2021年7月24日海西大到暴雨过程成因分析

余倩 裴尕桑 白延晖 唐仲涛

摘要 基于降水资料、高空、地面、Ncep1°×1°6 h再分析资料，分析2021年7月24日发生在青海省海西州的大到暴雨过程。结果表明：此次过程降水强度大、范围广，具有极端性和对流性质，降水时段集中，以短时强降水为主，并伴雷暴。弱冷空气、高空切变线、地面辐合线对此次强降水起到了很好的动力辐合抬升作用。水汽充足，T-Td≤2℃，700 hPa比湿在10 g/kg左右，东南风和冷空气前部的水汽源在辐合汇集明显。探空曲线呈现“瘦高”型短时强降水类型，低层暖平流，高层冷平流，层结不稳定，暖湿层深厚，降水效率高，强烈而深厚的上升运动，地形辐合和抬升对降水增幅明显。

关键词 海西;大到暴雨;比湿

中图分类号：P458.121.1 文献标识码：B 文章编号：2095–3305（2021）10–0034–04

柴达木盆地属高原大陆性气候，冬季以干旱为主要特点。年降水量自东南部的200 mm递减到西北部的15 mm，年均相对湿度为30%～40%。年降水量少，且时空分布不均，主要集中在夏季[1]。7月24—25日，海西东部出现暴雨天气，海西州气象台和下属县局气象台暴雨预警信号共22期，过程降水持续时间长、影响范围广、局地性强、降水强度大，其中短时强降水、冰雹等强对流天气出现的时间较历年同期偏早。

目前，针对类似极端天气过程的分析和研究较少。通过分析环流演变、动力及水汽条件、触发机制、中小尺度系统、物理量等与降水落区及强度的对应关系，总结此次极端暴雨天气的成因，为提高海西暴雨、短时强降水预报预警的准确率提供更多的参考。

1 资料

所用资料为2021年7月24—25日都兰站探空资料、地面观测资料、海西州10个国家基本站和109个区域自动站的降水资料，以及FY-4G红外云图资料。降水量标准采用青海省降水标准：日降水量R≥25 mm、R≥50 mm分别定义为大雨、暴雨;1 h降水量≥8.0 mm为短时强降水、1 h降水量≥16.0 mm为短时强暴雨。

2 降水实况

2021年7月24—26日海西州出现入汛以来最强降水天气过程，其中海西中东部地区出现大到暴雨，过程期间伴有雷暴、短时强降水等强对流天气。降水主要集中在24日夜间至25日白天，根据全州自动气象站监测数据显示：24日20：00～25日20：00的24 h降水量达暴雨量级7站，大雨量级23站，中雨量级31站，最大降水出现在乌兰金子海，降水量82.6 mm。按气象观测标准来看，乌兰、都兰两地降水量均突破2个国家级气象站单日降水量历史极值。这是入汛以来出现的最强的降水天气过程，呈现出范围广、强度强、极端性明显等降水特征。

3 大尺度环流背景与影响系统

3.1 大尺度环流背景

2021年7月24—26日，100 hPa南亚高压呈东部型，脊线位于青海省东部地区，高压南部偏东气流明显。前期受中东高压东伸和西太副高西伸影响，天气晴好，各地出现2021年以来最高气温，海西大部地区气温维持30℃以上，乌兰22日最高气温达到32℃，整体为高温、高湿环境条件，为此次降水过程提供了较好的能量。

08：00 500 hPa高空图上（图3a），过程发生前，欧亚中高纬地区为两槽一脊环流形式，贝加尔湖附近存在一闭合低涡，低涡底部到我国新疆北部一带有低槽，低涡东移过程中槽底不断分裂短波槽并东移南下。从24日20：00高空图可以看出，贝加尔湖低涡东移南压至新疆北部，青海省受中东高压控制，温度场落后于高度场，系统加强，青海省中部有切变线存在，且移动缓慢。中东高压与南亚高压主体位置重合，兩者均控制青海省全境，非常有利于降水区不稳定能量的堆积，24日20：00 700 hPa高空图上（图3b）西部有高压脊东移，青海省大部分地区受暖中心控制，其中心值为24℃。综合上述分析，过程期间海西乃至青海大部均处于高温、高湿的不稳定层结中。

