陕西中南部一次持续性暴雨天气过程分析

李晓利， 郑荣玉， 严珠琴， 康 磊

(1.陕西省榆林市气象台,陕西榆林 719000；2.福建省三明市气象局,福建三明 365000；3.安徽省枞阳县气象局,安徽安庆 246701)



陕西中南部一次持续性暴雨天气过程分析

李晓利1， 郑荣玉2， 严珠琴3， 康 磊1

(1.陕西省榆林市气象台,陕西榆林 719000；2.福建省三明市气象局,福建三明 365000；3.安徽省枞阳县气象局,安徽安庆 246701)

摘要利用常规观测资料，紧密结合暴雨发生的物理条件，从环流形势、影响系统、物理量场等方面，对2011年9月16～19日陕西中南部发生的一次持续性暴雨天气的发生机制、过程特征进行初步诊断分析。结果表明，这次暴雨过程发生在深厚的上升气流中，有明显的水汽通量辐合和水汽通量输送，高低空急流的长时间维持、对流层低层“人”字型切变的存在以及地面冷锋移动缓慢造成暴雨天气的持续；θse的锋区位置与强降水的出现具有很好的对应关系，θse锋区的南压对于强降水的预报具有一定指示意义。

关键词持续性暴雨；环流形势；影响系统；物理量场

2011年9月陕西省出现少见的强秋淋天气，出现3次暴雨天气过程，共9个暴雨日，165站次暴雨，5站次大暴雨，全省暴雨站次和平均降水量均为1961年以来历史同期最多。强秋淋天气引发渭河、汉江出现汛情，关中、陕南多地发生滑坡、泥石流、塌方等灾害，造成多处铁路公路中断、河堤决口、村庄被淹等灾害，并造成多人死伤。其中16～19日降水过程强度最强、影响范围最大，过程累积雨量最大为汉中镇巴县的251.9 mm。

稳定的大尺度天气形势、充足的水汽、对流不稳定能量的积累及释放是持久性暴雨产生的3个主要物理条件[1-3]。目前国内专家对暴雨的研究较多，尤其是注重对致灾暴雨的研究，从环流背景、地形、物理量特征等方面均进行了相关研究[4-7]，但不同的暴雨个例物理条件表现不尽相同。笔者利用常规观测资料，紧密结合暴雨发生的物理条件，从环流形势、影响系统、物理量场等方面，对2011年9月16～19日陕西中南部发生的这次持续性暴雨天气的发生机制、过程特征进行初步诊断分析，以期为今后类似天气过程的预报服务提供参考。

1影响系统分析

1.1环流形势

1.1.1500 hPa环流形势。16日08：00(图1a),欧亚中高纬环流形势为两槽一脊型，西西伯利亚为一阻塞高压，新地岛到巴尔喀什湖有一低槽，鄂霍茨克海经我国东北的北部—蒙古国中部—我国新疆的北侧有一横槽，东亚中纬度为平直西风气流，高空锋区位于40°N附近，这支西风锋区引导冷空气东移后从华北南下，使河套地区位于地面冷高压的后部并形成回流，从横槽底后部分裂的短波槽经高原东移后得到发展，形成强的西南气流带；西太平洋副热带高压维持在日本岛附近，584 dagpm线位于陕西南部，陕西中南部处在副高外围的西南气流中。20：00从横槽底部分裂的冷空气经蒙古国、河套南下和经高原东移的冷空气与副高外围的西南暖湿气流交汇于华西地区，从而造成该地区阴雨天气持续及降水强度增强。17日08：00锋区南压至40°N以南，引导横槽底部不断有冷空气扩散南压，巴尔喀什湖附近低槽底部有扩散西风槽东移。20：00锋区东移了5个纬距，横槽转竖东移，影响陕西北部转为偏北风，降水减弱，中南部继续受东移西风槽的影响，降水天气维持。18日08：00(图1b)，阻塞高压强度减弱并略有东移，西风槽东移至河西到高原东部，584 dagpm线北抬，四川到陕西的南风气流加强，陕西处于西风槽前西南气流中，槽前的正涡度平流有利于上升运动和低层低值系统的发展，稳定的副高外围西南暖湿气流为暴雨提供源源不断的水汽。稳定少动的影响系统、充足的水汽输送、强烈的动力上升运动条件，则形成了区域性暴雨天气。20:00西风槽东移至河套东部，高原到新疆的脊加强，降水明显减弱。

