2016年8月22日—23日甘南局地暴雨天气过程分析

王洪阳

（迭部县气象局，甘肃 迭部 747400）

暴雨天气是甘肃省甘南州主要灾害天气之一，其来势凶猛，危害大，常常伴有大风、短时强降水等破坏性天气。开展对暴雨过程的研究，对防灾减灾和预报预警等有重要作用。2016年8月甘南州的这次暴雨天气过程，降水时间长，降水量大，对研究暴雨的形成、发展等有重要参考意义，下面就此次暴雨天气过程进行分析。

1 暴雨过程概述

2016年8月22日15时开始，甘肃省甘南州西北部先后出现了雷电、冰雹、暴雨等短时强对流天气。截止2016年8月23日08时统计，甘南州西北部普降小到中雨，局部地方降大到暴雨，其中碌曲城区出现大暴雨（突破有历史记录以来的降水量日最大值），降水量达123.5 mm，合作市区、夏河城区、夏河吉利出现暴雨，降水量分别为：71.5 mm、61.4 mm、71.6 mm。受短时强降水影响，夏河、碌曲、合作等地均发生不同程度的灾情，多处道路被冲毁，民房进水，城市供电、供水、地下管网等基础设施大面积受损，给人们的出行和户外作业造成较大困难。针对这次局地性强降水，甘南州气象台及时发布了暴雨黄色预警信号，根据天气演变情况随后升级到暴雨红色预警信号，同时发布了山洪气象风险预警、中小河流洪水及地质灾害气象风险预警。

2 环流形势分析

2.1 环流演变

据2016 年8月22日08时500 hPa高空图（图1）上分析，中高纬度为两槽一脊环流形势，亚洲中低纬度受副热带高压控制，副热带高压呈东西向带状分布,为此次暴雨天气过程提供了有利的大尺度条件[1]。其588 gpm线西伸到青藏高原西部地区，东亚大陆上存在多个块状592 gpm高压中心，其中在西北地区东部，副热带高压与大陆高压之间的辐合区随副热带高压的短期变化而东西摆动；22日20时，原来控制高原东部地区的高压中心东退，并与华北地区副热带高压中心合并，稳定维持在江淮地区，同时在青藏高原东部与甘南西部之间有弱的风切变，甘南恰好处于副热带高压边缘，受其外围的西南气流影响，这个区域聚集了形成丰沛降水的有利条件，源源不断输入热量、能量和暖湿气流，山地地形对气流起到抬升作用，促进空气垂直运动，一股弱冷空气的触发，使得强对流云团不断形成、聚集，引发持续性降水；23日08时，高压中心进一步西伸北抬，甘南处于592 gpm线内部，强降水基本结束。

图1 8月22日08时500 hPa高空图

据2016年8月22日08时700 hPa高空图可以发现，在青藏高原东部形成东北—西南向切变线，20时，切变已经东移至甘南北部合作至碌曲一带，加之这个区域聚集了形成丰沛降水的有利条件，源源不断输入热量、能量和暖湿气流等影响，甘南地区将受持续性降水、冰雹等恶劣天气[2]。直到23日08时，切变已经基本上东移出甘南，降水已经结束。

2.2 地面形势

2016 年8月22日14时甘南上游已出现降水，20时，中心值为998的低压中心恰好位于甘南西部，并有向东移动趋势，合作开始出现强降水；时至23日08时，低压中心东移出甘南并减弱，此时强降水已基本上结束。

3 中尺度环境条件场以及探空资料分析

3.1 中尺度环境条件场分析

据2016年8月22日08时的中尺度环境条件场实况和22日20时的中尺度环境条件场实况分析可知，水汽条件：08时和20时甘南州大部分地方700 hPa温度露点差均≤3 ℃，全州700 hPa比湿均≥8 g/kg，08时最大达13.5 g/kg，20时最大可达15.2 g/kg，且西部一直有≤-1kg/（hPa·m2·s）的水汽通量散度，说明水汽在此处有积聚；不稳定条件：甘南至内蒙古始终存在温度脊，有利于气流上升，K指数始终大于30 ℃，有对流发展潜势；抬升条件：700 hPa切变线08时位于青海东部，500 hPa槽线位于甘南北部至内蒙古中部。20时200 hPa有急流，且700 hPa切变线东移至甘南西北部，500 hPa新疆东北部有显著流线，槽线东移出甘南。

3.2 探空资料分析

探空图能较好的反映该站的天气特点。据08时探空图（如图2）分析，对流层底部均有风向、风速的垂直切变，暴雨发生前，Tlogp图上有上干下湿的对流不稳定发展，且不断增强，中低层有弱的暖平流伸展到300 hPa，对流有效位能大，从14时订正后的探空图可看出对流有效位能明显增大。

