陜南一次區域性短時強降水過程成因分析

樂 靜， 胡啟元

(1.陜西省戶縣氣象局，陜西戶縣 710300；2.陜西省氣象臺，陜西西安 710015)

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陜南一次區域性短時強降水過程成因分析

樂 靜1， 胡啟元2

(1.陜西省戶縣氣象局，陜西戶縣 710300；2.陜西省氣象臺，陜西西安 710015)

利用實況降水資料、MICAPS觀測資料、風云衛星紅外資料以及新一代多普勒天氣雷達產品，從環流形勢、影響系統、雷達回波等方面對2015年5月7日晚陜南中東部的一次區域性短時強降水過程成因進行了分析，探討此次強降水過程的發生機制和預報指標分析。結果表明，此次強降水過程發生在東亞一槽一脊的天氣背景下，700和850 hPa切變線疊加、地面存在冷鋒和輻合線、低空西南暖濕氣流強盛，為強降水過程提供了充足的水汽；高空急流配合低層中尺度切變線形成高層輻散、低層輻合形勢，為短時強降水過程提供了充足的能量和動力。過程中水汽飽和程度迅速增大，在強烈垂直運動作用下強迫抬升凝結產生強降水，其中水汽主要來自落區上空空氣中本身。雷達回波顯示，過程中強回波區逐漸形成帶狀回波，所經過區域出現雷暴大風等災害天氣；同時強降水回波帶(≥55 dBZ)在向東南平移的過程中，其自身也有從西南向東北方向的傳播移動，造成洋縣、旬陽、平利等站出現短時強降水。

短時強降水；區域性；環流形勢；影響系統；雷達回波；預報指標

短時強降水作為我國主要強對流天氣類型之一，其發生時段、產生機制和造成的次生災害均是國內學者的主要研究內容，且許多學者從形勢背景、能量分析以及不同系統相互耦合等方面提出許多觀點[1-5]。如侯建忠等[2]利用陜西極端暴雨與近海臺風活動的資料，對其時空分布統計分析和天氣學、動力學診斷以及衛星云圖等進行綜合分析，認為直接產生極端暴雨的是位于西風帶冷鋒云系前部的中尺度對流云團；王貴軍等[5]分析2010年7月13日營口南部到大連北部地區發生的一次局地暴雨過程發現，溫度平流的強弱及冷暖過渡帶位置均能較好地反映出降水的強度及落區；高比濕區反映出水汽的局地集中，對降雨有指示作用。2015年5月7日晚陜南中東部出現區域性短時強降水過程，對陜南部分山區造成山洪暴發、滑坡泥石流和山體滑坡等多種次生災害，災情導致群眾房屋進水倒塌、供電中斷等。筆者利用實況降水資料、MICAPS觀測資料、風云衛星紅外資料以及新一代多普勒天氣雷達產品，從環流形勢、影響系統、雷達回波等方面分析此次區域性短時強降水過程，探討此次強降水過程的發生機制和預報指標，為研究陜南區域性短時強降水天氣提供參考。

1 天氣概況

2015年5月7日夜間陜南中東部出現短時強降水過程，此次過程發生時間在上半夜(7日19：00—8日01：00，強降水波及商洛、漢中、安康3市，小時降水量大，其中商洛市丹鳳站出現35.0 mm/h的降水(圖1)。過程中自動站小時降水量超過20 mm共有6個自動站，鄉鎮區域站小時降水量超過20 mm共有103個，其中最大為商洛市丹鳳縣土門站(91.5 mm)。此次短時強降水過程造成商洛市多地部分群眾房屋進水、民房倒塌、作物絕收、人員傷亡和供電中斷，給群眾生產生活帶來嚴重影響，因災直接經濟損失1 867萬元。

圖1 2015年5月7日19：00—8日01：00累計降水量(單位：mm)Fig.1 Cumulative precipitation from 19:00 May 7th to 01:00 May 8th in 2015

2 環流形勢分析

2.1 200和500 hPa環流形勢 此次短時強降水過程屬于東北冷渦型。7日20：00 200 hPa陜南處于中心風速為60 m/s的高空急流入口區右側，高層有明顯的風場輻散。東亞高緯度環流背景呈一槽一脊(圖2)，其中巴爾喀什湖附近的阻塞高壓系統中心穩定少動，東北冷渦底部低槽位于關中中部到陜南西部附近，溫度槽明顯落后于西風槽，說明陜南西部受明顯冷平流影響，東部受偏西南氣流控制有暖平流。

