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探讨盛夏一次大暴雨过程的形成因素

2020-06-11 443 上传者：管理员

摘要：利用常规高空、地面观测资料以及FY-2E卫星云图等资料，对2017年8月19—20日发生在陕西省商南县青山镇的大暴雨天气过程进行综合分析。结果表明，东路冷空气和副高是此次暴雨的主要影响系统；副高外围的西南暖湿气流、西南涡东北侧切变后西北干冷气流和山东半岛低涡后东路回流湿冷气流这3股气流在商洛上空的交汇，为此次大暴雨过程提供了充沛的水汽和能量；暴雨区上空垂直运动发展旺盛且深厚，为大暴雨提供了抬升条件；高空急流右侧的强辐散为大暴雨上升运动和深对流形成提供了重要条件。双重辐合-辐散产生的强烈上升运动，抽吸作用明显，为深对流的发展提供了条件，也促进了大暴雨区附近小尺度系统的产生和维持。喇叭口地形触发了γ尺度对流云团的生成和发展，3个γ尺度对流系统的发展，造成2次强降水叠加形成此次大暴雨天气过程。

关键词：
副热带高压
双重辐合-辐散
大暴雨
天气学
西南涡
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暴雨是陕西夏季经常出现的灾害性天气之一，常给社会经济发展和人民生命财产带来严重影响。气象工作者对暴雨发生发展的机理、中小尺度特征等做了大量研究。笔者结合历年商洛市暴雨天气气候特点，利用天气图、卫星云图和物理量诊断分析等方法对2017年8月19—20日发生的强降雨过程进行综合分析，试图揭示出此次强天气的内部结构、形成机理和特征，以期提高盛夏暴雨的预报水平和服务效果。

1、降水概况

2017年8月19日20:00至20日07:00，商洛市出现了一次区域性大暴雨天气，降水强度大，持续时间短，灾害造成直接经济损失达838万元，其中农业损失173万元，基础设施损失429万元，家庭财产损失236万元。强降水集中时段为19日22:00至20日03:00。据逐时自动雨量站观测数据显示，最大小时雨强57.1mm/h，尤其是商南县青山镇新庙村2h降水量就达到104.7mm（图1),24h全市有15个乡镇雨量达到暴雨，最大降水量为126.7mm，在商南县青山镇新庙村（图2）。此次降水过程雨强大，加上当地的特殊地形和夜间发生等特点，在短时间内酿成了严重的洪灾、滑坡和崩塌等地质灾害。

2、大暴雨期间大气环流形势及影响系统分析

2.1高空环流

8月19日20:00200hPa高空图上（图略），青藏高原上为强大的暖高压控制，延安到安康为一致的西北气流，急流轴经汉中移至安康上空，随着西风急流进一步东移南压，商洛位于高空急流右侧，高层辐散不断增强。

暴雨前期，500hPa欧亚中高纬度环流形势为两槽一脊型（图略），50°N以北为一宽广的低压带，河套至甘肃一带为一高压脊，副高脊线稳定在28°N附近。从8月18日开始，副高不断加强西伸北抬，商洛一直处于副高外围暖湿西南气流中；巴湖冷槽东移，槽前不断分裂出冷空气东移南下，到19日20:00（图3），随着副高进一步西伸北抬，商洛处于副高外围2～5个纬距内（这是商洛盛夏暴雨的一个指标），山东半岛附近为一深厚冷涡，商洛处于涡后偏北干冷气流中。

图12017年8月19日22:00至20日03:00商南县3个乡镇雨强演变形势

图12017年8月19日22:00至20日03:00商南县3个乡镇雨强演变形势下载原图

暴雨前期700hPa新疆为一低槽（图略），贝湖以西为一高压脊，高原东部为西南涡，山西和东北中部分别有一低涡，从孟加拉湾到河南为一致的西南风，到8月19日20:00（图4），新疆低槽东移到贝湖附近，发展为一低涡，西南涡发展加深，其西北侧的暖式切变向东北方向伸展到陕西南部，引导西南暖湿气流向东北方向输送，山西的冷涡东移南压到山东半岛附近，商洛处于涡后偏北干冷气流中。

低层850hPa（图略）乌山为一冷高压，高原上为强大的热低压，从孟加拉湾到河南为一致的西南风，到8月19日20:00，乌山冷高压东移南下侵入甘肃中部，在四川盆地为一低压倒槽，且稳定少动，位于山东半岛的冷涡后部有一支强偏东北气流，引导湿冷空气经济南、郑州一带源源不断地输送到商洛东南部。

2.2地面形势

地面图上（图略），暴雨前期的总体形势为稳定的“东高西低”的鞍形场，有利于地面东北冷空气从山西中南部、河南东部一带进入商洛。

3、暴雨发生、加强的物理量特征

3.1暴雨发生的辐散、辐合条件

通过对大暴雨中心沿110°E做散度的垂直剖面图（图5）可以清楚地看出，大暴雨发生前暴雨中心上空850hPa以下为辐合中心，最大值D≤-5.5×10-5/s,850～400hPa恰好叠加着一个D≥3.5×10-5/s为正散度区，而在其上400～300hPa又为弱辐合区，300hPa以上为辐散区，这种双辐合结构使得强烈上升运动中抽吸作用明显，为深对流的发展提供了条件，是强对流天气垂直结构的重要特征之一。

3.2冷平流对大暴雨的发展、加强作用

用对流层中低层的总温度平流项分析冷空气对暴雨的影响。“8.20”大暴雨过程中，对流层中低层尤其是850hPa以下有明显的冷平流区配合（图6),925hPa的冷平流中心最强值超过了-15×10-2℃/s，在其上方500hPa和250hPa都有一个弱的冷平流中心存在，正是由于多层冷暖平流的叠加，才触发和加强了此次大暴雨过程。

