金昌市局地暴雨的天氣過程分析

辛亞男，黃建文，宋旺昌，韓露露

（甘肅省金昌市氣象局，甘肅　金昌 737200）

金昌市局地暴雨的天氣過程分析

辛亞男，黃建文，宋旺昌，韓露露

（甘肅省金昌市氣象局，甘肅金昌 737200）

利用Micaps常規資料、21個區域自動氣象站逐時資料、FY－2E衛星云圖、NCEP再分析資料，對2015年7月8日發生在金昌市的一次中到大雨，局地暴雨天氣過程的環流形勢、水汽條件、物理量場等方面進行了綜合分析。結果表明：此次強降水天氣過程是500hpa高度槽線與中低層強盛的暖濕氣流相互作用的結果；底層水汽的輻合和較大的濕度為降水提供了充沛的水汽，強烈的上升運動為此次天氣過程的發生發展提供了動力條件，高的不穩定能量是對流增強、降雨強度大的必要條件；青藏高原的對流云團與渦度逗點云系的合并加強發展是降水強度大的直接原因。

暴雨；環流形勢；物理量場

1　概述

金昌市地勢南高北低，地形以山地、平原為主，南部多山區，復雜的地形特點致使強降水突發性強，局地暴雨洪水時常發生，容易造成滑坡、泥石流、山洪等地質災害。暴雨和強降水時河西走廊夏季主要的災害性天氣，是誘發南部山區泥石流等地質災害的主要原因，因此做好降水預報就顯得尤為重要，近年來許多專家學者在研究降水和暴雨過程中也取得了很多有價值的成果［1-5］。因此本文利用常規天氣觀測資料、結合NCEP再分析資料、FY－2E衛星資料，采用天氣學原理和天氣動力學診斷分析方法，對造成本次暴雨的大尺度環流形勢、物理量特征進行分析，對災害性天氣預報的技術和思路進行歸納總結，為金昌市夏季暴雨的監測和預報提供思路。

2　天氣實況

受高原槽配合青藏高原西南暖濕氣流影響，金昌市2015年7月7日夜間至8日白天普降中雨，市區累積降雨量為37.0mm，接近歷史日最大降水量，永昌縣城降雨量為24.0mm，最大降雨量出現在寧遠堡鎮為39.7mm，最大小時降雨量達10.4mm，如圖1所示。

圖1　2015年7月7-8日24h降水量分布（單位：mm）

3　環流形勢演變特征

3.1高空環流形勢

7月6日20時500hpa，中國處于兩槽一脊的環流形勢中，新西伯利亞和鄂霍次克海各還有一低壓系統，貝加爾湖以東我國東北地區處于脊控制區。位于新西伯利亞的低壓系統逐漸匯集其西北方向的冷空氣加強向東發展，7日達到蒙古國，開始影響我國西北地區。7日20時500hpa形勢場中，之前在陸地的低壓系統分裂為蒙古槽，此時的溫度槽明顯落后于高度槽，位于蒙古的槽逐漸南壓影響到甘肅省，槽后有強的冷平流。槽前強盛的西南氣流帶來的孟加拉灣的暖濕空氣與西北匯集的冷空氣在甘肅省河西地區相遇，使甘肅省7日下午開始自西向東出現明顯降水。8日08時，金昌市恰好處于500hpa槽線位置，溫度槽進入河西西部，切變線在金昌、武威；700hpa金昌、武威有一低壓系統，這與08時金昌市雨量加大，出現最大小時降雨量相吻合。8日20時，500hpa槽移出金昌，溫度槽還在河西西部，金昌市降水過程結束，溫度開始降低。由此可知500hpa槽線是該次降水天氣過程的觸發機制，來自西南輸送的青藏高原暖濕空氣為強降水提供了水汽條件，如圖2所示。

