2017年7月26日榆林區域性大暴雨過程分析

徐娟娟，李萍云，曹慧萍

( 1.陜西省氣象臺，西安 710016；2. 陜西省氣象服務中心，西安 710016)

黃土高原位于干旱地區，降水稀少，地質條件脆弱。在夏季強降水的作用下，常常造成重大地質災害。一直以來，陜北地區的區域性暴雨或局地大暴雨都是預報員關心和研究的對象[1-3]。劉子臣[4-5]認為遠距離臺風、東北急流對陜北暴雨作用顯著；張弘[6]分析了黃土高原東部一次臺風與河套低渦共同影響產生的暴雨過程；杜繼穩[7]對黃土高原突發性暴雨地面能量場特征進行了總結，發現突發性暴雨發生時地面能量場存在中-α尺度Ω系統，其空間尺度為200～300 km；劉勇[8-9]對陜北大暴雨天氣進行了分析，除了充沛的水汽條件外，200 hPa高空急流和700 hPa低空急流耦合產生的次級環流為大暴雨提供了持續強勁的上升運動也是大暴雨主要原因。大量的研究給預報提供了理論基礎，但是仍然存在一些問題，如陜北地區大暴雨的強度、落區仍然是預報的難點。近年來，由于氣候變暖，陜北地區在夏季季風的影響下，水汽條件得到很大改善，常常造成局地或區域性強降水，給人們的財產和生命帶來很大威脅，因此需要深入研究。

1 降水實況

2017年7月25日08:00—26日08:00(圖略)，陜西榆林市發生區域性大暴雨過程，有88個監測站出現暴雨，35個監測站出現大暴雨，最大綏德縣四十里鋪鎮為247.3 mm，子洲縣日降水量突破榆林市日降水量的歷史極值，橫山、米脂日降水量突破本站歷史極值，綜合強度為1961年以來最強。強降水時段主要集中在25日晚，25日20:00—26日08:00(圖1)共有35個監測站降水量超過100 mm，83個監測站降水量超過50 mm。無定河支流大理河青陽岔站出現歷史實測最大洪水；綏德站洪峰流量列1960年有實測資料以來第1位。暴雨洪澇災害造成42.43萬人受災，因災死亡12人，失蹤1人，緊急轉移近10萬人，初步估算直接經濟損失超過80億元。本文通過對暴雨期間大氣環流形勢、衛星云圖、物理量進行分析，對榆林區域性大暴雨天氣過程的成因進行總結分析，為今后預報此類暴雨提供指導作用。

圖1 2017-07-25T20:00—26T08:00陜北地區累積降雨量(單位為mm)

2 環流形勢分析

2.1 500 hPa環流形勢

2017年7月25日20時500 hPa高空圖上(圖2)，新疆到我國東北為兩脊一槽型，西北地區東部處于槽前。新疆高脊前有冷空氣東移南下，影響陜西北部。與此同時，副熱帶高壓異常強大，控制了整個華東、華南地區，與25日08:00相比，此時副高加強西進，588 dagpm特征線北側位于天水、銅川、太原南部一帶，槽前西北路冷空氣南下與副高西北側邊緣的暖濕空氣在陜北地區交匯，有利于暴雨的產生。

圖2 2017-07-25T20:00 500 hPa環流形勢(單位為dagpm)

2.2 低層環流形勢

25日20:00 700 hPa高空圖上(圖3a)，甘肅南部到寧夏有一切變線，切變線西側為北風或東北風，切變線東側為西南風。陜西處在切變線東側的西南急流中。來自南海的急流沿副高外圍向陜北地區輸送充沛的水汽和大量不穩定能量，榆林地區位于急流左前側的風速輻合區。25日20:00 850 hPa高空圖(圖3b)上，陜北北部到內蒙中部存在切變，雖然切變線南側東南氣流強度偏弱，風速為6～8 m/s，但在榆林地區有較強的風向輻合，來自東?；蚰虾５臇|南暖濕氣流同樣為陜北北部帶來較充沛的水汽和大量不穩定能量。

