2021年9月13—14日青海海南地区降水过程分析

李悦 李国玉 贺永平

摘要 針对2021年9月13—14日海南州出现的大到暴雨天气过程，从大尺度环流背景、中尺度触发机制及卫星、雷达等资料进行综合分析，归纳过程特点及各种物理指标。结果表明：（1）整体环境条件为高温高湿，冷暖气流在青海省东部地区交汇，系统东移至海南地区，触发强降水。（2）强而深厚的西南暖湿气流有利于不稳定能量的集聚，而扩散南下的冷空气对能量的释放起到触发作用，中尺度系统加强水汽的辐合上升运动，触发不稳定能量，决定了降水开始时间和地点。（3）地面水汽达到了地面暴雨的基本阈值，湿层深厚，局地水汽条件较好。（4）发生强降水的地点位于对流云团移动方向前侧TBB梯度较大地区及对流云团中心亮温较低处。（5）此次强降水过程，回波中心密实，强回波边缘梯度大，而且反射率因子、垂直液态水含量（VIL）等都符合短时强降水回波强度特征，强回波带停滞时间较长，造成列车效应，导致了强降水的发生。

关键词 暴雨；高温高湿；海南地区

中图分类号：P426.6 文献标识码：B 文章编号：2095–3305（2023）12–0-03

Analysis of Precipitation Process in Hainan， Qinghai Province from September 13 to 14， 2021

Li Yue et al（Meteorological Bureau of Hainan Zang Autonomous Prefecture， Qinghai Province， Gonghe， Qinghai 813000）

Abstract Based on the large-scale circulation background， mesoscale trigger mechanism， satellite， radar and other data， a comprehensive analysis was made on the heavy to rainstorm weather process in Hainan on September 13～14， 2021， and the process characteristics and various physical indicators were summarized. The results indicate that： （1） the overall environmental conditions were high temperature and humidity， with cold and warm air currents intersecting in the eastern region of Qinghai Province， and the system moving eastward to the Hainan region， triggering strong precipitation. （2） The strong and deep southwest warm and humid airflow was conducive to the accumulation of unstable energy， while the cold air diffusing southward triggers the release of energy. The mesoscale system strengthens the convergence and upward movement of water vapor， triggering unstable energy and determining the start time and location of precipitation. （3） The surface water vapor reached the basic threshold of surface rainstorm， and the wet layer was deep， and the local water vapor conditions were good. （4） The location where heavy precipitation occurs was located in the area with a large TBB gradient in front of the moving direction of the convective cloud cluster and at a lower brightness temperature in the center of the convective cloud cluster. （5） During this heavy precipitation process， the echo center was dense， the edge gradient of the strong echo was large， and the reflectivity factor， vertical liquid water content （VIL）， and other factors were consistent with the intensity characteristics of short-term heavy precipitation echoes. The stagnation time of the strong echo zone was long， causing the train effect and leading to the occurrence of heavy precipitation.

Key words Rainstorm; High temperature and humidity; Hainan region

2021年9月13—14日，受到东移北方冷空气、高空槽和高原低涡的共同影响，青海省海南州自西向东出现一次明显的降水过程，部分地区伴有短时强降水等强对流天气。9月13日08：00—14日08：00，海南州共计106个测站出现降水。较大降水量出现在以下地区：贵南过马营镇旺什科村（38.7 mm）、贵德新街乡麻吾村（35.6 mm）、贵德新街乡上卡村（30.3 mm）。其中，19：00～20：00贵南过马营镇旺什科村出现了短时强降水（28.4 mm）。此次过程中大的降水主要集中在贵南和贵德大部地区。

1 环流背景及其主要的影响系统

9月上旬，青海大部地区受到西太平洋副热带高压控制，过程前期天气晴好，降水偏少，气温上升，使得地面热力积蓄充足。从低层到高层，均处于水汽饱和区，整体高温高湿是产生大降水十分有利的环境条件[1]。

此次降水过程发生在西太平洋副热带高压南北摆动时期。2021年9月13日08：00青海大部受副高外围的西南暖湿气流控制，西低东高。海南大部地区都处于0 ℃等温线的控制范围内。至13日20：00，副高东退减弱，上游高空槽分裂的短波槽携带冷空气南下，冷暖气流在青海省东部地区交汇，系统东移至海南地区，触发强降水（图1）。

