张掖市一次极端暴雨过程的天气学诊断

张文光 陆伟 安婷婷

摘 要：利用常规地面和高空观测资料以及欧洲中心再分析资料（ERA-Interim），对2018年8月31日—9月1日张掖市极端暴雨天气的环流形势、影响系统和物理量特征进行了综合诊断分析。结果显示：此次暴雨发生在有利于西北地区多雨的大尺度环流背景下，南亚高压为东部型，500hPa副热带高压西伸北跳，588线控制长江中下游地区。主要影响系统有巴尔喀什湖冷槽、低层低涡和地面倒槽。中低层的流场配置有利于水汽的输送和汇聚，对流层内出现强烈上升运动，触发强对流天气的发生和暴雨的形成。

关键词：极端暴雨;环流形势;物理量

中图分类号：S16       文献标识码：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20200530044

引言

近年来，河西地区强降水频发，表现为局地性强、时间短和强度大[1]。此次天气过程，降水强度大，其中高台站24h降水量接近其年平均将水量的1/2，属于比较极端的一次降水过程。

相关研究表明[2]，在有利于降水的大尺度环流背景下，高低空环流配置以及物理量场的差异，会导致暴雨的范围和强度明显不同，因而分析导致相关物理量场的变化特征，对预报暴雨落区和强度是有重要意义。本文利用甘肃省常规地面气象观测站的降水资料、MICAPS资料以及0.75°×0.75°的欧洲中心再分析资料（ERA-Interim），对本次暴雨过程的降水实况、环流形势和相关物理量场做诊断分析，并试图寻找暴雨天气的预报着眼点。

1 降水过程概况

2018年8月31日08∶00—9月1日08∶00，张掖市普降中到大雨，部分地区出现暴雨、大暴雨，最大降水量出现在山丹焉支山林场，为87.3mm（本文采用甘肃省气象局制定的河西暴雨标准：24h降水量≥30mm，下同）。此次降水共有60站达到大雨，34站达到暴雨，2站达到大暴雨。雨量大值区主要集中在北部的高台县和临泽县以及东部的山丹县，其中有21个站点出现小时雨强大于10mm/h（河西地区强降水标准）的短时强降水。

选取高台站的逐小时降水数据做简要分析，从逐小时降水量演变情况（表1）来看，降水从8月31日18∶00开始，强降水主要集中于上半夜（8月31日19∶00—9月1日0∶00），后半夜降水减弱，趋于结束。

2 环流形势

从500hPa环流形势可以看到，欧亚中高纬呈2槽1脊型。巴尔喀什湖以东和东亚东岸为低槽区，贝加尔湖东侧存在高压脊。副热带高压（以下简称副高）588线控制长江中下游一带，副高脊线位于N33°附近，西伸脊点伸至四川盆地，甘肃中东部处于副高边缘，存在一定的暖湿气流供应。2018年8月31日20∶00，巴尔喀什湖以东的低槽东移加深，并略有南压。同时，青海中部发展出短波槽，张掖位于短波槽前。槽后冷平流加强，引导冷空气不断南下。由于河套西部地区前期为晴热天气，低层温度较高，中高层干冷空气侵入，形成上干冷下暖湿结构，易触发对流不稳定，有利于强降水的发生。槽前正相对涡度平流输送，促使中低层垂直运动发展，为降水形成提供了较好的动力条件。9月1日08∶00，短波槽移至甘肃东部，张掖处于短波槽后，降水过程结束。

700hPa上，甘肃中东部处于偏东风和东南风控制下，存在风向和风速的辐合，为水汽的输送和聚集提供了便利。8月31日08∶00 700hPa形势场上，甘肃中部存在1个小的低涡，张掖也处于其控制下。低涡既能提供较好的动力抬升条件，又可使冷暖气流的交汇。

200hPa高层形势场上，南亚高压主体位于高原上空，脊线在N32°附近，中心偏于E90°以东，属于东部型。甘肃中东部处于高空急流的出流区，形成高层辐散，加强抽吸作用，有利于上升运动的维持。

3 水汽条件

暴雨的发生、发展要求本地上空具备丰富的水汽和持续不断的水汽输送，且有一个充足的水汽累积过程。此次暴雨过程中，水汽主要由青藏高原东侧的偏东南气流供应。

3.1 水汽含量

相关统计表明[3]，暴雨发生时700hPa上比湿往往大于8g/kg。从2018年8月31日08∶00 700hPa比湿场上可以看出，整个甘肃地区的比湿维持在9～11g/kg，其中张掖上空的比湿为10g/kg。8月31日20∶00，由于东南暖湿气流输送增强，甘肃中东部的比湿进一步增大，达到10～12g/kg。9月1日08∶00，降水过程趋于结束，大气中的水汽得到释放，甘肃中部的比湿降为8～9g/kg。