3 衛星云圖特征

此次強降水主要集中在25日21：00至26日05:00。25日21:00的FY-2G紅外云圖(圖4a)顯示，陜北地區有兩個對流云團，榆林北部的對流云團結構緊密，水平尺度為280 km，云頂亮溫最低值為-72 ℃，移動方向為東南向。榆林南部的對流云團尺度小，移動方向為西北向，兩個對流云團在23:00完全合并，發展成為一個水平尺度約為400 km的中-α尺度對流復合體MCC，云頂亮溫最低值為-68 ℃。在此期間，小時最大雨強達為41 mm/h。26日00:00(圖4b)，中-α尺度對流云團移至榆林上空，水平尺度為400 km左右，呈橢圓狀，云頂亮溫最低值為-72 ℃。子州、米脂、橫山等地都出現短時暴雨，小時最大降水量為46.3 mm。

圖3 2017-07-25T20:00 700 hPa(a)和850 hPa(b)高度場(黑實線，單位為dagpm)、風場(單位為m/s)、溫度(黑色數值，單位為℃)(圖中黑色雙實線為切變線，箭頭為氣流方向)

26日01:00，中-α尺度對流云團繼續給上述區域造成強降水天氣，子州、米脂、橫山小時雨強均超過20 mm/h。02:00(圖4c)，中-α尺度對流云團仍然發展旺盛，云頂亮溫為-76 ℃，水平尺度400 km，云團結構緊密，此時子州、米脂短時降水強度依然很強，子州1 h降水量達52 mm，達到短時特大暴雨標準。03:00—04:00中尺度對流云團云團中心南壓至榆林東南部，給綏德、吳堡帶來短時暴雨天氣，小時降水量均超過25 mm。05:00對流云團東移，結構松散，強度明顯減弱，云頂亮溫最低值為-60 ℃，降水強度也隨之減小。06:00只有吳堡站出現10 mm/h的短時暴雨。隨后，暴雨云團逐步較弱、消散。

根據云圖的演變來看，造成榆林區域性大暴雨天氣的是中-α尺度對流云團，即中尺度對流復合體MCC。MCC的水平尺度為400 km，結構緊密，呈橢圓狀，云頂亮溫最低值為-76 ℃，生命史為6 h，中尺度特征明顯。

圖4 2017-07-25T21:00(a)和2017-07-26 FY-2G TBB 黑體亮溫(單位為℃，b 26日00時，c 26日02時)

4 區域性大暴雨成因

4.1 層結分析

夏季暴雨對流性很強往往與低層存在大量不穩定能量相關。從25日20:00延安探空資料(圖5a)可以看出，暴雨發生前，850 hPa盛行東南氣流，700 hPa為西南急流，400 hPa為22 m/s的西南風，存在著明顯的垂直風切變。延安對流有效位能CAPE值達到2 354.6 J/kg，沙氏指數為-1.41，k指數為44 ℃，表明低層存在強的不穩定能量。850～400 hPa相對濕度均較大，說明濕層很厚，有利于強降水的持續產生。26日08:00延安對流有效位能CAPE值減小到529.7 J/kg，說明夜間消耗了大量的不穩定能量。

另外，從25日20:00 850 hPaθse分布圖(圖5b)可以看出，在陜北地區存在著一個能量鋒區。陜北北部θse低值為65 ℃，陜北南部θse高值為85 ℃，兩者之差為20℃，強降水出現在能量鋒區中。延安附近的高能舌不斷向北輸送強的不穩定能量，對暴雨的產生起到了積極作用。計算Δθse(500-850)，陜北地區Δθse(500-850)<-5 ℃，延安Δθse(500-850)=-15 ℃，說明延安附近大氣層結非常不穩定，低層存在大量不穩定能量，非常有利于對流的產生。26日08:00陜北地區Δθse(500-850)<-5 ℃，延安Δθse(500-850)=-20 ℃，陜北大部分地區仍然處在對流不穩定狀態，說明在暴雨期間低層不穩定能量不斷得到補充，為強降水的產生提供了有利的能量條件。

