天水一次高空切变形势下的暴雨天气过程分析

2015-07-13王小龙朱拥军李悦

安徽农业科学 2015年7期

王小龙　朱拥军　李悦

摘要利用天水地区所有自动站资料、Micaps实况资料、探空资料、FY-2E卫星云图资料以及雷达资料对2013年8月6日夜间至7日白天天水地区出现的一次中到大雨、局地暴雨的天气过程进行分析。结果表明，造成天水市此次降水过程的主要系统是青藏高压和副热带高压之间的切变线以及下滑短波槽；此次降水过程发生前后物理量特征明显，各物理量指标均对过程的发生发展具有一定的指示性作用；此次降水过程中相继有多个MCS和MCC影响天水市；雷达产品垂直累积液态水含量（VIL）对风暴位置以及暴雨落区具有一定的指示性作用。

关键词暴雨；强对流；高空切变线；卫星云图；雷达

中图分类号S161.6文献标识码A文章编号0517-6611（2015）07-189-04

The Analysis of a Heavy Rainfall Process under High Shear Situation over Tianshui

WANG Xiao-long， ZHU Yong-jun， LI Yue

（Tianshui Meteorological Bureau of Gansu Province， Tianshui， Gansu 741000）

AbstractThe characteristics of a regional heavy rainfall process occurring over Tianshui on 6 August 2013 are investigated by using ground automatic meteorological station observation data， the Micaps meteorological observation data， meteorological sounding data， FY-2E satellite infrared cloud image data， and radar data. Results indicate that the heavy rain occurs associated with the Shear line and the decline in short wave trough， which is caused by the interaction of western Pacific subtropical high and South Asian anticyclone. The physical quantities are apparent during the occurrence of the heavy rainfall and play a good indicative role in the occurrence and development of the heavy rainfall process. There are multiple MCS and MCC systems affect Tianshui successively. Moreover， the vertically integrated liquid water （VIL） in radar data plays a good indicative role in the location of heavy rainfall area.

Key wordsHeavy rainfall； Severe convection； High shear situation； Infrared cloud image； Radar

天水位于甘肃省东南部，是干旱半干旱气候过渡带，境内天气复杂多变，强对流天气频发[1]。进入2013年夏季以来，降水较往年明显增多，多次出现数十年难得一遇的暴雨天气过程，对人民的生命财产安全以及生产生活带来了严重的威胁，分析造成洪涝灾害的暴雨天气过程对提高暴雨预报质量、防灾减灾工作具有重要的意义。笔者利用天水地区所有自动站资料、Micaps实况资料、探空资料、FY-2E卫星云图资料和雷达资料对2013年8月6日夜间至7日白天天水地区出现的一次中到大雨、局地暴雨的天气过程进行了分析。

1降水实况

受青藏高压以及副热带高压之间的切变以及北方冷空气的共同影响，2013年8月6日20：00～7日20：00天水出现强雷阵雨天气过程，全市普降中到大雨，局部地方出现暴雨，最大降水量出现在麦积区的东岔，降水量为128.7 mm（图1）。

图12013年8月6日20：00～7日20：00天水地区降水分布

2天气形势分析

8月6日20：00 500 hPa高空实况场上（图2），冷空气势力盘踞在西伯利亚至蒙古一带，有小股的冷空气下滑至河套至青海南部一带，青藏高压稳定维持，副热带高压588 dagpm线位于山东半岛、陕西南部至贵州一带，天水市位于副热带高压外围西南暖湿气流控制下，700 hPa青藏高原南部至甘肃东南地区有一条切变线存在；7日08：00 500 hPa实况图上，副热带高压有所东退，青藏高压向东南方向伸展，天水市位于两高之间的切变控制下，前一日东移南下的小股冷空气也已经侵入天水市区域，700 hPa切变线移至平凉至陇南一线；7日20：00降水系统已经移出甘肃省，天水市降水过程基本结束。

可见在此次局地暴雨过程中，造成天水市降水的系统主要是青藏高压和副热带高压之间的切变线以及北方下滑的冷空气的共合影响。副高外围源源不断的西南暖湿气流为此次降水提供了充足的水汽条件以及热力条件，冷空气的侵入为此次过程中的雷暴天气提供了充足的抬升动力条件和触发条件。

