2016年商洛“7·30”局地突发性大暴雨综合分析及预报着眼点探讨

2017-11-06侯建忠陈小婷胡启元

陕西气象 2017年5期

关键词：云团商洛局地

侯建忠，井宇，陈小婷，胡启元

(陕西省气象台，西安 710014)

侯建忠，井宇，陈小婷，等. 2016年商洛“7·30”局地突发性大暴雨综合分析及预报着眼点探讨 [J].陕西气象，2017(5)：1-5.

1006-4354(2017)05-0001-05

2017-04-11

侯建忠(1960—)，男，陕西澄城人，学士，正研级高工,主要从事天气气候预测及研究。

中国气象局预报员专项(CMAYBY2017-073)；国家自然基金“黄河中游地区突发性大暴雨暴雨结构特征研究”(41475050)；陕西省气象局面上项目(2017M-1)。

2016年商洛“7·30”局地突发性大暴雨综合分析及预报着眼点探讨

侯建忠，井宇，陈小婷，胡启元

(陕西省气象台，西安 710014)

利用MICAPS资料，自动站加密雨量、FY-2E卫星云图、商洛多普勒雷达和数值预报产品等资料，对2016年7月30日商洛局地大暴雨过程进行综合分析。结果表明：数值预报对本次局地暴雨预报能力偏低，环流特征不明显；地面冷空气经过山西南部、河南东部影响陕西东部是本次暴雨的触发机制；关注午后关中南部与商洛北部的地面辐合线演变和西安站20时对流层低层偏东气流的剧增，加强卫星云图、雷达回波和自动站加密雨量等气象资料分析是提高局地突发性暴雨短临落区、强度预报的关键。

局地突发性大暴雨；低空东北急流；地面辐合线；卫星云图；雷达回波

随着现代数值预报技术的不断提高，较准确预报未来某个地区的区域性、系统性降水过程已成为现实。但对于暖区降水、局地性强天气和极端性天气的预报，数值预报仍不够理想。特别是青藏高原附近，地形复杂，模式预报往往有一定偏差。有些强降水前兆不明显[1]，暴雨和影响系统同时出现，突发性特征极为明显，预报难度大，这就迫使预报员在环境要素及预报指标等方面探寻一些具有先兆性的预报方法或指标，并结合卫星云图、雷达回波和自动站加密雨量等信息来弥补数值预报的短板，提高当地预报、预警能力。为积累经验、反思不足，对2016年7月30日商洛局地突发性暴雨天气过程进行分析，寻找局地突发性暴雨天气前期的一些预报着眼点和预报指标。

1 降水特征及模式预报

2016年7月30日22时至31日07时，陕西的商州、商南等区(县)先后出现了局地突发性大暴雨天气(下称“7·30大暴雨”)，乡镇站降水量100～150 mm共11站；超过150 mm以上4站，分别为商南县白鲁础212.4 mm，山阳县西照川218.5 mm、色河铺179 mm、东川159.8 mm，其中商南县31日01—02时小时雨量为29.4 mm。

陕西省气象台30日11时在全省可视会商中依据环流形势和模式预报(EC和GFS在陕南预报的最大降水量分别为12 mm和18 mm(图略)指出：下午到晚上关中东部和陕南商州局地出现20～35 mm强降水的可能性较大。但对商州区当晚夜里出现的局地大暴雨天气漏报。模式预报结果与降水实况相比，无论是暴雨范围和强度均出现明显偏差。由于大暴雨的时间、地点集中，雨强大，造成商洛的金丝峡景区大部分道路和设施及多部车辆被冲毁，2人死亡，景区被迫关停2个多月，仅商洛市直接经济损失超过2亿元。

2 暴雨前高空环流及地面特征

2.1 高空环流

30日08时300 hPa高空图上(图略)，从甘肃东南部到西安、太原和北京有一东北—西南向的弱急流带存在，西安、北京分别为16 m/s和20 m/s的西南风，暴雨区位于急流带入口区的右侧。位于急流带右侧的安康、武汉仅为6 m/s的西南风，这样的风场分布特征符合陕西一种突发性强降水模型[2-3]：在300 hPa急流右侧纬向风速出现迅速递减的特征，预示未来暴雨可能出现在高空急流的右侧(关中东部和陕南中东部区域)。14时和20时，西安仍维持16 m/s左右的西南风，安康站西南风则加大到12 m/s和10 m/s。表明300 hPa高空的弱急流带已出现缓慢南压，环流特征向利于强降水发生的形势转变。

