2017年7月26日榆林区域性大暴雨过程分析

2019-10-21徐娟娟李萍云曹慧萍

陕西气象 2019年5期

徐娟娟，李萍云，曹慧萍

( 1.陕西省气象台，西安 710016；2. 陕西省气象服务中心，西安 710016)

黄土高原位于干旱地区，降水稀少，地质条件脆弱。在夏季强降水的作用下，常常造成重大地质灾害。一直以来，陕北地区的区域性暴雨或局地大暴雨都是预报员关心和研究的对象[1-3]。刘子臣[4-5]认为远距离台风、东北急流对陕北暴雨作用显著；张弘[6]分析了黄土高原东部一次台风与河套低涡共同影响产生的暴雨过程；杜继稳[7]对黄土高原突发性暴雨地面能量场特征进行了总结，发现突发性暴雨发生时地面能量场存在中-α尺度Ω系统，其空间尺度为200～300 km；刘勇[8-9]对陕北大暴雨天气进行了分析，除了充沛的水汽条件外，200 hPa高空急流和700 hPa低空急流耦合产生的次级环流为大暴雨提供了持续强劲的上升运动也是大暴雨主要原因。大量的研究给预报提供了理论基础，但是仍然存在一些问题，如陕北地区大暴雨的强度、落区仍然是预报的难点。近年来，由于气候变暖，陕北地区在夏季季风的影响下，水汽条件得到很大改善，常常造成局地或区域性强降水，给人们的财产和生命带来很大威胁，因此需要深入研究。

1 降水实况

2017年7月25日08:00—26日08:00(图略)，陕西榆林市发生区域性大暴雨过程，有88个监测站出现暴雨，35个监测站出现大暴雨，最大绥德县四十里铺镇为247.3 mm，子洲县日降水量突破榆林市日降水量的历史极值，横山、米脂日降水量突破本站历史极值，综合强度为1961年以来最强。强降水时段主要集中在25日晚，25日20:00—26日08:00(图1)共有35个监测站降水量超过100 mm，83个监测站降水量超过50 mm。无定河支流大理河青阳岔站出现历史实测最大洪水；绥德站洪峰流量列1960年有实测资料以来第1位。暴雨洪涝灾害造成42.43万人受灾，因灾死亡12人，失踪1人，紧急转移近10万人，初步估算直接经济损失超过80亿元。本文通过对暴雨期间大气环流形势、卫星云图、物理量进行分析，对榆林区域性大暴雨天气过程的成因进行总结分析，为今后预报此类暴雨提供指导作用。

图1 2017-07-25T20:00—26T08:00陕北地区累积降雨量(单位为mm)

2 环流形势分析

2.1 500 hPa环流形势

2017年7月25日20时500 hPa高空图上(图2)，新疆到我国东北为两脊一槽型，西北地区东部处于槽前。新疆高脊前有冷空气东移南下，影响陕西北部。与此同时，副热带高压异常强大，控制了整个华东、华南地区，与25日08:00相比，此时副高加强西进，588 dagpm特征线北侧位于天水、铜川、太原南部一带，槽前西北路冷空气南下与副高西北侧边缘的暖湿空气在陕北地区交汇，有利于暴雨的产生。

图2 2017-07-25T20:00 500 hPa环流形势(单位为dagpm)

2.2 低层环流形势

25日20:00 700 hPa高空图上(图3a)，甘肃南部到宁夏有一切变线，切变线西侧为北风或东北风，切变线东侧为西南风。陕西处在切变线东侧的西南急流中。来自南海的急流沿副高外围向陕北地区输送充沛的水汽和大量不稳定能量，榆林地区位于急流左前侧的风速辐合区。25日20:00 850 hPa高空图(图3b)上，陕北北部到内蒙中部存在切变，虽然切变线南侧东南气流强度偏弱，风速为6～8 m/s，但在榆林地区有较强的风向辐合，来自东海或南海的东南暖湿气流同样为陕北北部带来较充沛的水汽和大量不稳定能量。

3 卫星云图特征

此次强降水主要集中在25日21：00至26日05:00。25日21:00的FY-2G红外云图(图4a)显示，陕北地区有两个对流云团，榆林北部的对流云团结构紧密，水平尺度为280 km，云顶亮温最低值为-72 ℃，移动方向为东南向。榆林南部的对流云团尺度小，移动方向为西北向，两个对流云团在23:00完全合并，发展成为一个水平尺度约为400 km的中-α尺度对流复合体MCC，云顶亮温最低值为-68 ℃。在此期间，小时最大雨强达为41 mm/h。26日00:00(图4b)，中-α尺度对流云团移至榆林上空，水平尺度为400 km左右，呈椭圆状，云顶亮温最低值为-72 ℃。子州、米脂、横山等地都出现短时暴雨，小时最大降水量为46.3 mm。

图3 2017-07-25T20:00 700 hPa(a)和850 hPa(b)高度场(黑实线，单位为dagpm)、风场(单位为m/s)、温度(黑色数值，单位为℃)(图中黑色双实线为切变线，箭头为气流方向)

26日01:00，中-α尺度对流云团继续给上述区域造成强降水天气，子州、米脂、横山小时雨强均超过20 mm/h。02:00(图4c)，中-α尺度对流云团仍然发展旺盛，云顶亮温为-76 ℃，水平尺度400 km，云团结构紧密，此时子州、米脂短时降水强度依然很强，子州1 h降水量达52 mm，达到短时特大暴雨标准。03:00—04:00中尺度对流云团云团中心南压至榆林东南部，给绥德、吴堡带来短时暴雨天气，小时降水量均超过25 mm。05:00对流云团东移，结构松散，强度明显减弱，云顶亮温最低值为-60 ℃，降水强度也随之减小。06:00只有吴堡站出现10 mm/h的短时暴雨。随后，暴雨云团逐步较弱、消散。

