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关于都兰地区一次强降水天气的研究
摘要：利用NCEP1°×1°再分析资料、卫星云图资料及Micaps常规天气观测资料，采用天气学原理和天气学诊断分析方法，分析和总结2019年7月6—7日都兰地区强降水天气。结果表明：（1）高压后部的低压槽与甘肃北部的低涡配合，造成都兰地区此次强降水天气；（2）低压槽后自唐古拉山地区东移北抬的云系也与此次降水过程紧密联系；（3）强垂直运动、深厚的湿层和水汽的强辐合作用对此次降水过程气了至关重要的作用；（4）高层辐散、低层辐合是产生降水的有利动力条件；（5）夏季θse>71℃并存在高能舌时，可作为都兰地区强降水的一个预报指标。
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1、引言
都兰属高原干旱大陆性气候，年均气温3.4℃，最低极端气温为-29.8℃，最高极端温度达32.2℃。年均降水量204.4mm。2019年7月6—7日，都兰县出现2019年以来过程累积降水最多的一次（表1），本次强降水持续时间短，降水量级大，范围广。日常业务中规定：24h日降水量≥25.0mm的降水成为大到暴雨，同日有≥3个站点出现大到暴雨时称为一次区域性的大到暴雨降水过程[1,9]，青海省出现区域性暴雨的情况较少，但每每出现则会带来严重的经济损失和人民安全损失，暴雨过程尤其是短时强降水是青海省夏季的主要气象灾害之一，但对大到暴雨过程的预报落区和降水强度一直是预报难点。利用NCEP1°×1°再分析资料、卫星云图资料及Micaps常规天气资料对本次强降水过程进行分析，重点分析本次强降水过程及其物理量的影响，以加深对都兰地区强降水天气过程的认识，为今后都兰地区降水量级的预报提供科学的参考依据。
表12019年7月6日08时—7日08时降水量统计表（mm)
2、强降水天气环流形势
2.1高空环流形势
6日08时500hPa高空图上（图1），我国为两槽一脊的环流形势，新疆北部有高空槽，控制柴达木盆地的系统为高压后部东南—西北走向的低压槽，都兰地区为偏南气流控制；20时，甘肃北部有一低涡中心，在低涡中心正涡度平流输送作用下，新疆北部的低槽南压至甘肃—青海西部，高压东退，其后部的低压槽也随之南压，都兰地区风向转变为东南风；7日08时，甘肃西部低涡中心东移，位于青海省西部的低压槽分裂为两段，北部低压槽控制甘肃西部，南部低压槽南压控制青海省东部，都兰地区转为西南风控制；20时，北部的低压槽移至青海省东北部，南部低压槽移出青海省，都兰地区转为偏西气流，降水过程基本结束。
图12019年7月6日08时—7日20时500hPa高空形势演变
2.2地面系统形势演变
6日08时地面图上，地面冷空气开始在南疆盆地中部堆积，若羌24h变压为1.6hPa,24h变温达到-7℃，随后冷空气逐渐入侵柴达木盆地，茫崖地区出现降水；14时，冷空气进一步侵入柴达木盆地，小灶火、格尔木、诺木洪24h变温达到-3～-11℃，此时阿尔金山脉附近有冷锋；17时，小灶火、格尔木24h变压达到1.2～2.0hPa，格尔木与诺木洪之间存在一条冷锋，24h变温达到-11～-13℃，诺木洪、都兰与德令哈、乌兰之间存在一西北风和东南风的气旋式切变；20时，小灶火、格尔木、诺木洪24h变压达到1.1～3.1hPa,24h变温为-11～-12℃，冷锋前进至诺木洪，在气旋式切变与冷锋的共同作用下，都兰于17时30分出现降水；7日02时，随着冷空气进一步入侵，都兰本站24h变压达到2.0hPa,24h变温-6℃；08时，都兰24h变压达到4.1hPa,24h变温达到最大，为-9℃；14时，都兰、乌兰风向均转变为西南风，无地面风向辐合，此时降水量已明显变小。此次降水过程中，诺木洪、都兰与德令哈、乌兰之间存在一横向地面辐合线，地面的气旋式切变致使底层辐合上升运动加强，对此次降水量级大有一定的加强作用。
