉灣有濕舌伸展，500 hPa上青海東部地區(qū)濕度較好，強(qiáng)降水區(qū)處在高低濕區(qū)的重疊區(qū)。抬升條件方面，“7.23”是500 hPa干舌、地面干線、地面輻合線、地面冷鋒，“7.31”是500 hPa干舌、地面輻合線、地面冷鋒。

3 溫濕特征和穩(wěn)定度條件分析

3.1 動(dòng)力條件分析

“7.23”強(qiáng)降水發(fā)生時(shí)，23日20：00（圖2a、圖2b），在強(qiáng)降水中心（100°E、36.5°N）上整層存在一較小尺度的強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)，垂直速度中心位于500～400 hPa，值為-2 Pa/s，散度場(chǎng)上在200～300 hP是弱的輻合區(qū)，400～500 hPa為輻散區(qū)，其值為3·10-5·s-1，700 hPa是-20·10-5·s-1的輻合區(qū)，為高層輻散、低層輻合的配置，“7.23”低層輻合強(qiáng)于“7.31”。

“7.31”強(qiáng)降水發(fā)生時(shí)，7月31日20：00（圖2c，圖2d），在強(qiáng)降水中心（101°E，37°N）上整層為由東南向西北傾斜的上升運(yùn)動(dòng)，垂直速度中心位于600～300 hPa附近，其值為-1 Pa/s以下。傾斜的上升運(yùn)動(dòng)更有利于強(qiáng)降水持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間。散度場(chǎng)上，低層的輻合中心在600 hPa，其值為-28×10-5s-1，輻散中心位于500 hPa，其值為20×10-5s-1，傾斜的上升運(yùn)動(dòng)也進(jìn)一步使得低層輻合和高層輻散加強(qiáng)。

綜合分析，兩次過程都為高層輻散，低層輻合的典型配置。不同之處在于“7.31”以傾斜的上升運(yùn)動(dòng)為主，可能與冷鋒前暖濕空氣被迫抬升有較大關(guān)系?！?.23”低層輻合強(qiáng)于“7.31”。

3.2 水汽條件分析

強(qiáng)降水的產(chǎn)生需要源源不斷的水汽輸送。水汽通量散度表征水汽集中程度，水汽通量散度的輻合是低層抬升空氣和被抬升空氣潮濕程度的度量，水汽輸送和聚集是形成降水的重要條件。“7.23”強(qiáng)降水發(fā)生時(shí)，川西高原西北向至蒙古西部為水汽通量輻散區(qū)，高值區(qū)位于青海東南部，值為8 g/（cm2·hPa·s），而6 g/（cm2·hPa·s）的水汽通量輻散區(qū)恰好位于降水中心。說明存在兩條水汽帶，分別為副高西側(cè)的東南氣流與高空槽前水汽帶，并以副高西側(cè)東南氣流中的水汽為主。700、400 hPa強(qiáng)降水中心水汽通量散度［分別為-20、20 g/（cm2·hPa·s）］，即低層水汽聚集。700 hPa強(qiáng)降水中心比濕為8 g/kg，500 hPa為6 g/kg，400 hPa值為2 g/kg。水汽在低層聚集，700 hPa比濕具有一定指示意義。

“7.31”過程，31日20：00，500 hPa上青海東南部、青藏高原西部存在水汽通量輻散大值區(qū)，值為12 g/（cm2·hPa·s），而 在 青 海 東 北 部 有 值 為-6 g/（cm2·hPa·s）的水汽通量輻合帶，即水汽帶副高西側(cè)東南氣流攜帶的水汽與高空槽前水汽在強(qiáng)降水中心（101°E、37°N）聚集并明顯輻合。700、400、300 hPa強(qiáng)降水中心水汽通量散度分別為-20、-4、-1 g/（cm2·hPa·s），表明“7.31”過程強(qiáng)降水中心水汽輻合深厚，有利于較長(zhǎng)時(shí)間強(qiáng)降水的持續(xù)。700 hPa強(qiáng)降水中心比濕為8 g/kg，500 hPa為6 g/kg，有利于強(qiáng)降水出現(xiàn)。

