2018-07-11忻州暴雨天氣過程分析

張占良，徐衛麗，劉愛東，賈素貞，李紅梅

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2018-07-11忻州暴雨天氣過程分析

張占良1，徐衛麗2，劉愛東3，賈素貞4，李紅梅5

（1.山西省河曲縣氣象局，山西 忻州 036599；2.山西省朔州市氣象局，山西 朔州 036002；3.山西省繁峙縣氣象局， 山西 忻州 034300；4.山西省太原市氣象局，山西 太原 030082；5.山西省長治市氣象局，山西 長治 046000）

利用忻州市各級自動站觀測資料、micaps4.0.7實況分析資料、T639模式實況分析資料、雷達資料等應用天氣學原理和物理量診斷方法對2018-07-11忻州市暴雨過程、特征進行了分析，結果表明忻州此次暴雨過程主要是由蒙古冷渦底部分裂的冷空氣和副高外圍曖濕空氣交匯形成。2018-07-10T20：00，在系統移動過程中700 hPa存在偏南風大風速帶，風速輻合區在忻州西部，造成該區域夜間出現暴雨，到2018-07-11T8：00加強為低空激流，急流頭位于忻州東部，是該區域白天出現暴雨的主要原因。受北上臺風“瑪莉亞”的影響，副高穩定少動，降水時間較長，也是形成暴雨的重要因素。從物理量場分析，探空資料表明此次降水過程氣層較穩定，曖云厚度高，云層降水效率高；空氣比濕場分析表明，降水前后水汽上游和落區忻州中低空比濕9～16 g/kg-1，滿足降暴雨的水汽條件；垂直速度場分析表明降水前后水汽上游和落區忻州500 hPa和700 hPa上垂直速度﹣2.0～﹣0.3 hPa/s，滿足形成暴雨的動力條件。雷達組合反射率因子分析表明，此次暴雨主要由30～35 dBz的層狀回波云層多波次移過測站引起，具有強度不大、持續時間長的特點。

暴雨；短波槽；副熱帶高壓外圍；切變線

1 引言

暴雨一般是指08：00至次日08：00或20：00至次日20：00，100 mm＞降水量≥50 mm的降水天氣過程[1]，降水量超過100 mm時又可分為大暴雨和特大暴雨。山西暴雨天氣具有強度大、時間集中的特點，多出現在7、8月份。尤其2018年忻州市降雨量陡增，多數縣市7月份比歷年平均降水量偏多30%左右，各地多次出現分散性暴雨。忻州橫跨山西的中北部東西，地形復雜，出現暴雨時，對農業生產提供了豐富的水資源，但同時也是重大氣象災害之一，有可能造成洪澇、城市內澇、地質災害等險情。2018-07-11山西省發生了大范圍降水天氣過程，暴雨帶主要分布在忻州的東部和西部及臨近的呂梁西北部，太原、晉中的東北部一帶。本文通過忻州市各級自動站觀測資料、micaps4.0.7實況分析資料、T639模式實況分析資料、雷達資料等應用天氣學原理和物理量診斷方法對這次忻州暴雨發生過程、特征進行了分析總結，以逐步提高臺站暴雨天氣的預報水平，做好汛期氣象服務工作。

2 天氣實況

由圖1可看出，2018-07-11，忻州市出現了全省最強的暴雨帶，2018-07-10T20：00降水從西部的保德開始，至2018-07-11T20：00，主要降水云系移出東部的五臺和繁峙，暴雨結束。全市183個自動觀測雨量站有77個鄉鎮降水量超過50.0 mm，達到暴雨級別，56個鄉鎮降水量超過25.0 mm，達到大雨級別，國家站最大降水量出現在保德，達80.4 mm，區域站降水量最大出現在河曲縣社梁鄉，達93.7 mm，最大小時降水量出現在2018-07-11T06：00偏關縣樓溝鄉，達21.1 mm。由于6月份全市降水量嚴重偏少，此次降水過程有效消除了旱情，除個別縣出現局部農田被淹沒和道路被毀壞的情況外，沒有造成大的災情，但全市防汛任務變大、地質災害險情陡增。