“7·30大暴雨”前期，对流层中低层均存在一定的辐合。30日08时、14时和20时，700 hPa(图略)从达州至安康、西安有偏南气流存在并维持，其中14时安康到西安风速及风向辐合最强，安康为10 m/s西南风，西安为6 m/s南风。850 hPa，西安08时为2 m/s 的东南风，14时加大为4 m/s，20时加强为6 m/s的偏东风。925 hPa 20时(图略)，西安由14时4 m/s 的东东北风剧增到14 m/s，西安和安康之间形成切变线，“7·30大暴雨”就出现在该切变中。这种20时低层突然出现偏东风加强的现象在陕西多数突发性暴雨中均有出现[2，4]，冷空气正是经关中东部从对流层低层快速侵入暴雨区，加大了暴雨区垂直方向的温度递减率和斜压性[6-7]，增加了该区域大气的不稳定，激发中尺度对流云团生成和加强；其次冷空气也起到冷垫作用，利于暖湿气流强迫抬升，使低层暴雨区出现较大范围辐合。

可见西安20时对流中低层偏东风剧增是此类暴雨短临预报的关键着眼点。

2.2 地面形势

地面图上，“7·30大暴雨”前期的总体形势为“东高西低”型(图1)。有利于地面冷空气经山西中南部、河南东部进入陕西东部并影响陕西。从图1可以清楚的分析出冷空气的影响和移动路径。其中1 005 hPa等压线的位置，30日17时、20时分别南压至商洛、安康一带，即地面有冷空气从山西南部、河南东部进入和影响陕西关中东部及陕南东部的事实。表明地面图上东北路冷空气路径和加强时间是此类暴雨短时临近预警的另一个关键预报着眼点。

图1 2016-07-30地面形势演变(等值线为等压线，单位为hPa；a 17时，b 20时)

3 暴雨发生、加强的物理量特征

3.1 暴雨发生的辐散、辐合条件

分析“7·30大暴雨”前一时次和发生时高层辐散和低层辐合的特征发现，本次过程高层辐散特征不显著。暴雨发生前一时次，30日 08时300 hPa的涡度图(图2a)中，涡度的零线值沿汉中—西安—石家庄一线分布，仅能在暴雨区的南侧分析出一小范围的负涡度闭合中心，值为(-10～-20)×10-6s-1。暴雨云团生成、加强时段，300 hPa高层负涡度中心位置均较前一时次东移并有所北抬，-20×10-6s-1负涡度值范围有所扩大和加强。其下方对流层中低层的700 hPa(图略)和1 000 hPa(图2b)均有正涡度区域配合，量值为15×10-6s-1，数值明显偏小。这可能是数值模式对这次降水量预报显著偏小的一个原因。

对局部暴雨过程来讲，虽然高、低层各自的正负涡度值偏小，但暴雨发生时，暴雨区高层为负涡度区域、低层为正涡度区域，具备了暴雨发生的高层辐散、低层辐合的配置。

图2 2016-07-30涡度(单位为10-6 s-1；a 08时300 hPa，b 20时1 000 hPa)

3.2 冷平流对突发性大暴雨的发展、加强作用

用对流层中低层的总温度平流项分析冷空气对暴雨的影响。“7·30大暴雨”过程中，对流层中低层有明显的冷平流区配合，30日08时1 000 hPa(图3a)和700 hPa的冷平流中心最强值都达到了-15×10-2℃/s，30日20时850 hPa在暴雨区域附近有一个弱的冷平流中心存在(图3b)。这可能是由于暴雨出现在盛夏时期，冷平流有所减弱的缘故。也从另外一面印证了冷空气对“7·30大暴雨”过程的触发和加强作用。

图3 2016-07-30冷平流(单位为10-3 ℃/s；a 08时1 000 hPa，b 20时850 hPa)

4 中尺度特征分析

4.1 热力条件和垂直稳定条件

“7·30大暴雨”发生在陕南商洛东部，距离西安、安康相对较近。因此用西安、安康(图略)的探空资料来分析暴雨前和暴雨时的大气垂直稳定度和湿度条件。

CAPE值演变显示，30日08时西安、安康分别为894 J/kg和953 J/kg，14时猛升到1 415 J/kg和2 245 J/kg，表明暴雨区的大气已处于高度不稳定状态。7月30日08、14和20时，安康站探空曲线从低层到对流高层温度露点差较小，3个时次700 hPa的温度露点差都在1～4 ℃之间，可见秦岭南侧整层湿度条件较好，具备了商州出现局地大暴雨的水汽条件。相对而言，西安08时整层湿度偏小，14时、20时700 hPa的温度露点差为4～6 ℃，14时分布特征是850 hPa以下较干，850 hPa以上整层较湿，20时其特征是6 km以下整体变湿，温度露点差变小，这可能与下午关中东部局地出现大雨有关，6 km以上湿度有所减小，表明高层有弱的干冷空气侵入关中。上述垂直结构特征分布是有利于强降水产生的[8]。另外14—20时，500 hPa高度以下风向随高度顺转的特征更加明显，表明有一定暖平流存在并进一步加强，同时20时500 hPa以下的风速明显加大，说明水汽输送也是在不断增强[2，9]。