1.1.2700 hPa环流形势。此次降水过程700 hPa一直有风场的切变线存在，且从云贵高原经四川盆地到陕西中南部的一支低空西南急流维持了48 h以上。16～18日700 hPa切变线和急流区域演变(图2)显示，16日08：00四川北部到甘肃南部有一低值闭合区，云贵高原到陕西南部的偏南气流加强，风速最大为12 m/s； 17日08：00四川北部到陕西南部有一切变线，急流区位于云贵高原西北部；20：00西南急流发展，风速增大至16 m/s，陕西南部到四川东部与陕西中南部到河南中部形成“人”字形切变，相应的陕西中南部低空急流范围扩大、强度增强，影响降水强度增大；18日08：00，急流区范围继续增大，云贵高原经四川盆地到陕南发展成大片的西南急流，达县和安康风速达20 m/s，且急流风向呈气旋性弯曲，低空急流的左前侧为强降水区。由此可见，当对流层中高层环流形势稳定时，对流层低层偏北风、偏南风、偏东风之间形成的“人”字形切变所产生的强辐合是强降水产生的动力条件。综上所述，维持长达48 h以上的低空急流和切变的存在使得强降水区水汽辐合集中，从而提供持续的水汽输送，起到明显的辐合抬升作用，对暴雨的形成提供了非常有利的动力和水汽条件[8]。

1.1.3850 hPa环流形势。16～18日850 hPa同样有切变线存在，强降水前陕西受弱的偏东风影响，随着风向转为东北风，风速不断增大，引导冷空气逐渐南下。强降水出现时段，山东北部—河南北部—陕西南部形成12 m/s的偏东风急流带，河南南阳最大风速达20 m/s，陕西南部风速也达16 m/s，同时云贵高原到重庆北部的西南风气流也加强，切变线位置在陕西和四川交界处，对应陕西中南部到四川东部产生强降水天气。由此看出，偏东风急流的位置和强度与强降水有很好的对应关系，且偏东风急流输送的冷湿空气有利于700 hPa暖湿空气的爬升，从而提供了辐合抬升条件。

图1　2011年9月16日08：00(a)和18日08：00(b)500 hPa高空形势 (单位：dagpm)Fig. 1　The 500 hPa upper situation on 08:00 (a) of September 16 and 08:00 (b) of September 18, 2011

注：阴影区表示风速≥12 m/s。Note: Shadow region indicated wind speed ≥ 12 m/s.图2　2011年9月16日08：00～18日08：00(a)和16日20：00～18日20：00(b)700 hPa切变线和急流演变Fig. 2　 The 700 hPa shear line and jet stream on 08:00 of September 16-08:00 of September 18 (a) and 20:00 of September 16-20:00 of September 18 (b), 2011

1.2地面冷锋演变从图3可以看出，这次持续性强降水的地面冷空气主体位于蒙古国北部，北路冷空气移动缓慢，逐渐向南扩散进入陕西。16～18日强降水期间，陕西处于高压底部，且四川东北部到陕西南部有倒槽维持和发展，冷锋位置少动，是有利于降水的地面形势，由于后倾明显，使得高空暖湿气流在低层冷空气垫上爬升，加上秦岭地形抬升和关中盆地的狭管效应，从而使陕西中南部出现持续性降水[9]。

1.3南亚高压和高空急流南亚高压脊线的位置和变动与我国主要雨带的位置和季节性变化密切相关[3]。由图4可见，南亚高压在降水开始前有一次北抬过程，16日脊线位于23°N附近，17日北抬至33°N，18日维持，19日南退至28°N。南亚高压的位置与陕西强降水区有较好的对应关系，当脊线位于33°N附近时，陕西中南部处于南亚高压东北侧的辐散区，有利于这一区域强降水的产生和低层低值系统的发展。而高空急流轴在这次降水中有东移南压增强过程，17日开始西风急流中新疆─青海─河套的风速增大，河套北部最大风速达74 m/s，18日急流轴东移南压，陕西中南部位于高空急流轴入口区右侧的强辐散区，同时低空西南风急流的建立和维持，增强了低空急流轴左侧气旋性辐合；高空的强辐散区和低空的强辐合区在陕西南部到四川东部的上空叠置，促使该区域产生暴雨天气。

2物理量场分析

2.1θse能量场分析由16～18日θse沿108°E垂直剖面(图5)可知，这次强降水天气前期，θse没有明显的增大，不稳定能量增加不是很显著， 16～18日陕西处于相对稳定层结中，在33°～38°N有显著的密集锋区，高能区位于35°N以南，低能区位于40°N以北，陕西位于相对高能区，且过程期间锋区有明显南压，锋区的南压使得不稳定能量释放，陕西附近一直存在冷暖空气的剧烈交汇，为陕西中南部暴雨的形成提供了足够的热力条件[10]。由此得出，θse的锋区与强降水具有很好的对应关系，强降水的发生是不稳定能量累积后释放的过程，θse锋区的南压对于强降水的预报具有一定指示意义。