图2 8月22日08时探空图

22日08时，K指数为35 ℃，至20时，K指数升高到40 ℃，其增值达5 ℃，同时，沙氏指数Si明显下降，由-1.05 ℃下降到-3.16 ℃，Cape值08时值最大，至20时能量释放较多，而700 hPa的θse自08时的87 ℃上升至20时的95 ℃，根据8月22日08时和20时的700 hPa假相当位温变化情况分析，08时，甘南处于高能区，假相当位温大于等于80 ℃，至20时甘南大部分地方假相当位温上升至88 ℃以上，有利于该地区对流发生和中尺度系统生成。

4 物理量诊断分析

强降水天气不仅需要有利的水汽条件及水汽输送通道，还需有利的触发和维持动力条件。通过对强降水前、强降水期间的水汽和动力条件诊断，分析此次暴雨天气物理量的上下配置及演变过程。

4.1 水汽通量散度分析

4.1.1 水汽通量散度定义及概述

水汽通量散度：在单位时间内汇入单位体积或从该体积辐散出的水汽量，单位为克每百帕平方厘米秒。

水汽通量散度和水汽通量一样也是一个向量，由水平运动而引起单位时间内、单位体积中水汽的任一地点的水汽通量散度，均可由风、温度和比湿资料计算出来，并可绘成等值线图。散度为正的地区表示水汽自该地区的四周辐散，称该地区为水汽源，在这种情况下，水汽源的降水比较少；反之散度为负的地区，表示四周有水汽向该地汇聚，称该地为水汽汇，降水比较多。形成暴雨的必要条件之一，是要有足够的水分，单靠当地已有的水分是不可能形成暴雨的，必须要有源源不断的水汽输入暴雨区，水汽通量散度就是为了定量描述水汽输送的方向、大小以及水汽在何处集中[3]。

4.1.2 暴雨过程中水汽通量散度分析

水汽通量散度可以揭示水汽输送是否在某个区域集中以及集中的程度。沿102.9°E制做8月22日14:00—20:00水汽通量散度的经向剖面图。从22日14时水汽通量散度场可以看出在甘南北部中低层有弱的水汽辐合，有一个较大值中心位于合作，中心值-10×10-7g·cm-2·hPa-1·s-1，高层有弱的辐合。中低层辐合区范围扩大强度加强，中低层水汽辐合中心处于合作附近，中心值达-24×10-7g·cm-2·hPa-1·s-1，高层有弱的辐合。说明在水汽通量发生气旋式辐合的位置，水汽的集中程度最高，这对形成暴雨的水汽条件有很好的指示意义。

4.2 相对湿度分析

相对湿度的大小可以直接反映空气距离饱和的程度。为了解暴雨过程整层湿度的分布特征，沿102.9°E制做8月22日14:00—20:00相对湿度的经向剖面图。从（图3）可以看出: 在34°～36°N范围内，强降雪发生前22日14:00，600 hPa以下的相对湿度50%～60%之间，而高层的相对湿度在10%～50%，在400 hPa高度上相对湿度大值中心，强度达到50%；14:00至20:00高湿区明显增厚，相对湿度大于70%的湿区向上延伸至400 hPa以上，500 hPa以下相对湿度大于90%。暴雨发生期间中低层相对湿度明显增大，湿层明显增厚[4]。

图3 8月22日14时沿102.9°E相对湿度剖面

5 云图、雷达回波资料分析

5.1 云图分析

在连续强降水过程中，针对8月22日15时—8月23日06时云图的连续性演变进行了分析，造成本次降水的云系主要为高原东部的对流云团随副高东撤南下进入甘南，且该云团强度发展并加强。从22日15时开始，高原上对流云团开始发展，甘南开始有中低云系生成，此时最小云顶亮温为283.33 K，随着副热带高压的东退，对流云团迅速增强，22时，在碌曲上空发展旺盛，最小云顶亮温为191.06 K，21—22时仅两小时碌曲城区降水量达114.3 mm；23时开始，对流云团逐渐减弱东移，最小云顶亮温回升为202.59，23日03时后，对流云团迅速减弱移出本地，降水也随之结束。

5.2 多普勒雷达分析

暴雨是在有利的天气尺度背景条件下，不同尺度系统相互作用下形成的[4]，中尺度对流系统是产生暴雨的重要原因。时空分辨率较低的常规观测资料通常难以判断强降水出现时间、强度和落区。多普雷天气雷达不仅可以提取回波的反射率因子，还可以从雷达回波中提取降水目标物沿雷达径向的运动速度，是研究暴雨中小尺度天气系统的主要手段之一。利用天气雷达资料进行暴雨识别与中小尺度系统判识中，雷达反射率因子强度以及回波系统的尺度、移动速度以及移动方向与回波长轴的夹角等是识别暴雨回波的重要特征。短时强降水回波的生成可分为四个类型，即回波移动型、聚合加强型、本地汇聚型和暴雨型，本次暴雨过程雨强大，持续时间短，属于聚合加强型。下面利用上述雷达资料对此次强烈对流天气的演变和结构特征等进行分析。

