新乡一次低涡大暴雨天气诊断分析

田晓璐

新乡一次低涡大暴雨天气诊断分析

田晓璐

（新乡市气象局，河南 新乡 453003）

本文利用常规观测资料、地面加密观测资料、卫星云图资料及NCEP1°×1°逐6h再分析资料，对2016年新乡一次低涡大暴雨天气进行诊断分析。结果表明：第一阶段的对流性降水以太行山区为中心，地形的抬升及阻挡作用导致山脉迎风坡具有上升运动及水汽辐合中心，而低层弱冷空气入侵是对流性降水的主要触发机制；第二阶段东南部的降水呈现混合性，急流快速北抬造成大量水汽在新乡堆积，不稳定能量释放后不断重建，低涡前侧的MCS与地面中尺度气旋相配合，产生了该阶段极高的降水效率。本研究旨在进一步揭示此次极端天气的成因，以期为此类大暴雨的预报提供参考和依据。

大暴雨；诊断分析；低涡；太行山；MCS

新乡位于豫北西部，处在太行山与华北平原结合地带，地形复杂。2016年7月18日23∶00-20日8∶00，受高低空急流，中低层低涡、切变线，以及地面暖倒槽东移北上共同影响，新乡出现大暴雨，局地特大暴雨，由于降水持续时间长、强度大，导致全市出现不同程度的洪涝灾害。民政部门统计，此次降水造成新乡157 087人受灾，直接经济损失17 345.2万元。

受太行山脉影响［1-3］，新乡夏季局地性强降水频发，使预报难度进一步加大。虽然各级台站均报出了此次过程，但对极端性的预估存在不足。此外，降水落区与太行山地形有极好的对应关系，是一次非常值得总结的过程。本研究旨在进一步揭示此次降水的成因，以期为今后此类大暴雨的预报提供参考和依据。

1 降水概况

新乡此次过程以强降水为主，没有出现冰雹、短时大风等强对流天气，140个雨量站中，降水量超过100mm的共计45个站，超过250mm的共计5个站。特大暴雨集中在北部太行山区，最大过程降水量357.6mm，出现在辉县的陈家院，最大小时雨强115.9mm出现在延津的王楼（图1）。

图1 2016年7月18日23∶00-20日8∶00新乡雨量分布（单位：mm）

降水可分为两个集中时段：①18日23∶00-19日18∶00，新乡西北部以太行山区为中心的对流性降水；②19日14∶00-20日8∶00，新乡东南部的混合性降水。选取陈家院及封丘这两个具有代表性的站点，根据其逐小时降水量绘制演变趋势，如图2所示。可见，18日夜间降水始于太行山附近，3∶00起雨势显著增强，陈家院7∶00、8∶00雨强均大于60mm。西北部降水于9∶00左右减小，但陈家院强降水仍持续，并于12∶00达到该站雨强最大值70.8mm。14∶00左右，新一轮过程开始，东南部雨势明显加强，并连同辉县稳定维持的强降水区成为一条南北向雨带。伴随雨带东移，山区强降水于18∶00后趋于减弱。此时，降水集中在新乡东南部，封丘 18∶00-20∶00 雨强均高于50mm。之后，系统东移，整个过程于21∶00明显减弱，次日8∶00结束。

图2 2016年7月19日00∶00-23∶00陈家院、封丘逐小时雨量

2 环流演变及影响系统发展

7月17-18日，500hPa亚欧中高纬度为两槽两脊形势，欧洲到乌拉尔山为一低槽区，内蒙中部至云南南部为较深的槽区，青藏高原至新疆北部以及东部沿海分别为高压脊，副热带高压588dagpm等高线位于华南。18日20∶00，500hPa低槽北端到达河套地区，由于两侧高压脊加强，迫使其间低槽移速缓慢并不断加深。自江淮至东北地区为T-Td≥15℃的大范围干区，郑州站T-Td为36℃。925hPa自东海有一支10m/s的偏东风急流向豫北上空输送水汽，郑州站T-Td为1℃。太行山对超低空急流的阻挡使大量水汽在山脉东侧堆积，而上干冷下暖湿的配置更加剧了新乡上空位势不稳定层结的建立。此外，新乡位于200hPa分流辐散区，有利于上升运动的持续发展。分析地面天气图发现，高压中心位于朝鲜半岛，强度为1 010hPa，其后部不断有弱冷空气扩散南下影响华北地区。同时，由于中低空的较强暖湿气流向北输送，促使四川东部至河南西部的黄淮暖倒槽逐渐朝东北方向移动。18日20∶00，新乡位于高压后部偏东气流中，自河北有偏北风携带弱冷空气扩散至豫北，与盛行的偏东风在新乡北部交汇，不断触发中小尺度对流系统发生。

