延安盛夏一次强降水天气过程成因分析

2014-09-27董金芳陈小婷陕西省气象台西安7004陕西省农业遥感信息中心西安7004

陕西气象 2014年2期

袁媛，董金芳，陈小婷，胡皓(.陕西省气象台，西安 7004；.陕西省农业遥感信息中心，西安 7004)

延安盛夏一次强降水天气过程成因分析

袁媛1，董金芳2，陈小婷1，胡皓1
(1.陕西省气象台，西安 710014；2.陕西省农业遥感信息中心，西安 710014)

利用NCEP1°×1°的6 h再分析资料对2013年延安地区盛夏一次强降水天气过程进行诊断分析。结果表明：暴雨发生时，延安地区上空高层反气旋性涡度，低层气旋性涡度及700 hPa以上强烈的上升运动为该地区持续性强降水的发生、发展提供了动力条件。暴雨前期700 hPa水汽一部分沿副高外围从南海进入陕西境内，另一部分来自孟加拉湾；暴雨后期延安地区水汽一部分来自孟加拉湾，另一部分来自台风苏力外围的偏东气流。等θse线密集区集中在延安附近，是不稳定能量集中的区域，为延安地区出现强降水提供了充足的能量。

强降水；涡度；垂直速度；水汽；延安

1 雨情概况

2013年7月11日08时至14日08时，延安地区普遍出现强降雨天气过程。暴雨落区主要集中在延安北部，累计降雨量最大为延川县198.1 mm，其次是延长县152.5 mm，再次为延安县134.9 mm。分析延川、延长、延安三站的逐小时雨量发现(图略)，强降水发生时段主要集中在11日夜间到12日白天。延川站暴雨日为11日08时—12日08时，雨量为131 mm；延长站的暴雨日为12日08时—13日08时，雨量为91.9 mm；延安暴雨日为两天，分别为11日08时—12日08时和12日08时—13日08时，雨量分别为62.2 mm和64.5 mm。延安地处黄土高原，年降雨量少，出现暴雨日少，由于地质特点和防雨能力较差，一旦发生持续性强降水就容易引发灾害，因此很有必要对延安持续性强降水进行研究。井喜等[1]分析了远距离台风影响陕北突发性暴雨成因，结果表明：子长特大暴雨是由于β中尺度强对流云团在子长重复出现而产生的。朱海利等[2]通过对发生在陕北子长特大暴雨过程的各种要素现象分析，认为此次特大暴雨是由β中尺度强对流云团产生的，具有典型的对流单体形成过程的特征。刘慧敏等[3]对2007年秋季陕北一次极端连阴雨过程的环流形势、动力结构、水汽输送等进行了分析。卢珊等[4]对2011年7月上旬先后发生在陕北和陕南的两次暴雨天气过程的大尺度环流特征进行对比分析。这些研究成果为科研人员对延安暴雨的机理认识打下了良好的基础。本文分析总结2013年7月11日—14日强降水天气过程，试图找到此类天气的成因和形成机理，为今后延安持续性强降水预报提供有益的预报思路。

2 大尺度环流特征及影响系统分析

7月10日20时500 hPa高空图上(图略)，欧亚中高纬度呈“两槽一脊”型，高压脊位于贝加尔湖附近，两低槽分别位于西伯利亚和鄂霍次克海附近。新疆东部有低槽东移，高原上多短波槽活动，副高588 dagpm线控制长江下游地区，584 dagpm线控制陕北南部到陇南一带，陕西受副高外围西南气流控制，台风苏力位于我国以东洋面,台风中心位于135°E、25°N附近。700 hPa高空图(图略)上，河套—陇东—四川有一切变线。7月11日08时500 hPa高空图(图1)上，西伯利亚槽底部分裂的冷空气向南扩散到内蒙中东部地区，内蒙中部到青海一线有一低槽，副高584 dagpm线稳定略西伸，控制陕北南部，经陇南到高原东部一带，588 dagpm线西伸到长江中下游附近。台风苏力西伸北抬，阻碍副高东退南落，使得副热带高压长时间稳定少动，低槽后部的冷空气与副高外围的暖湿气流在陕北上空交绥。700 hPa高空图(图略)上陕北—宁夏—陇南有一切变，从孟加拉湾到延安南部有明显的偏南气流，风速为8～10 m/s。850 hPa高空图(图略)上四川东北部到陕南一带有偏南风辐合和弱切变。12日08时500 hPa图上(图略)西伯利亚槽减弱东南移到贝加尔湖附近，中高纬度低槽向东南移动到达青海东部，副高588 dagpm线东退到河南中部到湖北中部地区，台风苏力移动到台湾以东，台风中心位于127°E、27°N附近。13日20时，500 hPa高空图(图略)上，新疆东部到青海西部有低槽生成，高原有低值系统维持，低槽前部东移到陕西西部地区，副高584 dagpm线在40°N附近，588 dagpm线略有东退，台风苏力中心位于福州附近。