3.2 中尺度系统

从24日20：00中尺度分析图（图4a）分析看出，前期受高压控制，天气晴好，不稳定能量累积，100 hPa上南亚高压维持在高原上空，500 hPa上青海省中部存在切变，且青海省北部T-Td≤2℃，都兰T-Td为0℃，接近饱和。地面上24 h变压在3～5 hPa，冷空气分为西路和东路两路影响海西，冷锋位于祁连山区北部，格尔木、都兰与德令哈及乌兰之间存在明显的中尺度辐合线，中尺度的低空辐合线会触发对流发展，地面弱冷空气对暴雨触发起到了重要作用，往往决定暴雨发生时间。弱冷空气、高空切变线、地面辐合线为此次海西东部强降水提供了很好的动力辐合抬升作用。

4 强降水成因

4.1 不稳定条件

图5b是都兰站24日20：00探空，可以看出此次过程中都兰站探空曲线呈“瘦高型”的典型强降水分布形态，整层湿度较好，对流层高层至500 hPa之间有干冷空气侵入，温湿层结曲线形成向下开口的喇叭形状，与500 hPa以下的暖湿层形成“上干下湿”的不稳定层结。从风场垂直分布来看，近地层风随高度顺转有暖平流，高层风随高度逆转有冷平流，有利于对流不稳定的加强。CAPE值达404 J/kg，有一定的能量储备，为对流性降水的产生提供了较好的能量条件。0℃层高度较高，暖区深厚，有利于提高降水效率。

假相当位温（θse）是表示当湿空气中所有的水汽凝结并释放潜热以后空气块所具有的位温值[2-3]。θse值越大，气块的暖湿程度越高，代表气块所含的能量和水汽越多，有利于抬升凝结出更多的水，释放出更多的潜热。从假相当位温的空间分布来看，在青海南部有500 hPa有θse≥85℃的高能舌，700 hPa青海省东南部处于θse≥65℃的高能区（图5a），说明气团处于θse高值的状态，海西东部存在高温、高湿的能量，结合再分析资料（图5b）24日20：00乌兰上空形成一个“高悬的低θse”叠加在低层高θse上的结构，中低层大气处于对流不稳定状态。大的不稳定能量使得此次系统性降水天气中伴随对流性降水，从而在单位时间内能够产生更大的降水量。

4.2 水汽条件

充沛的水汽供应是大降水发生的必要条件，从不同时次的水汽通量分布来看，加上前期青海省东部受副高控制，地面上也积累了一定的能量。从水汽通量散度场来看，海西大部有较为明显的水汽输送通道，但水汽输送强度偏弱，700 hPa青海省东北部为水汽通量散度辐合中心，中心值为-9×10-6 g·cm-2·hPa-1·s-1。Ncep再分析资料乌兰地区水汽通量散度场和比湿场时间剖面分析显示，24—25日整层水汽较好，在600 hPa最强，达10 g/kg左右，达到海西地区出现大雨或暴雨阈值（图6a）。对比可知降水期间水汽主要来自于低层或700 hPa，低层水汽条件更为充足，因此应关注低层水汽条件是否达到强降水标准。

水汽通量散度场上，24日20：00的500～400 hPa之间水汽汇集强度最强，因此在强降水发生期间乌兰上空不仅有明显的水汽输送通道，且水汽在乌兰上空有明显的汇集，对比而言，高空水汽输送的强度及汇集程度均强于低空。再分析数据也显示20：00低层500 hPa水汽输送强度和辐合强度均强于高层700 hPa（图6b）。

再分析资料700～500 hPa过程前后分析发现，过程前24日08：00 700～500 hPa水汽主要聚集在海西西部，14：00水汽辐合较08：00加强，同时低层（700～600 hPa）辐合中心向东部移动，20：00乌兰地区整层水汽输送强度和辐合强度达到最强，700～500 hPa辐合中心值在-8×10-6 g·cm-2·hPa-1·s-1以上。同时，辐合中心在海西东北部地区（图7），23：00中高层水汽辐合强度减弱，但700 hPa乌兰北部水汽辐合继续维持，中心值为-9×10-6 g·cm-2·hPa-1·s-1。

