宁夏中北部一次区域暴雨天气过程分析

王巍等

摘要  利用常规气象观测资料和NCEP的1°×1°再分析资料，对2012年7月29—30日发生在宁夏中北部地区的一次暴雨天气过程的环流形势、物理量进行诊断分析。结果表明，此次暴雨是受西太平洋副热带高压和短波槽以及低层切变线的影响，配合充沛水汽产生的;有利的高低空环流背景场和中尺度系统（切变线）的共同作用，满足了暴雨的产生、持续发展所需的强烈的上升运动、充沛的水汽来源和不稳定发展的热力条件。

关键词   暴雨;环流形势;物理量;诊断分析;宁夏中北部

中图分类号P  458文献标识码

A文章编号0517-6611（2018）36-0142-04

暴雨是影响我国的主要气象灾害之一，做好暴雨的研究工作具有非常重要的意义，特别是对于生态环境相对脆弱的宁夏来说，在日益严重的环境形势下，暴雨的预报和研究就显得更为重要。我国的科研工作者对于暴雨积累了大量的经验{1-6]，毛文书等{1-3]研究发现，暖湿气流可以以低空急流依托，供给暴雨所需的能量和水汽;暖湿气团被冷空气占领，可以触发热的不稳定能量。纪晓玲等{7]在分析一次宁夏罕见暴雨时表明，在高低空系统的配合之下，加上低空急流，是维持此次暴雨的重要条件。钱维宏等{8]研究发现，低空急流能够很好地指示暴雨的位置，其左侧是暴雨的发生区。笔者利用常规观测资料、NCEP逐日4次的FNL全球再分析资料和宁夏气象台提供的降水公报，從暴雨前后的高低空环流形势和物理量等方面对2012年7月29—30日宁夏中北部地区的一次暴雨过程进行诊断分析，探讨此次暴雨的成因，为宁夏暴雨的天气特征研究提供依据。

1降水情况

2012年7月29日夜间，宁夏地区受青藏高原东移南下的冷空气和西太平洋高压带来的暖空气的影响，宁夏中北部产生大暴雨。根据29日18：00—30日08：00自动站雨量的数据显示（图1），有54个站点的降水量数值超过了50.0mm，其中13个站点超过100.0mm，银川站降水为116.5mm。银川站的暴雨强度最强的时间段在29日夜间，30日凌晨降水趋势减缓，06：00有所回升，之后逐渐停止（图2）。

2环流形势分析

2.1500hPa高空环流形势

7月28日20：00，我国北部受到一槽控制，贝湖地区有阻塞高压正在建立，新疆东部有小槽移动，欧亚大陆地区的温度场落后于高度场，整体形势未来还将继续发展。副高不断西伸北抬，西伸脊点已位于青海东北部，银川在偏西气流控制中。29日08：00，588dagpm线位置偏东，且分裂成两部分，北部已经到达日本海地区，并且向西沿着江苏、安徽、湖北地区发展，断开的588dagpm线西部部分，东部边缘已经到达宁夏地区的南部，暖高压带来的暖空气与新疆地区南下的冷空气将发生汇合，带来降水。29日20：00，阻高增强，有利于冷空气的堆积，588dagpm线有东移入海的趋势，新疆北部的槽在冷空气的作用下已经发生移动，向东南方到达甘肃与宁夏的交界处，宁夏目前在槽前脊后位置的影响下，产生降水。30日08：00，小槽已经发展并移动到达宁夏东部，对昨天夜间的持续性暴雨起到了重要的作用;588dagpm线的西伸部分已经减弱消失，东边部分已经完全入海。30日20：00，槽线已东移离开，宁夏地区由偏西风控制，暴雨结束。

2.2中、低层环流形势

29日08：00，在700hPa上，宁夏北部有气旋，空气辐合上升，有利于产生降雨，宁夏南部有东北—西南风向的切变，银川地区风向为南风，有利于南方水汽的输送;850hPa，宁夏中部存在一条切变线，有气旋式辐合上升。29日20：00，宁夏700hPa的西北、东北方向出现2条切变线，空气的对流运动强烈，宁夏南部的西南风输送了来自南部海洋的水汽，同时，银川正处于低压的东北部边缘，也利于水汽的输送，充足的水汽条件满足了夜间降水对水汽的需求;850hPa，切变线依然存在，宁夏南部吹东南风，为暴雨提供了充足的水汽。30日，中、低层的切变线都已移出，宁夏地区已经受到高压东部边缘的影响，降水逐渐结束。

