2018年7月19日合作市局地暴雨天氣過程分析
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摘要 本文利用MICAPS常規氣象觀測資料、自動站加密降水量資料以及新一代天氣雷達回波資料，對2018年7月19日合作市出現的一次局地暴雨天氣過程的發生成因進行診斷分析。結果表明，此次降水過程是一次副高邊緣型中尺度環境配置，500 hPa本地處于高原槽前、588 dagpm外圍的西南氣流中，700 hPa有切變線影響本地，地面存在輻合線。中層水汽一般，低層水汽非常充沛。CAPE值為1 748 J/kg，沙式指數SI為-2.88，具有高層低能舌疊加在低層高能舌之上的能量配置，有利于對流不穩定建立。雷達反射率因子呈塊狀到帶狀的演變，強回波在45～55 dBZ之間，強回波的高度低于-20 ℃等溫線的高度。此次降水過程是對流單體較強發展，維持在合作市上空造成的局地暴雨天氣過程，降水具有強度大、持續時間短、雨量集中的特點。
關鍵詞 暴雨;環流背景;物理特征量;甘肅合作;2018年7月19日
中圖分類號 P458.121.1 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2019）06-0162-04
局地暴雨和大暴雨是常見的中小尺度強對流天氣，一般具有歷時短和強度大的特點，引發的氣象災害及次生災害非常嚴重[1]。甘肅省甘南藏族自治州地處青藏高原東北部邊緣，地形復雜、天氣多變，災害性天氣種類多、易發生，由短時強降水引發的局地暴雨尤為常見。強降水引發的山洪、泥石流等災害，給全市農牧業生產、經濟社會發展和人民生命財產造成嚴重的影響和損失[2]。因此，對于暴雨發生機制的探討及預報技術的總結與改進始終是預報技術人員的重點工作之一[3]。本文利用MICAPS常規氣象觀測資料、自動站加密降水量資料以及新一代天氣雷達回波資料，對2018年7月19日合作市出現的一次局地暴雨天氣過程的發生成因進行診斷分析。
1 降水實況
2018年7月19日17：30開始，合作市大部普降雷陣雨，局部地方出現大到暴雨，其中有1個區域站出現暴雨，最大降水量出現在早子（合作），降水量為98.0 mm;降水量較大的站點有南木婁（合作）48.0 mm、上加拉（合作）40.1 mm、紹瑪（合作）34.3 mm（圖1）。此次降水過程主要集中在19日17：00—22：00，2個區域站出現短時強降水，最大小時雨強為早子55.0 mm。此次降水過程強度大、持續時間短、降水量集中。
由于累積雨量較大，對當地居民房屋、公共設施、基礎設施、農作物造成了嚴重損害，累計直接經濟損失62.16萬元，受災人數996人，倒塌房屋2間，未造成人員傷亡。
2 環流背景特征分析
2.1 高空圖分析
分析圖2（a）、（b）、（c）可知，7月19日8：00，東亞中高緯地區為兩槽一脊的環流形式，巴爾喀什湖一帶為一長波槽，貝加爾湖一帶有長波脊，低緯地區副熱帶高壓呈東西帶狀分布，副高西伸脊點位于東經110°以西，本地處于副高西北側的西南氣流中，并受甘肅中部切變線影響。19日20：00，巴爾喀什湖大槽東移南壓，分裂小槽移入我國新疆，冷空氣從新疆下滑侵入本地，長波脊繼續發展與南面的副熱帶高壓脊同相疊加穩定維持。本地處于槽前、副高西北側的西南氣流交匯中。20日8：00，高原槽東移至本地，副高穩定維持，略有東退，本地仍處于西南氣流中。
由圖2（d）、（e）、（f）可知，7月19日8：00，本地受切變影響，副熱帶高壓西北側邊緣有西南風急流形成，在提供暴雨區水汽的過程中，低空急流起著很重要的作用，它是水汽主要的輸送者，它可以造成明顯的濕舌和水汽集中，有利于暴雨區低空高濕區的形成。19日20：00，在四川西部有一低渦形成，本地處于低渦右側和副熱帶高壓西北側邊緣的西南氣流中。20日8：00，低渦強度減弱，移至本地，本地處于弱的偏南氣流中。
2.2 地面圖及綜合圖分析
由圖3（a）可知，7月19日20：00地面圖分析，本地處于高壓環流區，地面存在輻合線。中尺度綜合圖分析：本地處于500 hPa高原槽前、588 dagpm外圍的西南氣流中，700 hPa在副高西北側有切變線存在，地面有輻合線見圖3（b）。700 hPa全州各地相對濕度≥80%，比濕≥12 g/kg，合作上空比濕 ≥14 g/kg，最大可達16 g/kg，低層水汽非常充沛，并受北部冷空氣侵入，700 hPa有暖溫度脊，這種上層干冷、下層暖濕的配置有利于不穩定能量的累積，有利于強對流天氣的發生，特別是短時強降水發生。
3 物理特征量分析
3.1 動力特征
3.1.1 渦度和垂直速度。渦度是表征流體質塊的旋轉程度和旋轉方向，渦度的正負中心分別對應氣旋流場和反氣旋流場地區，脊區對應負渦度中心，槽區對應正渦度中心。由圖4（a）、（b）可知，合作市處于一個負渦度區;700 hPa下合作市處于一個正渦度中心區，這種高層負渦度與底層正渦度相配置，產生較強的垂直上升運動，有利于水汽的輸送。
