陕北榆林一次区域性暴雨中尺度特征分析

李晓利 康磊 高雪娇

摘要利用micaps常规资料、物理量场、红外卫星云图、榆林雷达（CINRADCB）产品等对2011年7月1～2日榆林区域性暴雨天气过程的环境场、热力、动力条件、中尺度影响系统及触发机制等进行综合分析。结果表明，副高外围暖湿气流与东北涡后回流冷空气是暴雨发生的环流背景，切变线和低空急流的维持是暴雨产生的重要因素；地面干线触发了对流云团的生成，同时伴有中尺度低压的存在更有利于对流的生成和加强，从而生成多个中尺度对流云团并不断移动形成“列车效应”，产生了暴雨；雷达径向速度图上“逆风区”的出现表明有中小尺度垂直环流存在，有利于暴雨天气的发生；V3θ图上表现为暴雨时对流层顶附近有超低温存在，处于很不稳定状态，有利于产生对流，有充沛的水汽输送，预示着有强降水天气出现。

关键词区域暴雨；中尺度系统；特征分析；陕北榆林

中图分类号S161.6文献标识码A文章编号0517-6611（2014）01-00171-04

作者简介李晓利（1982- ），女，陕西榆林人，工程师，从事天气气候研究，Email：376228086@qq.com。

收稿日期20131210榆林地处黄土高原东侧，年平均降水量400 mm，年平均暴雨日数0.42 d，区域性暴雨出现次数很少，降水特征表现为降水变率大、分布不均、历时短，强度大[1]，暴雨天气通常是中小尺度天气系统扰动加强所造成的。有关黄土高原的暴雨，我国气象工作者做了大量的研究工作，并取得了一定的成果[2-5]。如艾丽华等对青藏高原东北侧致洪暴雨湿位涡特征进行了分析[4]；苑海燕等分析得出了黄土高原产生暴雨的大尺度环流特征，水汽条件、急流等物理量对暴雨的作用，以及垂直运动、环境场与暴雨的关系等[5-7]。针对黄土高原中尺度暴雨的研究比较少，进一步深入研究黄土高原暴雨中尺度系统，为暴雨的短时临近预报寻找可参考依据，同时对做好决策气象服务有重要意义。笔者利用micaps常规资料、物理量场、红外卫星云图、榆林雷达（CINRADCB）产品等，从环境场、热力条件、动力条件、中尺度影响系统及触发机制等方面，对2011年7月1～2日榆林区域性暴雨天气过程进行综合分析。

1雨情概况

2011年7月1～2日榆林出现了少见的区域性暴雨，24 h雨量有7个国家基本观测站监测到暴雨，5个县12个乡镇降大暴雨，最大雨量是米脂县印斗镇137.1 mm（图1）。强降水主要集中在2日05：00～10：00和13：00～18：00，是由多个中尺度雨团移动所造成的。

2环流背景分析

500 hPa，副高位置偏南，在30°N以南，贝湖为脊，巴湖、东北分别有低槽。贝湖脊加强向东北伸展，东北槽加深南压，形成一冷涡，涡后回流冷空气与副高外围暖湿气流在河套地区上空形成交汇，从而造成的强降水天气。200 hPa高空锋区位于40°N附近，南亚高压非常强盛，覆盖欧亚中低纬大陆；有一支西风急流存在，经过河套地区呈反气旋性弯曲，有强的风辐散，有利于加强对流层中低层的辐合。700 hPa一直存在一支大于14 m/s的西南风急流，风速最大时达20 m/s，持续将水汽向陕北输送，陕北北部有西北风与西南风切变存在，暴雨区位于切变线的右侧，低空急流风速的强弱及位置与暴雨的强度落区相对应，当急流消失，暴雨天气结束。850 hPa有一支弱偏东北风气流，将回流冷空气传送到河套，有利于700 hPa 上层暖湿空气沿着此冷垫面抬升。