2.3地面形势

分析地面图发现，随着时间的推移，高原北部的低压向西南方移动，逐渐稳定在宁夏以南、高原以东，因受此低压的影响，28日白天宁夏中北部地区维持34℃左右的温度，高温使不稳定能量累积，为暴雨提供了良好的形式;29日23：00，低压移至甘肃南部，高压维持在高原东北部，冷暖空气在宁夏交汇，气流辐合上升，有利于降水;银川站温度露点差为2℃，空气接近饱和，水汽条件充足。

3物理量诊断分析

3.1动力条件

3.1.1涡度。

分析涡度剖面图发现，29日08：00—14：00，银川（106°E、38°N）上空低层大气状态稳定，中高层被强度逐渐增强的负值中心控制，呈现反气旋环流，没有降水;29日20：00，银川上空700hPa以下受弱的正涡度区控制，高层负涡度中心增强至-12×10-5s-1，在低层正涡度、高层负涡度的配合下，为暴雨提供了良好的环境，银川此时有降水。30日02：00，银川上空600hPa以下在强度为18×10-5s-1的正涡度中心的控制下，正值区高度上升至400hPa，高层依然为负值区，但强度已经减弱，正涡度中心强度增大的过程，银川的雨量也在不断增加。30日08：00—31日02：00，西部负值区逐渐取代正值区，伴随雨势的减弱、停止。

为了更好地看出涡度随时间、高度的变化趋势，绘制涡度的时间-高度剖面图，分析得出，正涡度区集中在500hPa以下的位置，对流层中高层为负涡度区。29日08：00—20：00，高空为负涡度区，中低层在零值线范围内，即该时间段内，银川地区中低层正处于稳定的大气状态;29日20：00—30日08：00，850hPa出现最大正涡度中心，强度为18×10-5s-1，高层呈反气旋性环流、低层气旋性环流，与暴雨相配合;之后，正涡度值逐渐减少，中低层出现负涡度，强度减弱，显示降水逐渐停止。

3.1.2散度。

29日08：00—14：00，银川上空低层受弱的正散度区控制，呈现辐散的状态，中高层正负值区叠加出现，此时银川没有降水。29日20：00—30日08：00，负值中心强度增强，东移影响到银川地区，负值区上空对应正值中心，低层辐合、高层辐散，并且其强度、影响范围的变化与暴雨实况相对应。30日12：00—31日02：00，银川上空对流层低层正散度取代負散度，中高层负散度控制，降水停止。

分析散度的时间-高度剖面图发现，散度负值的中心位置几乎与涡度正值的中心位置相似;29日20：00—30日08：00，200、400hPa位置有明显的正值中心，低层700hPa有负值中心，高空辐散、低空辐合，水汽的输送与空气的上升运动相配合，对于暴雨的出现以及持续非常重要;随着暴雨的结束，逐渐呈现低层正值区、高层负值区的状态，不是暴雨发生的有利条件。

3.1.3垂直速度。

29日20：00和之前时段，银川上空低层受弱的上升运动的影响，中高层有弱的下沉运动，同时银川西部有强度不断增强、高度发展至200hPa的负值中心正在向东移动，逐渐影响银川。30日02：00，负值区强度减弱，东移过银川，银川上空低层到高层处于强上升运动的控制下，对应29日夜间到30日凌晨的暴雨。30日08：00，银川800hPa以下已经被弱正值区控制，西侧正值中心下降、强度增强，负值中心已经东移、抬高，降水减弱。30日14：00—31日02：00，银川上空大气趋于稳定，降水停止。

依据垂直速度沿106°E、38°N的时间-高度剖面显示，29日白天，银川地区700hPa以下被上升气流控制，高层被下沉气流控制，中高层的正值中心强度最大为0.4Pa/s，有利于之后的低层上升气流的发展;夜间低层上升运动强度不断增强，向上延伸至200hPa，上升运动强烈、深厚，对流旺盛，这种强上升运动一直维持到30日08：00，对应此时段暴雨强度大，但是从30日02：00开始，800hPa以下出现正值区，但中低层依然存在上升运动，暴雨有逐渐减弱的趋势。

3.2水汽条件分析

3.2.1水汽通量。29日08：00—14：00，银川上空中低层水汽通量增大，西部的中心区域正在东移，接近银川，暴雨之前就有水汽缓慢增加。29日20：00—30日02：00是暴雨强烈的时刻，银川上空维持120g/（cm·hPa·s）的水汽通量，等值线向高处发展至350hPa，并且更加密集，水汽充足、深厚。之后，中心值减弱，水汽大值区高度下降，不利于持续性的降水。

