北京地区一次暴雨过程分析

2017-09-15陈震王丹许欢

现代农业科技 2017年15期

陈震　王丹　许欢

摘要利用常规观测资料、NCEP/NCAR FNL 1°×1°时间分辨率为6 h的再分析资料对2015年7月16—17日发生在北京地区的一次暴雨过程进行分析。结果表明，高空槽和西太平洋副热带高压（以下简称副高）、日本海高压是主要的大尺度影響系统；日本海高压与高纬度阻塞高压同相位叠加阻挡高空槽东移，使低压槽长时间稳定少动。同时副高加强北抬，副高西侧西南暖湿气流与低槽后部西北干冷气流在华北地区相遇，造成此次强降水过程；低空急流虽不明显，但华北地区处于高空急流的右后侧，高空辐散条件较好。低层水汽丰富，偏东气流将东海洋面水汽向华北地区输送，2015年第12号台风“浪卡”也是重要的水汽输送源，源源不断的水汽向华北输送，则高温高湿的不稳定能量在华北地区聚集，大气层结处于条件不稳定状态。在暴雨发生前和发生时，假相当位温随高度递减，是有利于强降水的不稳定大气层结。地形对本次暴雨起到了重要的动力作用。

关键词暴雨过程；环流形势；物理量诊断；北京地区

中图分类号 P458.1+21 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2017）15-0188-02

Abstract By using conventional observation datas，NCEP/NCAR FNL 1°×1° every 6 hours reanalysis data，the heavy rainsfall occurred in Beijing during July 16 to July 16，2015 was analyzed.The results showed as follows：upper trough，western pacific subtropical high and Sea of Japan high were the main large scale affected the system.Upper trough was blocked by blocking high and Sea of Japan high，it kept stable for a long time. Simultaneously，subtropical high continued to strengthen and moved northwards，the warm current at west side of subtropical high and cold current at northwest converge in North China，caused the heavy rainfall. Although low-level jet stream was not obvious，North China was at the right rear of the high altitude jet，high altitude divergence conditions were better.Guided by the low-level Partial airflow，low-level moister was abundant，the eastward airflow would transport the East China Sea surface water vapor to the North China region.The 12th typhoon“Nangka”in 2015 was also an important source of water vapor. Because of the moisture transfer and the latent heat transfer，unstable energy accumulated in North China，the atmospheric stratification was unstable.Before and after the occurrence of heavy rainfall，potential pseudo-equivalent temperature decreased with height，which was conducive to the precipitation of unstable atmospheric stratification.The terrain had played an important dynamic role in this heavy rainfall.

Key words heavy rainfall；circulation pattern；physical quantity diagnostic；Beijing area

对于暴雨这一类强对流灾害，众多气象工作者均对其进行了较深入的研究[1]。研究显示，华北暴雨主要出现在东高西低（高压坝）和2高对峙的环流形势之下。陶诗言等研究指出北京暴雨的影响因素众多，包括低空低涡、低空切变线、副热带高压、冷锋、高低空急流、台风、北京独特地形等。此外，葛国庆等[2]也指出北京地区强降水也可由中纬度斜压系统引发，发生机制可以用准地转理论解释。暴雨的产生与发展需要充足的水汽、大气层结处于不稳定状态、垂直运动等众多条件。王宏等[3]研究表明，湿位涡与强降水有很好的对应关系。在对河北一次暴雨过程的诊断分析中发现，湿正压项“下负上正”的配置是有利于不稳定能量释放的，对流不稳定会急剧发展。湿斜压项正负值呈“蝴蝶状”对峙，表明大气呈斜压不稳定，对暴雨有指示作用。黄亿等[4]用WRF模式模拟一次台风暴雨时指出，位涡上、下层高值区相连使暴雨区长期受高值区控制，同时，高位涡使低层扰动增加，降低低层稳定度。王婧羽等[5]在对北京“7·21”暴雨进行水汽分析时指出，与水汽局地变化和水汽在垂直方向上的变化相比，低层水汽辐合与暴雨发生更具有时间上的一致性。台风对水汽的远距离输送也是十分明显的。孙明生等[6]对北京“7·21”暴雨成因分析时指出，地面盛行偏东风，风向与山脉走向近乎垂直，暖湿气流被迫抬升，降雨中心位于山前迎风坡，雨带走向和山脉走向基本平行。此外，其他学者也在不同领域进行了研究[7-9]。endprint

1 资料与方法

1.1 研究资料

本文所用资料为NCEP FNL资料，包含了从10～1 000 hPa共26层等压面，也涵盖了地面边界层、sigma层、对流层顶以及其他层面。

1.2 研究方法

本文从环流形式出发，分析主导系统和影响系统，在此基础上对水汽条件、动力热力条件、不稳定性进行分析。

2 结果与分析

2.1 环流特征分析

2015年7月16日20：00，500 hPa中高纬呈现出“北脊南槽”的环流形势，阻塞高压位于贝加尔湖附近，中纬度地区为较深的低压槽，槽线从蒙古经河套地区直至甘肃省南部。从日本海至我国东北地区为西北—东南方向的高压脊，高压中心位于日本海上。此处高压脊与高纬阻塞高压同相位叠加，在我国中东部地区形成“东高西低”的阻塞形势。以584线作为副热带高压范围的参考线，20：00 584线从福建经江西南部、湖北南部向西延伸至广西南宁。17日8：00，河套地区槽线向东移动大约1个经度，华北地区处于低压槽前大范围上升区，日本海高压脊有所减弱。同时，副高东段加强北抬，华北地区高空风速明显增大。700 hPa北京附近伴有弱辐合，内蒙古北部有低涡活动。2015年第11号台风“浪卡”为华北地区输送大量水汽，受低层偏东气流的影响，大量的不稳定能量和水汽在华北地区聚集。700 hPa比湿为0.6×10-2～0.8×10-2 kg/kg，低层水汽非常丰富。