圖1 2018-07-11山西省降水量分布圖

3 環流形勢分析

3.1 2018-07-10天氣形勢

由圖2可看出，2018-07-10T20：00，山西北部位于200 hPa急流頭右側，是輻散區，有助于下層氣流上升。500 hPa上蒙古冷渦中心位于50°N，100°E附近，其底部裂出的短波槽位于寧夏一帶。副高5 880 gpm線北抬到35°N，山西位于5 880 gpm線外圍西南氣流區，曖濕氣流從東海輸送到山西。臺風“瑪莉亞”位于副高南側的臺灣海峽，受其阻擋，副高位置少動。700 hPa冷切變線位于寧夏以北，850 hPa冷切變位置稍落后于700 hPa冷切變線，整體屬于前傾槽，槽前盛行輻合上升氣流，忻州西部處于前傾槽較遠的前方。同時在700 hPa上可以看到從南海到山西全境有大的風速帶，水汽通道形成，到山西中部有風速輻合，產生上升氣流，另外水汽在忻州西部（風速帶頭部）堆積，上升，在前傾槽的東移過程中，逐步形成穩定性降水。地面冷鋒（圖略）位于中蒙邊境中段，華北位于其東南方位，冷鋒前暖區增溫，鋒面抬升氣流上升，有助于形成降水。

圖2 2018-07-10T20：00天氣形勢

3.2 2018-07-11天氣形勢

由圖3可看出，2018-07-11T08：00，500 hPa上蒙古冷渦中心位置少動，臺風“瑪莉亞”向西北繼續伸入大陸，受其阻擋，副高西脊位置向西少動，直到2018-07-12T08：00臺風越過西脊點，減弱為熱帶低壓后，副高才明顯東退，但北脊伸入渤海至日本海一帶，與蒙古冷渦形成對峙，受其影響短波槽西退至寧夏西部甘肅境內，700 hPa上陜北有冷切變線，850 hPa冷切變線位置少動，整體已轉變成后傾槽，在槽前繼續維持穩定的層狀云降水。在700 hPa風場上有西南-東北向的急流[3]存在，南海水汽繼續北上，急流頭在忻州東部，共同作用造成東部降雨增多，形成暴雨。地面圖（圖略）上，冷鋒位置少動，鋒前降雨帶繼續維持。由于高空槽后冷氣流的引導，西北地區的東部地面已處于高壓區，正在向山西方向移動。

2018-07-11T20：00，500 hPa蒙古冷渦消失，短波槽減弱，隨副高北抬，忻州雖然仍受西南氣流控制，但已減弱。700 hPa上影響山西的冷式切變線已到山西中部，位于山西中北部的忻州逐步被偏東風和西風所控制。地面圖（圖略）上忻州已被大陸高壓所控制，至此，造成忻州暴雨的天氣形勢已不復存在。

4 暴雨過程的物理量診斷分析

4.1 探空資料分析

利用太原探空站2018-07-10T20：00—2018-07-11T08：00的T-logP（如圖4所示）可以看出，指數分別是34.6 ℃、32.8 ℃，小于當地強對流天氣指標35 ℃，對流性較差；指數分別為1.47、2.77，都大于0 ℃，發生雷暴的可能性小；650 hPa以下濕度顯著增大，濕層較深厚；凝結高度分別為877.7 m、913.2 m，0 ℃層高度分別為5 055 m、5 068 m，當地拔海高度為1 036 m，可知暖云云層厚度大于4 km，厚的曖云層保證了云粒子在降水系統的下沉氣流中較少被蒸發，有利于提高降水效率[2]。

圖3 2018-07-11T08：00天氣形勢

圖4 2018-07-10T20：00和2018-07-11T08：00的T-logP

4.2 水汽條件

研究濕空氣的垂直運動時常用比濕表示空氣濕度。2018-07-10T20：00，700 hPa和850 hPa比濕如圖5所示，2018-07-11T08：00，700 hPa和850 hPa比濕如圖6所示。在此次忻州暴雨過程中，2018-07-10T20：00，700 hPa上陜西和甘肅南部到山西中北部，比濕為9～12 g/kg-1，大值區位于陜西和甘肅南部，忻州西部比濕為10～11 g/kg-1，東部比濕為9～10 g/kg-1；850 hPa上陜西和甘肅南部比濕為11～16 g/kg-1，忻州比濕為10～11 g/kg-1。2018-07-11T08：00，700 hPa上陜西和甘肅南部比濕為11～12 g/kg-1，忻州比濕為9～11 g/kg-1；850 hPa上陜西和甘肅南部比濕為11～15 g/kg-1，忻州比濕為11～13 g/kg-1。表明暴雨開始時和進行時在水汽的上游和落區忻州中低層水汽比濕基本都保持在10 g/kg-1[4]以上，并且水汽上游都較大，可見低層水汽充足，配合空氣上升運動，把低層的水汽輸送到中高層，有利于發生暴雨。