分析可知:7月11日08时至14日08时副高外围的暖湿气流与西风槽带来的冷空气在陕北上空交绥，低层有切变线相配合，造成延安持续性强降水天气。

图1 2013-07-11T08 500 hPa高度场(实线，单位为dagpm)和温度场(虚线，单位为K)

3 物理量场分析

3.1 涡度

从沿110°E涡度垂直剖面图可以看出，10日20时36°N上空500 hPa以下为正涡度，500 hPa以上为负涡度。12日08时36°N暴雨区上空，正涡度区从500 hPa上升到400 hPa，其中心位于600 hPa，数值为6×10-5s-1(图2)，这种形势一直维持到13日08时。分析逐小时雨量分布可以看出延川、延长、延安三站的降水峰值都出现在12日。13日14时开始，36°N上空正涡度所在的高度下降，降水随之减弱。由垂直涡度的空间配置与降水量峰值的关系看出：高层反气旋性涡度，低层气旋性涡度，这种配置长时间维持在延安上空，对延安暴雨的发生、发展提供了动力条件，有利于低层涡旋、切变线的生成，是暴雨发生的必要条件。

图2 2013-07-12T08沿110°E涡度垂直剖面图(单位：10-5s-1)

3.2 垂直速度

2013年7月11日08—20时沿110°E垂直速度剖面图(图略)上,暴雨发生区域在37°N附近，700 hPa以下为上升运动。12日08时(图3)，暴雨区上空有一深厚的上升运动区,上升运动从800 hPa伸展到250 hPa,最大中心位于450 hPa处，中心值为-1.8×10-3hPa/s。12日午后上升速度所在高度下降，降水减弱。14日02时上升速度的最大高度为450 hPa，延川站14日06时1 h降水量为12.6 mm。由以上分析得出强烈的上升运动触发不稳定能量释放, 为大暴雨产生和维持提供动力条件，并与强降水时段相吻合。

图3 2013-07-12T08沿110°E垂直速度垂直剖面图(单位：10-3 hPa/s)

3.3 水汽

分析各层水汽通量矢量演变图(图略)可以看出，延安暴雨过程的水汽主要来自700 hPa。700 hPa的水汽通量矢量图(图略)上,11日08时延安水汽通量一部分自副高外围从南海进入陕西境内，一部分由孟加拉湾进入。11日20时(图4a)陕北南部水汽通量增大到9 g/(cm·hPa·s)，水汽通量散度为-4×10-7g/(cm2·hPa·s)。11日20时至12日14时水汽通量散度辐合大值区一直维持在陕北南部，充足的水汽条件使陕北南部在12日出现暴雨峰值，延川、延长、延安三站小时降雨量均超过10 mm/h。12日午后水汽通量散度在陕北南部减弱(图略)，降水也随之减弱。12日20时(图略)台风苏力西进北上，13日14时水汽通量矢量图(图略)上，水汽随着台风苏力外围偏东气流与孟加拉湾向北输送的水汽一起输送到陕西。台风苏力开始远距离影响陕北暴雨的形成，其外围的偏东气流为暴雨提供水汽条件。14日02时的水汽通量矢量图(图4b)上,延安暴雨的水汽一部分来自孟加拉湾，一部分来自台风苏力外围的偏东气流。水汽通量散度在陕北南部达到-2×10-7g/(cm2·hPa·s)，偏东气流和偏南气流带来的水汽在陕北南部辐合，使得强降水在14日凌晨又一次出现，延川14日05时出现短时强降水，1小时降水量为12.6 mm。

由以上分析可以得出，暴雨前期700 hPa水汽一部分沿副高外围从南海进入陕西境内，一部分来自孟加拉湾。暴雨后期台风苏力西进北上，延安暴雨的水汽一部分来自孟加拉湾，一部分来自台风苏力外围偏东气流。

3.4 能量场

7月10日20时850 hPa等θse图上(图略)陕南到关中北部都是高能区，中心值为80℃，高能轴位于陕南—河南中部—山东一线，成东北—西南向。代表了高温、高湿且不稳定的暖气团。内蒙中部—银川—西宁沿线以北为θse的低值区，代表了干冷气团。从图上可以看出来自北部的干冷气团夹挤着陕西中南部暖湿气团，形成不同属性气团的激烈交汇，等θse线密集区集中在延安附近，是位势、湿斜压不稳定能量集中的区域，蕴藏着可供中尺度对流发展所必须的不稳定能量，为延安地区出现强降水提供了充足的能量。等θse线密集区这种能量场分布维持到13日08时，之后能量锋区减弱，降水减弱结束。