4.3 动力条件

強烈的上升运动条件被认为是强降水天气发生的直接触发机制[4-5]。垂直运动造成水汽、热量、动量、涡度等物理量的垂直输送对天气系统的发展也有很大的影响。从降水发生时段来看，垂直速度场存在强的上升运动区，从低层700 hPa至高层200 hPa均处于强烈的上升区，300 hPa最强，中心值达到-40 hPa/s，乌兰处于垂直速度大值区西南侧，这样强且深厚的上升气流为此次降水过程提供了充足的动力条件。结合再分析资料分析7月24日20：00低层500 hPa以下为下沉运动，高层500～300 hPa为上升运动，至25日02：00整层为强烈的上升运动，700～600 hPa最强（图8），因此此次强降水过程中上升运动主要集中在中低层。

5 卫星云图特征分析

从卫星云图分析（图9），此次大降水过程分为2个阶段：第一阶段在24日20：00左右海西东部有对流云系不断发展且加强，云顶亮温最大为-63℃，乌兰地区在对流云系移动的后方，第二阶段在25日02：00左右，在德令哈地区又有新的对流云系发展，且在东移过程中不断加强，影响乌兰地区的云团结构紧密呈近圆形，具有明显的暴雨和局地短时强对流云团的特征。

6 结论

（1）此次过程降水强度大、范围广、具有极端性;降水具有对流性质，是发生在大陆高压外围的一次以短强为主的对流性降水。

（2）弱冷空气、高空切变线、地面辐合线对此次强降水起到了很好的动力辐合抬升作用。水汽充足，T-Td≤2℃，700 hPa比湿在4～6 g/kg左右，东南气流和冷空气前部的水汽源辐合汇集明显。

（3）探空曲线呈现“瘦高”型短时强降水类型，低层暖平流，高层冷平流，层结不稳定，暖湿层深厚，强烈而深厚的上升运动，地形辐合和抬升对降水增幅明显。

（4）强降水出现在对流云系移动方向的后侧，云团结构紧密呈近圆形，具有明显的暴雨和局地短时强对流云团的特征。

参考文献

[1] 陈涛，宋友桂，李云.柴达木盆地末次盛冰期与全新世大暖期风沙活动的对比研究[J].干旱区研究，2016，33（4）：877-883.

[2] 姚学祥.天气预报技术与方法[M].北京：气象出版社，2011.

[3] 丁一汇.高等天气学[M].北京：气象出版社，2005.

[4] 王振海.青海省灾害性天气个例分析文集[M].北京：气象出版社，2021.

[5] 孙继松.短时强降水和暴雨的区别与联系[J].暴雨灾害，2017，36（6）：498-506.

责任编辑：黄艳飞

Cause Analysis of Big Enough to Cause a Storm Process in Haixi on July 24， 2021

YU Qian et al（Haixi Observatory， Qinghai Province， Delingha， Qinghai 819100）

Abstract Based on precipitation data， upper air， ground and Ncep1°×1°6h reanalysis data， the heavy to heavy rain process that occurred in Haixi， Qinghai province on July 24， 2021 was analyzed. The results showed that the precipitation intensity was large， the range was wide， extreme and convective， and the precipitation period was concentrated， mainly short-time heavy precipitation， accompanied by thunderstorms. Weak cold air， upper shear line and ground convergence line played a good role on the dynamic convergence uplift of the heavy rainfall. Water vapor was sufficient， t-TD≤2℃， specific humidity of 700 hPa is about 10 g/kg， and water vapor sources in southeast wind and front of cold air converge obviously. The radiosonde curve showed a “thin and high” short-time heavy precipitation type， with warm advection at low level and cold advection at high level， unstable stratification， deep warm and wet layer， high precipitation efficiency， strong and deep upward movement， and terrain convergence and uplift had obvious effect on precipitation increase.

Key words Haixi; Heavy rain; Specific humidity