青藏高原的一次冷鋒降水分析

旦增冉珍 索朗卓嘎 余燕群 格桑次旺

摘 要：本文利用降水分布圖，天氣形勢圖，結合衛星云圖和氣象資料，對青藏高原一次由冷鋒引起的一次降水過程進行分析研究，結果表明：冷鋒可以到達高原，并引起較大的降水。地面有冷鋒，而高層表現為一南亞高壓;衛星云圖上有一片與冷鋒相聯的云區，卷云特征明顯，冷鋒入侵時，后界向南凹，并有對流性云系發生，給高原帶來離散分布的降水;高原降水是在各種有利物理條件下形成的，低層輻合、高層輻散、大氣不穩定等。

關鍵詞：青藏高原;冷鋒;降水

中圖分類號：S162

文獻標識碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20190815060

引言

冷鋒對我國而言是最主要的天氣系統之一，它幾乎在全國范圍內活動。在冷鋒天氣過程中，常常伴有大范圍的陰雨天氣，或者寒潮、冰雹、沙塵暴、大風和暴雨等災害性天氣。冷鋒在我國一年四季比較常見，青藏高原的地形以及氣候具有獨特性，冷鋒降水也在青藏高原常見。國內外很多學者對冷鋒降水的過程以及物理機制等方面做了許多研究，也得到了一些有意義的結論。Kesslerand Wexler通過觀測指出，在大片冷鋒云系中，有一強度極大的條狀回波帶，在該回波帶處能產生比周圍更強的降水[1]。Herzegh指出，鋒面云系的暖區雨帶降水的重要機制是“播撒—供水”機制，即高空形成一定數量但質量不大的降水胚胎下落“播種”到低層增長條件較好的“供水”云區，在那里降水粒子長大但數濃度基本未增加[2]。樓小鳳等利用非靜力平衡二維中β-γ 尺度模式，對歐洲一次冷鋒過程進行模擬，結果表明，采用5km的水平格距能夠模擬出鋒面上多個中β[3]。

青藏高原是世界平均海拔最高的高原。平均海拔高度在4000m以上，由于青藏高原環境獨特，天氣現象惡劣，加上地形復雜，在我國形成了一個獨特的氣候區域。青藏高原的天氣狀況、環流條件與我國大部分地區不同，所以降水特征較為顯著。

對于冷鋒降水過程的數值模擬方面而言，許多學者曾經應用CAMS、MM5、WRF等中尺度模式來討論研究冷鋒的降水特征。鋒面云系具有較高的增雨潛力。目前冷鋒天氣系統主要研究是針對中高緯度冷鋒的雨帶結構、降水特征、演變過程的。為進一步認識青藏高原冷鋒降水的物理機制，本文利用降水分布圖，天氣形勢圖，衛星云圖分析了青藏高原冷鋒降水，探討了天氣的演變過程、鋒面的生消過程以及云系的演變過程。對了解青藏高原氣候特征具有非常重要的意義。

1 降水過程概況

2015年7月11日21：00—12：02（世界時），青藏高原受冷鋒影響，出現大范圍小到中雨天氣。其中11日21：00—22：00，雨帶主要位于新疆北部至青藏高原南部區域。11日23：00—00：00，雨帶從西北方向移到青藏高原西南區域。青藏高原逐漸產生降水。12日01：00—02：00，青藏高原全境均有降雨過程，新疆北部區域也伴隨降水過程。新疆北部至青藏高原中部為降水中心。

1.1 24h降水分布

圖1是2015年7月11日08：00至7月12日06：00的全國降水量實況圖，從圖中可以看到全國大部分的降水處于青藏高原，青藏高原大部分地區降水量為0～10mm，青藏高原西部和東部少部分地區降水量為10～25mm。

