2017年青海东部两次强对流天气过程对比分析

2021-10-09田成娟张宁瑾梅成红刘雪梅谢天蓉

湖北农业科学 2021年17期

田成娟，张宁瑾，梅成红，刘雪梅，谢天蓉

（青海省气象台，西宁 810001）

强对流天气是一种深对流天气过程，指伴随有对流风暴发生的短时强降水、冰雹、龙卷、雷雨大风和暴洪等中小尺度天气现象。青海地区受下垫面、地理位置、高原地形的影响，出现强对流天气的频率非常高。按照地理位置和时间来划分，5—9月青海东部是强对流天气活动频繁地区［1-2］。由于持续时间短、强度大、局地性强、形成原因复杂、预报难度大，成为研究热点［3-20］。加强对强对流天气的分析总结，建立预报思路和模型，对该地区短时临近预报和灾害性天气的预报预警具有重要意义。

针对2017年7月23—24日、7月31至8月1日发生在青海东部地区的两次强对流天气过程，利用常规观测资料、NCEP1°×1°再分析资料，进行两次强对流天气过程的环境场特征和主要影响系统、大气温湿特征和大气稳定度特征进行对比分析，找出两次过程的异同，为该地区强对流天气的预报和预警积累经验。

1 降水情况

2017年7月23—24日的强对流天气过程（简称“7.23”），青海省环青海湖地区、海北地区出现大到暴雨天气过程，期间出现6站（国家站和区域站）暴雨，52站大雨，降水中心出现在共和县青海湖151站，过程降水量达74 mm，门源达坂山北口70.6 mm，大坂山收费站70.6 mm，主要强降水时段为23日20：00至24日09：00，小时雨强为21：00—22：00泽库县宁秀乡23.6 mm（图1a），共和县拉龙村22：00—23：00为24.1 mm，23：00-24：00为21.7 mm，24日1：00—2：00贵南县石乃亥村22.9 mm、3：00—4：00共和县上沟后村23.6 mm，此次降水过程具有强度强，范围广等特点。致使贵南县茫拉乡郭拉村的农作物、水利设施、公路等不同程度受损，引发子科滩镇泉曲村暴雨洪涝灾害，直接经济损失惨重。

7月31日20：00至8月1日20：00的强对流天气过程（简称“7.31”），全省共计565个站出现降水。其中暴雨2个站点，大雨47个站，中雨211个站；较大降水量出现在门源县达坂山北口74.5 mm、门源县达坂山收费站北65.2 mm、德令哈市天文台林管站45.4 mm、门源县青石嘴镇大滩村44.8 mm、门源县门源43.3 mm。主要强降水时段集中在7月31日22：00至8月1日2：00。最大小时雨强，31日23：00至1日00：00德令哈市德令哈19.4 mm、31日22：00—23：00泽库县和日乡17.6 mm，完秀村21：00—22：00降水量12 mm。最大雨强为19.4 mm/h（图1b）。此次强降雨引发洪涝灾害，共造成经济损失达228.1万元。

2 环境场特征和影响系统

“7.23”前期，从500 hPa形势看，中高纬度为“高-低-高-低”的环流分布，20日20：00，在新疆地区有高空低槽维持，并配合-16℃的冷温槽，蒙古地区为弱的暖脊，新疆槽前冷空气沿河西走廊下滑至祁连山区，副热带高压588 dagpm线西伸到青海省的东部地区，青海东部地区受小高压控制，冷空气随着高空槽的东移入侵到青海省东北部地区，其主力偏北。21日20：00，副热带高压进一步加强西伸，其西脊点位置在95°E，青海大部处在副高588 dagpm线外围的西南暖湿气流之中，23日20：00，随着副高的东退，新疆槽东移引导冷空气南下，影响到青海省的东部地区。700 hPa上，21日8：00在甘肃中部有一小高压，影响上游短波槽的东移，23日20：00，由于北支槽引导的冷空气东移南下，导致此高压减弱消失，在青海大部地区形成一个308 dagpm的低值系统，并配合有24℃的暖中心，青海东部地区处在西南暖湿气流中，为强降水的产生建立了水汽通道。从地面形势看，降水发生之前，青海省连续几天天气晴好，地面温度达20℃以上，为后期降水积累了大量不稳定能量。21日夜间，南疆的冷空气侵入到青海省柴达木盆地地区，23日20：00，东移的冷空气沿祁连山区，经东部河谷地区倒灌入侵到青海东部地区。两股冷空气在青海省东部地区形成辐合，而降水中心位于辐合线附近。因此，此次过程主要影响系统为新疆槽挟带的近地层冷空气和由南疆盆地侵入青海省西部的弱冷空气。新疆槽分裂下滑冷空气和副高北侧西风气流在青海省东部交汇，是造成强对流天气的主要成因。

