青海省东部一次副热带高压东退型强降水过程分析

赵娟 余学英

摘 要：利用常规气象资料对2007年8月25日青海省东部的大到暴雨过程进行了诊断分析。研究表明：此次过程是由于500hPa副热带高压东退、高空短波槽东移引导冷空气南下，冷暖空气在青海省东部交汇造成的一次对流性强降水天气;此次降水过程中西南、偏南和偏西路径的三条水汽通道在青海省东部汇合;青海省大降水多出现在东部地区，这与青海省东部河谷地形的抬升和辐合作用以及中小尺度系统活动密切相关。

关键词：副热带高压;短时强降水;地面辐合线

中图分类号：P458.121.1 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2019）10-0142-06

Abstract： Utilizing the conventional meteorological data，the heavy rain in eastern Qinghai on August 25， 2007 were diagnosed and analyzed. The results show that the process is a convective heavy precipitation weather caused by the retreat of 500hPa subtropical high eastward， the eastward movement of high altitude short wave trough to guide cold air southward and the convergence of cold and warm air in the eastern part of Qinghai Province; the convergence of three water vapor channels along the southwest， South and West paths in the eastern part of Qinghai Province during the precipitation process; the heavy precipitation in Qinghai Province mostly occurs in the eastern part， which is in line with Qinghai Province. The uplift and convergence of the eastern valley topography are closely related to the activities of meso-and small-scale systems.

Keywords： subtropical high;short-term heavy rainfall;surface convergence line

1 天氣实况

2007年8月25日，由于副热带高压东退，在青海省东部出现了一次区域性大到暴雨天气，强降水主要集中在25日20：00至26日02：00。同时，甘肃省和陕西省也出现了大雨和大暴雨。地面资料显示，8月25日08：00至26日08：00，有3个测站降水量超过50mm，8个测站降水量达到大雨量级，最大降水量是西宁站，为80mm。此次降水过程具有以下几个特点：①大到暴雨落区集中在青海省东部地区，雨带沿副热带高压外围呈东北西南向分布;②在降水过程中，多个测站伴有雷电，以对流性强降水为主，西宁站的最大雨强为28mm/h（见图1）;③24h内在青海省东部有多个中尺度雨团活动，并持续影响约6h（见图2）;④青海省地势复杂，西高东低，东部多为海拔较低的河谷地带，地形抬升和辐合作用有助于上升运动的维持发展[1]，对降水增幅作用显著，大降水多出现在中东部地区，与其复杂的下垫面及中小尺度系统活动密切相关。

2 环流背景

此次青海省东部的大到暴雨天气发生在8月下旬副热带高压南北摆动时期。8月25日08：00，500hPa副热带高压呈尖头块状，强度达到596dagpm，其北界位于40°N，西伸脊点位于90°E附近，588线到达青海省中部，12m/s的西南风向青海省东部输送孟加拉湾的暖湿气流，副热带高压和中东高压形成的切变线在95°E附近。同时，巴尔喀什湖低槽分裂的短波槽东移引导冷空气南下。到20：00，副热带高压由92°E东退至97°E附近，切变线东移至青海省湖附近，青海省东部处于副热带高压边缘强盛的西南气流中，风场辐合明显（见图3）。巴湖冷槽随之东移，冷暖气流在青海省东部交绥，从而导致此次强降水天气。700hPa，25日08：00，青海省东部由暖区控制;20：00，随着高空槽东移，偏北气流和东南气流在青海省东部汇合，东南风风速6～10m/s，向青海省东部输送从南海的水汽（图略）。从温度场来看，700hPa和400hPa的温差达24℃。高空200hPa西风急流分流区右侧的辐散区（见图4）位于青海省东部上空，利于中低层低值系统发展和低层辐合上升运动加强维持[2]。

