2014與2015年陜西首場暴雨對比分析

屈麗瑋，姚　靜，井　宇，郭大梅

(陜西省氣象臺，西安　710014)

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2014與2015年陜西首場暴雨對比分析

屈麗瑋，姚靜，井宇，郭大梅

(陜西省氣象臺，西安710014)

摘要：利用常規(guī)觀測資料、NCEP1°×1°再分析資料、FY-2E衛(wèi)星資料、漢中多普勒雷達(dá)資料，對2014 和2015 年陜西春季首場暴雨過程進行對比分析，結(jié)果表明：兩次暴雨過程的環(huán)流形勢和影響系統(tǒng)均屬典型的陜西春季暴雨形勢“南北雙槽型”；2014年暴雨過程水汽輻合強度較弱，700 hPa和850 hPa水汽輻合中心均位于陜南，2015年暴雨過程850 hPa水汽輻合較強，是水汽的主要來源；2014年暴雨過程動力條件稍差，大氣層結(jié)表現(xiàn)為對流穩(wěn)定，是穩(wěn)定性降水，2015年暴雨過程為對流性降水，與夏季暴雨過程相似，其能量條件和動力條件較好；從衛(wèi)星云圖和雷達(dá)回波上看，2014年過程以層狀云降水為主，維持時間較長，2015年暴雨過程中尺度對流云團在陜南西部停留時間較長，漢中不斷有新的云團生成，為明顯的積層混合云降水。

關(guān)鍵詞：春季暴雨；高空急流；水汽條件；上升運動

暴雨是影響陜西的主要災(zāi)害性天氣之一。陜西的暴雨主要發(fā)生在6—10月，出現(xiàn)在春汛期(4—5月)的暴雨較少，因而對暴雨的研究也多集中于夏季[1-7]，關(guān)于春季暴雨的研究較少[8-10]。2014、2015年連續(xù)兩年陜西春季出現(xiàn)暴雨，因其預(yù)報難度大且服務(wù)敏感度高，因此有必要進行研究。利用常規(guī)觀測資料、NCEP1°×1°再分析資料對2014年和2015年連續(xù)兩年出現(xiàn)的首場春季區(qū)域性暴雨過程進行動力學(xué)和熱力學(xué)診斷分析，并利用漢中雷達(dá)和FY-2E衛(wèi)星云圖資料進行分析，分析總結(jié)陜西春季首場暴雨的特征，為此類天氣的預(yù)報提供參考。

1過程概況

2014年陜西首場暴雨過程(以下簡稱2014年過程)出現(xiàn)在4月10日08:00—11日08:00，其中，寧強降水量70.3 mm、漢中65.8 mm、南鄭61.4 mm、鎮(zhèn)巴51.9 mm、勉縣51.8 mm。主要降水時段為10日夜間至11日凌晨，最大小時雨強出現(xiàn)在寧強(10日21:00—22:00降水量為14.5 mm)。盡管雨強不大，但持續(xù)時間較長。

2015年3月31日20:00—4月1日20:00陜西關(guān)中、陜南出現(xiàn)區(qū)域性暴雨天氣過程(以下簡稱2015年過程)。這次暴雨過程是自1961年以來陜西出現(xiàn)區(qū)域性暴雨最早的一次，影響范圍較大，41縣區(qū)出現(xiàn)大雨以上降水，其中5站暴雨，1站大暴雨(南鄭103.5 mm，佛坪88.8 mm，漢中82.7 mm，乾縣56.6 mm，城固52.9 mm，洋縣52.0 mm)，主要降水時段為1日08:00—20:00。最大小時雨強出現(xiàn)在南鄭(1日12:00—13:00降水量為25.3 mm)。

對比兩次暴雨過程實況可以發(fā)現(xiàn)兩次過程降水特征有明顯差別，2014年過程降水維持時間較長，小時雨強較小，雨強分布較均勻。2015年過程發(fā)生時間早，且范圍更大，降水量分布不均勻，逐小時雨量差別較大，降水集中時間較短，但小時雨強更強，07時至14時小時雨強維持在10 mm以上。