3.2 水汽輸送

8月31日08∶00，水汽输送通道就已经建立。从700hPa水汽通量场可以看出，甘肃东部存在1个大于9g·cm-1·hPa-1·s-1水汽通量的大值中心，在东南风和偏南风的共同作用下，水汽源源不断地向张掖地区输送。8月31日20∶00，甘肃东部的水汽输送中心范围进一步扩大，且有所西移，中心数值增大至13g·cm-1·hPa-1·s-1，同时，东南风分量增大。这些都加强了水汽输送，为暴雨发生提供了充分的水汽供应。

3.3 水汽辐合

由图8显示的700hPa水汽通量散度可知，8月31日08∶00，甘肃中西部与内蒙古西部的水汽通量散度均为负值，存在水汽辐合中心，呈狭长的东北—西南走向，中心数值小于-2×10-7g·cm-2·hPa-1·s-1，张掖位于该辐合中心的东侧。8月31日20∶00原有的水汽辐合中心强度略有增强，且大的负水汽通量散度区范围扩大。与此同时，青海东部至甘肃中部也有一较强的水汽辐合中心发展起来，中心水汽通量散度小于-6×10-7g·cm-2·hPa-1·s-1，张掖处于这2个水汽辐合中心之间，受两者的共同作用。9月1日08∶00，降水结束，甘肃省水汽通量散度基本转为正值（图略），呈现水汽辐散状态。从水汽通量散度整个演变过程来看，位于甘肃中部的张掖在降水时段内，低层都处于水汽辐合区，且离水汽辐合中心较近，说明水汽供应充足，且水汽得到较好的辐合积聚。

4 动力条件

为了研究降水时段内张掖地区的动力条件，本文沿N39°做纬向垂直剖面，分析涡度和垂直速度这2个物理量的演变情况。

2018年8月31日08∶00张掖市区（E100.5°）中低层850～400hPa处于弱正涡度（气旋性涡度）场中，且随高度略向西倾斜。此时，张掖偏东地区低层（850～700hPa）存在-6×10-5/s的正涡度中心。31日20∶00，700hPa附近有一正涡度中心，中心值达到4×10-5/s。2个时次，400hPa以上的中高层均为负涡度控制，且在200hPa附近存在负涡度中心，中心值小于-4×10-5/s。这样的高低空涡度场配置，有利于形成低层辐合，高层辐散，加强张掖上空高空辐散抽吸作用，使得垂直上升运动增强。

垂直速度场主要表现为整层都处于负速度区，具备较强的上升运动。8月31日08∶00，张掖附近上空上升运动还比较弱。31日20∶00垂直上升运动增强，强速度中心在600hPa附近，垂直速度达到-0.8hPa/s，主体偏于张掖西部。到了9月1日02∶00（图略），强上升中心经过张掖上空，高度略有下降。

综合来看，低层气旋性涡度（正涡度）与强降水时段有比较好的对应关系，垂直速度则在降水初期就已经表现为上升运动，随着降水强度增大，整层上升运动也相应增强，较好的动力条件，有利于低层的水汽和热量抬升到高空，触发不稳定能量的持续释放，形成暴雨。

5 总结

南亚高压为东部型，500hPa副高控制长江中下游地区，这是有利于西北地区多雨的环流背景[4]。500hPa短波槽引导冷空气南下，低层辐合有利于暖湿气流的输送和累积，低层低涡既提供了较好的动力抬升条件，又有利于冷暖气流交汇，从而形成大范围降水;甘肃东部存在水汽源地，借助东南风和偏南风，为张掖地区输送源源不断的水汽，从而为暴雨发生提供充足的水汽条件。从水汽通量散度的演变来看，低层处于水汽辐合区，水汽供应充足且得到较好累积;低层气旋性涡度，中高层反气旋性涡度，有利于高空辐散抽吸作用，形成强烈的垂直上升运动，为强对流天气的发展提供了抬升条件，也为暴雨的形成提供动力条件。

本文仅从环流形势、影响系统、水汽条件和动力条件等方面初步分析了张掖此次暴雨天气过程的影响因子，但关于各因子对暴雨的影响程度，未做深入研究，这有待数值模拟和敏感性试验予以进一步分析。

参考文献

[1] 李春虎.西北干旱和暴雨研究综述[J].甘肃气象，2003（1）：1-7.

[2]赵庆云，狄潇泓，张铁军.“8·19”甘肃区域暴雨的特征分析及数值模拟[J].干旱气象，2005，23（4）：12-16.

[3]刘洪兰，张强，刘德菊，等.河西走廊中部一次暴雨过程的天气学诊断[J].干旱气象，2014，32（2）：263-269.

[4]朱乾根，林錦瑞，寿绍文，等.天气学原理和方法[M].北京：气象出版社，2011：489-490.

（责任编辑 李媛媛）