圖2 2015年5月7日20：00 200 hPa高空急流和500 hPa高空形勢Fig.2 200 hPa high altitude jet stream and 500 hPa situation at 20:00 on May 7th in 2015

圖3 2015年5月7日20：00 700 hPa高空形勢Fig.3 700 hPa situation at 20:00 on May 7th in 2015

2.2 700和850 hPa環流形勢 700和850 hPa陜南上空存在低空切變線，其中700 hPa切變線北側為16 m/s西北風，南側為12 m/s西南風(圖3)；850 hPa切變線北側為14 m/s西北風，南側為2 m/s東南風，可見暴雨落區上空存在明顯的風速風向輻合，有利于上升運動產生和維持，同時陜北南部、關中北部有強度為10 ℃的冷中心，陜南上空附近溫度梯度線密集，兩側溫差達8～9 ℃。

2.3 地面形勢 地面圖上(圖4)，陜南處在隴南冷高壓(中心強度1 017.5 hPa)底部和四川南部為熱低壓系統(中心強度1 002.5 hPa)倒槽前部，受地面冷鋒過境影響其當地氣壓梯度密集(氣壓差為2 hPa)，同時商洛到漢中南部存在地面輻合線和干線，對觸發低層不穩定能量釋放有重要貢獻。

圖4 2015年5月7日20：00地面形勢Fig.4 Ground situation at 20:00 on May 7th in 2015

3 主要影響系統分析

3.1 高空急流配合低層切變線 這次過程中200 hPa高空急流呈緯向型分布，6日位于32°N、110°E附近，到7日20：00中心位置東移北上至山東半島(35°N、130°E),且其尾部分裂成2個中心，位置偏西的高空急流軸呈反氣旋式，陜南地區剛好處在其入口區右側，高層具有風場輻散；低層700和850 hPa切變線位置重疊，風場輻合明顯，十分有利于上升運動產生。7日20：00 散度場分布顯示(圖5)，200 hPa在商洛東部明顯存在20×10-5/s的強輻散中心，安康、漢中東部也處于(10×10-5～15×10-5)/s的輻散區內，850～500 hPa均為輻合區，700 hPa出現中心值為-14×10-5/s的輻合中心，可見這種高層輻散、低層輻合的強降水有利形勢是由于高低空天氣系統相互配合造成的[6]。

圖5 2015年5月7日20：00 200 hPa(a)和700 hPa(b)散度場分布(單位：10-5 /s)Fig.5 200 hPa(a)and 700 hPa(b)divergence at 20:00 on May 7th in 2015

3.2 低層中尺度系統觸發不穩定能量釋放 過程發生前12 h(7日08:00),700 hPa切變線還在關中西部到陜北南部一帶，地面陜南處于鞍型場中，切變線前偏南暖濕氣流和地面微風、溫度高等條件相互配合，有利于前期不穩定能量積累[7]；該時刻安康站低層925 hPa以下存在逆溫層，低層濕度大，同時近地面吹風速為2～3 m/s的偏東風，地面溫度為18 ℃，也是具備良好的強對流天氣發生發展條件。7日20：00，由于白天地面晴空輻射增溫，大氣層結更加不穩定，安康站T-logP圖(圖6)已出現一個從700 hPa伸展至200 hPa的細長CAPE大值區(1 392 J/kg)，K指數由23 ℃猛升至40 ℃，SI指數為-3.01 ℃，700 hPa切變線受高空引導氣流有所南壓，切變線北側的漢中站由08:00 14 m/s偏南風轉為20:00 16 m/s西北風，溫度由7 ℃降至3 ℃，此時切變線附近溫差達4 ℃，產生了強烈的冷暖氣流交匯。從圖7可以看出，從重慶到陜南有明顯的高能舌，其前部觸發不穩定能量生成的對流云團十分旺盛。

圖6 2015年5月7日20：00安康站T-logP圖Fig.6 T-logP in Ankang Station at 20:00 on May 7th in 2015

圖7 2015年5月7日20：00假相當位溫(黑線)和衛星云圖Fig.7 The pseudo equivalent temperature (black line) and satellite images at 20:00 on May 7th in 2015