3动力和热力条件分析

3.1散度、涡度由图2可见，在暴雨区，对流层中下层700～850 hPa为大于-10×10-6s-1的辐合区，高层 400～200 hPa为大于10×10-6s-1的辐散区，低层强辐合上升区与暴雨落区有很好的对应关系，低层辐合和高层辐散强度增强，影响雨强增强，有利于暴雨产生。暴雨区500 hPa以下为正涡度，正涡度中心在700 hPa为大于10×10-6s-1，有利于中低层的上升运动；400 hPa以上为负涡度，负涡度中心在200 hPa附近大于-10×10-6s-1，有利于加强对流层高层的下沉运动。

3.3比湿暴雨区，700～850 hPa 比湿为10～13 g/kg，500～400 hPa为4～6 g/kg，从低层到高层均存在大值区，水汽比较深厚，比湿值大于其他暴雨天气过程，造成此次暴雨过程范围广、强度强，覆盖榆林、靖边、横山、佳县、米脂、子洲、吴堡县区，降水量在100 mm左右。可见比湿与暴雨的范围及强弱有很好的对应关系。

3.4水汽通量散度暴雨发生时，有非常充足的水汽输送至暴雨区抬升凝结，分析7月2日08：00水汽通量散度剖面（图3）可知，低层850～700 hPa有大于-10×10-5g/（cm2·hPa·s）的辐合区，有明显的水汽辐合抬升，将水汽抬升到对流层顶500 hPa附近，水汽不断被输送至暴雨区，为暴雨天气提供了足够的水汽条件和动力条件。

3.5V3θ曲线图分析V3θ图的主要功能是以非均匀结构体现运动大气对流层内的滚流发生或维持，均匀结构体现滚流消失。从7月1～2日3θ图（图4）可以看出，暴雨发生前高层200 hPa附近3θ线左倾中偏左有拐角，说明对流层顶附近有超低温存在，在低层与水平轴形成钝角，说明对流比较旺盛，西南气流上升至500 hPa，有充沛的水汽输送，700～500 hPa有2条θ曲线与水平轴近于垂直，且存在多处拐角，2条θ曲线几乎接近，说明大气处于很不稳定状态；低层为西南风，高层为西北风，形成顺时针滚流，预示有强降水天气出现。顺滚流维持24 h以上，到2日20：00，低层对流减弱，出现强降水后不稳定能量得已释放，说明在有不断的水汽输送时，大汽不均匀结构持续时间长，更有利于暴雨的形成。

4中尺度分析

4.1中尺度对流云团一次暴雨天气过程的降水总量并不一定是由一次连续降水所组成的，一般都是由于在此过程期间中尺度雨团不断生成和移动的结果。分析7月1～2日暴雨天气FY2E红外分裂窗云图（图5）可知，暴雨天气的云团主要是由冷涡云系尾部生成的对流云团和西风槽中生成的对流云团所造成的。1日15：00，东北到河套对应高空槽位置有逗点云系形成，其尾部位于榆林北部，开始生成对流云团，强度较弱，伴有弱降水； 20：00，随着高空东北涡的形成，逗点云系发展为涡旋云系，对应地面有冷锋移动，其北侧有一支强的干冷空气，在尾部河套附近与暖湿气流相汇合不断触发对流云团生成；2日05：00～10：00，对流云团明显加强东移，TBB≤-40 ℃，榆林中北部县区1 h雨量≥18 mm，其后部又有新的对流云团生成；13：00，地面低压倒槽发展，延安到榆林南部云系向东、向北伸展，随着低空西南气流的加强，水汽输送带北伸，对流云团得到加强发展，影响榆林东南部县区降水强度增强，此云团在东移过程中范围不断扩大，南部县区1 h降水量≥ 23 mm，15：30对流云团强度最强，TBB ≤ -50 ℃，19：00该强对流云团东移出榆林市，降水强度减弱。注：蓝线为黄河，圆圈为暴雨落区。