图3　2011年9月16日08：00～18日08：00地面冷锋演变Fig. 3　Ground front evolution from 08:00 of September 16 to 08:00 of September 18, 2011

2.2水汽通量散度通过图6的分析得出，16～18日中低层的强水汽辐合中心有增强南压的过程，16日辐合中心-15×10-7g/(cm2· hPa·s)位于35°N，18日中心移至30°N并增强为-25×10-7g/(cm2· hPa·s)，且辐合气流上升至500 hPa高度，中低层大量的水汽集合为陕西中南部区域性暴雨天气创造了非常有利的水汽条件。

注：双箭头线为高空急流位置；实线为南亚高压脊线位置。图4　2011年9月16日08：00～19日08：00南亚高压和高空急流演变Fig. 4　Evolution of south Asia high and upper level jet stream from 08:00 of September 16 to 08:00 of September 19, 2011

图5　2011年9月16～18日暴雨区沿108°E θse垂直剖面(单位：K)Fig. 5　θse vertical cross section along 108°E in heavy rain area from September 16 to 18, 2011

2.3垂直速度场从图7可以看出，16～18日陕西一直处于上升运动区内，上升运动中心位于500～600 hPa，17日20：00上升运动最强，中心值为-45×10-3hPa/s，对应陕西出现强降水天气。强的上升运动有利于水汽的抬升凝结，为此次陕西的暴雨天气提供了良好的动力和水汽条件，同时32°N以南为上升运动区、45°N以北为下沉运动区，从而形成一次级环流，此次级环流又增强了上升运动的发展[11]。

3结论

(1)造成此次降水天气的环流形势具有陕西秋季典型的连阴雨暴雨的环流特征，主要是东北到蒙古的横槽底部冷空气缓慢扩散和副热带高压外围暖湿气流共同造成的。对流层低层偏北风、偏南风、偏东风之间形成的“人”字形切变所产生的强辐合是强降水产生的动力条件。

(2)充足的水汽是暴雨产生的必要条件，维持48 h以上的低空急流提供了持续的水汽输送，使得强降水区水汽辐合集中，起到明显的辐合抬升作用，对暴雨的形成提供了非常有利的动力和水汽条件。高低空急流间的耦合与南压高压的北抬，促使了暴雨的发生。

(3)θse的锋区与出现明显降水具有很好的对应关系，强降水的发生是不稳定能量累积后释放的过程，θse锋区的南压对于强降水的预报具有一定指示意义。

图6　2011年9月16～18日暴雨区沿108°E水汽通量散度垂直剖面[单位：10-7g/(cm2· hPa·s)]Fig. 6　Vertical cross section of vapor flux divergence along 108°E in rainstorm area from September 16 to 18, 2011

(4)次级环流的形成增强了上升运动的发展，强烈的上升运动和高能高湿的环境场不仅为暴雨的产生提供了足够的动力，还为暴雨的产生提供了充足的水汽和不稳定能量。

图7　2011年9月16～18日暴雨区沿108°E垂直速度场垂直剖面(单位：10-3 hPa/s)Fig. 7　Vertical cross section of vertical velocity field along 108 °E in rainstorm area from September 16 to 18, 2011

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Process Analysis of a Persistent Rainstorm in Central South Shaanxi Province

LI Xiao-li1, ZHENG Rong-yu2, YAN Zhu-qin3et al

(1. Meteorological Station of Yulin City, Yulin, Shaanxi 719000; 2. Meteorological Station of Sanming City, Sanming, Fujian 365000; 3. Meteorological Station of Zongyang County, Anqing, Anhui 246701)

AbstractConventional observation data were used to closely integrate the physical conditions of rainstorm. The pathogenetic mechanism and process features of a persistent rainstorm were preliminarily analyzed in central south Shaanxi Province from September 16 to 19, 2011 from the aspects of circulation pattern, influencing system and physical quantity field. Results showed that this rainstorm process happened in the deep updraft with significant water vapour flux convergence and water vapour flux transfer, long-term maintain of high- and low-level jet, and slow move of ground cold front, which all led to the persistency of rainstorm weather. θsefrontal position had relatively good corresponding relation with the appearance of heavy precipitation. θse front southward showed certain guiding significance to the forecast of heavy precipitation.

Key wordsPersistent rainstorm; Circulation pattern; Influencing system; Physical quantity field

作者简介李晓利(1982- )，女，陕西榆林人，工程师，从事短期短时天气研究。

收稿日期2016-01-28

中图分类号S 161.6

文献标识码A

文章编号0517-6611(2016)08-243-04