1.2 1h降水分布分析

圖2a是2015年7月11日21：00，1h地面降水，圖中新疆烏魯木齊東部降水較強，烏魯木齊南部、青海西寧西部以及西藏以南區域降水程度較小;圖2b是2015年7月11日22：00，1h地面降水分布圖，圖中新疆烏魯木齊東部降水略有減少并呈現向青藏高原移動的過程，青藏高原全境有較小的降水;圖2c是2015年7月11日23：00，1h地面降水分布圖，圖中烏魯木齊東部降水明顯減少，降水移至青藏高原，青藏高原有明顯的降水，尤其是青藏高原西部降水較強;

圖2d是2015年7月12日00：00，1h地面降水分布圖，圖中青藏高原的降水持續且西部降水以及青藏高原東部地區降水加強;圖2e是2015年7月12日01：00，1h地面降水分布圖，此圖可以看出青藏高原全境仍在降雨但降雨有所緩解;圖2f是2015年7月12日02：00，1h地面降水分布圖，圖中由新疆烏魯木齊移過來的降水仍在持續，烏魯木齊東部降水加強，青藏高原區域的降水仍然持續，且西部地區有所加強。

2 高原上冷鋒降水的天氣形勢分析

2.1 地面圖分析

圖3a是2015年7月10日18：00的地面天氣圖，從地面天氣形勢可以看出，新疆地區有一低壓，中心氣壓在995hpa以下，東北地區西部有一低壓，蒙古地區有一高壓維持和從西太平洋經華南向西伸到青藏高原南部，為一高壓脊區，在青藏高原的西南側有一低壓維持。

圖3b是2015年7月10日21：00的地面天氣圖，圖上華南地區的高壓消失，新疆地區有一低壓略有東伸，蒙古地區的高壓向南邊移動，其它變化不大。

圖3c是2015年7月12日00：00的地面天氣圖，圖中新疆地區北部有一冷高壓向東南延伸至青藏高原北部附近，高壓前方有一冷鋒，蒙古地區存在一個低氣旋，西南地區有一低壓向北縮進，華南地區出現一個高壓。

圖3d是2015年7月12日03：00的地面天氣 圖，圖中冷鋒繼續東移并消失，秦嶺以南地區維持一個高壓，在我國東北地區有一個高壓存在。

圖3e是2015年7月12日06：00的地面天氣圖，圖中新疆北部的冷高壓逐漸減小冷鋒繼續向東部移動，暖鋒轉變為南北走向，冷鋒尾部的前端有一低壓維持，低壓的東側，我國的東南沿海地區維持一個高壓，我國東北地區高壓維持，華北有一低壓。

圖3f是2015年7月12日09：00的地面天氣圖，圖中有冷低壓發展并東移，鋒面消失，在青藏高原和新疆接壤處有一低壓，華北的低壓消失，我國東部的地面氣壓場自北向南均呈高壓分布，云貴高原有一低壓。

3 高空天氣形勢分析

3.1 100hpa形勢分析

圖4是2015年7月12日100hpa的高空圖，圖中從東部到青藏高原以西地區為一南亞高壓控制，西藏處在南亞高壓的中部，高原上空是反氣旋環流所控制。

3.2 200hpa形勢分析

圖5是2015年7月12日200hpa的高空圖，從圖中可以看出處在西藏上空的南亞高壓逐漸減小，北部出現槽，東部出現一個小的高壓，反氣旋仍然存在于上空。在我國黃海出現一個臺風。

3.3 500hpa形勢分析

圖6是2015年7月12日500hpa的高空圖，圖中槽仍處于青藏高原北部，青藏高原上的高壓強度不斷減弱，青藏高原的西南側有一低壓，四川盆地出現一個暖中心，東部沿海地區有一個深厚的槽生成，臺灣北部有一暖中心，在河套-內蒙地區有一高壓暖脊。

3.4 700hpa形勢分析

圖7是2015年7月12日700hpa高空圖，圖中暖高壓中心位于青藏高原西部，槽線向東移動，高壓范圍逐漸擴大。臺風范圍和強度加強，出現暖心結構，華南地區有一冷中心。