图22013年8月6日20：00 500 hPa高空实况场

3物理量分析

3.1水汽条件

3.1.1比湿。

暴雨需要在大气比湿达到一定的数值以上时才能形成[2]，据统计天水大多数暴雨发生在700 hPa比湿≥8 g/kg 环境条件下，分析此次过程700 hPa比湿场可知，6日20：00甘肃省南部至四川北部有一个明显的高水汽含量中心，中心数值达12 g/kg 以上，天水市位于等比湿线≥10 g/kg 的环境条件中（图3），充足的水汽为此次暴雨的发生提供了有利水汽条件。

图32013年8月6日20：00 700 hPa比湿场

3.1.2水汽通量场和水汽通量散度场。

暴雨的发生不但要有很好的水汽条件，还要有源源不断的水汽补充，大量水汽在降水区辐合，暴雨才有可能发生[2]。分析6日20：00 700 hPa水汽通量场和流场的叠加图（图4）可知，在四川南部至广西一带有一个大的水汽通量中心，中心值达14×10-4 g/（cm·hPa·s），天水市位于水汽通量大值区的下风向，流场上在甘肃南部有一个明显的辐合中心。由于暴雨落区一般均处在水汽通量大值区的下风向，而天水此次的强降水区就在四川输送中心北侧，且在流场上有一个明显的辐合，这对预报暴雨有一定的指示性作用。

而在水汽通量散度场上，在四川北部到甘肃南部有一个明显的水汽输入中心，水汽通量散度表示了水汽的集中程度，分析700 hPa水汽通量散度可知，此次暴雨过程天水强降水地区为水汽净输入区，负值中心位于天水至四川北部，说明这些地方有很强的水汽通量辐合，对暴雨的发生十分有利。

图42013年8月6日20：00 700 hPa水汽通量场和流场

3.2动力条件

3.2.1涡度和散度。

暴雨得以发生的初始动力条件是高层有明显的辐散、低层有明显的辐合[2]。8月6日20：00涡度垂直剖面图上（图5），天水市上空700～500 hPa为正涡度区，500 hPa以上为涡度负值区，而散度场剖面图上，天水市上空700～500 hPa为散度负值区，500～400 hPa为散度正值区，表明过程前夕天水市附近低空为辐合、高空为辐散，低层正涡度和高空负涡度有利于加强大气的垂直运动，为系统的发生发展提供充足的动力作用。

图52013年8月6日20：00涡度场剖面

3.2.2垂直速度。

从各层的垂直速度分布情况来看，天水地区高低层在6日20：00 500 hPa和700 hPa垂直速度值均为负值，表明该地区有明显的上升运动，不断的上升运动触发不稳定能量的释放，有利于强降水天气的发生和发展。

3.3能量条件

3.3.1T-logP图分析。

分析8月6日20：00 T-logP图可知，四川北部和甘肃省南部处于对流不稳定状态，而甘肃省合作、榆中以及平凉一带处于相对稳定状态，对流不稳定能量主要集中在甘肃省天水、陇南以及四川北部地区。7日08：00对流不稳定性层结主要集中在陕西南部的汉中以及安康一线，甘肃省陇东南地区以及四川北部地区已经处于稳定状态，主要对流性天气已经结束。

3.3.2SI指数分析。

沙氏指数（SI）是表示大气层结稳定性的一个物理量指标，SI指数对对流性天气发生前后大气层结的稳定情况具有较好的指示性作用[3]。分析8月6日20：00 SI指数可知，甘肃省南部地区以及四川省北部SI指数为-4～0 ℃，根据当地经验，0 ℃