从图3可以看出，在暴雨发生前，低层已经有了80g/（cm·hPa·s）的水汽通量，大气已经有了水汽的积聚，水汽大值区主要聚集在750hPa以下，低层的水汽是暴雨的主要来源，水汽在强垂直运动的条件下已经输送到400hPa的高层，水汽条件发展深厚;29日20：00800hPa以下水汽通量已经达到最大值，并且对流层中层的水汽也在不断增加，而银川的实际降水量也达到最大;30日08：00，低层水汽含量减小，降水也逐渐停止。

3.2.2水汽通量散度。29日14：00，银川上空为零值线控制;29日20：00，银川以西的负值中心强度增强东移，银川边缘已经受到影响;30日02：00，银川上空对应强度减弱的负值中心;08：00，强度继续减弱，有正值区东移至银川附近，随后，辐散中心控制银川。在暴雨时段内，水汽通量散度的负值区维持在650hPa以下，低层辐合强，强度的变化、中心位置的变化与暴雨的大小、位置相对应。

从图4可看出，水汽通量散度的负值区主要集中在750hPa以下，说明水汽主要位于对流层低层;负值中心与暴雨落区、时间相对应，最大值出现在29日20：00，水汽的不断汇聚为暴雨的维持提供了源源不断的水汽条件;30日08：00之前，低层的水汽汇聚基本结束，出现零值线，随后低层被正值区控制，表示有水汽流失，降雨结束。

3.3能量分析

3.3.1假相当位温。

全过程中，300hPa以上的高层一直保持干冷空气控制的状态，29日08：00—20：00，500hPa以下保持θse/p>0，低层最大为85℃，受暖湿气流的控制，大气层结不稳定，暴雨发生前就累积了不稳定能量;30日02：00银川上空500hPa以下仍在80℃的高能区控制下，西部低层有低值中心正在东移，低层暖湿、高层干冷，是有利于降水的配置;之后的时间内，银川上空低层的假相当位温不断降低，西部低值中心逐渐到达银川，银川受干冷空气的控制，降水停止。

0假相当位温为85℃，即该处的大气层结呈现不稳定的状态，不稳定能量高，说明从暴雨开始前就积累了不稳定能量;29日晚到30日凌晨假相当位温最大，对应此时段的暴雨强度最大;随后大气层结逐渐稳定，降水过程也慢慢停止。

3.3.2温度平流。29日08：00—14：00，银川低层一直处于弱的冷空气控制下;29日20：00—30日02：00（图6），零值线逐渐靠近银川，其东西两侧有暖平流和冷平流交汇，利于降水;随后不断向高层伸展的冷平流控制银川低层地区，并在低层暖空气的作用下，冷暖平流趋于稳定。

分析图7可看出，29日08：00—30日08：00，0℃线基本位于700hPa以下的位置，对流层中低层有冷、暖空气在此相遇，产生暴雨;30日08：00之后，0℃线向中高层发展至200hPa，银川受冷空气控制，结合地面图，冷锋对宁夏地区的影响范围扩大。

4结论

（1）高低空环流形势的分析表明，2012年7月29—30日发生在宁夏中北部地区的一次大暴雨天气过程是受高层500hPa从新疆东移至宁夏地区的短波槽和副高边缘带来的暖湿空气的共同影响，短波槽携带槽后的干冷空气和副高西南边缘输送的暖湿气流在宁夏地区辐合，同时在中、低层700、850hPa受切变线的影响，同时地面图上有冷锋从高原北部东移，宁夏地区受到上述大中尺度系统的共同作用，产生了此次暴雨天气过程。

（2）通过对涡度、散度、垂直速度、假相当位温、水汽通量、水汽通量散度和温度平流的垂直剖面图进行分析，结果表明，在暴雨发生的时间段内，低层辐合、高层辐散的涡度的

状态能够很好地对应暴雨时刻，低层正值中心的大小与暴雨强度相对应;散度的负值中心与涡度的正值中心相配合，低层为气旋式环流、辐合，中高层为反气旋式环流、辐散;垂直速度负值区从低层发展至200hPa，强烈并且深厚，有利于水汽、能量等的垂直输送;低层水汽通量增加，有大量的水汽发生汇集，在强烈的垂直运动作用下，已经延伸到高层，水汽条件充足、深厚;假相当位温显示，在暴雨发生之前就已经有不稳定能量的积累，随着暴雨的进程，不稳定能量消耗，直到降水停止，其不稳定主要体现在对流层低层;伴随地面冷锋的移动，对流层低层冷、暖空气交汇，大气层结处于不稳定的状态。

参考文献

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