2016年张家口地区暴雨过程分析

姬雪帅 郭宏 黄山江

摘要 应用MICAPS常规气象资料、区域站加密降水资料以及NCEP再分析资料，对2016年7月19—20日发生在张家口地区的一次暴雨过程进行综合分析。结果表明，此次强降水过程是由于深厚的冷涡系统与副高外围的暖湿气流交汇而产生，冷涡系统及副高外围暖湿气流、地面倒槽系统为暴雨的产生提供必要的环流背景；各物理量分析表明，张家口地区动力条件、热力条件（不稳定）、水汽条件配合较好，均有利于强降水的发生；湿位涡可以较好地解释此次暴雨的形成机制。

关键词 暴雨；低涡；副高；湿位涡；河北张家口；2016年

中图分类号 P458.1+21.1 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2018）04-0204-03

Abstract Based on MICAPS conventional meteorological data，regional station precipitation data and the NCEP reanalysis data，a rainstorm event occurred during July 19-20，2016 in Zhangjiakou area was analyzed in this paper. The results showed that the rainstorm event was caused by the intersection of deep cold eddy system and peripheral warm moist air flows of the subtropical high. The cold eddy system，peripheral warm moist air flows of the subtropical high and the ground inverted trough provided essential circulation background for the rainstorm.The analysis of each physical quantity showed that dynamic condition，thermal condition（unstable）and water vapor condition in Zhangjiakou area were favorable for the occurrence of rainstorm. The moist potential vorticity could explain the formation mechanism of this rainstorm well.

Key words rainstorm；vortex；subtropical high；the moist potential vorticity；Zhangjiakou Hebei；2016

暴雨是我國主要的灾害性天气之一，长期以来，广大气象工作者对暴雨的影响系统、形成机理进行了较深入的研究[1]。陶诗言[2]通过大量个例分析表明，西南低涡是造成中国夏半年暴雨的主要原因；张迎新等[3]分析了湿位涡在“96·8”特大暴雨过程中的应用，发现湿位涡对暴雨有较好的指示意义；高万全等[4]分析了华北一次强对流暴雨的湿位涡诊断分析。随着国民经济和城市群的迅速发展，短历时、强度大的局地暴雨给城市带来的气象灾害及城市次生灾害也越来越严重，如“7·30”上海暴雨、“7·18”济南特大暴雨以及“7·21”北京特大暴雨。2016年7月19—20日张家口地区出现了暴雨天气，本文从影响系统、动力条件、不稳定机制等方面对此次过程进行分析。

1 天气概况

2016年7月19—20日，受低涡和西南暖湿气流的共同影响，张家口市出现雷阵雨天气过程，降水量分布不均，大部地区达到中到大雨，部分地区暴雨，局部大暴雨（图1）。降水量较大的区域主要集中在中南部地区，降水强度较大的时段主要为20日下午至前半夜。全市平均过程总雨量为46.8 mm，最大为怀来东花园，达264.9 mm。其中，25～50 mm站点144个，50～100 mm站点160个，100 mm以上站点36个。

2 环流形势

19日20：00 500 hPa高空图上华北、东北地区为两脊一槽，副热带高压中心位于海上，河北东部、环渤海区域以及东北地区均处于副高控制之下，河套西部高压脊逐渐建立并加强，两高之间的高空槽位置少动，冷空气逐渐被河套西部的高压脊切断，该冷空气在河套东部至河北西部一带旋转加强，逐渐形成一个闭合的低涡系统。由图2（a）可知，20日8：00低涡已经形成，低涡中心位于河北和陕西南部地区，低涡底部的西南气流和副高外围的西南气流汇合，最大风速达到28 m/s，张家口处于低涡的顶部，降水强度不大。由图2（b）可知，20日20：00，低涡强度有所减弱，但低涡已经北抬，张家口南部处于低涡中心附近，出现了强降水，并一直持续到夜间；21日8：00，强降水基本趋于结束。

3 物理量诊断

3.1 动力条件

对涡度和散度的时间剖面图进行分析，涡度剖面图上，张家口地区200 hPa以下均维持正涡度，有利于辐合上升运动，见图3（a）；散度剖面图上，从19日夜间开始，张家口地区700 hPa以下基本为负散度，一直维持到21日早晨，300～700 hPa维持正散度，这种低层辐合、高层辐散的形势有利于强降水的发生，见图3（b）。

对7月20日20：00沿115.5°E附近的涡度和散度经向进行剖面分析，在43°N以南的区域200 hPa以下均为正涡度区，以北地区300 hPa以下均为负涡度区，在40°N以南700 hPa附近存在强涡度中心，怀来正处于40°N附近，见图4（a）；同时刻散度剖面图上，在42°N以南500 hPa以下均为负散度区，在850 hPa存在1个负散度中心，在40°N以南地区上空散度的空间分布满足“负—正—负”的分布特征，见图4（b）。由准地转理论中的涡度方程可知，低层负散度中空气向中心辐合，在地转偏向力的作用下，产生正涡度。由连续方程可知，会产生上升运动。同时，低层正涡度区科氏力由涡度中心指向外，必须有向心的气压梯度力与其平衡，导致中心气压降低，负散度加强，这样的耦合形势对降水的持续和发展具有重要作用。