“7.31”过程前期，29日20：00，500 hPa上，中高纬度为两槽一脊的形势，巴湖-新疆北部-蒙古地区为宽广的低槽区，中东高压东伸到104°E，西藏北部到青海大部地区受高压脊控制，30日20：00，随着巴湖低槽的东移南压，中东高压西缩到104°E附近，青海东北部地区受弱高压脊控制，31日20：00，巴湖槽持续分裂下滑的短波槽影响到青海省的大部地区，青海省东部地区处于槽前的西南气流之中，从西藏北部到青海南部地区配合有0℃的暖中心；700 hPa上，祁连山区北部有短波槽，青海省中南部形成302 dagpm的低值中心，并配合有24℃的暖中心。从孟加拉湾北部到青海东部为一致的西南气流，为低层水汽源源不断的输送到青海东部地区，提供了较好的水汽输送通道。

综合分析得出，2次强对流天气过程都是在有利的大尺度环流背景下，地面冷空气从河西走廊扩散南下，与西南暖湿气流在青海东部交汇是主要成因。500 hPa上从新疆到蒙古南部有冷温槽存在，从西藏北部到青海南部有0℃的暖中心配合；700 hPa上，青海大部地区受304 dagpm、24℃的暖中心影响，高层干冷，中低层暖湿的结构配置，有利于触发短时的强对流天气，“7.23”属于副高边缘型降水，在副高不断东退的过程中，新疆槽分裂短波槽东移，引导冷空气扩散南下。“7.31”是副热带高压和中东高压分别在东退和西缩过程中，巴湖槽底不断分裂短波槽东移，引导冷空气东移扩散影响造成的。

通过对两次强对流天气发生前的中尺度综合分析得出，“7.23”短时强降水发生的主要原因是500 hPa上高空低槽分裂短波槽引导冷空气东移扩散南下，与副高外围的西南暖湿气流在青海东部交汇，“7.31”是500 hPa高空槽分裂短波槽引导冷空气东移扩散南下。水汽条件方面，500 hPa上沿着高压外围的西南暖湿气流，在西藏南部到孟加拉湾有湿舌伸展，500 hPa上青海东部地区湿度较好，强降水区处在高低湿区的重叠区。抬升条件方面，“7.23”是500 hPa干舌、地面干线、地面辐合线、地面冷锋，“7.31”是500 hPa干舌、地面辐合线、地面冷锋。

3 温湿特征和稳定度条件分析

3.1 动力条件分析

“7.23”强降水发生时，23日20：00（图2a、图2b），在强降水中心（100°E、36.5°N）上整层存在一较小尺度的强上升运动，垂直速度中心位于500～400 hPa，值为-2 Pa/s，散度场上在200～300 hP是弱的辐合区，400～500 hPa为辐散区，其值为3·10-5·s-1，700 hPa是-20·10-5·s-1的辐合区，为高层辐散、低层辐合的配置，“7.23”低层辐合强于“7.31”。