圖8 2015年5月7日08：00(a)和20：00(b)700 hPa相對濕度分布Fig.8 700 hPa relative humidity at 08:00(a) and 20:00(b) on May 7th in 2015

3.3 中低層深厚濕空氣區迅速轉化為降水落下 對比7日08：00、20：00，8日08：00 3個時次陜南低層的相對濕度分布(圖8)發現，在7日08：00和8日08：00陜南中東部地區相對濕度普遍在20%～40%，空氣相對不利于產生降水， 7日20：00對應區域相對濕度猛增至90%～100%，空氣達到飽和狀態，進而產生短時強降水，其水汽變化特征究其原因在于7日08：00溫度較高，溫度露點差大，空氣處于不飽和狀態，8日08：00由于前期降水(同時水汽輸送減弱)造成空氣中水汽含量降低，相對濕度下降；而由上面分析可知，7日20：00由于溫度降低和西南暖濕氣流輸送，落區上空溫度露點差減小，十分有利于水汽凝結，而這種凝結過程在強有力的上升運動配合下，迅速增大并產生強降水。

4 短時強降水預報指標分析

根據陜西省預報人員多年對短時強降水的分析，已總結出一套行之有效的短時強降水預報指標[8-9]，根據指標分析7日短時強降水發生的天氣形勢可以得出此次過程屬于低槽型，其特點為副高偏弱、位置偏南，高原上也有低槽東移，引導700 hPa切變線和地面冷空氣東移，給陜西帶來短時強降水天氣。

預報指標圖的高低空形勢場(圖9a)顯示，當冷渦系統位于貝加爾湖附近或西側，對于陜南強降水最有利的形勢為陜南位于500 hPa冷渦底部的低槽東側和地面冷鋒前側，即地面冷鋒過境可觸發西南暖濕氣流輸送的不穩定能量乃至產生對流天氣。而對比此次過程發生前的7日08：00高低空形勢場(圖9b)可以看出，無論是500 hPa還是地面形勢場均與預報指標圖基本一致，即當預報人員在實際業務預報中，在7日08：00實況分析場上出現類似預報指標圖的高低空形勢，那么就需要考慮未來12～24 h陜南地區發生短時暴雨的可能性。說明經過檢驗的本地預報指標對于典型的強降水過程有相當大的可靠性，能夠作為對客觀模式預報產品的主觀分析補充。

注 ：a1、b1為500 hPa形勢場；a2、b2為地面形勢場。Note:a1,b1.500 hPa situation; a2,b2.Ground situation.圖9 預報指標(a)和2015年5月7日08：00實況(b)形勢場對比Fig.9 Situation comparison of forecast index(a) and live situation at 08:00 on May 7th in 2015(b)

5 雷達回波分析

分析7日19：00—23：00雷達回波發現，過程降水回波區主要移動方向與衛星云圖上對流云團移動方向一致，自西北向東南方向移動，移動過程中強回波區逐漸形成帶狀回波，所經過區域出現雷暴大風等災害天氣；同時強降水回波帶(≥55 dBZ)在向東南平移的過程中，其自身也有從西南向東北方向的傳播移動，其產生的“列車效應”給洋縣、旬陽、平利等站帶來短時強降水。

7日19：06(圖10a)，強降水回波呈帶狀移至漢中站東南部，帶狀回波東北端有中心超過65 dBZ的對流單體經過洋縣，且其東北端不斷生成新的對流單體(黑箭頭)，造成洋縣1 h降水超過30 mm，達到短時暴雨級別；20：03(圖10b1),大片降水回波影響安康地區，之前漢中站帶狀強回波移至漢陰—鎮巴附近，而在安康站東北方向旬陽站也激發了新的對流單體(≥65 dBZ，黑箭頭)，旬陽站附近降水開始增強，到西南方向帶狀回波東移與該對流單體合并，增加和維持了單體回波大小，也增大了降水的強度。另外，20：03在安康站南邊平利附近開始有弱對流帶形成(圖10b1白箭頭)，該帶狀回波在20:34受后部西北方向對流前側上升氣流激發，迅速從30 dBZ增長為55 dBZ的回波帶(圖10b2白箭頭)，到21:16其東北部增長為中心大小≥65 dBZ的強對流回波單體(圖10b3白箭頭)，造成平利出現短時強降水。