圖2　2015年7月7日20時（a）和7月8日08時（b）500hPa環流形勢

3.2地面形勢場

7日08時，貝加爾湖東南方向蒙古國有一鋒面系統，冷鋒位于內蒙古東都至賀蘭山一帶，貝加爾湖以西處于高壓區，高壓系統中心值為1017.5hpa，巴爾克什湖以北俄羅斯西部有一鋒面系統。位于巴爾克什湖的鋒面系統匯集北部的冷空氣加強，推動貝加爾湖的高壓系統東移，至20時高壓系統分裂為三個，其中一個到達甘肅省酒泉、張掖附近，中心值達到1007.5hpa。7日夜間金昌市正處于地面冷鋒后高壓系統控制下，受其影響金昌市從7日夜間開始出現小雨。隨著地面冷高壓的東移，冷鋒到達內蒙古至甘肅黃河流域，此鋒面系統移動速度較慢，我市依然處于鋒后高壓控制。因此，這次降水天氣過程是受地面冷鋒后高壓系統影響。如圖3所示。

圖3　2015年7月7日20時（a）和8日08時（b）地面天氣形勢（單位：hPa）

圖4　2015年7月7日08時500hPa（a）和7月8日08時700hpa（b）相對濕度（單位：%）

4　物理量場特征

4.1水汽條件

4.1.1相對濕度

7日08時400～500hPa青藏高原至河西走廊中西部相對濕度在60%～100%的濕度帶，中低層700～850hPa河西走廊西部相對濕度在50%～90%的濕區，中西部處于小于50%的干區。7日20時，整個濕區東移，400～500hPa整個河西地區處于高濕區，濕度中心位于金昌武威一帶，金昌市相對濕度在80%～90%，中低層700～850hPa青海省至河西走廊西部處于大于50%的濕區。8日08時400～500hPa我市處于濕度中心，500hPa相對濕度在90%左右，700～800hPa河西走廊處于大于80%的高濕區。河西走廊在8日開始整層大氣的相對濕度處于高值區，08時高值中心位于金昌市附近，金昌市08時降雨量較大，出現最大小時降雨量。隨著降水過程的東移，金昌市高層400hPa相對濕度減小至20時達到20%，高層水汽的減小使降水結束，底層由于前期降水量較多，地面蒸發的水汽較多，700～800hPa相對濕度依然處于60%～80%的濕度帶。

4.1.2水汽通量散度

7日20時中層700hPa水汽通量散度，河西走廊西部到青海處于水汽輻合區，其中心強度為-3×10-7ghPa-1s-1cm-2。8日08時河西走廊到青海的水汽輸送和輻合區域東移，范圍擴大至張掖、金昌、武威至青海東部一帶，中心強度減小為-2× 10-7ghPa-1s-1cm-2，8日 20時水汽輻合區東移至甘肅東部，河西地區的降水結束。

7日20時底層850hPa水汽通量散度，甘肅青海較弱，水汽輸送較少。但是隨著7日夜間河西地區降水的開始，底層濕度增大，張掖、金昌處于水汽輻散區。甘肅東部至河套地區處于水汽輻合區。經過一天的降水，底層濕度持續增大，水汽輻散區擴大，金昌市仍然處于輻散區域，中心強度增大至2×10-7ghPa-1s-1cm-2。

由此可知，青藏高原的水汽輸送是這次降水的主要水汽來源；降水開始時高層水汽輻合往底層源源不斷的輸送，隨著降水的持續底層濕度的增加，底層水汽輻散，水汽上升運動明顯，使高層的水汽得到補充，是降水持續時間長、量級大的主要原因。整層大氣在08時相對濕度達到最大，并且最大濕度中心在金昌市是造成此次降水在08時金昌市區出現最大小時降水量的重要原因。

4.2動力條件

4.2.1散度場

7日20時高層500hpa-300hPa我市處于輻散區，500hPa有一高值中心，中心強度為0.8×10-5s-1，低層700～850hPa處于輻合區。高層輻散，低層輻合，對流上升運動明顯。8日08時高層400hpa以上處于輻散區，中低層500～700hPa處于輻合區，600hPa有一低值中心為-1.8×10-5s-1，850hPa為正值，輻散明顯。隨著降水的結束中低層輻合減弱，850hPa散度值逐漸增大，輻散增強，下沉運動加劇，天氣轉晴。這種高層輻散，低層輻合，且隨著降水的開始中層輻散范圍逐漸加大，強烈的上升運動長時間維持并增強，將中層濕空氣輸送到高層，溫度降低水汽凝結成云致雨，是此次強降水天氣得以持續的動力條件，如圖5所示。