4.2 低層水汽條件分析

在黃土高原上，水汽條件對區域性暴雨的產生至關重要。25日20:00 700 hPa水汽通量圖(圖6a)上，沿副高邊緣，南海的水汽通過西南急流源源不斷向北輸送到陜北地區，在陜北的水汽通量為(120～160) g/(cm·hPa·s),水汽通量值較大。同時700 hPa陜北北部水汽通量散度為(-2～-4)×10-7g/(cm2·hPa·s)，表明在榆林地區700 hPa水汽輻合比較強，700 hPa西南急流帶來的水汽對榆林區域性大暴雨有一定貢獻。26日08:00在陜北北部700 hPa水汽通量仍為(120～140)g/(cm·hPa·s)，水汽通量散度為(0～-1)×10-7g/(cm2·hPa·s)，說明在過去的12 h里，700 hPa 西南急流為陜北北部提供了非常充沛的水汽。在850 hPa 水汽通量圖上，有兩支氣流分別從東海、南海攜帶水汽到達陜北，25日20:00陜北的水汽通量為(60～100) g/(cm2·hPa·s)，水汽通量散度為(-2～-4)×10-7g/(cm2·hPa·s)。26日08:00在陜北850 hPa水汽通量(圖6b)增加到(120～140) g/(cm·hPa·s)，水汽通量散度為(-1～-3)×10-7g/(cm2·hPa·s)。從25日20:00來看，850 hPa東南氣流為榆林地區提供的水汽不是很充沛(圖略)，但是從26日08:00的水汽條件來看，850 hPa東南氣流在暴雨發生時是逐漸加強的，水汽通量值有很大的增加，與700 hPa水汽通量比較接近。

圖5 2017-07-25T20:00延安探空站溫度對數壓力圖(a)和850 hPaθse圖(b，單位為℃)

區域性大暴雨的產生一定是要有充沛的水汽條件配合，這次過程700 hPa 西南急流、850 hPa 東南氣流為榆林暴雨提供了非常好的水汽條件，兩股來自不同方向的氣流給陜西北部帶來充沛的水汽，同時在暴雨區產生較強的水汽輻合。長時間維持充沛的水汽輸送和較強的水汽輻合是區域性大暴雨產生的重要原因之一。

4.3 動力條件分析

暴雨的產生主要依靠強的上升運動。25日20:00沿110°N的散度垂直剖面圖(圖7a)上，在陜北北部850～500 hPa為輻合區，低層輻合較強，量值為(-1～-3)×10-5s-1。高層200～300 hPa有弱的輻散，量值為(1～2)×10-5s-1，但是對應的垂直速度(圖7b)卻非常強，在陜北北部為上升運動，速度最大值達-8×10-3hPa-1，位于400～300 hPa之間。雖然高層輻散條件一般，但是低層輻合較強，輻合層深厚，也能產生很強的上升運動。

26日08:00沿110°N的散度垂直剖面圖(圖略)， 低層850～500 hPa輻合很弱，量值為-1×10-5s-1。高層200～300 hPa的輻散有所加強，量值為3×10-5s-1，與之相對應的垂直速度下降，最大速度達到-2×10-3hPa-1。雖然高層輻散條件加強，但是低層輻合較弱，陜北北部的上升運動明顯減弱。這也是暴雨減弱的主要原因。

圖6 2017-07-25T20 700 hPa水汽通量(a)和2017-07-26T08 850 hPa水汽通量(b,單位為g/(cm· hPa·s)

圖7 2017-07-25T20:00沿110°E散度(a，單位為10-5s-1) 和垂直速度(b，單位為10-3hPa·s-1)剖面圖

暴雨前期，榆林地區存在著很強的上升運動，大氣層結不穩定，水汽充沛，造成了大范圍的強降水天氣。26日08:00以后，雖然榆林地區仍然具備較好的水汽和層結不穩定條件，但是由于上升運動較弱，降水強度也明顯減弱。

5 結論

(1)此次榆林區域性大暴雨過程是在高空冷槽、強盛的副熱帶高壓、低空西南急流、東南氣流共同影響下產生。暴雨落區位于副高588 dagpm 特征線西北側的輻合區。

(2)云頂亮溫最低為-76 ℃、水平尺度為400 km、呈橢圓狀、維持近6 h的中尺度對流復合體MCC的發展東移是造成榆林強降水天氣的主要原因。

(3)低層暖濕氣流攜帶大量不穩定能量，為強降水的產生提供了有利的對流條件，中層冷空氣觸發了對流的產生。強降水出現在能量鋒區中。

(4)700 hPa西南急流和850 hPa東南氣流攜帶來自南海和東海的水汽到達陜西地區，為強降水的產生提供了充沛的水汽條件，長時間維持充沛的水汽輸送和較強的水汽輻合是區域性大暴雨產生的重要原因之一。

(5)陜北地區500～850 hPa輻合層深厚，產生強上升運動是暴雨發生的動力條件。雖然高層輻散較弱，但低層深厚、較強的輻合仍然可產生強的上升運動。暴雨的落區和強度與強上升運動相對應。