19日8∶00，东部高压脊稳定于125°E附近，青藏高压持续增强，二者之间的低槽以5经度/d的移速缓慢移至东胜至汉中一线。19日20∶00，副热带高压西伸北抬，脊线移至28°N附近。在其配合下，下游高压稳定性显著提升，形成高压坝。同时，受后部高压脊向北加强影响，两高形成对峙，其间的低槽移速趋于停滞，并在山西至河南西部切断出低涡。在此期间，925—700 hPa暖式切变线北抬至黄淮地区，切变线位置接近，结构垂直。并且，低层东南风急流建立，新乡位于急流最大风速中心前方，有明显的水汽辐合且湿层深厚。200hPa在新乡上空维持分流辐散，与低空急流相耦合，带来的抽吸、通风作用有助于上升运动长时间维持。分析地面天气图发现，新乡位于暖倒槽顶部，暖倒槽的发展加强，有利于低层大范围不稳定能量的积累。

3 大暴雨形成机制

3.1 水汽条件分析

18日20∶00-19日8∶00，925hPa均存在10m/s超低空急流将东海水汽注入新乡上空，这是第一阶段最主要的水汽来源。通过叠加19日8∶00 925hPa水汽通量散度与风场，如图3（a）所示，可以发现，豫北低空存在辐合中心，新乡上空强度达到-6×10-7g·s-1·cm-2·hPa-1，已超过河南产生大暴雨的阈值。此外，分析新乡（35.32°N、113.88°E）水汽通量散度和风场的经向剖面图发现，19日 2∶00（图略）、8∶00（图 3（b））在 35°N 以北，地面至900hPa有弱冷空气南下，冷暖空气持续在暴雨区交汇，导致不稳定能量激发。

随后，伴随暖式切变线北抬，西南急流建立起通向豫北的水汽通道，中低层暖空气势力明显增强。14∶00新乡北部的中心值高达-14×10-7g·s-1·cm-2·hPa-1（图3（c）），大量水汽在此堆积，为第二阶段强降水奠定了基础。查阅140个雨量站资料发现，16∶00-21∶00每小时均有站点雨量大于50mm，而王楼站于20∶00出现了本过程的小时雨量极值，达115.9mm。沿封丘（35.06°N、114.46°E）制作水汽通量散度和风场的经向剖面，能够看出20∶00 35°N附近整层暖湿气流均加强，而地面至800hPa之间的强水汽辐合中心高达-30×10-7g·s-1·cm-2·hPa-1（图3（d））。

图3 水汽条件（水汽通量散度单位：10-7g·s-1·cm-2·hPa-1，风速单位：m/s）

3.2 不稳定条件分析

3.2.1 不稳定指标。选取临近的郑州探空站资料加以分析。18日20∶00 T-lnP图显示（图4（a）），250hPa之下风随高度顺时针旋转，之上逆时针旋转，表明中低层暖平流，高层弱冷平流。SI指数为-1.0℃，LI指数低至-4.2℃，CAPE值由8∶00的692.2J/kg提升至1 531J/kg（见表1）。同时，500hPa附近存在明显干空气卷入，大气层结呈现典型的上干冷、下暖湿的“喇叭口”特征，说明大气此时极不稳定，为第一阶段太行山区对流性降水创造了有利条件。19日8∶00郑州站（图4（b））200hPa附近持续有弱冷平流输送，伴随低层东南风急流加强，中低层大气接近饱和。K指数由前日20∶00 31.0℃升至37.0℃，0～6km垂直风切变提高到16.63m/s，强的垂直风切变环境有利于上升气流和下沉气流长时间共存。此外，不稳定能量依旧维持，CAPE值为1443J/kg，说明不稳定能量在第一阶段释放后又不断重建。用14∶00新乡站的地面温度及露点温度对8∶00探空资加以订正，CAPE值提高至2664J/kg，LI指数降至-4.5℃，大气充足的水汽及位势不稳定为第二阶段混合性强降水奠定了基础。