2環(huán)流形勢對比分析

2.1500 hPa位勢高度場

2014年4月10日08：00，500 hPa天氣圖上，高緯度新疆東部有一弱槽區(qū)，貝加爾湖附近為寬廣的脊區(qū)，日本海北部有一低渦，中緯度青海中部和四川北部各有一淺槽，20：00(圖1a)，青海東部淺槽東移，四川北部淺槽北縮，兩槽在隴東—川北合并形成西風(fēng)槽。2015年3月31日20:00，500 hPa天氣圖上，高緯度上空為兩槽一脊型，新疆北部有一低槽，貝湖以西為高脊，東北以東為一淺槽區(qū)。中緯度青海東部有一高原槽。4月1日08:00(圖1b)，新疆低槽與青海東部高原槽合并加強，形成深厚的西風(fēng)槽，陜西位于西風(fēng)槽前。

圖1　500 hPa風(fēng)場和位勢高度場(單位為dagpm；a 2014-04-10T20:00，b 2015-04-01T08:00)

研究表明，陜西初夏大降水過程的500 hPa形勢主要歸納為南北雙槽型和副高高原槽型，南北雙槽型的降水關(guān)鍵在于西風(fēng)槽東移過程和高原槽的結(jié)合[11]。這兩次過程都有南北雙槽結(jié)合的過程，這一形勢為陜西春季暴雨的典型形勢。兩個過程的區(qū)別在于2014年過程西風(fēng)槽較淺，而2015年過程西風(fēng)槽較深。

2.2高、低空急流

從高空急流和低空急流的分布特征上來看，2014年4月10日20:00，200 hPa高空急流位于西藏—黃河下游一帶，陜南位于急流軸中部，漢中、安康風(fēng)速達(dá)到52 m/s，700 hPa風(fēng)速較小，850 hPa陜南為8 m/s的偏東氣流；11日08:00，四川東部—陜南南部形成低空急流。2015年4月1日08:00，200 hPa高空急流有兩支，北支位于蒙古國東部—遼寧，南支位于云南—貴州，距離陜西較遠(yuǎn)。影響陜西的為位于隴東的一支強度相對偏弱的偏南風(fēng)氣流，武都、榆中風(fēng)速超過30 m/s。700 hPa，陜西中南部有一支較強的偏南風(fēng)急流，延安風(fēng)速為22 m/s，甘肅中部有一低渦，低渦底部低槽延伸至四川南部。850 hPa，河南中部—陜南為偏東風(fēng)急流。可見，2015年過程高空急流相對較弱，而低空急流較強。

2.3地面場

地面圖上，2014年過程開始前，河套—內(nèi)蒙有一低壓倒槽，陜西處于暖低壓內(nèi)，貝加爾湖以東—東北以西有地面冷高壓存在，山西、河南已有降水發(fā)生。10日20：00，東北地面冷高壓南移侵入暖區(qū)，冷暖空氣交匯產(chǎn)生降水。11日08：00，西南地區(qū)仍有暖低壓發(fā)展，陜南位于倒槽中，降水持續(xù)，之后冷空氣東移減弱，降水趨于結(jié)束。2015年過程開始前，青海東部—四川東部有一低壓存在，中心氣壓值為995 hPa，同時，內(nèi)蒙東部有地面冷高壓，地面冷鋒呈西北—東南走向，位于內(nèi)蒙以西—華北。4月1日08：00，西南低壓倒槽繼續(xù)加強向北發(fā)展，低壓中心降至992.5 hPa，地面冷高壓進一步南壓，地面氣壓場經(jīng)向度加大，陜西受南北向鋒區(qū)控制，冷暖空氣對峙形成強烈的溫濕梯度區(qū)，有利于形成暴雨。

2014年過程，冷暖空氣勢力相當(dāng)，降水維持時間較長，降雨量積累而產(chǎn)生暴雨天氣。2015年過程西南暖低壓勢力較強，弱冷空氣入侵后產(chǎn)生強降水，從而形成暴雨，但冷空氣快速減弱東退，降水持續(xù)時間較短。

3物理量對比分析

3.1水汽條件

2014年暴雨過程開始前，10日20:00，700 hPa天氣圖上四川盆地東部存在一弱的氣旋，對應(yīng)(10～15)×10-6g/(s·hPa·cm2)的水汽輻合區(qū)。850 hPa，四川盆地東部有切變存在，水汽輻合區(qū)較700 hPa偏南。11日08:00(圖2a)，700 hPa漢中西部有一切變線，四川盆地—安康有西南風(fēng)急流形成，最大風(fēng)速為16 m/s，水汽輻合中心在陜南東部，中心值為25× 10-6g/(s·hPa·cm2)左右。850 hPa，陜南南部有輻合存在，中心值為33× 10-6g/(s·hPa·cm2)。