图22017年8月19日08:00至20日08:00商洛市雨量分布

图32017年8月19日20:00500hPa形势

图42017年8月19日20:00700hPa形势

图52017年8月19日20:00沿111°E散度剖面

图62017年8月19日20:00沿111°E总温度平流剖面

图72017年8月19日20:00850hPa水汽通量

图82017年8月19日20:00111°E水汽通量垂直剖面

3.3水汽条件

水汽是形成暴雨的必要条件。商洛位于秦岭腹地，山区地形纵横交错，一般情况下，该区域低层大气比较干燥，特别是在盛夏，热带副热带系统还不十分活跃，南方的暖湿气流难以到达这一区域，而一旦有大降水发生，水汽条件就显得更加重要。从8月19日20:00850hPa水汽通量分析可以看出，沿黄河拐弯处有一条向西伸展的湿舌（图7），商洛市处在湿舌头部最大辐合中心附近。水汽通量散度具有双辐合的特点（图8),850hPa以下为强辐合区，最大辐合中心达29g/（cm·hPa·s），而在850～700hPa为弱辐散区，700～500hPa又为弱辐合区，500hPa以上又为辐散区。从上述分析看出，此次大暴雨的水汽主要来自850hPa以下，低层偏东冷湿气流提供了暴雨产生所需的大量水汽。

4、中尺度特征分析

4.1热力条件和垂直稳定条件

“8.20”大暴雨发生在商洛的东南部，距离安康相对较近，因此用安康的探空资料（图略）来分析暴雨前和暴雨时的大气垂直稳定度和湿度条件。从T-lnp图上可见，8月19日08:00—20:00，安康的CAPE值从1152J/kg升到1656.2J/kg,K指数从38℃升到43℃，抬升凝结高度（LCL为850.9m）较低，抬升指数Li较大，为-10.4℃。综合来看，大气层结已处于高度不稳定状态，有利于强对流天气的发生。

4.2地形抬升作用

合适的地形是造成大暴雨的一个重要因素。商南县境内地势西南部和北部较高，东南部和中部较低，整个地貌呈掌状扇形向东南方倾斜，岭谷相间，地势起伏，相差悬殊。当低层有较强暖湿偏东气流时，喇叭口地形的强烈抬升作用加强了大气的上升运动，促使对流云团强烈发展。此次大暴雨正好处于青山的迎风坡和喇叭口地形的收缩处，地形抬升作用触发热对流，生成一串小尺度对流系统，从而引发强对流天气的产生。

5、云图特征

在充沛的水汽供应和地形抬升共同作用下，沿丹江河谷先后迅速生成了3个中γ尺度对流云团（图9～10),8月19日23:00前后有一强对流云团迅速发展加强，后又迅速减弱，到20日01:00前后又有一强对流云团迅速加强，短时间内造成2次强降水叠加形成大暴雨。

图92017年8月19日23:00（a）、23:30（b）和20日00:00（c）、01:00（d）、02:00（e）红外云图

图102017年8月19日23:00（a）和20日00:00（b）、01:00（c）、02:00（d)TBB图

6、结论与讨论

（1）此次局地性大暴雨的成因是西南涡东北侧切变和副热带高压外围暖湿气流共同影响下，在高原东部形成多个低涡环流，随着东路回流较强冷空气侵入，低涡加深，低涡前的西南风与副高边沿西南暖湿气流交汇，激发陕南小尺度对流系统活跃而引起的。前期近地层持续高温高湿、高空急流增强且快速东移，以及山东半岛附近低涡东移南压，低层偏东湿冷气流加强，为此次大暴雨提供了有利条件。

（2）大暴雨前期水汽主要来自850hPa以下，低层湿冷气流提供了暴雨产生所需的大量水汽。西南涡加深东移，低涡前西南气流和山东半岛冷涡后湿冷气流为大暴雨的产生提供了水汽来源。

（3）高空急流右侧的强辐散为大暴雨上升运动和深对流形成提供了重要条件。双辐合产生的强烈上升运动，抽吸作用明显，为深对流的发展提供了条件，也促进了大暴雨区附近小尺度系统的产生和维持。

（4）从地形图和云图上看，对流云沿丹江河谷生成并迅速发展加强，后又迅速减弱，局地大暴雨的落区与山脉的迎风坡及喇叭口地形有关；沿丹江河谷生成的3个中γ尺度对流系统的发展，造成2次强降水叠加成大暴雨。

（5）此次大暴雨持续时间短的原因：高空急流移速较快，到8月20日08:00急流轴已东移到河南，高空辐散迅速减弱；副高进一步北抬，商洛市受副高控制，不利于大暴雨的产生；东部低涡东移出海，东路冷空气变性移出，大暴雨结束。

参考文献：

[1]杜继稳,侯明全,梁生俊,等.陕西省短期天气预报技术手册[M].北京:气象出版社,2007:253-267.

[2]白肇烨,徐国昌,孙学筠,等.中国西北天气[M].北京:气象出版社,1998:258-310.

[3]许琳,姚蓉,李巧媛,等.湖南盛夏两次连续性暴雨过程对比分析[J].气象与环境学报,2015(6):15-22.

[4]王伏村,许东蓓,修韶宇,等.一次西北地区东部大暴雨的物理机制分析[J].高原气象,2014(12):1501-1513.

孟明霞,程运旺,郑梦桃.盛夏一次大暴雨过程成因分析[J].农业灾害研究,2020,10(02):33-36.