2013年7月21日甘肃河东大暴雨过程分析

苟尚 杨瑞鸿 吴文辉 陈得圆

摘 要：利用地面加密自动站资料、FY2E红外云图资料、NCEP 1°×1°再分析资料、多普勒雷达资料等，对2013年7月21日发生在甘肃河东的区域性大暴雨天气过程进行诊断，分析其主要影响系统、物理量、卫星云图、雷达等特征。结果表明：西风槽东移、锋区南压使得高原槽生成并且加深，且西风槽与高原槽两者在东移过程中同位相叠加，西太平洋副热带高压东退，是此次暴雨发生的主要影响系统;高低空急流的耦合为暴雨的产生提供了有利条件;低层正涡度区、整层强烈的上升运动、充沛的水汽以及θse≥80℃的高能区，是产生此次大暴雨的动力、水汽、能量、层结不稳定条件;低质心暖云降水、对流单体的列车效应是造成局地持续性短时强水的主要原因。

关键词：甘肃;大暴雨;天气诊断

中图分类号 P458.121.1文献标识码 A文章编号 1007-7731（2020）19-0147-05

Analysis of Heavy Rain Process in Hedong，Gansu Province on July 21，2013

GOU Shang1 et al

（1Lanzhou central Meteorological observatory，Lanzhou 730000， China）

Abstract：Used ground encryption automatic station data， fy2e infrared cloud image data，NCEP Based on the 1°×1° reanalysis data and Doppler radar data to diagnose the regional heavy rain weather process occurred in Hedong，Gansu Province on July 21， 2013， and analyzed its main influence system， physical quantity，satellite cloud image， radar and other characteristics.The results showed that the eastward movement of westerly trough and the southward pressure of the frontal area make the plateau trough generate and deepen，the westerly trough and the plateau trough are in the same position during the eastward movement In addition，and the eastward retreat of the Western Pacific subtropical high are the main influence system; the coupling of high and low-level jet provided favorable conditions for the rainstorm;the low-level positive vorticity area，the strong ascending motion of the whole layer， abundant water vapor and the high-energy area with θse ≥ 80 ℃ are the unstable conditions of the power，water vapor， energy and stratification; The low mass center warm cloud precipitation and the train effect of convective cell are the main reasons for the local sustained short-term strong water.

Key words：Gansu;Heavy rain;Weather diagnosis

暴雨是甘肃省主要的气象灾害之一。甘肃虽地处西北干旱、半干旱地区，但是地形复杂、境内气候差异极大，小范围暴雨发生频率高、强度大、时间集中，容易引发山洪、滑坡、泥石流等自然灾害，且防御困难，易造成严重灾害。因此，探讨西北暴雨发生发展的物理机制，对于提高西北暴雨的预报准确率、减少暴雨灾害具有重要意义。曾有不少学者做过关于西北暴雨的研究[1-14]。本研究利用常規观测资料、甘肃省区域站资料、FY2E红外云图资料、NCEP 1°×1°再分析资料以及新一代多普勒天气雷达资料，对2013年7月21—22日发生在甘肃省河东地区的一次区域性大暴雨天气过程的主要影响系统、水汽和动力、热力条件进行了诊断分析，探究其发生的原因和特征，梳理预报过程中的难点和着眼点，以期为此类天气的预报提供基础和支撑。

1 天气实况

2013年7月21日08时至22日08时，甘肃张掖以东大部分地区出现了降水天气，河东地区出现了区域性暴雨，局部地方出现大暴雨，个别站点出现特大暴雨，其中大雨189站，暴雨153站，大暴雨52站，特大暴雨1站（图1）。本次强降水主要分布在定西、天水、平凉、庆阳等地，最大降水量出现在平凉市灵台县东王沟村站288.7mm、独店站218.1mm、瓦峪楼站207.3mm。此次降水的主要时段为21日20时至22日08时，1h最大降水量出现在灵台县东王沟村站为82.3mm/h，东王沟村连续6h累计降水超过200mm（图2）。此次大暴雨过程具有强降水持续时间长，降水时段集中，雨强大的特点。