圖5　7日20時至8日20時金昌市時間水平散度剖面（單位：10-5s-1）

4.3大氣不穩定能量

4.3.1對流有效位能

河西走廊至青海都處于最大有效位能的正值區域，最大中心強度大2000，金昌市處于200等值線上。說明此時整個河西地區到青海處于不穩定大氣層結中，具有較大的不穩定能量，有利于強對流天氣的發生。

4.3.2假相當位溫

7日20時至8日08時整個青藏高原從底層到高層400～850hpa處于高能區，范圍較大，高能舌向東北方向延伸，7日20時850hPa最大中心位于青藏高原東部，西南方向延伸至河西走廊。8日08時500hPa假相當位溫在青藏高原處于高能區，高能舌向河西走廊東都延伸，金昌市受高能舌控制，假相當位溫大于64℃。8日20時底層850hPa假相當位溫由 56℃增大至 60℃，高層500～400hPa假相當位溫減小了6℃。由此可以看出降水開始和持續的過程中大氣處于不穩定狀態。隨著降水的結束，底層空氣濕度加大，假相當位溫相應增大，高層假相當位溫減小，大氣處于穩定狀態。

5　云圖資料分析

2015年7月7日19時45分FY－2E紅外衛星云圖上，蒙古國至俄羅斯中部為逗點云系，這與500hPa槽線位置相對應，河西走廊是斜壓葉狀云系，其頂部與逗點云系底部相接。河西走廊此時正處于槽前西南氣流中，在斜壓葉狀云系西端有“V”字缺口，西北急流侵入云系，使斜壓葉狀云系變形發展，云系東移逐漸靠近金昌市。22時45分云系北邊界變得粗糙，北部色調加深變紅說明紅外亮溫加大，之前位于青藏高原的對流云團逐漸與河西走廊的云相接進入金昌市，金昌市開始出現降水天氣。隨著西北氣流的入侵和降水過程的開始，云系向南移動發展變為渦度逗點云系。8日06是15分金昌市被對流云團覆蓋，雨勢開始加強，08：45分強的對流云團已經移出金昌市區，其尾部的顏色較淺的云還在金昌市，降水過程還將持續，金昌市區本站08-09時出現最大小時降雨量，為8.1mm。由此可知，此次強降水過程是由斜壓葉狀云系發展為渦度逗點云系的過程與青藏高原的對流云團合并加強造成的，如圖6所示。

圖6　2015年7月7日19：45（a）、7月8日06：15（b）FY－2E紅外衛星云圖

6　小結

1）500hpa高原槽東移南壓，8日08時槽線正位于金昌市是此次金昌市出現強降水的觸發機制，西南氣流輸送的來自青藏高原暖濕空氣為強降水提供了充沛的水汽條件，冷暖空氣在冷鋒后相遇觸發了強降水天氣的發生。

2）中低層較大的濕度，降水開始時高層水汽輻合，隨著降水的持續底層水汽輻散，使高層的水汽得到補充，為此次強降水提供充沛的水汽條件。高層輻散，低層輻合，強烈的上升運動長時間維持并增強，將中層濕空氣輸送到高層，是此次強降水天氣得以持續的動力條件。大的對流有效位能和假相當位溫處于高能舌區是這次中到大雨發生和發展的不穩定能量。整層大氣在08時濕度達到最大，并且最大濕度中心在金昌市且此時我市處于高能舌控制是造成此次降水在08時金昌市區出現最大小時降水量的重要原因。

3）青藏高原的對流云團與斜壓葉狀云系發展的渦度逗點云系尾部合并加強是造成這次中到大雨的主要原因。

［1］ 朱乾根，林錦瑞，壽紹文，等.天氣像原理和方法［M］.北京：氣象出版社，2000.

［2］ 姚學祥.天氣預報技術與方法［M］.北京：氣象出版社，2011.

［3］ 李玲萍，狄瀟泓，劉新偉，等.河西走廊東部“6.27”突發性暴雨特征與成因［J］.干旱氣象，2015，33（6）：941-947.

［4］ 楊曉玲，丁文魁，錢沛泉，等.2012年7月 29日武威市大到暴雨天氣過程分析［J］.干旱區研究，2003，30（5）：789-795.

［5］ 劉洪蘭，張強，劉德菊，等.河西走廊中部一次暴雨過程的天氣學診斷［J］.干旱氣象，2014，32（2）：263-269.

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