3、T—lnP图分析
选取都兰本站6日20时与7日08时T—lnP图分析，图2中可看出，6日20时700～320hPa整层T-Td<4℃，湿层较为深厚，大气条件有利于产生强降水。CAPE值较小说明本次降水过程并非对流性强降水。700～320hPa相对湿度均>80%,680hPa比湿>10g/kg，不稳定层也较为深厚，抬升凝结高度较低，在700hPa，低层为偏西风，而7日08时湿层较前一时次浅薄，相对湿度虽相对较大，但比湿下降，不稳定层也相对浅薄，故而降水量级减小。
图22019年7月6日20时和7日08时都兰本站T—lnP图
4、物理量场分析
4.1动力条件分析
暴雨产生的条件有：
(1)充分的水汽供应；
(2)强烈的上升运动；
(3)较长的持续时间。
4.1.1垂直运动特征
垂直运动会引起水汽、热量、动量、涡度等物理量的垂直输送[2,3,4,5,6,7]。对垂直速度沿97°E经向和36°N纬向的剖面图上（图略）分析可知，此次降水过程中垂直运动的迅速发展为此次降水天气过程提供了有力的动力条件。
7月6日08时都兰地区上空垂直速度为0.2～0.4hPa·s-1，最大上升运动中心位于550hPa，后垂直运动一直发展，08—20时降水量级只达到小雨；到6日20时，都兰地区上空垂直速度增加至2.8hPa·s-1，上升运动从700hPa延伸至200hPa，有利于云团的发展，最大上升运动中心依然位于550hPa,6日20时—7日08时，降水量级大，共有2个站次达到大雨量级，5个站次达到中雨量级；7日08时强上升运动高度下降到650hPa，也预示着降水的逐渐减弱。此外，6日08时200hPa高空图上（图略），都兰地区位于高空急流入口区的右侧，高层抽吸作用强，使上升运动进一步加强，这也对降水的增强有一定的增幅作用。
4.1.2散度分析
6日08时，700hPa散度场（图略）上，都兰北部37°N附近出现大范围辐合区，辐合中心强度达-1.0×10-4s-1，此时200hPa散度场（图略）上，都兰地区处于辐散区，这样高层辐散、底层辐合的高地空配置结构，有利于上升运动的加强，至20时（图略），700hPa辐合中心强度达到-3.6×10-4s-1，都兰地区处于-2.8～-3.6×10-4s-1，而200hPa图上，格尔木南部存在一辐散中心，强度为3.0×10-4s-1，都兰地区处于辐散区中，散度为1.8～2.0×10-4s-1，此时上升运动更加强盛，至7日08时，都兰地区高地空依旧维持低层辐合高层辐散的配置，但已经不如6日20时强盛，加之低压槽基本移出格尔木地区，降水也逐渐减弱。
图3为6日14时沿98°E散度剖面，经分析发现，降水地区上空始终维持着高层辐散、中低层辐合结构，这种高低层配置致使上升运动得到有利发展，35°—37°N区域450～350hPa均表现出辐合形势，辐合极值位于400hPa，强度-4.0×10-5s-1,700～450hPa之间虽有辐合区但是强度很弱，辐散极值位于300hPa，强度达7.0×10-5s-1，总体来说辐合层厚度小，在此后高低层配置慢慢紊乱。
整个过程中低压槽从盆地向都兰地区移动时为爬坡的过程，一直在受地形抬升作用，地形的抬升作用可能也在降水过程中起到了一定的作用。
图32019年7月6日14时沿98°E散度剖面（单位：10-5s-1)
4.2水汽条件分析
4.2.1水汽通量及水汽通量散度分析
水汽通量和水汽通量散度与大气的强对流紧密相关，尤其是大气低层的水汽通量辐合是形成大降水的重要条件之一[8]。