3.2 水汽条件

850 hPa水汽通量散度场上，低层水汽通量散度 >0，水汽辐散，不利于暴雨发生；低层水汽通量散度<0，水汽辐合，有利于暴雨发生。由图5（a）可知，20日8：00河北西北部地区水汽通量散度均>0，水汽为辐散，此时张家口地区尚未发生强降水；由图5（b）可知，20日20：00，整个河北地区水汽通量散度均<0，说明水汽辐合非常强烈，张家口地区从东南向西北水汽辐合强度呈减弱趋势，与张家口地区降水分布较一致。

3.3 热力条件

假相当位温可以综合反映大气的温度、湿度和气压等特征。对假相当位温进行剖面分析，在20日8：00以后，700 hPa以下θse逐渐增大，出现1个71 ℃的闭合中心，见图6（a）。从20日午后开始，500 hPa以下θse以下的垂直梯度增大，在张家口地区上空500 hPa以下■>0，为对流不稳定层结；500 hPa以上■<0为对流稳定区。张家口地区K指数在32～36 ℃之间，大气具有较高的潜能，热力条件较好，见图6（b）。

3.4 湿位涡的诊断分析

在p坐标系中，湿位涡的定义为：

MPV=-g（f K+？塄×V）·？塄θse（1）

考虑大气垂直速度的水平变化比水平速度的垂直切变小得多，当忽略 ω的水平变化时，p坐标下湿位涡守恒方程为：

MPV=-g（ξ+f）■+g（■■-■■）=const（2）

將其写成分量形式，则：

MPV1=-g（ξ+f）■（3）

MPV2=g（■■-■■）（4）

式（3）中，MPV1为湿位涡（单位为PVU）的垂直分量（即为正压项），其值取决于空气块绝对涡度的垂直分量和相当位温垂直梯度的乘积（ξ为垂直方向涡度，f为地转涡度，θse为假相当位温）。因为绝对涡度为正值，当大气为对流不稳定时，■>0，所以MPV1<0；若大气对流稳定时，则■<0，MPV1>0；MPV2为湿位涡的水平分量（即为斜压项），其数值由风的垂直切变（水平涡度）和θse的水平梯度决定，表征大气的湿斜压性。水平湿斜压增加或风垂直切变的增加均能引起湿等熵面的倾斜，进而引起垂直涡度的增长，有利于强降水发生或加剧。

3.4.1 等压面上的湿位涡的垂直分量（MPV1）。分析20日6：00—7：00的小时降水量，降水量较大的区域集中在廊坊南部、天津中南部以及沧州北部；从20日14：00 850 hPa的等压面上MPV1分布来看，以上区域均处于负值区，说明存在对流不稳定，见图7（a）。到20日20：00，在承德南部出现了MPV1的正值中心，说明从承德南部到北京一直到保定西部有冷空气活动。东南部仍为负值区，仍然有暖湿气流输送，并且暖湿气流比较强盛，负值区一直向北伸展，见图7（b）。21日0：00，MPV1负值区进一步向北向西伸展，张家口南部、保定东部、北京南部、廊坊、唐山、秦皇岛、承德南部均为负值区，与20日14：00至21日0：00的强降水落区分布较一致。MPV1的零值线附近是冷暖空气的交汇地带，伴随着零线移动，强降水区域不断扩大，强降水区域覆盖MPV1的负值区，零线区域分布对强降水落区有较好的指示意义。

3.4.2 等压面上的湿位涡水平分量（MPV2）。分析20日20：00（上接第206页）

的湿位涡水平分量（MPV2）（图8），正值区的移动可作为低空急流和暖湿气流活动或涡旋活动的示踪[3]，20：00张家口地区基本为负值区控制，21日0：00均为弱的正值区。

综合讨论分析可得出，MPV1<0且MPV2>0的区域对应暴雨区。

4 结论

（1）2016年7月19—20日张家口地区暴雨天气主要是由冷涡系统与副高外围的暖湿气流交汇，同时中低层有闭合低涡及水汽输送配合地面倒槽结构配合产生的。

（2）物理场量中涡度、散度相互耦合，动力条件较有利，高层、中层、低层水汽充足，同时热力条件提供了较强的能量，均为此次暴雨产生提供了有利条件。

（3）湿位涡能够较好地解释此次暴雨的形成机制，从850 hPa等压面上看，MPV1<0且MPV2>0的区域对应暴雨区。

5 参考文献

[1] 晋建设，王超，王淑娟，等.2007年7月12-15日河南省大暴雨天气诊断分析[J].气象与环境科学，2010，33（4）：64-70.

[2] 陶诗言.中国暴雨[M].北京：科学出版社，1980：196-199.

[3] 张迎新，胡欣，张守保.湿位涡在“96·8”特大暴雨过程中的应用分析[J].气象科技，2004，23（12）：25-28.

[4] 高万全，周伟灿，李玉娥.华北一次强对流暴雨的湿位涡诊断分析[J].气象与环境学报，2011，27（1）：1-6.