高原切变线引发的川藏铁路昌都段两次强降水天气过程对比分析

2024-01-01次仁拉姆卓玛杨丽坚参扎西高勇

农业灾害研究 2024年4期

收稿日期：2023-12-16

基金项目：西藏自治区科技厅项目（XZ202101ZY0004G）；中国气象局复盘总结专项项目（FPZJ2024-129）。

作者简介：次仁拉姆（1989—），女，西藏林芝人，工程师，研究方向为西藏高原中短期、短临预报与研究。#通信作者：高勇，E-mail：935812490@qq.com。

摘要：在无雷达监测资料的情况下，能较全面地分析2019年9月3日与2023年10月8日西藏昌都两次强降水天气过程，利用MICAPS常规资料、NCEP再分析资料和风云4A卫星云图资料等对比分析了两次强降水过程的降水特征和成因，并找出了其中的异同点。结果表明：两次过程均发生在北路槽后冷空气南下与南部暖湿气流北上在昌都北部和中部一带汇合形成切变线而造成的，降水强度与中高纬槽的位置和南部高/低压环流有关；200 hPa高空的强辐散作用与强降水的出现与加强有大的关系；降水发生前，低层水汽由高值区向降水发生的地方聚集，孟加拉湾一带水汽通量散度正值越大，越有利于南部水汽向高原输送；相较于降水发生前的上升运动，降水期间的上升运动更有利于强降水的发生及维持；降水发生之前均有“上干下湿”的喇叭口结构，CAPE值越大越有利于发生短时强降水等强对流天气；两次降水过程均由午后的对流云团发生发展，合并加强造成的。

关键词：高原切变线；强降水；川藏铁路昌都段

中图分类号：P426.6 文献标志码：B 文章编号：2095–3305（2024）04–0-04

西藏昌都地处横断山脉和三江（金沙江、澜沧江、怒江）流域，位于西藏东部，处在西藏与四川、青海、云南交界的咽喉部位。昌都属高原亚温带亚湿润气候，以寒冷为基本特点，由于受南北平行峡谷及中低纬度地理位置等因素的影响，具有垂直分布明显和区域性差异大的特点。日照充足，太阳辐射强；日温差大，年温差小；降雨集中，季节分布不均等特点；昌都5—9月的降水量在182.3～538.2 mm，占全年降雨量的77.9%～95.8%。以往西藏地区强降水的时空分布特征、昌都暴雪和连续性降水等方面的研究较多。杨丽敏[1]利用逐日降水资料研究了西藏地区强降水的时空分布特征，发现西藏地区的降水主要集中在5月上旬到8月中旬，西藏东部地区年降水集中期是西藏降水集中期变化最为明显的地区。杜军等[2]研究了西藏高原降水的变化趋势，发现年降水日数变化阿里地区和林芝市东部为负趋势，正趋势以那曲市中西部、昌都市北部最明显。而对昌都市降水的研究主要为暴雪和连续性降水的为主[3-5]。边琼等[6]对昌都产生强降水的环流进行了研究，分为高原低涡、高原槽及高原切变线3种类型，其中以高原切变线型为主，而强降水发生条件方面的研究较少。

1 降水实况

受高原切变线影响，2019年9月3日08：00至4日08：00（以下简称过程Ⅰ）和2023年10月8日08：00至9

日08：00（以下简称过程Ⅱ）昌都市出现了中到大雨降

水天气过程，部分地方出现了大雨天气（图1、表1）。过程Ⅰ最大累计降水量为41.7 mm（卡若区绣郭邦山），昌都市9%的国家站和区域站（16个）累计降雨量超过25 mm，强降水中心位于北部卡若区；过程Ⅱ最大累计降水量为32.6 mm（洛隆康沙），有5%的站点累计降雨量超过25 mm，强降水中心位于中部洛隆县。

对比两次降水过程：均有范围广、强度大、局地性强的特点，并伴有雷电活动；强降水中心位置和雨带上存在差异。

2 大尺度环流背景

2.1 500 hPa环流

在两次过程期间，500 hPa中高纬度均为一槽一脊型，过程Ⅰ槽位于哈萨克丘陵（50°～60°N，50°E附近），过程Ⅱ槽位于东欧平原（30°～40°N，60°E附近），两次过程巴尔喀什湖以东为宽广的脊区控制。过程Ⅰ槽相较于过程Ⅱ槽位置偏东偏南，槽后西北气流更明显，因此过程Ⅰ槽后冷空气对高原的影响更强（图2）。