兩次過程都有兩條水汽帶，一條為副高西側(cè)的東南氣流輸送的水汽帶，“7.23”“7.31”另一條水汽帶為高空槽前水汽帶。“7.23”過程水汽都是在強(qiáng)降水中心中低層聚集，且高層都為干區(qū)。而“7.31”過程強(qiáng)降水中心水汽輻合最為深厚，由700 hPa延伸至300 hPa。

3.3 不穩(wěn)定條件特征分析

θse是表示溫壓濕綜合的物理量，短時(shí)強(qiáng)降水與高能量場(chǎng)的配置有密切的關(guān)系，為了更好揭示暴雨區(qū)假相當(dāng)位溫（θse）的垂直結(jié)構(gòu)，“7.23”和“7.31”分別沿100°E 36.5°N、101°E 37°N進(jìn)行垂直剖面（圖3）。兩次過程都在500 hPa附近有θse高值中心，值為350 K。這主要是由于副高西側(cè)的暖濕空氣為強(qiáng)降水的發(fā)生積蓄了不穩(wěn)定能量。

“7.23”在40—45°N附近500 hPa以下存在一θse低值區(qū)，值分別為280、290 K，說明強(qiáng)降水中心上空500 hPa有冷平流從北向南擴(kuò)散。而“7.31”在40—45°N附近300 hPa以下整層都為θse低值區(qū)，中心位于600 hPa附近，值為290 K。即強(qiáng)降水中心有冷空氣從北向南擴(kuò)散，冷空氣的抬升作用使低層潛熱能釋放，觸發(fā)對(duì)流運(yùn)動(dòng)發(fā)展，有利于短時(shí)強(qiáng)降水的出現(xiàn)。

綜上所述，兩次過程都在500 hPa附近有值為350 K的θse高值中心。說明副高西側(cè)的暖濕空氣為強(qiáng)降水的發(fā)生積蓄了不穩(wěn)定能量?！?.23”在500 hPa都有冷平流，而“7.31”整層都有冷空氣由北向南擴(kuò)散，兩者均在38°N附近有傾斜的θse等值線密集帶，這種鋒生帶更有利于短時(shí)強(qiáng)降水產(chǎn)生和維持。

4 小結(jié)

通過對(duì)比分析2017年夏季青海東部?jī)纱螐?qiáng)對(duì)流天氣個(gè)例，得出以下結(jié)論。

1）兩次強(qiáng)對(duì)流天氣過程都是在有利的大尺度環(huán)流背景下，地面有冷空氣從河西走廊擴(kuò)散南下，與西南暖濕氣流在青海東部交匯是主要成因。500 hPa干舌、地面干線，地面輻合線，地面冷鋒是發(fā)展和維持的觸發(fā)機(jī)制。

2）兩次過程都是高層輻散，低層輻合的典型配置。“7.31”以傾斜的上升運(yùn)動(dòng)為主，與冷鋒前暖濕空氣被迫抬升有較大關(guān)系，“7.23”低層輻合更明顯。

3）兩次過程都有兩條水汽帶，一條為副高西側(cè)的東南氣流輸送的水汽帶，另一條水汽帶為高空槽前水汽帶?！?.23”過程水汽都是在強(qiáng)降水中心低、中層聚集，且高層都為干區(qū)?！?.31”過程強(qiáng)降水中心水汽輻合最為深厚，由700 hPa延伸至300 hPa。

4）θse場(chǎng)上，在500 hPa上有350 K的θse高值中心。說明了副高西側(cè)的暖濕空氣為強(qiáng)降水的發(fā)生積蓄了不穩(wěn)定能量。“7.23”在500 hPa都有冷平流，而“7.31”整層都有冷空氣由北向南擴(kuò)散，兩者均在38°N附近有傾斜的θse等值線密集帶，這種鋒生帶更有利于短時(shí)強(qiáng)降水天氣的發(fā)展和維持。