4卫星云图分析

通过分析此次过程的卫星云图资料（图6）可知，8月6日20：00高原南部至甘肃东南地区沿切变线形成多个中α尺度、中β尺度以及中γ尺度的对流体或对流复合体，其中在甘肃陇东南地区形成一个中α尺度的MCC，云顶亮温≤-35 ℃的面积在104 km2以上，中心云顶亮温达-52 ℃以下的面积也超过5×103 km2，由于MCC中强降雨落区往往发生在云顶亮温最低的区域以及亮温梯度最大的区域，结合地面雨量站分析此次MCC过程可知，强降雨发生时段以及落区主要集中在MCC发展以及成熟阶段的亮温最低区域以及东南方亮温梯度最大的区域[4-5]。7日00：00开始，MCC逐渐消亡，影响天水市降水的主要是高原南侧继续东移的各种尺度相对较小的系统。7日05：30开始在甘肃南部以及四川北部又形成一个中α尺度的MCC，受其影响天水市7日上午又迎来一次强降水时段，13：00以后MCC逐渐移出天水市，天水市降水过程基本结束。

图62013年8月6日20：00～7日08：00红外云图

43卷7期

王小龙等天水一次高空切变形势下的暴雨天气过程分析

5雷达资料分析

分析此次过程的雷达监测资料和雷达产品（图7）可知，8月6日21：00开始，降水已经开始影响天水市武山境内，降

水回波前沿已经到达静宁-通渭-武山-宕昌一线，22：00

图72013年8月6日21：00～7日13：00雷达回波演变

图82013年8月6日23：02 VIL

开始，降水回波已经开始影响天水市市区，7日00：00降水已经影响天水市全境，一直到7日12：00，回波逐渐移出天水市，天水市降水逐渐结束。

通过对雷达产品进行分析可知，此次降水过程回波强度在15～45 dBz左右，回波底高3 km左右，回波顶高最大为15 km，垂直伸展高度较高，但回波强度不是很大，垂直累积液态水含量（VIL）最大值为40 kg/m2，主要位于秦州区南部、麦积区东南部以及清水县境内（图8），与强风暴的位置以及暴雨落区有较好的对应关系，雷达回波主要以天气尺度背景下的中小尺度对流风暴为主，没有产生强冰雹天气的超级单体风暴，暴雨的形成主要是由于中小尺度对流风暴不断生成并移动在暴雨区形成“列车效应”[6-10]。

6中尺度分析

通过对过程发生前的天气图进行中尺度分析（图9）可知，6日20：00低层700 hPa在云贵川以及甘肃和陕西南部有一条明显的湿舌，相对应河西至青海东部有干舌存在，温度槽已经进入兰州至合作一线，700 hPa切变线位于白银-天水-四川北部，在贵州-重庆-河南-山东半岛有一低空急流，高空500 hPa低压槽位于阿拉善左旗至青海东部一线，高原低层多热低压活动，500 hPa在青藏高压和副热带高压之间有一条东北-西南向的切变，高空200 hPa在新疆、河西至内蒙中部有一条高空急流。

过程发生前天水市上空上干下湿、700 hPa有切变、上游地区有温度槽和低压槽东移南压，高原南侧也相应有低值系统东移，同时天水市位于高空急流轴右侧、低空急流轴左侧的高低空气流耦合上升区域，环境场条件极有利于强对流性天气的发生和发展[11]。

图92013年8月6日20：00中尺度分析

7小结

（1）在此次局地暴雨天气过程中，造成天水市强降水的

动力系统主要是青藏高压和副热带高压之间的切变线以及下滑槽的共同影响。

（2）此次降水过程发生前后物理量特征明显，涡度、散度、垂直速度及沙氏指数等物理量均对过程的发生发展具有一定的指示性作用。

（3）通过对卫星云图分析可知，此次降水过程前后相继有多个MCS和MCC影响天水市。

（4）通过对雷达产品的分析可知，此次降水过程主要以天气尺度背景下的中小尺度对流风暴为主，没出现能产生强冰雹天气的超级单体风暴。

（5）此次暴雨发生前天水市上空上干下湿、700 hPa有切变以及干冷空气切入，高原南侧有低值系统东移；天水市位于高空急流轴右侧、低空急流轴左侧的高低空气流耦合上升区域。

参考文献

[1] 《西北暴雨》编写组.西北暴雨[M].北京：气象出版社，1992：3-6.

[2] 朱乾根，林景瑞，寿绍文，等.天气学原理和方法[M].北京：气象出版社，2000：320-343.