3 强降水成因分析

3.1 水汽条件分析

充沛的水汽供应是强降水发生的首要条件。从不同时间水汽通量的空间分布得出（见图5），8月25日500hPa，在孟加拉湾、东南部洋面、四川盆地-甘肃省一线和巴尔喀什湖附近有水汽通量大值中心，而青海省北部西风带系统的水汽通量较弱。700hPa，在西藏东南部-青海省一线和南海存在水汽通量大值中心，水汽输送明显。结合流场可以看出，此次过程中有3支水汽通道：第一支是中层（500hPa），来自孟加拉湾的西南暖湿气流;第二支是中低层（500hPa和700hPa），在副热带高压东南部的偏南暖湿气流将南海的水汽经四川盆地和甘肃省输送到青海省东部;第三支是中层西风带系统携带的水汽。从图5还可以看出，在500hPa和700hPa，西藏东部存在水汽通量大值中心，500hPa比湿在5～7g/kg，说明高原及附近地区在青海省东部的水汽输送中起着重要作用[3]。

水汽通量散度决定一个地区水汽的辐合与暴雨的发生和维持[1]。从图6可以看出，8月25日20：00，在西南和偏南水汽通道上有水汽向大到暴雨区辐合，青海省东部中低层（500hPa和700hPa）都存在水汽通量强辐合中心，强降水区基本与水汽辐合中心相对应。500hPa，在孟加拉湾至青海省一线有显著水汽辐合，辐合中心达-8×10-8·g·cm-2·hPa-1·s-1。北部有一较弱的-4×10-8·g·cm-2·hPa-1·s-1水汽辐合中心，这证明了来自偏西路径的水汽输送。700hPa，从南海经四川盆地到青海省东部存在水汽辐合中心。雨区外围的水汽辐散区为水汽向雨区集中提供了有利环境场。

25日500hPa副热带高压边缘的西南气流和700hPa的偏南气流为青海省东部提供充沛的水汽。比湿场上25日20：00 500hPa青海省东部的比湿在5～6g/kg，700hPa在9～10g/kg，西宁的比湿分别为6g/kg和10g/kg。

从上述分析可以看出，来自孟加拉湾的西南气流是此次强降水过程中最主要的水汽来源;南海水汽次之，突显了低纬地区的活动对中高纬的影响[4];西风槽携带的水汽最弱。这也说明了大尺度系统的水汽输送和辐合是产生强降水的必要条件[4]。

3.2 不稳定条件分析

图7是西宁站25日08：00探空和14：00订正探空图。从图7可以看出，此次过程中西宁站探空曲线呈“高瘦型”的典型强降水分布形态，上干下湿，湿层厚度达4km（700～400hPa）。08：00，西宁的不稳定能量CAPE为117J/kg，沙氏指数SI为0.22℃。利用25日14：00气温和露点温度订正后，CAPE达到1 600J/kg，说明午后西宁地区大气层结强不稳定。从风场垂直分布来看，西宁地区中低层为显著暖平流;0～6km垂直风切变弱，利于对流云维持和降水持续。同时，0℃层到LCL高度高，暖云层厚，降水效率高，利于短时强降水发生。

图8是25日20：00 500hPa和700hPa假相当位温的空间分布。500hPa，青海省东部处于副热带高压边缘，因此，青海省东部有[θse]≥74℃的高能舌，青海省东南部有[θse]=78℃的大值中心，西宁地区处于>74℃高能舌中。700hPa，青海省东部受东南气流影响，因此，有≥76℃的高能舌东南-西北向伸展至青海省东部。从700hPa和500hPa[θse]的垂直分布可以看出，过程中西宁地区[∂θse∂Z<0]，说明大气处于对流不稳定状态，利于强对流天气发生。孙继松[5]等指出，暴雨的环流模式和中纬度斜压区有关，暴雨主要产生在斜升大尺度暖湿气流中，这支气流由于位势不稳定存在，在上升过程中不断产生对流活动。加之前期青海省东部由副热带高压控制，地面上也积累了一定的能量。过程中孟加拉湾和南海的暖湿气流为青海省东部供给暖湿水汽和能量，不仅使暴雨区上空湿层增厚，还加强了大气层结的不稳定性。

3.3 动力条件分析

图9给出了西宁涡度和垂直速度剖面图。从涡度场可以看到，25日包括西宁在内的青海省东部处于副热带高压边缘，提供了有利的动力抬升条件。500hPa，都兰附近存在1.7×10-5s-1的正涡度中心;200hPa青海省东部涡度<-5.4×10-5s-1，西宁-5.6×10-5s-1，高层负涡度，涡度场的高低层配置利于地面系统发展。垂直速度场上，25日08：00，从低层700hPa到高层100hPa都是强上升运动，强中心在500hPa，青海省湖附近上升运动中心达-22×10-3Pa·s-1，西宁地区为-14×10-3Pa·s-1。丁一汇等[6]的研究表明，强降水时期低层强烈的水汽辐合同时伴随强烈的上升运动，为强降水的发生发展提供了有利的水汽和动力条件[4]。