4.2 地面辐合线及风场演变

分析地面加密观测风场资料和自动站雨量发现，30日17时已有偏东冷空气侵入关中东部(图略)，18时商洛已有地面辐合线和气旋性辐合形成，中心位于山阳、丹凤和商洛、洛南之间。19时咸阳以东均受冷空气影响，西安为10 m/s东北风(图略)。20—21时冷空气和地面辐合线再次加强，关中东部东风再次加大，陕南丹凤也出现了14 m/s偏南风(图4)，原来位于切变北侧的商洛、洛南基本为静风，在关中东部和商洛之间较大区域的辐合线已形成。与之相对应的云图上显示该区域有新的小对流云团出现，22时已快速发展为一中β尺度对流云团。01—03时地面辐合线一直在商洛到关中东部的华阴、潼关一带，其南侧的南风辐合特征明显减弱，北侧偏东气流基本维持不变，此时暴雨云团强度最强、尺度最大，对应的降水最强，商南已出现29.4 mm短时暴雨，强降水产生在切变线右侧附近。可见冷空气南压或南侵对局地强降水起着直接影响作用，而地面辐合线使得对流发展和加强。地面辐合线的形成与加强是此类暴雨短临预报的另一着眼点。

图4 2016-07-30T21：00关中、商洛地面逐时风场图(图中实线为切变线)

5 卫星云图演变和雷达回波

5.1 卫星云图演变

FY-2E逐小时云图追踪分析显示，直接影响“7·30大暴雨”云团是由位于黄河河套中游一个东西向云带南侧小的对流云团快速发展、加强形成的。30日18时(图5a)，该云团开始形成，仅有小米粒大小，20时已发展成南北向的云团，原在黄河中游的东西向对流云带明显减弱；22时云团快速发展成典型中β尺度暴雨云团，南北跨度150 km(图略)，云团云顶亮温tBB降到-60 ℃；随后，暴雨云团继续保持南北向的特征发展，23时商州1 h 降水量23 mm，乡镇站降水达52.2 mm/h。31日02时云图发展为直径250 km的椭圆形，尺度达到最大，tBB达-75 ℃，云团东南侧温度梯度明显，雨强最大(图5b)，对应商南1 h 降水量为29.4 mm，乡镇站雨量达47.2 mm/h。04点后(图略)，云团出现明显减弱，tBB≥-50 ℃，边界模糊，且形状不规则，商州1 h 降雨量不足2 mm。

分析显示暴雨云团的生命史接近10 h，空间尺度达250 km，为典型中β尺度对流系统，强降水出现在发展、加强阶段，位于云团东南侧的温度梯度最大处。验证了由低层偏东北冷平流引发生成的对流云团多会独立发展加强的结论[5]，且该云团有一定的持续性，并引发局地强降水。

5.2 雷达回波分析

从西安多普勒雷达组合反射率因子演变图可以看出，强降水和强回波时段匹配很好。20：00—22：00为对流发展时期，雷暴单体回波发展，强回波中心位于丹凤(图6a)，最大强度大于65 dBz，丹凤出现局地强降水。22：00—00：00为分散雷暴单体合并阶段，商州、商南南部上空有强回波发展(≥50 dBz)，商州出现强降水(图6b)。00：00—03：00商南南部强回波单体迅猛增长并向北发展，块状回波强度普遍大于30 dBz，其间最大回波强度大于65 dBz，对应商南站出现短时暴雨(图6c)。由分析可知，强回波发展与回波强度，对确定暴雨落区及雨强都十分有效，但预报时效明显较短。要提高该类暴雨的短临预报时效还需综合考虑，即从300 hPa急流位置、走向，地面图上东北路冷空气路径、加强的时间以及地面中尺度辐合线位置，西安站20时对流中低层突然加强的偏东风，影响暴雨的云团类别等几个关键的预报着眼点入手，这几个预报着眼点均较“7·30大暴雨”强降水时段出现有2～6 h的提前量。