4 衛星云圖分析

圖8是2015年7月11—12日的風云2號衛星的紅外云圖。圖8a是2015年7月11日08：00云圖，圖中在高原上有一與高空槽相聯的冷鋒云系，云帶呈現氣旋性彎曲，表明冷空氣向東南推進，云帶主要由高云為主，表現為色調白亮的卷云，纖維狀特征明顯，南部卷云反氣旋彎曲十分明顯，說明高空有輻散，另外高原中部有對流云性積雨云出現，云帶前方為一片無云區。

圖8b是2015年7月12日11：00云圖，圖中云帶仍呈現氣旋性彎曲，前方仍為一片無云區，冷鋒開始逐漸形成，有大量的灰色調的云形成，為冷鋒云系的生成和發展提供充足的水汽，冷鋒云系一直向東南方向移動，籠罩著整個青藏高原。

圖8c是2015年7月12日14：00的紅外云圖，從圖中可以看到，北面的冷鋒云系繼續東移，云帶上卷云的反氣彎曲更加明顯，高原中部有若干小的顆粒狀白色對流單體生成，小單體西北一側為灰色的云系，表示有冷平流入侵，該處位于冷鋒云系的尾部。另外華北一帶由于太陽加熱地表，溫度升高，色調變暗。

圖8d是2015年7月12日17：00的紅外衛星云圖，這時冷鋒云系的前方云已移到華北，其后部的冷空氣進一步入侵，灰色區域略有擴大，青藏高原中南部的小對流單體增多發展擴大，色調變白，并向東擴展。

圖8e是2015年7月12日20：00的紅外衛星云圖，圖中冷空氣入侵高原大部地區，灰色區向東擴展，而卷云有所減小，對流云范圍更加擴大，并向東擴展。

圖8f是2015年7月12日23：00的紅外衛星圖，圖中冷空氣繼續向東擴展。云系整體的色調較白的云。

5 青藏高原冷鋒降水的物理量特征

這次冷鋒形成的高原降水，是由于多種物理因素共同作用形成的，下面作初步探索。

5.1 高原低空流線分析

圖 9 是2015年7月12日850hpa流線分布圖，圖9a中可以看到，在高原上盛行偏北氣流，流線稀疏，表示風速較小，印度半島為一致的西南氣流;圖9b中可以看到，在高原上仍然盛行偏北氣流，流線稀、變得稠密一些，表示冷空氣加大，并且在高原南部西藏地區與由來自印度半島的西南氣流形成一輻合。

5.2 高原850hpa水汽混合比分析

圖10 是2015年7月12日850hpa水汽混合比分布圖，圖中深綠色圖區表示水汽混合比大，而淺色區表示混合比較小。從圖10 a中可以看到高原南部西藏地區水汽混合比很大，并與溫度高值區相一致，及風的輻合相聯，在高原北部地區到新疆區水汽混合比很小，這與這次降水的分布很一致。圖10b中可以看到，基本與圖 a相似，差別表現為濕區南壓之勢，北部分部區范圍擴大，這與冷空氣向南入侵有關。

5.3 高原700hpa溫度露點差分析

圖11 是2015年7月12日700hpa溫度露點差分布圖，圖11 a中可以看到，在高原的中部到南部地區溫度露點差較小，說明空氣中的濕度較大，另有一條南北向的溫度露點差小值區，這與云圖上冷鋒相聯的云系相吻合。圖11b中可以看到，溫度露點差加大，表示冷空氣入侵高原后，高原變得干燥，濕度大的只在高原東側的一小塊區域。

5.4 高原850hpa水汽通量分析

圖12 是2015年7月12日850hpa水汽通量分布圖，在圖上箭頭長與短表示水汽通量的大小，箭頭的方向表示水汽輸送的方向，圖12 a中可以看到，在高原的水汽能量很小，大部分地區箭頭很短小，并且方向都要是指向南，印度半島地區有較大的水汽通量;圖12 b中可以看到，來自北方的水汽通量范圍向東擴展，由于這水汽能量伴隨冷空氣南下，冷空氣本身水汽含量就很小，因此水汽通量也很小。