2015年暴雨過程開始前，3月31日20:00，700 hPa河套—內(nèi)蒙有一支東南急流建立，甘肅民勤風(fēng)速為24 m/s，此時水汽輻合的大值區(qū)偏北，位于青海東南部；850 hPa，陜西東部為較強偏東氣流，陜西已形成水汽通量輻合區(qū)，中心位于寶雞，為(15～25)×10-6g/(s·hPa·cm2)。4月1日08:00(圖2b)，偏南急流持續(xù)輸送水汽，700 hPa延安、銀川風(fēng)速達(dá)22 m/s，850 hPa東風(fēng)急流在陜西、甘肅、四川三省的交界地區(qū)形成強水汽輻合區(qū)，中心極大值達(dá)到44.9×10-6g/(s·hPa·cm2)。漢中地區(qū)存在較強水汽輻合，整個區(qū)域的水汽通量散度為(35～45)×10-6g/(s·hPa·cm2)。

圖2　700 hPa(長虛線)和850 hPa(短虛線)水汽通量散度(單位為10-6 g/(s·hPa·cm2)；a 2014-04-11T08:00， b 2015-04-01T08:00)

2014年過程水汽輻合強度較弱，但700 hPa和850 hPa水汽輻合中心均位于陜南。2015年過程700 hPa和850 hPa水汽輻合都較強，但700 hPa水汽輻合區(qū)位置偏北，850 hPa位置偏南，對降水的主要貢獻來自于850 hPa。

3.2能量條件及穩(wěn)定度分析

從850 hPa的θse場來看，2014年4月10日08:00，陜北以南地區(qū)為一高能舌，陜南θse為52～54 ℃；20:00(圖3a)，暴雨發(fā)生時，東北路冷空氣入侵，高能軸向西略移動，陜南θse為53～56 ℃，沒有明顯增大。2014年過程從開始到結(jié)束，漢中沙氏指數(shù)為1～3 ℃，為正值。2015年3月31日20:00，θse高能脊位于寧夏—隴南—陜南，陜南在高能區(qū)內(nèi)部，θse為50～62 ℃，能量值和能量梯度較2014年過程偏高，4月1日08:00(圖3b)，暴雨開始，高能區(qū)發(fā)展加強為高能舌，高能軸線呈南北走向，內(nèi)蒙古—甘肅西部、內(nèi)蒙中東部—山西北部分別存在兩個低能區(qū)，代表冷空氣向南擴散，能量場呈Ω型，陜南位于高能區(qū)中，θse為60～63 ℃，這只由南向北伸展的高能區(qū)代表一股高能的暖濕氣流，由低層偏南氣流向北輸送形成，向暴雨區(qū)輸送了大量的水汽和能量。4月1日08:00暴雨發(fā)生時，漢中沙氏指數(shù)為-0.7 ℃，為對流性降水。比較兩次過程，2014年過程整體能量較低，漢中大氣層結(jié)較為穩(wěn)定，而2015年過程能量較高，能量場梯度大，高能鋒區(qū)附近降水強。

圖3　850 hPa θse能量場(單位為℃；a 2014-04-10T20:00, b 2015-04-01T08:00)

3.3動力條件

2014年4月10日08:00，散度場上強輻散層在250 hPa附近，位于陜南西南部，而最強輻合發(fā)生在700～850 hPa。2015年4月1日20:00，200 hPa輻散最強，中心在四川北部—陜南中部，最強輻合層在850～925 hPa。兩次過程輻合層和輻散層的高度有都利于上升運動發(fā)生發(fā)展，沿強降水中心(32.5°N)做垂直速度剖面，2014年4月10日08:00，陜南700 hPa和850 hPa垂直速度為正值，整個區(qū)域為下沉運動。20:00(圖4a)，陜南地區(qū)垂直速度轉(zhuǎn)變?yōu)樨?fù)值，整個區(qū)域為上升運動，最大上升速度為20×10-3hPa/s。2015年4月1日08：00(圖4b)，陜南上空對流層內(nèi)維持上升運動，500 hPa垂直速度最大，大值區(qū)位于107°E附近，較2014年過程偏東4個經(jīng)度，更接近漢中和南鄭一帶；20:00，陜南中部仍維持上升運動區(qū)，最大垂直速度層在700 hPa，強度大于2014年降水過程。與2014年過程相比，2015年過程在漢中地區(qū)最大上升速度的高度更高，強度較強。