9月13日20：00 700 hPa青海省大部受暖区控制，随着高空槽的东移，偏北气流和西南气流在青海东部汇合，副高外围的西南气流向青海输送水汽（T-Td≤4 ℃），最大西南风达到18 m/s，向青海东部地区不断输送水汽和不稳定能量。低空急流的发展为此次暴雨过程提供了充沛的水汽和有利的动力辐合条件。

13日午后，强而深厚的西南暖湿气流有利于不稳定能量的集聚，而扩散南下的冷空气对能量的释放起到触发作用。同时，低空暖切变线为对流的发展提供了持续的动力辐合条件，有利于较强降水的产生。中低空西南急流为强降水的发生和持续提供了源源不断的水汽和有利的低层动力辐合条件[2]。

此次降水过程中，降水的具体地点及降水强度，主要取决于中小尺度系统，分析出的中尺度系统主要是地面冷空气和中尺度地面辐合线配合地形，是产生此次短时强降水的主要中尺度系统。分析12日23：00地面图，两股冷空气分别进入青海省西部和河西走廊，并在13日08：00在青海省东部汇合并南压。13日14：00贵德和尖扎、贵南和同德之间有东北西南向的地面辐合线，贵南地区风速为2 m/s，到了13日20：00辐合线北抬，偏南风较强至6 m/s，地面辐合线所形成的動力辐合可造成水汽抬升并触发高空不稳定能量的释放，而且过马营及贵德的南部地区地势较低，气流穿过地形后，局地辐合加强。同时，有冷空气扩散，受地形和扩散南下冷空气的共同影响，贵南过马营镇旺什科村出现了短时强降水（28.4 mm），强降水落区位于辐合线东北侧（图2）。

2 诊断分析

2.1 水汽条件分析

分析此次过程的水汽条件，过程发生前副高584线来回摆动，水汽随着副高584线外围西南暖湿气流不断向青海东南部输送。降水前期13日17：00海南地区地面露点均达到了10 ℃以上，贵德和贵南达到了12 ℃，局地水汽条件较好，此次过程虽然发生在秋季，但是地面水汽达到了地面暴雨的基本阈值。从上游探空站都兰的相对湿度大于80%的湿区延伸至500 hPa以上，说明湿层深厚，为夜间的短时强降水提供了较好的局地水汽条件[3]。

从上游都兰站13日20：00探空图可以看出，中低层水汽条件丰沛，比湿为10 g/kg左右。0 ℃层与-20 ℃两层之间高度差为3 km左右，暖区深厚，有利于提高降水效率。探空曲线呈现瘦高型，是典型的强降水类型[4]。

2.2 卫星云图分析

此次降水过程主要发生在13日17：00—14日01：00，从13日15：00的云图可以看出，海南州西部和西南部不断有对流云团生成并缓慢东移，13日15：50，对流云团到达同德、兴海南部地区，贵南地区也有对流云团新生。13日17：00位于海南州西部和东南部的对流云团在海南州南部汇合加强，南部地区出现零星降水。至13日19：34，对流云团发展加强，呈结构密实的块状，云团中心最低亮温值达198 K，贵南过马营镇旺什科村20：00出现28.4 mm的短时强降水，位于对流云团移动方向前侧TBB梯度较大地区，然后对流云团在东移南下的过程中稍有减弱。到了13日22：00位于贵德的云团强度加强，且云团在22：00至翌日01：00移动较为缓慢，较大降水出现在对流云团移动方向前侧TBB梯度较大地区[5-8]。

2.3 雷达分析

在此次降水过程初期，有混合降水回波从果洛地区东移至海南州，在向东移的过程中不断合并加强为强单体，从13日19：00的反射率因子图可以看出，强回波已移入贵南西北地区，其中贵南的西北地区有线状强对流单体，最强回波达65 dBz且继续东移南压。从垂直液态水含量（VIL）上可以看，贵南地区强回波和垂直液态水含量（VIL）的大值区也较为一致最大达到46 kg/m2，贵南过马营镇旺什科村出现短时强降水。20：00强回波逐渐减弱，到达贵德西北部时加强，最强回波达55 dBz，发生强降水区域，雷达回波呈现明显列车效应特征，风暴结构呈塔状。从23：47的反射率因子图可以看出，强回波减弱为片状的混合降水回波，降水减弱。