图4 2016年郑州站（57083）T-lnP图

表1 2016年7月18日20∶00-19日14∶00郑州站（57083）探空资料分析

图5 2016年7月19日2∶00沿新乡（35.32°N、113.88°E）纬向和经向制作的θse剖面图（θse单位：K）

3.2.2 假相当位温。利用NCEP FNL资料沿新乡（35.32°N、113.88°E）做θse剖面，以分析强降水期间的不稳定条件［4-5］。过程开始前，低层暖湿气流加强，新乡上空大气迅速增温增湿。沿35.32°N制作纬向剖面，发现18日20∶00（图略）新乡上空等值线为352K的高能舌向上延伸至900hPa，而112.5°E上空600hPa附近有331K的干冷中心，致使在112.5°E～113.5°E800hPa附近形成明显的能量锋，新乡上空大气层结呈不稳定状态。随着低层暖湿空气增强，19日2∶00新乡上空950hPa出现了356K的闭合暖湿中心（图5（a）），并且600hPa的干冷中心较前日快速东移且高度略有下降，叠加在暖湿中心之上，更增强了中层以下大气对流不稳定性。同时，沿113.88°E制作经向剖面（图5（b）），可以看出在35.5°N以北的低层有θse低值舌从强降水区北部镌入，低层弱冷空气入侵是第一阶段对流性降水的主要触发机制。8∶00-14∶00，新乡低层θse高值仍然保持（图略），中低层暖湿气流向北输送造成不稳定能量释放后不断重建。伴随低涡东移，14∶00 110°E～111°E上空600hPa出现了328K的干冷中心。低涡的移入与新乡低层较高的不稳定能量相配合，引发了第二阶段强降水过程。

图6 豫北地形图

图7 2016年7月19日8∶00沿新乡（35.32°N、113.88°E）制作的水汽通量散度与垂直速度纬向剖面图

3.3 太行山地形影响

太行山在豫北为东北至西南走向（图6），最高海拔高度为1 842m。7月18-19日，新乡低层盛行东南风，与山脉走向近乎正交的暖湿气流源源不断地吹向迎风坡。为进一步了解地形在降水落区中的作用，分析NCEP FNL资料时叠加了地形特征。由于超低空急流的水汽输送，19日2∶00（图略）水汽辐合中心位于山脉东侧，新乡上空水汽辐合区位于925hPa以下，上升运动由地面伸展至300hPa。19日8∶00（图7）垂直上升运动进一步加强，上升区位于山脉东侧114°E～116°E，大量水汽和不稳定能量在太行山东侧堆积、辐合抬升。由此可见，太行山地形对第一阶段降水的增幅作用极为典型，在地形抬升及阻挡作用下，水汽辐合区均位于山脉迎风坡，且垂直速度也有较好的体现。

4 中尺度云团分析

图8 2016年7月19日值线（单位：K）与红外云图叠加图

分析FY-2E红外云图资料发现，18日20∶00陕西铜川上空生成了一个结构密实的中β尺度对流云团A，该云团在移入新乡的过程中逐渐发展加强。19日3∶00起，辉县、获嘉多乡镇雨强超20mm，而此时tbb降至224K，其西侧等值线密集带位于新乡西部（图8（a））。对比地面加密观测资料，发现该时次新乡东南部有一条地面辐合线，强降水集中在地面辐合线北侧与tbb等值线密集带相交的区域。5∶00起，晋城上空有对流云团生成并沿太行山朝东北方向移动，其中镶嵌着发展旺盛的中γ尺度对流云团B、C。二者接连经过辉县，致使万仙山附近8个站点6∶00、7∶00雨强大于50mm。7∶00，C与安阳上空的云团合并为一个近似椭圆形的中β尺度对流云团D，其西南侧tbb等值线尤为密集并位于辉县上空（图8（b）），万仙山8∶00雨强达101.8mm。伴随对流云团移出，新乡大范围降水趋于结束，然而辉县北部山区却有对流云团持续经过。可见，一系列中尺度对流云团的初生、发展、合并且接连不断经过辉县是造成第一阶段对流性降水的主要原因。