3.4 觸发机制分析

分析此次降水天气的触发机制，25日14：00以后，地面上从西宁到互助一线形成东北风与东南风两股气流在青海省东部交汇形成辐合线（见图10），并维持约5h。结合青海省东部的地形和降水量可以看出，强降水出现在辐合线左侧。从图11可以看出，25日午后，地面上东部的民和、平安等地的温度和露点温度均高于西宁。偏东风将东部较高的热量和水汽输送到西宁地区，增强了地面的温湿能量。降水开始前（17：00）到降水发生（20：00），西宁地区的露点由12℃增加至15℃;强降水出现之后露点温度又减小。青海省大降水多出现在东部地区，这与青海省东部河谷地形的抬升和辐合作用以及中小尺度系统活动密切相关。

4 副热带高压东退型强降水天气概念模型

根据上述分析，给出本次由副热带高压东退造成的青海省东部强降水的天气概念模型（见图12）。从图上可以看出，500hPa副热带高压从25日08：00至20：00东退5个经距，25日20：00青海省东部位于副热带高压边缘的偏南气流中，西南风最大14m/s，西风槽底分裂的短波槽引导的干冷空气南下，与副热带高压边缘的西南暖湿气流在青海省东部交汇;700hPa最大东南风10m/s，比湿超过10g/kg。青海省东部冷暖交汇形成强的垂直上升气柱伸展到附近。200hPa高空急流分流区右侧的强辐散区位于青海省东部，西风急流中心最大风速40m/s。地面上从柴达木盆地东移的冷空气在青海省东部汇合形成辐合线。前期处于副热带高压控制积累了较多能量，700hPa和500hPa分别有76℃和72℃的高能舌伸展，700hPa和400hPa的温差达24℃，地面温度较高，露点温度超过12℃。

5 结论

①这是一次副热带高压东退（由92°E东退到97°E），高空短波槽东移引导冷空气南下，在副热带高压西北侧诱发的一次对流性强降水天气。500hPa副热带高压边缘的西南风、700hPa偏东风和地面偏东风输送的充沛水汽与西风槽自带水汽在青海省东部汇集;150hPa南亚高压的分流区位于青海省东部上空，加强了低层辐合上升，强上升运动伸展到400hPa。

②此次降水过程中西南、偏南和偏西路径的三条水汽通道在青海省东部汇合。对应着来自孟加拉湾、南海以及西风槽自带的水汽。其中，孟加拉湾是此次降水过程最主要的水汽来源，为青海省东部供给暖湿水汽和能量。水汽通量辐合主要集中在500～700hPa。强降水时期低层产生强烈的水汽辐合同时伴随强烈的上升运动，为降水的发生发展提供了有利的水汽和动力条件。西宁站探空曲线呈高痩型，上干下湿，湿层厚约4km。探空订正后CAPE达1 600J/kg，0～6km风垂直切变弱。过程中西宁地区[∂θse∂Z<0]，大气对流不稳定。

③地面辐合线提供了触发机制，强降水出现在辐合线左侧;青海省大降水多出现在东部地区，这与青海省东部河谷地形的抬升和辐合作用以及中小尺度系统活动密切相关。

参考文献：

[1]朱乾根，林瑞锦，寿绍文，等.天气学原理与方法[M].北京：气象出版社，2007.

[2]王宁，徐祥德，徐洪雄，等.一次东北冷涡暴雨的水汽输送特征和位涡分析[J].地理科学，2014（2）：211-219.

[3]梁宏，刘晶淼，李世奎.青藏高原及周边地区大气水汽资源分布和季节变化特征分析[J].自然资源学报，2006（4）：526-534.

[4]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，2014（2）：133-145.

[5]孙继松，戴建华，何立富，等.强对流天气预报的基本原理与技术方法[M].北京：气象出版社，2014.

[6]丁一汇，胡国权.1998年中国大洪水时期的水汽收支研究[J].气象学报，2003（2）：129-145.