通过对NCEP1°×1°逐6h再分析资料500hPa和750hPa的流场、水汽通量及水汽通量散度分析可知，这次降水天气过程中的500hPa上从水汽主要由南部而来的低涡携带提供，经过青藏高原南侧随着偏西气流向东输送至青海省。从6日08时开始，500hPa上青海省以西的低涡逐渐加强并向东北移动，至20时，低涡移至青海省以北，都兰地区位于低涡底前部的西南气流与东南气流交汇东部，从700hPa水汽通量图（图略）中可以观察到，自南而来的低涡前部偏南气流将水汽带入都兰地区上空，至6日20时，96°N上空出现水汽通量大值中心，强度达到1.2×10-2g·s-1·cm-1·hPa-1，降水区域位于700hPa水汽通量大值中心以东。
6日08时500hPa水汽通量散度及流场图上，柴达木盆地西部有一低涡，水汽通量辐合大值区位于低涡东部，中心强度为-6.0×10-7g·s-1·cm-2·hPa-1;700hPa水汽通量散度图（图略）上，降水区域上空北下的冷空气、偏西气流、偏东气流在97°N交汇，形成了一条南北走向的风辐合区，水汽辐合带与风辐合带大致一致，水汽通量辐合大值中心位于都兰北部，中心值达-8.0×10-7g·s-1·cm-2·hPa-1。至20时500hPa水汽通量散度及流场图（图4a）上，低涡东移北抬至青海省以北96°N西南气流与东南气流交汇，形成南北走向风辐合带，辐合带底部水汽通量辐合大值中心，中心强度为-6×10-7g·s-1·cm-2·hPa-1;700hPa水汽通量散度图（图4b）上，风辐合区东移至99°N，水汽通量辐合大值中心位于都兰东部，中心值达-1.0×10-6g·s-1·cm-2·hPa-1,7日02时，水汽辐合区和流场辐合区已基本移出都兰地区。
4.3热力条件分析
假相当位温是表征大气温度，压力和湿度的综合特征量，它的分布反映了大气中能量分布，它的高值区就是高能区[9]。分析都兰地区假相当位温场（图略），6日08时500hPa的θse为71℃，至20时都兰地区处于76℃的高能舌中，能量条件与水汽条件较强，为此次降水过程的产生提供了更加有力的条件；7日08时，都兰地区θse降至70℃以下，高能舌东移出都兰地区，能量条件与水汽条件均减小，降水也随之减小；至7日20时，θse进一减小，高能舌消失，降水过程也结束。由此，都兰地区在夏季θse>71℃并存在高能舌时，可作为都兰地区强降水的一个预报指标。
图42019年7月6日20时500hPa(a）及700hPa(b）水汽通量散度场及流场阴影区表示水汽通量辐合区域（单位：10-7g·s-1·hPa·cm-2)
5、卫星云图分析
此次都兰地区主要降水时段为6日20时—7日08时，从红外云图分析，此次降水过程中降水区域上空对流云系发展不明显，7日02时40分主要为高压后部高空槽前中低盾状云系，青海西南部唐古拉山地区云系不断生成，在北抬东移过程中虽有所减弱，但南上的云系携带大量水汽加之地形抬升作用，也对此次降水过程的强度加大有一定作用。
图52019年7月7日02时40分HMW＿IR
6、结语
利用NCEP再分析资料和常规观测资料，采用天气学原理和天气学诊断分析方法，对2019年7月6—7日都兰地区强降水天气过程做深入细致的分析和总结。得到如下结论：
(1)高压后部的低压槽与甘肃北部的低涡配合，造成都兰地区此次强降水天气；
(2)高层辐散、低层辐合是产生此次强降水的有利动力条件；
(3)强垂直运动、深厚的湿层和水汽的强辐合作用也对此次降水过程气了至关重要的作用；
(4)夏季θse>71℃并存在高能舌时，可作为都兰地区强降水的一个预报指标；
(5)低压槽前自唐古拉山地区东移北抬的中低云系也与此次降水过程紧密联系；
(6)通过分析本次强降水过程及其物理量的影响，加深对都兰地区强降水天气过程的认识，为今后都兰地区降水量级的预报提供科学的参考依据。
参考文献：
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