6 結論

(1)此次強降水過程發生在東亞一槽一脊的天氣背景下，高空急流配合低層中尺度切變線形成高層輻散、低層輻合形勢，是造成短時強降水過程強烈上升運動的主要因素。700和850 hPa切變線疊加，地面存在冷鋒和輻合線，比較有利于強對流天氣發生。

(2)低層前期存在大氣層結不穩定，后期有高能舌向北入侵，配合地面冷鋒強迫抬升共同觸發不穩定能量釋放產生強降水。

(3)過程中水汽飽和程度迅速增大，在強烈垂直運動作用下強迫抬升凝結產生強降水，其中水汽主要來自落區上空空氣中本身。

(4)對比短時強降水要素指標，此次過程低空西南暖濕氣流更加強盛，切變線為暖式，主要為冷鋒觸發不穩定產生對流，地面倒槽作用不大。

(5)7日19：00—23：00雷達回波顯示，強回波區逐漸形成帶狀回波，所經過區域出現雷暴大風等災害天氣；同時強降水回波帶(≥55 dBZ)在向東南平移的過程中，其自身也有從西南向東北方向的傳播移動，造成洋縣、旬陽、平利等站出現短時強降水。

注:a.19:06; b1.20:03; b2.20:34; b3.21:16。Note:a.19:06; b1.20:03; b2.20:34; b3.21:16.圖10 2015年5月7日漢中站(a)和安康站(b)雷達組合反射率Fig.10 Radar reflectivity of Hanzhong Station(a) and Ankang Station(b) on May 7th in 2015

[1] 杜繼穩,李明娟,張弘,等.青藏高原東北側突發性暴雨地面能量場特征分析[J].高原氣象,2004,23(4):453-457.

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[3] 畢寶貴,劉月巍,李澤椿.地表熱通量對陜南強降水的影響[J].地理研究,2005,24(5):681-691.

[4] 謝東,于莉莉,陳韶華,等.一次典型的區域性降水天氣過程分析[J].現代農業科技,2011(9):309-310.

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[6] 潘留杰,張宏芳,王楠,等.陜西一次強對流天氣過程的中尺度及雷達觀測分析[J].高原氣象,2013,32(1):278-289.

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[8] 楊文峰,郭大梅.陜西省強降水日數變化特征 [J].干旱區研究,2011,28(5):866-870.

[9] 杜繼穩，侯明全，梁生俊，等.陜西省短期天氣預報技術手冊[M].北京：氣象出版社,2007.

The Causes Analysis of a Regional Short-time Heavy Rainfall in Southern Shaanxi

YUE Jing1,HU Qi-yuan2

(1.Huxian Meteorological Bureau,Huxian,Shaanxi 710300; 2.Shaanxi Meteorological Observatory,Xi’an,Shaanxi 710015)

Using live precipitation data,MICAPS observation data,satellite infrared data and new generation Doppler weather radar products,a regional short-time heavy rainfall process in southern Shaanxi on May 7th in 2015 was analyzed from aspects of circulation situation,impact system,radar echo,the occurrence mechanism and forecast index of the heavy rainfall process was discussed.The results showed that the heavy rainfall process occurred in the weather background of east Asia "one trough and one ridge",and the joint of shear line between 700 hPa and 850 hPa,the ground had cold front and the convergence line,the low-level southwest strong warm air provided sufficient water vapor for the heavy rainfall process,meanwhile the upper level jet stream and low level mesoscale shear line formed the situation of upper level divergence and low level convergence,which provided sufficient energy and power for the short time heavy rainfall process.The saturation degree of water vapor increased rapidly in the process,and the heavy rainfall caused by forced uplifting and condensation under strong vertical motion,in which the water vapor mainly came from the air over the area.The radar echo showed strong echo region gradually formed the band echo,the area had thunderstorms,strong winds and other disasters where it gone through; meanwhile,it also had its own movement from the southwest to the northeast in the process of translation to the southeast of the strong precipitation echo band (≥55 dBZ),which resulted in short-time heavy rainfall in the stations of Yang County,Xunyang County,and Pingli County .

Short-time heavy precipitation; Regional; Circulation situation; Impact system; Radar echo; Forecast index

樂靜(1982- )，女，陜西戶縣人，工程師，從事氣象預報、氣象防災減災、氣象業務管理等工作。

2016-07-15

S 161.6

A

0517-6611(2016)29-0199-05