2011年9月陕西关中一次连阴雨中暴雨过程机理分析

2014-10-25胡启元马晓华侯建忠

陕西气象 2014年5期

关键词：落区平流云团

胡启元，马晓华，侯建忠

(陕西省气象台，西安 710014)

2011年9月陕西关中一次连阴雨中暴雨过程机理分析

胡启元，马晓华，侯建忠

(陕西省气象台，西安 710014)

利用常规观测资料、NCEP1°×1°再分析资料、卫星云图资料等，对陕西关中2011年9月5—6日的连阴雨中的暴雨过程进行诊断分析，结果表明：700 hPa切变线、陇南低涡、西南急流和地面冷锋为此次暴雨的主要影响系统；水汽主要来源于700 hPa；影响系统建立先于强对流云团发展3 h以上；对流云团沿着700 hPa切变线分布区域发展；暴雨时段始终维持强倾斜上升运动；暴雨区落区位于对流云团西侧θse值密集区附近，降水强度随着云顶亮温的降低而增强；700 hPa暖湿气流沿850 hPa冷垫爬升，冷暖交汇偏北，强降水发生在冷平流区。

区域性暴雨；中尺度切变线；云顶亮温；θse分布；温度平流；陕西关中

秋季连阴雨经常造成严重的洪涝灾害，而发生在连阴雨中的暴雨会加重洪涝的严重程度。因而秋季暴雨的产生机理受到众多学者研究[1-6]。孙欣等[7]认为暴雨发生在能量锋区和强上升运动重叠区，当高空锋区与上升气流不重叠时降水趋于结束。张晓东[8]研究发现低层暖锋锋生产生强上升运动，使对流不稳定性增大，冷空气从低层入侵并抬升暖湿气流，使上升运动加强降水增幅，从而产生秋季暴雨。王志超等[9-11]认为锋生函数表明了冷、暖空气聚集的程度，对诊断强降雨的发生时段和落区有一定的指示意义。

本文利用常规观测资料、NCEP1°×1°再分析资料，对2011年9月4—7日陕西连阴雨中5—6日关中区域性暴雨进行分析，为关中秋季暴雨预报提供参考。

1 降水概况

2011年9月4—7日陕西省出现连阴雨天气过程，其中9月5-6日陕西中部(关中地区)出现区域性暴雨，暴雨持续时间长，降水最强时段出现在5日下午到6日凌晨，降水量呈东西带状分布(图1)。5日08：00—6日08：00，关中地区过程降水量30～100 mm，31县(区)降水量超过50 mm，最大为宝鸡眉县100.8 mm；350乡镇降雨量超过50 mm，最大为咸阳乾县123.4 mm，暴雨自西向东影响宝鸡、咸阳、西安、渭南等地区。

图1 2011-09-05T08—2011-09-06T08陕西省降水量(单位为mm)

2 天气形势及水汽条件

5日08时500 hPa天气图上，欧亚中高纬度为两槽一脊型，河北北部为高压脊，贝加尔湖西侧与东北地区东侧为低压槽，副热带高压(下简称副高)中心位于长江中游湖北、重庆一带，陕西处于副高北侧西南气流中，贝加尔湖低槽底部不断分裂短波槽东移影响陕西中北部地区；6日08时500 hPa副高主体南退至华南，贝加尔湖低槽南下，西风短波槽加深，槽前西南气流与副高外围西南气流合并加强影响陕西关中地区。

700 hPa天气图上，5日08：00(图2)陇南存在一低涡系统，低涡东侧关中地区上空存在中尺度东西向切变线，切变线南侧为4～8 m/s的偏南风，有利于水汽在暴雨区辐合。分析700 hPa水汽通量散度可知，水汽主要堆积于宝鸡、咸阳西部一带。区域性暴雨所需水汽条件比较充足，雨区位置基本与水汽辐合区一致。5日20时，低涡底部气流和副高外围西南暖湿气流合并加强为急流，最大风速达到12 m/s，吹向关中的偏东气流最大风速为6～8 m/s，中尺度切变已加强发展为“人”字形切变，关中大部分地区处在急流左前侧，动力、水汽条件十分有利，形成强度为(-2～-6)×10-7g/(cm2·hPa·s)水汽辐合中心，水汽辐合强烈。地面图上5日08：00—6日08：00冷锋维持在陕西中部附近，低压倒槽稳定在四川，锋区附近降水明显，暴雨落区基本分布在锋线后部。