19日午后，低涡前侧的MCS逼近太行山沿线，并在东移过程中发展加强。18：00新乡上空tbb降至218K，MCS与地面中尺度气旋相配合并长时间滞留于封丘附近，造成了东南部极高的降水效率。19：00 MCS移至新乡与菏泽交界，tbb低至208K，其中心西侧tbb等值线密集度再一次增强并位于新乡东部（图8（c）），而王楼于20∶00达到本过程小时雨强最大值115.2mm。可见，低涡前侧的MCS与滞留在封丘附近的地面中尺度气旋相配合，产生了该阶段极高的降水效率。

5 结语

①通过以上分析可知，925hPa超低空急流是第一阶段降水的主要水汽来源，西南急流快速北抬将充沛的暖湿气流持续输送至暴雨区，产生了第二阶段极高的降水效率。②低层暖湿气流增温增湿作用显著，配合叠加在中层的干冷中心，造成新乡上空出现了明显的能量锋，加之低层来自北部的弱冷空气镌入，触发了第一阶段对流性降水。不稳定能量释放后不断重建，低涡东移并叠加在新乡低层暖湿空气之上，产生了第二阶段强降水。③太行山地形对第一阶段降水的增幅作用极为典型，在地形抬升及阻挡作用下，水汽辐合区均位于山脉迎风坡，且垂直速度也有较好的体现。④第一阶段的强降水云团由若干个小的中尺度对流云团有组织发展起来，强度强且影响范围大。地面辐合线和对流云团中心后侧tbb等值线密集带相交的区域，对降水区有较好的指示意义。对流云团中心后侧tbb等值线越密集，越容易出现强降水中心。

［1］马月枝，钟兴华，宋培玲，等.2010年7月19日新乡大暴雨天气分析［J］.气象与环境科学，2011（1）：49-55.

［2］王丛梅，俞小鼎，李芷霞，等.太行山地形影响下的极端短时强降水分析［J］.气象，2017（4）：425-433.

［3］陶诗言.中国之暴雨［M］.北京：科学出版社，1980.

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［5］郑仙照，寿绍文，沈新勇，等.一次暴雨天气过程的物理量分析［J］.气象，2006（1）：102-106.

Diagnostic Analysis of AHeavy Vortex Rainstorm in Xinxiang

Tian Xiaolu
（Xinxiang Meteorological Office，Xinxiang Henan 453003）

By using routine observational data,surface intensive observational data,satellite cloud image and NCEP 6h 1°×1°reanalysis data,the author made a diagnostic analysis ona heavy vortex rainstorm in 2016.The results showed that∶the convective precipitationof the first stage was centered on Taihang Mountains.The uplift and blocking of the terrain madeascending movement and vapor convergence on the windward slope.However,weak cold air from the north at low layer was the important trigger mecha⁃nism of convective precipitation.The second stage of mixed precipitation occured in the southeast of Xinxiang.The jet moved northward caused a large amount of water vapor to accumulate in Xinxiang,and unstable energy was released and rebuilt continuously.The MCS in the front of vortex was com⁃bined with the mesoscale cyclone on the ground,resulting in extremely high precipitation efficiencyat this stage.The purpose of this study is to reveal the cause of the heavy rainstorm,so as to provide refer⁃ence for forecasters.

heavy rainstorm；diagnostic analysis；vortex；Taihang Mountains；MCS

P458.3

A

1003-5168（2017）10-0154-05

2017-09-03

田晓璐（1988-），女，本科，助理工程师，研究方向：短期天气预报。