2016年8月22日—23日的暴雨过程属于积状云和层状云的混合型降水，甘南州合作市东北部，夏河县中部以及碌曲县和迭部县的北部都有零散的小尺度块状单体生成并发展，此后，雷达回波不断发展加强，于17时04分，由多单体合并发展为两个强度中心分别为51 dBz和47 dBz的中尺度强对流单体风暴。18点40分，位于夏河的多单体逐渐发展旺盛，在夏河、碌曲一带连成了一片，形成了片状回波，且逐渐增强并向东边移动，位于合作的多单体逐渐减弱，此时，夏河已出现强降水。20时37分，夏河降水已逐渐减弱，片状回波东移至合作碌曲一带，与合作碌曲一带的块状回波聚合加强并嵌在片状回波中形成混合回波，此时，合作强降水开始，碌曲已出现雷暴。21时09分，碌曲出现强降水，合作降水已减弱。23日00时21分，强回波逐渐减弱东移，基本已经离开甘南，甘南本次暴雨过程基本结束。经过对反射率因子与降水量的分析，可以清楚地看到，降水量与反射率因子有着相对应的关系。

据22日17时30分的雷达组合反射率图（如图4（a））可看出，合作上空出现高悬的强回波，回波强度最高达50 dBz以上，对反射率因子核心做了抛面（如图4（b）），发现最强回波位置扫不到顶，回波核强度为50 dBz，高度在3.5 km左右，因此推断此处回波强度比较大，回波高度比较高，有可能出现冰雹。后期经过证实，此时此处确实出现了冰雹。

图4 雷达组合反射率图

8月22日18时03分至40分0.5度仰角150 km探测范围内的径向速度场（单位：m/s），22日18时03分，合作附近出现了低空急流，经过对周围水气含量的分析，此过程伴随着水汽输送，但时间较短，18时24分，低空急流开始减弱，至18时40分已消失。这个短暂的过程，虽然对合作的降水量和降水时间有所增加，但由于时间比较短，所以未能造成太大的影响。

22日18时56分（如图5），零速度线穿过测站，呈弱的“S”型分布，低层为西南风，夏河有低层辐合，低层辐合满足了夏河地区强降水的抬升条件，增强了对流效果[5]，这在降水量和降水时间上都起到了很重要的增强效果。约半小时后，辐合逐渐减弱，最终消失。

图5 22日18时56分径向速度场

6 小结

文章从环流演变、中小尺度环境条件天气系统的分析，结合卫星云图和雷达资料，对2016年8月22日—23日出现在甘南西北部的一次局地大暴雨过程进行了综合分析，得出以下结论。

（1）本次甘南西北部局地暴雨过程为大尺度环流下的中小尺度强对流天气过程，副热带高压及其东西向摆动是此次局地大暴雨过程的天气尺度系统和大尺度环流背景，暴雨发生前持续几天的高温状态，造成大气不稳定能量不断积累，为中尺度系统形成创造了有利的环境条件，地形的抬升为中尺度系统的发展提供了很好的触发条件。

（2）500 hPa西北地区东部低槽、700 hPa青海东部切变、副热带高压、地面暖低压是主要的天气尺度影响系统。700 hPa切变东移影响本地，偏东风和偏南风带来了充沛的水汽，并在甘南北部出现了弱的水汽的辐合，水汽迅速增加和水汽辐合与暴雨区基本相一致，同时上升运动为强降水提供了动力条件。

（3）探空资料显示，对流有效位能增大及湿层逐渐深厚等都对此次雷暴、冰雹以及暴雨有很好的指示意义；从中尺度环境条件场分析可知，温度露点差、比湿场、水汽通量散度等变化都说明水汽在甘南西北部有汇聚，温度脊说明甘南北部有上升气流，K指数说明有对流发展潜势，这些都为强降水提供了不稳定条件，最后，切变线的东移起了抬升作用。

（4）此次暴雨过程与水汽通量散度场变化和相对湿度有着密切的联系。水汽通量散度很好地体现了暴雨落区，在甘南北部，水汽的集中程度最高；相对湿度则反映出暴雨发生期间中低层相对湿度明显增大，湿层明显增厚。

（5）卫星云图比较清晰地反映了对流云团生成、东移发展、最终减弱移出甘南的整个过程；在多普勒雷达反射率因子图上，能更清楚地看到对流单体的生成及发展过程，且通过对径向速度场、组合反射率以及剖面等图的分析，能够清楚地发现低空急流和低层辐合等有利于暴雨和冰雹发生的信号。