可以看出，西风短波槽、700 hPa切变线、陇南低涡及低涡前的西南急流和地面冷锋是此次陕西中部暴雨的主要影响系统。水汽输送主要集中在700 hPa。

图2 2011-09-05T08和2011-09-05T20 700 hPa高度场(单位为dagpm)与风场

3 云顶亮温

分析FY2E卫星的TBB分布(图3)可知，云团总体上是自西北向东南方向移动发展。5日08时，云团初生，对流云团位于陇南地区，云团中心tBBlt;-30 ℃，云团东侧有强对流云团产生，这时700 hPa关中上空中尺度切变线已经建立；14时对流云团发展旺盛，覆盖关中大部分地区，且基本分布在700 hPa切变线附近，云团中心tBBlt;-40 ℃，暴雨区主要出现在宝鸡、咸阳西部；20时对流云团有所减弱并且范围缩小为狭长带状，云团中心tBBlt;-20 ℃，降雨强度减弱为2～3 mm/h；6日02时云团再次发展加强，云团中心tBBlt;-50 ℃，降水再次加强，出现短时暴雨。

图3 2011-09-05—06 FY2E卫星云图TBB分布(单位：℃)

通过分析天气形势、卫星云图及降水分布特征可以看出：中尺度切变线建立先于强对流云团的发展，时间相差3 h以上，暴雨落区位于对流云团西侧。降水强度随着云顶亮温的降低而增强，对流云团发展路径基本与700 hPa切变线走向一致。

4 暴雨机制分析

4.1 垂直上升运动

5日08时地面冷锋位于秦岭以北。沿108°N的垂直速度剖面图(图4)上，中低层32°N～34°N锋前垂直上升气流中心强度达-15×10-3hPa/s。34°N上空925 hPa～700 hPa(锋面上)上升速度由4日20时的-6×10-3hPa/s(图略)迅速增大到5日08时的-15×10-3hPa/s，而暴雨基本都出现在这一区域，从云图上看此时对流运动十分旺盛，6日08时垂直上升气流中心强度减弱、范围减小且随高度升高向北倾斜(图4)，暖湿气流倾斜爬升加大了冷、暖空气的交汇面，有利于区域性暴雨或大暴雨的产生。

4.2 假相当位温

该次天气过程发生在夏末秋初，相对于盛夏暴雨来说能量条件较差，在对流较弱的背景下中尺度系统的影响对暴雨落区和强度有更加重要的作用。

图4 2011-09-05T08(a)和2011-09-06T08(b)沿108°N垂直速度 (单位为10-3 hPa·S-1)

5日08时700 hPaθse分布图(图5)上,四川—陕南西部为θsegt;70 ℃的宽广高能区，而在河套北部存在θselt;45 ℃的低能中心，其底部有低能舌伸向陕西中部，35°N附近关中暴雨区位于高、低能之间θse线比较密集的区域，同时能量垂直剖面上暴雨区附近θse500-θse700≤-5 ℃，θse500-θse850gt;-5 ℃，不稳定能量的水平和垂直分布都有利于对流发生。5日20时，高能舌略有南退，暴雨落区位于高能中心北侧的能量锋区中。6日08时，θsegt;70 ℃区域有所南退，而东侧θsegt;70 ℃区发展到关中东部，高低能之间的能量锋区由5日东西走向转变为6日的西南—东北走向，5日20：00—06日08：00，暴雨分布在锋区偏北侧，可以看出暴雨落区随着能量锋区位置走向的变化而变化。

θse场演变分析表明：暴雨发生在能量锋区中，而不是高能中心。

图5 2011-09-05T08和2011-09-06T08 700 hPaθse分布(单位为℃)

4.3 温度平流

9月5日08：00 700 hPa温度平流图(图略)上，陕西中南部受中心为5×10-5℃/s的暖平流控制，暖平流中心呈西南—东北走向，与暖湿气流运动方向一致，其两侧存在两股冷平流，分别位于陇南和重庆北部；850 hPa陕北南部到关中西部为-1×10-5℃/s狭长偏东冷平流区，强暖平流中心位于安康附近。5日20：00，700 hPa(图6)强度为(2～4)×10-5℃/s的暖平流区已覆盖关中上空大部地区，较08时强度减弱，范围增大，在暴雨区上空起到暖盖的作用，关中西部暖平流普遍大于4×10-5℃/s；850 hPa整个关中地区处于0 ℃线附近，即冷暖平流交汇区域，北侧偏东冷平流12 h由-1×10-5℃/s发展至(-2～-3)×10-5℃/s，南侧暖平流中心减弱为5×10-5℃/s。

分析表明，暴雨期间暖平流主要位于700 hPa，冷平流主要位于850 hPa，而850 hPa冷平流起冷垫作用，700 hPa暖湿气流沿冷垫爬升与冷平流交汇形成强降水是区域性暴雨产生的主要因素，强降水发生在冷平流区。