4.2雷达特征

4.2.1反射率因子。根据榆林多普勒雷达组合反射率因子演变可知，7月1日10：00开始，榆林市范围内有多块对流云回波，强度≤30 dBz，自西南向东北移动，20：00之前没有明显的强回波区；22：40，西南方向不断有絮状回波向东北方向移动，在榆林附近合并，造成大片的回波区，大范围强度35 dBz；23：47，回波范围扩大；2日00：55，横山北部回波增强至45～50 dBz，强回波范围不断向东北扩大，覆盖榆林市大部县区，40～50 dBz强度的强回波一直维持；到09：47，榆林周边出现零度层亮带，表明降水有减弱趋势；14：40，强回波东移至黄河沿线，但西部、南部又有新的回波东移；16：00，形成南北两片强回波区，强度40～50 dBz，回波转为向东移动，说明西北路冷空气开始南压；18：30，回波开始变的疏散，分成多块回波，大范围强降水结束；21：18，西北风加强，冷空气前部形成一条窄的带状对流回波，强度为40～50 dBz，对应地面冷锋向东南移动；23：40，回波减弱东移至黄河以东，降水天气完全结束。此次降水从组合反射率因子图（图6）分析，表现为由多个强对流回波发展移动所造成的强降水，存在有“列车效应”。

42卷1期李晓利等陕北榆林一次区域性暴雨中尺度特征分析4.2.2径向速度。1日22：28开始，零速度线穿过雷达站呈“S”状（图7），风向随高度顺时针旋转，表示雷达探测范围内为暖平流，有利于水汽向暴雨区输送；零速度线南侧为负速度，北侧为正速度，说明榆林市附近有中尺度辐合线生成，榆林范围内降水强度有所增强。2日07：26，榆林站附近中层开始出现南风包围中的北风“逆风区”，“逆风区”一直维持到18：00。“逆风区”的一侧为辐合，另一侧为辐散（图8），在厚度区间存在垂直风切变，辐合气流较强，“逆风区”是中小尺度垂直环流的一种表现，说明上升和下沉气流共存，不断有对流云团发展，可见“逆风区”的存在非常有利于暴雨天气的发生，这与贾显锋等研究结果[8]相似。

分析榆林雷达径向速度演变图（图7～8）可知，强降水时段一直有一支低空急流存在，且有加强的过程，随着低空急流的消失，强降水结束，可见低空急流是强降水得以维持的主要因素。

4.3地面中尺度辐合分析自动站实况资料，暴雨时河套北部有一条干线，自北向南移动，影响强降水雨带位置自北向南移动，干线触发了冷锋尾部对流云团的发展，造成短时降水增大。地面气压场上，2日05：00～20：00河套附近存在变压中心，其中，05：00～08：00，负变压中心在榆林为-1.1 hPa，14：00之后，负变压中心东移至黄河沿线及其东部，榆林图62011年7月2日08：03～17：05组合反射率因子图72011年7月1日22：34 2.4°仰角径向速度西部出现正变压中心0.5 hPa，对应强降水区位于河套东南部，同时14：00榆林形成一条东西向的辐合线，是由于暴雨天气所产生的。可见强降水时段地面存在中尺度低压系统，中尺度低压加强了对流云团的发展。

5结论

（1）陕北暴雨发生时，副高位置在30°N附近，东北涡后回流冷空气与副高外围暖湿气流在河套地区上空形成交汇，造成的强降水天气，环流背景有利于暴雨的发生。

（2）暴雨时陕北北部有风切变存在，强的低层辐合与高层辐散对应，低空急流持续将南海水汽向北输送，是强降水得以维持的主要因素。暴雨时700 hPa比湿>12 g/kg，500 hPa图82011年7月2日13：05 3.4°（a）、9.9°（b）、14.6°（c）仰角径向速度比湿> 4 g/kg，明显高于其他暴雨过程，对区域性暴雨天气的预报有很好的指示性作用。

（3） V3θ图上，3θ线左倾、偏左有多个拐角，对流层顶附近有超低温存在，处于很不稳定状态，有充沛的水汽输送，预示着有强降水天气出现。探空图上，湿度饱和区与强降水落区有很好的对应关系，暴雨发生前有不稳定能量存在，暴雨发生前后垂直风切变有增大过程，在700 hPa以下有一支弱的东风气流，回流冷空气也对触发对流起到作用。

（4）多个中尺度对流云团回波强度在40～50 dBz，移动形成“列车效应”产生暴雨。速度图上零速度线穿过雷达站呈“S”状，风向随高度顺时针旋转，有利于水汽向暴雨区输送。 “逆风区”的出现说明辐合气流较强，是中小尺度垂直环流的一种表现，非常有利于暴雨天气的发生。