圖4　沿32.5°N垂直速度剖面(單位為10-3 hPa/s；a 2014-04-10T20:00，b 2015-04-01T08:00)

4衛(wèi)星云圖和雷達(dá)資料對比分析

衛(wèi)星云圖對中尺度天氣系統(tǒng)的變化過程具有較好的顯示, 對夏季暴雨中的近地面層冷空氣活動的監(jiān)測有著十分重要的作用[12],因此對暴雨天氣的臨近預(yù)報具有很好的指示意義。

2014年4月10日02：00，位于隴南的云團東移，強度和尺度較小，為零散的層狀云，云頂亮溫低于-32 ℃，云團不斷發(fā)展東移，造成持續(xù)降水。11日00：00(圖5a，圖見第11頁)，云頂亮溫降低，漢中局地低于-41 ℃，同時降水強度增大，加密站小時雨強超過10 mm的有10站，02：00有17站雨強超10 mm；08：00強降水趨于結(jié)束。此次過程云頂亮溫較高，沒有強對流云團生成且發(fā)展，整個過程以層狀云降水為主。

2015年4月1日凌晨起，西南暖濕氣流發(fā)展旺盛，對流云團從四川北部向陜南西部發(fā)展。03:00，陜西、甘肅、四川交界處出現(xiàn)一中尺度對流云團，最強云頂亮溫為-61 ℃。之后云團向東北方向移動，且冷云區(qū)面積不斷擴大。1日07:00，-53 ℃冷云區(qū)主體進入陜西，其南北長450 km,東西寬260 km，降水強度最大的區(qū)域位于陜南漢中市一帶。隨后對流云團緩慢向東北方向移動。08：00(圖5b，圖見第11頁)，對流云團云頂亮溫為-61 ℃的冷云區(qū)面積達(dá)1×104km2，對流云團發(fā)展成為中尺度對流復(fù)合體。同時，16站小時雨強超過20 mm。09:00開始，對流云團面積縮小；12:00,-53 ℃冷云區(qū)呈東北—西南向帶狀分布，位于銅川—西安—漢中一帶；13：00,-53 ℃冷云區(qū)仍維持帶狀分布，縮小至漢中—寶雞東部， 13:00,有5站降水量超過30 mm；14：00—19：00，-53 ℃冷云區(qū)減弱為圓形，陜南西部雨強減弱。此次過程中尺度對流云團在陜南西部停留時間較長，在漢中不斷有新的云團生成并維持，造成了陜南西部的強降水。

另外，從這兩次過程的雷達(dá)回波圖可以看出，2014年過程產(chǎn)生降水的回波強度在35 dBz以下，以層云降水為主。而2015年過程產(chǎn)生降水的絮狀回波的最大反射率因子超過50 dBz，為明顯的積層混合云降水。

5結(jié)論

(1) 兩次暴雨過程的環(huán)流形勢均屬典型的陜西春季暴雨形勢—南北雙槽型。2014年暴雨過程水汽輻合強度較弱，700 hPa和850 hPa水汽輻合中心均位于陜南；2015年暴雨過程850 hPa的水汽輻合位于陜南，對降水主要貢獻來自于850 hPa。

(2) 2014年暴雨過程動力條件稍差，大氣層結(jié)表現(xiàn)為對流穩(wěn)定，屬穩(wěn)定性降水。2015年暴雨過程為對流性降水，與夏季暴雨過程相似，其能量條件和動力條件較好。

(3) 從衛(wèi)星云圖和多普勒雷達(dá)回波看出，2014年過程以層狀云降水為主，維持時間較長。2015年過程為明顯的積層混合云降水，中尺度對流云團在陜南西部停留時間較長，低渦切變造成的輻合抬升與水汽條件共同作用，在漢中不斷有新的對流云團生成，產(chǎn)生了暴雨天氣。

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文章編號：1006-4354(2016)03-0001-06

收稿日期：2015-08-18

作者簡介：屈麗瑋(1984—)，女，陜西西安人，碩士，工程師，從事天氣預(yù)報業(yè)務(wù)與研究。

基金項目：陜西省氣象局科研成果業(yè)務(wù)化項目(2014T-6)

中圖分類號：P458.121.1

文獻標(biāo)識碼：A

屈麗瑋，姚靜，井宇，等. 2014與2015年陜西首場暴雨對比分析[J].陜西氣象，2016(3)：1-6.