分析雷达反射率因子回波演变，13日16：00开始雷达站西南侧有对流性回波生成，贵南地区位于回波的北侧；17：00～18：00雷达站西侧又有一回波继续发展，并与西南侧回波合并成一条带状回波带，并向东北移动，贵南南部及同德地区降水开始；19：00带状回波向东北侧发展，强度加强且移速缓慢，回波强度最大达60 dBz，呈现一条长60～80 km，宽 20～40 km的东北向的带状回波，较强回波的东部开始到达贵南南部；19：20回波到达贵南过马营镇，最强反射率因子达到65 dBz，降水明显加强，且持续了4个体扫，19：40带状回波有所减弱，最强反射率因子达到40 dBz，降水有所减弱，且整个回波带继续北抬，20：00回波带位于贵德西北部，可以看见有明显加强，移速缓慢，而且有新单体生成并且合并入回波带，有明显的列车效应，回波一直维持至20：00，造成了贵德西南部的较大降水，23：47回波逐渐消散为成片状回波，降水减弱，14日01：00回波基本移出贵德县，降水基本趋于结束。

此次强降水过程，回波中心的最大强度为40～65 dBz，从垂直液态水含量（VIL）来看，最大垂直液态水含量为16～46 kg/m2，回波中心顶高为7～9 km，引起短时强降水的时间为4个体扫，符合短时强降水回波强度特征；回波东移北抬过程中不断发展加强，而且有新单体生成并加入面积逐渐发展变宽，且表现为少动的状态，强回波影响范围虽然不大，但由于强回波带停滞时间较长，造成“列车效应”，导致了强降水的发生[9]。

3 结论

（1）前期受中东高压东伸和西太副高西伸的影响，天气晴好，整体环境条件为高温高湿，副高东退减弱，上游高空槽分裂的短波槽携带冷空气南下，冷暖气流在青海省东部地区交汇，系统东移至海南州，触发强降水。

（2）地面辐合线所形成的动力辐合造成水汽抬升并触发高空不稳定能量的释放，而且过马营及贵德的南部地区地势较低，气流穿过地形后，局地辐合加强，同时有冷空气扩散，受地形和扩散南下冷空气的共同影响，决定了降水开始时间和地点。此次强降水过程虽然发生在秋季，但是地面水汽达到了地面暴雨的基本阈值。从上游探空站都兰的相对湿度大于80%的湿区延伸至500 hPa以上，说明湿层深厚，为夜间的短时强降水提供了较好的局地水汽条件。

（3）从此次强降水过程云图可以看出，前期海南州西部和西南部不断有对流云团生成并缓慢东移，期间不断有对流云团新生，并且在海南南部汇合加强。强降水时段，对流云团移速慢，结构密实，强度较强，云团中心最低亮温值达198 K，较大降水出现在对流云团移动方向前侧TBB梯度较大地区。

（4）此次强降水过程，回波中心密实，强回波边缘梯度大，而且反射率因子、垂直液态水含量（VIL）等都符合短时强降水回波强度特征；回波东移北抬过程中不断发展加强，而且有新单体生成并加入面积逐渐发展变宽，且表现为少动的状态，强回波影响范围虽然不大，但由于强回波带停滞时间较长，造成“列车效应”，导致了强降水的发生。

参考文献

[1] 姚学祥.天气预报技术与方法[M].北京：气象出版社，2011.

[2] 朱乾根，林锦瑞，寿绍文，等.天气学原理与方法[M].北京：气象出版社，2001.

[3] 王江山，李锡福.青海天气气候[M].北京：气象出版社，2004.

[4] 俞小鼎，姚秀萍，熊廷南.多普勒天气雷达原理与业务应用[M].北京：气象出版社，2006.

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[6] 朱平，俞小鼎.青藏高原东北部一次罕见强对流天气的中小尺度系统特征分析[J].高原气象，2019，38（1）：1-13.

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[9] 丁一汇.中国暴雨理论的发展历程与重要进展[J].暴雨灾害，2019，38（5）：395-406.