2019年9月3日08：00，那曲中部一带存在竖切变线，南部低值系统位于孟加拉湾北部；9月3日20：00，冷空气强度较前期明显加强，切变线由前期的竖向转为横向，并东移至昌都北部附近，南部低压外围的西南风速加大，达到6 m/s以上；4日08：00，青海省上空有高压单体生成，昌都北部位于高压底部的横切变线南侧，利于产生强对流天气，南部低压前部的西南风速达到12 m/s左右，形成了低空急流，低空急流的建立有利于将南部的水汽向高原东部输送；切变线一直维持到4日20：00才移出高原，之后高原基本为西北气流控制。

2023年10月8日20：00，昌都北部存在横切变线，昌都中部位于切变线南侧，高原以南可以分析出两高之间的竖切变线，切变线前侧的西南气流风速在4 m/s左右；9日08：00，切变线仍维持在昌都北部，南部西南风速增大至8 m/s左右；9日20：00切变线移出高原（图3）。

对比两次过程500 hPa环流场：切变线是造成昌都两次强降水过程的直接影响系统，但切变线移动方向不同，过程Ⅰ自北向南移动，过程Ⅱ在北部生成后直接东移出高原；南部西南低空急流的建立为昌都强降水天气的出现提供了源源不断的水汽条件；2次过程最大的不同点为南部的系统，过程Ⅰ南部为低压环流，而过程Ⅱ南部为高压环流，两高之间存在切变线，南部低压环流更有利于将南部水汽输送到高原东部昌都一带。

2.2 200 hPa环流

从200 hPa环流场上看两次过程期间高原上为高压环流形势，过程Ⅰ高压中心位于西藏上空，昌都位于高压前部的西北气流控制区，2019年9月3日08：00昌都上空的风速在8 m/s左右；3日20：00风速迅速增加，一直到4日20：00风速均维持在12 m/s。过程Ⅱ高压中心位于孟加拉湾上空，西藏位于高压北部偏西气流控制区，风速达到58 m/s，昌都中北部存在明显的风速辐散，高空辐散对低层有抽吸作用，利于上升运动的加强和维持（图4）。

对比两次过程200 hPa环流场：高空强辐散作用利于上升运动的出现和加强。过程Ⅰ高空风速明显小于过程Ⅱ，过程Ⅱ低层（500 hPa）系统不太强的条件下，出现较强的降水天气与200 hPa高空急流强辐散作用有密切的关系。

3 物理量分析

3.1 水汽条件

充沛的水汽来源及输送是形成强降水的必要条件。分析两次过程500 hPa水汽通量和水汽通量散度（图5）可以看出，过程Ⅰ降水开始前（3日08：00）高原中西部有水汽通量的大值区，高原东部为正的水汽通量散度，临近降水发生时（9月3日20：00）高原东部水汽通量散度由正转为负，说明低层开始有水汽的聚集；到4日08：00，昌都一带的水汽通量散度增大，为

-0.5×10-5 g/（cm2·hPa·s）；4日20：00，昌都为正的水汽

通量散度，低层的水汽开始向周边扩散。过程Ⅱ降水开始前（7日20：00），水汽通量大值区位于林芝至山南南部，那曲东部至昌都一带有负的水汽通量散度，利于将林芝附近的昌都水汽向昌都聚集；8日20：00，昌都位于水汽聚集地的边缘。

对比两次过程：降水发生前低层有水汽从水汽通量大值区向降水发生区域聚集，利于降水的发生；降水发生时，孟加拉湾一带有正的水汽通量散度，且水汽通量散度正值越大越有利于将南部水汽向高原输送。

3.2 垂直速度分析

由图6、图7可知，两次过程昌都本站降水量分别为37.4和14.5 mm，从昌都的垂直速度时间剖面上看（左上、右上），过程Ⅰ在降水开始之前（3日08：00～20：00）整层为正的垂直速度，临近降水发生时（3日20：00）从600 hPa到300 hPa均有负的垂直速度，说明整层有上升运动，在4日02：00，底层存在负垂直速度大值区，有强的上升运动，有利于强降水的发生，并且强的上升运动一直维持到05：00左右，有利于强降水的维持，刚好与昌都强降水出现时次一致，4日11：00开始中高层有正的垂直速度，说明中高层的空气下沉，不利于降水。