4.3 動力條件分析

空氣的垂直運動可以引起水汽、熱量、動量、渦度等垂直輸送，同時與大氣的絕熱變化和水平輻合輻散運動密切相關，可以引起濕度、溫度、渦度的變化，對天氣系統的發生和發展有很大作用。2018-07-11T08：00，500 hPa和700 hPa垂直速度如圖7所示。分析暴雨發生前后的各層空氣的垂直速度，可以看出2018-07-10T20：00忻州350 hPa～700 hPa（圖略）垂直速度基本為0 hPa/s，空氣發生垂直運動的可能性小，500 hPa和700 hPa（圖略）上升氣流中心都位于陜西中部和甘肅南部境內，中心值分別為﹣2.0 hPa/s、﹣0.8 hPa/s，隨著蒙古冷渦和短波槽的東移，上升氣流中心很快向山西的中北部移動；2018-07-11T08：00忻州整層大氣從低層到高層垂直速度已變為負值，500 hPa和700 hPa垂直速度分別在﹣0.8～﹣0.4 hPa/s和﹣0.6～﹣0.3 hPa/s之間，500 hPa上中心值位于忻州東北附近，700 hPa上中心值位于忻州中部。可見忻州暴雨開始前后中低空存在深厚的上升氣流變化，為暴雨提供了充足的動力條件。

5 多普勒雷達資料分析

從降水時間和強度看，2018-07-11發生的全省性大到暴雨主要屬于層狀云連續性降水。分析山西雷達拼圖資料的組合反射率因子連續演變情況，可以看到2018-07-10T20：00在忻州的西南部陜北與我省呂梁境內有大片的降水云系發展，如圖8（a）所示，形態為大片層狀云團，云系基本呈“一”字形整齊排列，西北至東南寬度約400 km，自西南向東北侵入山西，云系的東南部已到達晉中南部，中部云層已到達保德境內，最大強度為35 dBz。至2018-07-11T00：00，云系主體前部到達繁峙；05：30河曲保德偏關回波最強，如圖8（b）所示；07：24忻州定襄原平等地最強，如圖8（c）所示；09：06繁峙代縣五臺回波最強，如圖8（d）所示；11：06神池五寨岢嵐等地回波最強，如圖8（e）所示。忻州降水過程強度最大為40 dBz。從2018-07-10T20：00云系入境忻州到2018-07-11T18：00云系移出繁峙，不斷有強度為30～35 dBz的降水云層自西南向東北移過各個測站，強回波過測站后逐漸減弱，然后再有強回波云層過來，如此反復導致忻州各縣形成大到暴雨天氣。

圖5 2018-07-10T20：00，700 hPa和850 hPa比濕

圖6 2018-07-11T08：00，700 hPa和850 hPa比濕

圖7 2018-07-11T08：00，500 hPa和700 hPa垂直速度

圖8 2018-07-10—2018-07-11雷達組合反射率因子時空分布

6 結論

最后得出的結論為：①蒙古冷渦底部分裂的冷空氣和副高外圍曖濕空氣交匯，系統在移動過程中逐步由前傾槽轉為后傾槽，受700 hPa切變線、大風、激流等天氣系統的共同作用，主要表現為穩定的層狀云降水，持續時間較長，形成暴雨。受北上臺風“瑪莉亞”的影響，副高穩定少動，降水時間較長，也是形成暴雨的重要因素。②利用太原探空資料近似分析忻州上空大氣層結，從指數、沙氏指數可以看出本次暴雨天氣發生強對流雷暴天氣的概率小，云層較穩定，濕層較深厚，曖云厚度大，云層降水效率高。③水汽上游和降水落區中低層空氣比濕大于10 g/kg，水汽上游比濕較大，并且持續時間較長，不僅提供了充足的水汽而且延長了降水時間，有利于忻州東西部大范圍暴雨發生。④在降水開始時和降水過程中水汽上游和降水落區中高層垂直速度為負值，緊臨高值區，有利于水汽、熱量、動量、渦度等垂直向上輸送，為暴雨發生持續提供了水汽和能量。⑤雷達回波組合反射率因子表明此次暴雨回波強度最大為40 dBz，以35 dBz以下為主，降水云層主要為層狀云，30～35 dBz回波云層多波次移過測站，降水強度不是很大，但持續時間較長，多數測站降雨時間在12 h左右。

［1］郝壽昌，秦愛民，李馗峰.山西省天氣預報技術手冊［M］.北京：氣象出版社，2016.

［2］郝瑩，姚葉青，鄭嬡嬡，等.短時強降水的多尺度分析及鄰近預警［J］.氣象，2012，38（8）：900-908.

［3］苗愛梅，武捷，趙海英，等.低空急流與山西大暴雨的統計關系及流型配置［J］.高原氣象，2010（4）：123-130.

［4］任鵬娟，程海霞.山西晉城一次罕見的大暴雨過程分析［J］.山西氣象，2017，119（2）：2-3.

2095－6835（2018）21－0034－03

P458.121.1

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10.15913/j.cnki.kjycx.2018.21.034

張占良（1969—），男，高級工程師，研究方向為天氣監測與預報服務。

〔編輯：嚴麗琴〕