2 环流形势及影响系统

500hPa上，亚洲大陆中纬度为西风带纬向环流，多短波槽脊活动，锋区位于北纬40°附近，呈东西带状分布，副热带高压稳定维持，并有所东退。20日20时，西风槽位于新疆东部，锋区有所南压已进入甘肃河西及高原西北部，高原上有短波槽发展;副高脊线位于25°N，584线西伸至青藏高原中部;21日08时，西风槽东移至河西中部，高空锋区东移南压，使得高原槽不断加深发展，584线东退至西南地区，建立了“西低东高”的降水形式。21日20时（图3a），西风槽继续东移，高原槽加深东移，两者同位相叠加，584线稳定维持，沿584线西南暖湿气流发展强盛;22日08时，高原槽东移出甘肃河东地区。700hPa上，20日20时，西南暖湿气流沿高原东侧一直延伸到内蒙古中部，与西北气流辐合在甘肃中东部;21日08时，冷空气东移南下与西南暖湿空气交汇，偏南气流不断增强，甘肃中部辐合加强;21日20时（图3b），切变线东移南压，位于甘肃河东地区，随着偏南暖湿气流继续加强，河东地区切变辐合进一步增强，此时也对应雨强最大的时段;22日08时，偏北气流和偏南气流都有增强，切变东移到甘肃陕西交界处，雨带逐渐移至陕西地区。

3 物理量诊断

3.1 水汽条件 暴雨的发生除了需要本地充沛的水汽条件，还需要有源源不断的水汽向暴雨区输送，水汽通量能够反映一个地区水汽输送的强度和方向。从700hPa水汽通量的水平分布来看，21日08时，沿南海-广西-贵州有水汽通量大值区沿着四川盆地北上，建立了1条明显的水汽输送带，在甘肃天水地区有一个大值中心，强度为10g·（cm·hPa·s）-1;21日20时（图4a），输送带上的水汽通量明显加强，甘肃河东的大值中心强度增强到12g·（cm·hPa·s）-1。仅有水汽的输送还不够，还要有水汽的辐合，才能使水汽向上输送，水汽通量散度表示了水汽的集中程度。从700hPa水汽通量散度的水平分布来看，21日08时，水汽负值区（辐合区）出现在西藏东部、青海东部、宁夏南部，水汽正值区（辐散区）出现在四川北部;21日20时（图4b），位于青海东部的水汽通量散度负值区东移，与宁夏南部的负值区合并，在甘肃河东形成1个强的负值中心，中心强度为-60×10-8·g·cm-2·（hPa·s）-1，说明在这一地区水汽辐合非常强，并且与这一时段强降水的落区相吻合，可见南海水汽输送为此次大暴雨过程提供了丰富的水汽条件，水汽通量散度对强降水的落区有很好的指示意义。

3.2 高低空急流 700hPa，21日08时，甘肃河东偏南风气流发展，风速为8m/s;21日20时，风速不断增强，在川、陕、甘交界风速达到10m/s;22日02时（图5a），河东南北风风速进一步增强，风向风速辐合加强，低空急流建立，在四川西北部和陕西中部个有1个急流核，中心風速13m/s。低空急流把南海的水汽源源不断地输送到四川盆地，进而到达甘肃河东的暴雨区，一方面引起暴雨区水汽的输送和辐合，同时也在不断向暴雨区输送能量，从而促进对流不稳定能量的建立和维持。河东地区恰好位于低空急流的左前方，这里水汽的辐合与上升运动最强。200hPa（图5b），内蒙古中部至山西北部有1支东西向的高空急流，急流核在山西北部。中心最大风速超过40m/s，暴雨区正好处于高空急流核出口区的右侧，有正的涡度平流，因而引发高空气流辐散，低层气压降低，对应低层为辐合区，高空急流环流的上升支与低层的辐合上升运动叠加，使得上升运动更强，对流发展旺盛，对暴雨的产生十分有利。

3.3 涡度 从700hPa涡度场上可以看到，21日08时，甘肃中部有至河东处在正涡度区，中心强度为4·10-5·s-1，而天水、平凉、庆阳此时处于负涡度区，中心强度为-2·10-5·s-1;20日20时，正涡度中心移至陇东南，中心强度增至6·10-5·s-1，天水、平凉、庆阳此时已转为正涡度区，在正涡度区的西北方和东南方各有1个负涡度中心，也就是垂直上升运动区的西北和东南方两侧存在下沉运动区，这是上升运动区四周的补偿下沉区，也是低层的辐合维持和加强的条件，此时对应河东地区的强降水开始;22日02时（图6a），陇东南的正涡度中心强度迅速增强到10·10-5·s-1，可见此处气旋性曲率增大，环流发展旺盛，上升运动很强，为强降水的产生提供了动力条件;22日08时，川北的正涡度中心与河东正涡度中心合并，移至陕西关中地区，甘肃河东正涡度区逐渐减弱。