2.2 物理量诊断分析

2.2.1 水汽条件分析。水汽通量散度是衡量降水区水汽含量多少的一个物理量，负值表示水汽在某一地区辐合汇聚，正值表示水汽的辐散。2015年7月17日8：00在北京南部有大量的水汽聚集，辐合中心值在-6×10-7 g/（cm2·hPa·s）以上；同时，北京地区盛行偏东风，偏东气流将东部渤海海面上空的水汽源源不断地输送到北京境内（图1）。8：00在水汽通量散度沿40°N剖面图（图2）可见，由于925 hPa为偏东风与地形恰好垂直，水汽辐合也位于地形抬升最大处。沿116°E剖面图可见，水汽辐合位于山前迎风坡，中心在900 hPa左右，中心值在-6×10-7 g/（cm2·hPa·s）左右。在这样的条件下，北京地区上空水汽充足，有利于强降水过程的发生。

2.2.2 不稳定条件。因贝加尔湖附近阻塞高压稳定少动，上游冷空气东移受阻，移动速度很小。因此，在暴雨发生前1～2 d，北京地区持续增温，低层大气呈现高温高湿状态，天气非常闷热。水汽条件、热力条件和足够的动力条件是暴雨过程必须要满足的3个条件。2015年7月17日2：00 500 hPa高度上存在范围较大的低值中心，中心值在324 K以下，中层大气干冷，位于北京西部。低层假相当位温数值较大表明低层大气暖湿。在垂直方向上假相当位温随高度遞减，大气层结处于不稳定状态。同时，北京西部假相当位温等值线密集，表明锋区存在。受锋面的动力作用，十分有利于能量和水汽沿锋面抬升。17日20：00 500 hPa低值区明显收缩，低层暖湿范围扩大，数值变化不大。大气依然处于不稳定状态。由于河套低压槽稳定少动，槽前暖湿气流不断由南向北输送。17日2：00 700 hPa等压面从河北南部至北部有1条高能舌存在，它代表一股高温、高湿、不稳定的气流由南向北输送。此后高能舌逐渐东移，17日20：00 700 hPa高能舌范围有所扩大、加强，但已经位于北京东南部。高能舌从西到东移动的过程也对应本次降水过程。

2.2.3 动力抬升条件。2015年7月17日2：00在40°N出现散度负值中心，中心值在-5×10-5 s-1左右。垂直速度中心与散度负值中心上下相对。17日8：00垂直上升运动主要集中在700～925 hPa之间的对流层下层。垂直速度中心数值为0.6×10-2 hPa/s，与2：00相比略有上升。辐合区在850～925 hPa之间，辐合中心值在-6×10-5 s-1以上；同时辐散加强，出现了中心值为-4×10-5 s-1以上的散度正值中心。分析17日8：00 850 hPa垂直速度分布，北京中南部均为垂直速度负值区，中心值为0.6 Pa/s。而且负值区位于山前迎风坡，负值中心与降水中心基本重合。雨带分布与山脉近似平行。以上分析表明，山脉辐合抬升作用对本次暴雨起到了非常大的作用。辐合引起的上升运动加上丰富的水汽，造成了17日上午的倾盆暴雨。

3 结论

本文利用NCEP再分析资料与常规观测资料对2015年7月17日发生在北京地区的降水过程进行了分析。所得结论如下。

（1）副高逐渐北抬，河套低槽长期稳定，是此次强降水的环流背景。500 hPa呈现典型的“北脊南槽”环流形势，阻塞高压与日本海高压脊相互叠加阻碍河套地区低槽东移，华北地区处于槽前大范围上升运动区；850～700 hPa河套地区均有低压槽对应，同时低层也有弱切变和低涡活动。

（2）水汽通量散度表明北京水汽条件较好。相对湿度和水汽通量大，而且在北京西部地区出现水汽辐合，辐合中心值在-6×10-7 g/（cm2·hPa·s）以上，有利于暴雨的发生发展。

（3）假相当位温的高低层配置表明大气层结不稳定。低层暖平流高层干冷平流，干冷平流叠加在暖湿平流之上，假相当位温随高度递减，高能舌从西向东移过北京地区。

（4）地形抬升作用十分明显。北京地区低层盛行东南风，气流前进方向与山脉几乎垂直，暖湿空气被迫抬升。

4 参考文献

[1] 赖绍钧，何芬，陈海山，等.华南前汛期一次特大暴雨过程的数值模拟及其诊断分析[J].热带气象学报，2012，28（3）：409-416.

[2] 葛国庆，钱婷婷，陶祖钰.一次北京暴雨的环流成因分析[J].气象，2002，28（9）：1-6.

[3] 王宏，寿绍文，等.一次局地暴雨过程的湿位涡诊断分析[J].自然灾害学报，2009，18（3）：12-14.

[4] 黄亿，寿绍文，付灵燕.对一次台风暴雨的位涡与湿位涡诊断分析[J].气象，2009，35（1）：65-73.

[5] 王婧羽，崔春光，王晓芳，等.2012年7月21日北京特大暴雨过程的水汽输送特征[J].气象，2012，40（2）：133-145.