3.1.2 垂直上升速度。由圖5（a）可知，500 hPa合作市處于正速度區，最大值是4×10-2 m/s;由圖5（b）可知，700 hPa合作市處于負速度區，最大值是-6×10-2 m/s。綜合分析，本地處于垂直上升運動區，垂直上升運動將水平輸送來的水汽向上輸送，同時使空氣絕熱冷卻達到飽和，進而凝結水滴降落下來，上升速度越大，降水量越大。 3.2 水汽條件
暴雨的發生、發展和維持，必須要有豐富的水汽供應。能夠表征水汽條件的物理量主要有比濕、相對濕度、水汽通量、水汽通量散度[4]。由于此次過程維持時間短，700 hPa水汽通量散度變化不是很明顯，選擇了700 hPa相對濕度和比濕進行了分析。由圖6可知，全州各地相對濕度≥80%，合作市處在高濕區;全州各地比濕≥12 g/kg，其中合作上空比濕 ≥14 g/kg，最大可達16 g/kg。暴雨是在大氣飽和比濕達到相當大的數值以上才形成的，大多數暴雨出現在比濕≥8 g/kg的條件下。這次合作市局地暴雨發生時，低層水汽非常充沛。
3.3 熱力學特征與穩定度
一次暴雨過程，往往都存在不穩定能量的聚積—釋放—再聚積—再釋放過程，表征大氣熱力學特征的物理量較多，在暴雨的診斷分析中比較常用的是假相當位溫和對流有效位能[5]。本文主要對19日20：00合作市探空資料進行訂正（用該日最高氣溫訂正得出暴雨發生前探空曲線圖），作出探空曲線圖，見圖7（a）。可以看出，合作市上空CAPE值為1 748 J/kg，沙式指數SI為-2.88，不穩定能量聚積，有利于不穩定的層結。假相當位溫是濕度、溫度、氣壓的函數，它是描寫能量的物理量，θse的垂直分布反映了大氣層結對流不穩定度的狀況。由圖7（b）可以看出，是將700 hPa上θse等值線分布與500 hPa θse等值線分布相疊加（陰影，θse≥80 ℃）。在500 hPa上出現低能舌，其下部的700 hPa是高能舌，表明具有高層低能舌疊加在低層高能舌之上的能量配置，有利于對流不穩定建立。
4 雷達回波特征分析
合作市雷達為CINRAD/CD 714CDN型新一代天氣雷達，天線饋源海拔高度為3 373 m，采集數據時用VCP21降水模式進行體掃，每隔6 min獲得一次體掃數據。產生暴雨的雷達回波發射率因子特征大致可分為2種類型：積層混合云降水回波和對流云降水回波。對流性降水回波的主要特點是基本反射率因子為帶狀或塊狀，強回波高度不會太高，一般不高于-20 ℃等溫線高度。然后對本次過程的反射率因子、反射率因子剖面圖進行分析。
由圖8可知，17：32合作市上空有塊狀的回波開始發展，回波中心最大強度為42.5 dBZ;17：43合作上空回波演變為帶狀，回波中心最大強度為52.5 dBZ;18：11強回波寬度增加，繼續維持在合作上空，回波中心最大強度為46.5 dBZ;18：50強回波繼續發展，回波中心最大強度為49.5 dBZ;19：57以后回波強度開始減弱，強回波中心在30～35 dBZ，此時區域站小時雨強開始減弱。
分析17：43及18：50反射率因子垂直剖面可知，50 dBZ以上強度的回波向上擴展的高度低于4 km（強回波高度低于-20 ℃等溫線高度）。此次降水過程回波具有對流性降水回波的特征，反射率因子由塊狀演變為帶狀，雨帶呈東北—西南移動（圖9）。
5 結論
綜合高低層環流形式分析得出，19日20：00巴爾喀什湖大槽東移南壓，分裂小槽移入我國新疆，冷空氣從新疆下滑進侵入本地，長波脊繼續發展與南面的副熱帶高壓脊同相疊加穩定維持。本地處于500 hPa高原槽前、588 dagpm外圍的西南氣流中，700 hPa在副高西北側有切變線存在，地面有輻合線。
由數值預報物理特征量分析得出，高層負渦度與低層正渦度相配置，有較強的垂直上升運動。700 hPa相對濕度≥80%，比濕≥12 g/kg，最大可達16 g/kg，低層水汽非常充沛;受北部冷空氣侵入，具有高層低能舌疊加在低層高能舌之上的能量配置，有利于對流不穩定建立，有利于強對流天氣的發生，特別是短時強降水發生。
分析雷達反射率因子呈塊狀到帶狀的演變特征，可發現強回波在45～55 dBZ之間，強回波的高度低于-20℃等溫線的高度。此次降水過程是對流單體較強發展，持續維持在合作上空造成的局地暴雨天氣過程。降水具有強度大、持續時間短、雨量集中的特點。
6 參考文獻
[1] 陶詩言.中國之暴雨[M].北京：科學出版社，1980：196-199.
[2] 李棟梁，劉德祥.甘肅氣候[M].北京：氣象出版社，2000：1-9.
[3] 何光碧，陳忠明.“8·8”四川盆地西北部大暴雨的數值模擬[J].高原氣象，2004（增刊1）：15-22.
[4] 孟偉光，王安寧.華南暴雨中尺度對流系統的形成及濕位渦分析[J].大氣科學，2004（3）：330-341.
[5] 江曉燕，倪允琪.一次梅雨鋒暴雨過程的β中尺度對流系統發展機理的數值研究[J].氣象學報，2005（1）：77-92.
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