5.5 高原低層輻合分析

圖13 是2015年7月12日850hpa輻合分布圖，圖中深色區是輻合強的地區，圖 13a中可以看到，在高原中部到南部淺綠色的東西向帶狀內出現不連續的較深綠色低層強輻合區，南北寬度在2～3 個緯距左右;圖13b中可以看到，輻合區范圍有所擴大，布滿整個青藏高原地區。

5.6 高原700hpa垂直運動分析

圖14 是2015年7月12日700hpa垂直運動分布圖，圖 14a中可以看到，在高原上升運動很小，大部分地區為下沉運動區，但在圖14b中可以看到，高原南部溫度線密集區有一東西向的較強的上升運動區，高原北部也出現較強的上升運動區。

5.7 高原500hpa渦度分析

圖15 是2015年7月12日500hpa渦度分布圖，圖15 a中可以看到，在高原中部有一深黃色的正渦度區，其兩側為負渦度區，由于偏北氣流，高原南部是一彼正渦度平流區。另在新疆東北到蒙古一帶有與渦旋云系相關的正渦度區，高原東北也有一片正渦度區;圖 15b中可以看到，新疆東北到蒙古一帶有與渦旋云系相關的正渦度區東移，高原中部的正渦度區也有東移的趨勢，在正渦度前方是一彼負渦度區，這樣由于氣流的作用，出現一片正渦度平流區。

5.8 高原200hpa散度分析

圖16 是2015年7月12日200hpa散度分布圖，圖16 a中可以看到，在高原上空有一片輻散區，且出現一個強的輻散區，與強降水區相對應，另外在華北有一片強輻散區，與高原的輻散區連接成一片;圖16b中可以看到，青藏高原上的輻散分成2片，中間部分有所減弱，最強的是西邊一塊，東面的向東南方向移動。

5.9 高原K指數分析

圖17是2015年7月12日K指數分布圖，圖17a中可以看到，在高原中部、南部到東部廣大地區的K指數值較大，存有一片不穩定區，最大的不穩定區處在南部，中心最大值達54，新疆地區是穩定區;圖17b中可以看到，不穩定區縮小，并分裂成兩片，東邊的不穩定區較大，西邊小。高原北側為穩定區，范圍擴大。

5.10 高原抬升指數分析

圖18是2015年7月12日抬升指數分布圖，圖18a中可以看到，在整個高原抬升指數為負值，最小的為-13，新疆地區為正的抬升指數，這表明高原上空不穩定。圖18b中可以看到，抬升指數的負值有所減小。南部區域出現大值中心，最小的負指數移到高原東側地區。

5.11 高原沙氏指數分析

圖19 是2015年7月12日沙氏指數分布圖，圖19a中可以看到，在高原上沙氏指數都是負值，負值最小達-10， 新疆地區都為正值，說明高原地區很不穩定，這有利于對流的發生和發展。圖19b中可以看到，沙氏指數負值區有所減小，不穩定區有所縮小。

6 結論

通過對2015年7 月12日高原地區一次冷鋒降水過程的綜合分析，可以得出：

冷鋒可以到達高原，并引起較大的降水。地面有冷鋒，而高層表現為一南亞高壓;

衛星云圖上有一片與冷鋒相聯的云區，卷云特征明顯，冷鋒入侵時，后界向南凹，并有對流性云系發生，給高原帶來離散分布的降水;

高原降水是在各種有利物理條件下形成的，低層輻合，高層輻散，大氣不穩定等。

[LL]參考文獻

[1]榮昕， 楊軍， 陳婷，等. 臺海地區一次冬季冷鋒降水過程的數值模擬[J]. 大氣科學學報， 2015， 38（4）：518-530.

[2]王柏忠，廖菲， 胡婭敏. 區域冷鋒降水微物理機制研究[J].氣象科技，2006，34（1）：35-40.

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[4]孫晶，樓小鳳，史月琴. 不同微物理方案對一次梅雨鋒暴雨過程模擬的影響[J].氣象學報，2011，69（5）：799-809.

作者簡介：

旦增冉珍（1992-），女，本科。研究方向：大氣科學。