过程Ⅱ在7日20：00至9日02：00昌都整层都为负

的垂直速度，8日02：00负的垂直速度中心位于500 hPa，

为-45 Pa/s，8日05：00～07：00 3 h出现了3.9 mm的降水；8日21：00-9日01：00昌都出现10.9 mm降水，对应时段内-21 Pa/s在300 hPa以下。

洛隆站两次过程降水量分别为0.4和30.2 mm，从

洛隆的垂直速度时间剖面上看（左下、右下），过程期间整层为负的垂直速度，过程Ⅱ在10月8日20：00前后500～400 hPa上存在负的垂直速度中心，达到-18 Pa/s，

8日22：00—9日07：00逐小时降水量均在1.5 mm以上，小时最大降水为3.8 mm，出现在8日22：00～23：00；

对比分析发现：降水出现前均有上升运动出现；对于强降水的出现，过程期间的上升运动比过程开始前的更有利。

4 中尺度卫星云图特征对比分析

由图8可知，过程Ⅰ：9月3日15：00，芒康北部有2个对流云团生成并发展；3日17：00，2个对流云团合并加强影响芒康县，青海东南部有新的对流云团A生成；3日18：00，影响芒康的对流云团发展最旺盛，之后开展减弱，此时昌都卡若区上空也有对流云团B生成；3日19：00 A云团迅速发展南下，B云团发展旺盛，但移速较慢；至3日20：00 A、B两个对流云团合并加强，受其影响昌都北部出现了强降水天气，该云团在向南移动过程中逐渐减弱，造成昌都南部弱的降水；4日07：00该云团移到芒康附近，之后移出高原。

过程Ⅱ：10月8日16：30左右那曲嘉黎上空有对流云团生成；18：00在边坝和波密交界处有新的对流云团生成，之后两个对流云团合并加强并向东移动过程中影响昌都北部和中部地区出现降水天气。

对比发现：两次过程前，午后均有对流云团生成，受对流云团发展东移或南压的影响，昌都出现强降水天气。当青海南部有对流云团生成，并受西北或偏北气流影响，发展南压时昌都自北向南易出现强降水过程；当对流云团在那曲中东部生成、不断发展并向东移动时，昌都北部及中部易出现强降水天气。

5 探空

由图9可知，两次过程昌都本站均出现了明显的降水天气，过程降水量分别为37.4 mm（大雨）和14.5 mm

（中雨），过程Ⅰ在9月4日01：00～04：00每个时次降水量都超过4.5 mm，过程Ⅱ只有8日23：00小时降水量超过4.5 mm。从两次过程的20：00探空图上看，昌都中低层湿度很大，高层湿度小，“上干下湿”的喇叭口结构明显，利于形成不稳定层结。不同点在于过程Ⅱ在3日20：00的对流有效位能（CAPE）值达到887.1 J/kg，

到了4日08：00 CAPE值减小到0，说明能量已全部释放；而过程Ⅱ在8日夜间CAPE值仅有25 J/kg，到9日08：00 CAPE值为2.2 J/kg，大的对流有效位能有利于出现短时强降水等强对流天气。

对比两次过程：降水发生时有“上干下湿”的喇叭口结构，当CAPE值越大越有利于出现强的降水。

6 小结

（1）两次过程均发生在北路槽后冷空气南下与南部暖湿气流北上在昌都北部和中部一带汇合形成切变线而造成的，降水强度与中高纬槽的位置和南部高、低压环流有关。

（2）200 hPa高空的强辐散作用与强降水的出现和加强有大的关系。

（3）降水发生前，低层水汽由高值区向降水发生的地方聚集，孟加拉湾一带水汽通量散度正值越大，越有利于南部水汽向高原输送。

（4）相较于降水发生前的上升运动，降水期间的上升运动更有利于强降水的发生及维持。

（5）两次降水过程均由午后的对流云团发生发展，

合并加强造成的。

参考文献

[1] 杨丽敏.西藏强降水时空变化特征分析[D].成都：成都信息工程大学，2018.

[2] 杜军，马玉才.西藏高原降水变化趋势的气候分析[J].地理学报，2004（3）：375-382.