根据云图的演变来看，造成榆林区域性大暴雨天气的是中-α尺度对流云团，即中尺度对流复合体MCC。MCC的水平尺度为400 km，结构紧密，呈椭圆状，云顶亮温最低值为-76 ℃，生命史为6 h，中尺度特征明显。

图4 2017-07-25T21:00(a)和2017-07-26 FY-2G TBB 黑体亮温(单位为℃，b 26日00时，c 26日02时)

4 区域性大暴雨成因

4.1 层结分析

夏季暴雨对流性很强往往与低层存在大量不稳定能量相关。从25日20:00延安探空资料(图5a)可以看出，暴雨发生前，850 hPa盛行东南气流，700 hPa为西南急流，400 hPa为22 m/s的西南风，存在着明显的垂直风切变。延安对流有效位能CAPE值达到2 354.6 J/kg，沙氏指数为-1.41，k指数为44 ℃，表明低层存在强的不稳定能量。850～400 hPa相对湿度均较大，说明湿层很厚，有利于强降水的持续产生。26日08:00延安对流有效位能CAPE值减小到529.7 J/kg，说明夜间消耗了大量的不稳定能量。

另外，从25日20:00 850 hPaθse分布图(图5b)可以看出，在陕北地区存在着一个能量锋区。陕北北部θse低值为65 ℃，陕北南部θse高值为85 ℃，两者之差为20℃，强降水出现在能量锋区中。延安附近的高能舌不断向北输送强的不稳定能量，对暴雨的产生起到了积极作用。计算Δθse(500-850)，陕北地区Δθse(500-850)<-5 ℃，延安Δθse(500-850)=-15 ℃，说明延安附近大气层结非常不稳定，低层存在大量不稳定能量，非常有利于对流的产生。26日08:00陕北地区Δθse(500-850)<-5 ℃，延安Δθse(500-850)=-20 ℃，陕北大部分地区仍然处在对流不稳定状态，说明在暴雨期间低层不稳定能量不断得到补充，为强降水的产生提供了有利的能量条件。

4.2 低层水汽条件分析

在黄土高原上，水汽条件对区域性暴雨的产生至关重要。25日20:00 700 hPa水汽通量图(图6a)上，沿副高边缘，南海的水汽通过西南急流源源不断向北输送到陕北地区，在陕北的水汽通量为(120～160) g/(cm·hPa·s),水汽通量值较大。同时700 hPa陕北北部水汽通量散度为(-2～-4)×10-7g/(cm2·hPa·s)，表明在榆林地区700 hPa水汽辐合比较强，700 hPa西南急流带来的水汽对榆林区域性大暴雨有一定贡献。26日08:00在陕北北部700 hPa水汽通量仍为(120～140)g/(cm·hPa·s)，水汽通量散度为(0～-1)×10-7g/(cm2·hPa·s)，说明在过去的12 h里，700 hPa 西南急流为陕北北部提供了非常充沛的水汽。在850 hPa 水汽通量图上，有两支气流分别从东海、南海携带水汽到达陕北，25日20:00陕北的水汽通量为(60～100) g/(cm2·hPa·s)，水汽通量散度为(-2～-4)×10-7g/(cm2·hPa·s)。26日08:00在陕北850 hPa水汽通量(图6b)增加到(120～140) g/(cm·hPa·s)，水汽通量散度为(-1～-3)×10-7g/(cm2·hPa·s)。从25日20:00来看，850 hPa东南气流为榆林地区提供的水汽不是很充沛(图略)，但是从26日08:00的水汽条件来看，850 hPa东南气流在暴雨发生时是逐渐加强的，水汽通量值有很大的增加，与700 hPa水汽通量比较接近。

图5 2017-07-25T20:00延安探空站温度对数压力图(a)和850 hPaθse图(b，单位为℃)

区域性大暴雨的产生一定是要有充沛的水汽条件配合，这次过程700 hPa 西南急流、850 hPa 东南气流为榆林暴雨提供了非常好的水汽条件，两股来自不同方向的气流给陕西北部带来充沛的水汽，同时在暴雨区产生较强的水汽辐合。长时间维持充沛的水汽输送和较强的水汽辐合是区域性大暴雨产生的重要原因之一。

4.3 动力条件分析

暴雨的产生主要依靠强的上升运动。25日20:00沿110°N的散度垂直剖面图(图7a)上，在陕北北部850～500 hPa为辐合区，低层辐合较强，量值为(-1～-3)×10-5s-1。高层200～300 hPa有弱的辐散，量值为(1～2)×10-5s-1，但是对应的垂直速度(图7b)却非常强，在陕北北部为上升运动，速度最大值达-8×10-3hPa-1，位于400～300 hPa之间。虽然高层辐散条件一般，但是低层辐合较强，辐合层深厚，也能产生很强的上升运动。

26日08:00沿110°N的散度垂直剖面图(图略)，低层850～500 hPa辐合很弱，量值为-1×10-5s-1。高层200～300 hPa的辐散有所加强，量值为3×10-5s-1，与之相对应的垂直速度下降，最大速度达到-2×10-3hPa-1。虽然高层辐散条件加强，但是低层辐合较弱，陕北北部的上升运动明显减弱。这也是暴雨减弱的主要原因。