3.4 垂直速度 从降水中心35°N作垂直速度的剖面来看，21日08时，上升气流的大值区位于高原边坡，最大值为-1.6Pa·s-1，甘肃临夏有弱的下沉气流，属于次级环流，有利于上升运动的维持，21日14时，上升气流区移至临夏地区，强度维持，在临夏以东，中低层有弱下沉气流，但高层开始有上升气流发展;21日20时至22日02时（图6b），在天水、平凉、庆阳，850～200hPa整层都表现为上升运动，最大上升中心在600～700hPa，为-1.4 Pa·s-1，深厚的上升运动区域对应着暴雨区。

3.5 假相当位温 从700hPa上假相当位温的分布可以看出，21日14时，从川北、甘肃河东θse≥75℃，临夏、甘南θse≥80℃，有不稳定能量积聚;21日20时（图7a），川北θse≥80℃高能舌伸至天水、平凉，使得河东地区中低层不稳定能量进一步增强。从35N的θse垂直剖面图可以看出，21日20时（图7b），天水、平凉中低层假相当位温随高度减小，垂直梯度很大，大气层结很不稳定，有利于强降水的发生;22日08时，对应本次暴雨过程降水集中的时段，700hPa河东θse减弱到75℃，表明经过强降水能量迅速释放，大气不稳定度已显著降低。

4 云图特征

21日08时（图8a），随着高原东部低涡切变的形成，高原东部有明显叶状云系发展;21日14时（图8b），冷空气南压，高原切变东移，形成一个尺度较大的涡旋状云系;21日20时（图8c），700hPa的切变线东移南压，西南急流的加强，触发不稳定能量释放，甘肃河东、四川北部有多个中β、中γ尺度云团生成，其中甘肃平凉对流云团发展旺盛，并向东北方向移动，其后不断有又新的对流云团生成并向东北方向移动，连续经过地区，使得该地区出现持续性强降水;22日08时（图8d），高空槽南压，切变线东移，云团移出甘肃，降水结束。

5 雷达回波特征

此次大暴雨过程选取西峰新一代多普勒天气雷达的资料进行分析，从强度图来看，此次过程层积混合型降水回波一直维持，范围较广，其中分散地存在着对流单体，强度并不很强，在35～40dbz，自西南向东北方向移动，21日20时以后（图9a），平凉地区密实的混合降水回波云系发展加强，范围增大，不断有对流单体经过灵台县，对应这一地区产生持续性强降水，21：49（图9b）雷达低仰角观测中在灵台出现逆风区，说明该区域辐合上升运动加强，对流发展增强，此后逆风区范围不断增大，并向东北方向移动，直至22：39分消失。

从东王沟村站上空雷达回波强度的时序图上可以看出（图10），从21日20时开始，该站上空回波强度不断增强，高度不断发展，以当天20时平凉观测站探空代该地区的大气层结状况，抬升凝结高度在1.8km处，0℃层高度在5.3km处，由此可见，整个降水过程中，较强回波主要分布在0℃层以下深厚的暖云层空间，说明强反射率因子主要是液态水滴，低质心暖云降水特征明显，因此，整个过程以暖云降水为主，在21：29回波强度达发展到35～40dbz，对应此时出现在东王沟村的82.3mm/h短时强降水。22：28分以后又有新的单体生成，经过东王沟村，产生1h32.4mm的强降水，这样对流单体不断生成和消亡在这一地区产生列车效应，致使该地区出现持续性短时强降水。

6 结论

（1）西风槽东移，锋区南压，使得高原槽生成并且加深，两者在东移过程中同位相叠加，西太平洋副热带高压584线东退，是此次暴雨的主要影响系统。

（2）低层来自南海的水汽沿西太平洋副热带高压的西南侧经云贵四川地区进入甘肃，并在甘肃东南部强烈辐合上升，为大暴雨的发生提供充足的水汽。

（3）暴雨区处于高空急流入口区的右侧，低空急流的左前方，高低空急流的耦合是暴雨出现的重要原因。

（4）低层正涡度区，整层强烈的上升运动，充沛水汽条件，θse≥80℃的高能区，是造成此次大暴雨過程的动力、水汽、能量、层结不稳定条件。

（5）低质心暖云降水，逆风区的出现，对流单体不断生成和消亡产生的列车效应是造成局地持续性短时强降水的主要原因。

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（责编：张宏民）