山西北部一次區域性大暴雨成因分析

金磊 姚凈 楊東

摘 要：應用常規氣象觀測資料、NCEP1°×1°再分析資料和衛星云圖高分辨率相當黑體亮溫（TBB）資料，對2012年7月20～21日山西北部大暴雨過程的成因進行了分析。結果表明：此次區域性大暴雨過程發生在阻塞高壓穩定維持以及副高進退的環流背景下；200hPa高空輻散場的長時間維持促使了上升運動的加強，有利于強降水的持續；700hPa低渦切變線是大暴雨產生的主要影響系統；低空西南急流的建立和維持為大暴雨的產生提供了源源不斷的水汽和能量條件；降水前期不穩定能量的聚集為大暴雨的產生積累了能量，有利于大暴雨區的對流不穩定發展；副高邊緣β中尺度對流云團的不斷生成、發展與合并，導致強降水的產生，大暴雨出現在對流云團的東南側。

關鍵詞：區域性大暴雨 影響系統 成因分析

中圖分類號：P458.3 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）09（a）-0091-02

山西地形起伏異常顯著。特殊的地形與不同尺度天氣系統相互作用，使得山西降水具有突發性強、時空分布極不均勻的特點。2012年7月20～21日，山西北部出現了區域大暴雨天氣過程，造成了較大的人民財產損失和人員傷亡。本文利用NCEP1°×1°再分析資料和衛星云圖高分辨率相當黑體亮溫（TBB）資料，試圖對大暴雨過程前后環流背景、要素和形勢配置進行分析，并對一些物理量進行診斷，以揭示山西大暴雨形成的原因。

1 降水概況

2012年7月20日20時～21日20時（北京時，下同），受副熱帶高壓進退影響，山西省北部出現區域性暴雨和大暴雨天氣，24h降水量介于0.1～268.1mm之間。其中，20個縣市、159個鄉鎮出現了暴雨，5個縣市、33個鄉鎮降水量在100mm以上。大暴雨主要出現在21日00時～20時，小時最大雨強為64.5mm/h（懷仁河頭站），持續17～20h。

2 大尺度環流背景

2.1 500hPa環流形勢

18日08時500hPa上，55°～65°N、65°～75°E有阻塞高壓開始生成，到20日08時，阻塞高壓穩定維持。冷空氣的不斷補充，位于50°～60°N、95°～115°E的切斷低壓不斷加強。18～20日阻塞高壓和切斷低壓穩定維持。20日20時貝爾加湖附近冷渦攜帶較強冷空氣南下，21日08時形成西風槽東移南下，到達蒙古國—河套一帶。19～20日副熱帶高壓不斷西伸北抬，20日20時5880gpm特征線西脊點伸至107°E附近。控制山西省主要為5840gpm特征線。21日02時，副高迅速東退，5840gpm特征線也南退至臨汾—陽泉一線，冷暖空氣在此交匯，為大暴雨發生提供了有利的水汽和能量條件。

2.2 200hPa高空輻散場

20日20時200hPa上山西省北部處于高空急流入口區右側，并且輻散場開始加強，21日02時山西省北部出現超過8×10-5s-1的散度中心，08時散度中心繼續加強，超過了14×10-5s-1。降水期間，山西省北部上空超過6×10-5s-1的輻散場持續維持了12h左右，之后移出山西省，造成21日02時至14時山西北部12h降水量超過100mm。

3 影響系統分析

21日02時低渦東移北上至38°～40°N，106°～108°E區間內，同時南風氣流開始加強，08時低渦緩慢東移至37°～40°N，107°～109°E區間內，低渦切變線位于山西省北部，切變線南側的西南風加強，達到16m/s，急流軸的出口指向山西省北部，風速的輻合正好位于此；14時低渦移至山西省北部附近，水汽輸送帶持續維持，西南低空急流加強，造成了山西省北部的區域大暴雨天氣。

4 物理量診斷分析

4.1 不穩定條件分析

20日20時河套—山西北部地區已經處于抬升指數負值區，中心強度達到-4，至21日14時之前，山西北部都維持抬升指數負值區，抬升指數大值區強度有所減弱，20時之后轉變為正值區，大氣層結趨于穩定。

大暴雨開始前12h，20日20時850hPa假相當位溫圖上，≥348K的高能舌伸向河套北部，山西省西北部位于≥348K的高能區內，θse的密集帶呈東北—西南向位于內蒙古境內。21日08時，高能舌繼續維持，山西省西北部的中心強度達到352K，θse密集帶南壓，到達河套地區，這一地區也是冷暖空氣的交匯區，大暴雨出現在θse密集帶偏高能高濕區一側，有利于大暴雨區的對流不穩定發展。

4.2 水汽條件分析

此次大暴雨過程，20日水汽通道開始建立，21日西南低空急流將水汽源源不斷地輸送到山西省北部，21日08時山西省北部850hPa的比濕達到14g/kg，整層空氣接近于飽和。

20日20時700hPa上河套西南部開始有水汽通量的大值區出現，中心強度達到16g/s·hPa·cm，對應850hPa上也有15g/s·hPa·cm的極值區出現。21日08時水汽通量大值區東移至山西省境內，與西南低空急流相配合，說明有大量的水汽向山西上空輸送。21日02時700hPa上，河套-山西北部維持一水汽通量散度的負值區，負值中心位于山西北部，至14時水汽通量散度負值區穩定維持，為大暴雨的發生提供了有利的水汽條件。

4.3 動力條件分析

21日08時大暴雨區上空400hPa以下為正渦度區，正渦度中心位于600～700hPa之間，中心強度達到12×10-5s-1，400hPa以上為負渦度區，中心強度達到-10×10-5s-1，表明正渦度垂直層次較深厚，低層輻合高層輻散，有利于大暴雨的產生。08時800hPa以上為垂直速度的上升區，垂直速度中心位于300～400hPa之間，中心強度達到-2.5×10-2hPa·s-1，對應河曲站在05～10h出現了較強的降水。

5 衛星云圖相當黑體亮溫（TBB）特征分析

21日00時，副高邊緣TBB≤-53℃的冷云蓋位于河套北部，隨著高空槽帶來的冷空氣到達山西北部，副高邊緣的降水云團隨之東移。02時沿副高邊緣在降水云團母體后部激發出5個β中尺度對流云團。06：00～07：00河曲站1h降水量達到20.8mm，到9時MCS迅速減弱并消散，04：00～10：00河曲站6h降水量超過了80mm。11時β中尺度對流云團中心強度TBB值達到-63℃，在其東移的過程中造成了山西東北部的暴雨天氣。20時之后，對流云團移出山西省，山西北部降水減弱并趨于結束。

6 結語

阻塞高壓維持及副熱帶高壓的進退為大暴雨的產生提供了有利的大尺度環境背景條件；200hPa高空強氣流流出使山西北部上空輻散增強，有利于上升運動的加強，高空輻散場的長時間維持，有利于降水的持續性；低渦切變線是大暴雨產生的主要影響系統；西南低空急流和水汽通道的維持提供了充沛的水汽條件，有利于大暴雨的產生；低層輻合和高層輻散，以及強烈的上升運動是大暴雨發生的動力條件；降水前期不穩定能量的聚集為大暴雨的產生積累了充分的能量，有利于大暴雨區的對流不穩定發展；沿副高邊緣不斷有β中尺度對流云團生成、發展與合并，強降水出現在對流云團的發展與合并過程中，大暴雨出現在對流云團的東南側。

參考文獻

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