“7.31”强降水发生时，7月31日20：00（图2c，图2d），在强降水中心（101°E，37°N）上整层为由东南向西北倾斜的上升运动，垂直速度中心位于600～300 hPa附近，其值为-1 Pa/s以下。倾斜的上升运动更有利于强降水持续较长时间。散度场上，低层的辐合中心在600 hPa，其值为-28×10-5s-1，辐散中心位于500 hPa，其值为20×10-5s-1，倾斜的上升运动也进一步使得低层辐合和高层辐散加强。

综合分析，两次过程都为高层辐散，低层辐合的典型配置。不同之处在于“7.31”以倾斜的上升运动为主，可能与冷锋前暖湿空气被迫抬升有较大关系。“7.23”低层辐合强于“7.31”。

3.2 水汽条件分析

强降水的产生需要源源不断的水汽输送。水汽通量散度表征水汽集中程度，水汽通量散度的辐合是低层抬升空气和被抬升空气潮湿程度的度量，水汽输送和聚集是形成降水的重要条件。“7.23”强降水发生时，川西高原西北向至蒙古西部为水汽通量辐散区，高值区位于青海东南部，值为8 g/（cm2·hPa·s），而6 g/（cm2·hPa·s）的水汽通量辐散区恰好位于降水中心。说明存在两条水汽带，分别为副高西侧的东南气流与高空槽前水汽带，并以副高西侧东南气流中的水汽为主。700、400 hPa强降水中心水汽通量散度［分别为-20、20 g/（cm2·hPa·s）］，即低层水汽聚集。700 hPa强降水中心比湿为8 g/kg，500 hPa为6 g/kg，400 hPa值为2 g/kg。水汽在低层聚集，700 hPa比湿具有一定指示意义。

“7.31”过程，31日20：00，500 hPa上青海东南部、青藏高原西部存在水汽通量辐散大值区，值为12 g/（cm2·hPa·s），而在青海东北部有值为-6 g/（cm2·hPa·s）的水汽通量辐合带，即水汽带副高西侧东南气流携带的水汽与高空槽前水汽在强降水中心（101°E、37°N）聚集并明显辐合。700、400、300 hPa强降水中心水汽通量散度分别为-20、-4、-1 g/（cm2·hPa·s），表明“7.31”过程强降水中心水汽辐合深厚，有利于较长时间强降水的持续。700 hPa强降水中心比湿为8 g/kg，500 hPa为6 g/kg，有利于强降水出现。

两次过程都有两条水汽带，一条为副高西侧的东南气流输送的水汽带，“7.23”“7.31”另一条水汽带为高空槽前水汽带。“7.23”过程水汽都是在强降水中心中低层聚集，且高层都为干区。而“7.31”过程强降水中心水汽辐合最为深厚，由700 hPa延伸至300 hPa。

3.3 不稳定条件特征分析

θse是表示温压湿综合的物理量，短时强降水与高能量场的配置有密切的关系，为了更好揭示暴雨区假相当位温（θse）的垂直结构，“7.23”和“7.31”分别沿100°E 36.5°N、101°E 37°N进行垂直剖面（图3）。两次过程都在500 hPa附近有θse高值中心，值为350 K。这主要是由于副高西侧的暖湿空气为强降水的发生积蓄了不稳定能量。

“7.23”在40—45°N附近500 hPa以下存在一θse低值区，值分别为280、290 K，说明强降水中心上空500 hPa有冷平流从北向南扩散。而“7.31”在40—45°N附近300 hPa以下整层都为θse低值区，中心位于600 hPa附近，值为290 K。即强降水中心有冷空气从北向南扩散，冷空气的抬升作用使低层潜热能释放，触发对流运动发展，有利于短时强降水的出现。

综上所述，两次过程都在500 hPa附近有值为350 K的θse高值中心。说明副高西侧的暖湿空气为强降水的发生积蓄了不稳定能量。“7.23”在500 hPa都有冷平流，而“7.31”整层都有冷空气由北向南扩散，两者均在38°N附近有倾斜的θse等值线密集带，这种锋生带更有利于短时强降水产生和维持。