暴雨氣候特征及主要影響

李春艷 賈宏元 牛宏宇 顧 寧 薛佩珍

（1.中國氣象局旱區(qū)特色農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警與風(fēng)險管理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，寧夏銀川 750011；2.寧夏氣象臺，寧夏銀川 750011；3.寧夏石嘴山市氣象局，寧夏石嘴山 753000）

暴雨的產(chǎn)生與大尺度環(huán)流背景有關(guān)，還與中尺度系統(tǒng)及地域特征有直接關(guān)系。寧夏深居西北內(nèi)陸高原，為典型的大陸性半濕潤半干旱氣候。寧夏暴雨具有明顯的季節(jié)變化特點(diǎn)，主要發(fā)生在盛夏，暴雨的空間分布具有典型的西北地區(qū)暴雨空間分布特征，自東南向西北減少[1-2]。近年來，許多氣象工作者對寧夏暴雨進(jìn)行了較為全面的分析研究，對寧夏暴雨的環(huán)流背景、影響系統(tǒng)及暴雨發(fā)生時的要素變化進(jìn)行了總結(jié)，提出寧夏暴雨的主要影響系統(tǒng)是西風(fēng)槽、切變、低渦和低空急流[3-9]。本文通過分析石嘴山市2009-2018 年自動氣象站、雷達(dá)、常規(guī)地面及高空觀測資料，總結(jié)石嘴山市近10 a 暴雨的時空分布及變化特征，篩選典型個例，分析暴雨多普勒雷達(dá)特征，歸納提出石嘴山市暴雨的主要影響，為石嘴山市日常暴雨預(yù)報業(yè)務(wù)提供參考依據(jù)。

1 2009-2018 年石嘴山市暴雨空間及時間分布特點(diǎn)

暴雨是指12 h 降水量≥30 mm 或24 h 雨量≥50 mm的降水。通過自動氣象站觀測資料分析，2009-2018 年石嘴山市全市范圍的暴雨共4 次，大武口區(qū)共出現(xiàn)暴雨5 次，惠農(nóng)區(qū)共出現(xiàn)暴雨8 次，平羅縣共出現(xiàn)暴雨15 次（表1）。

表1 近10 a 石嘴山市自動觀測站暴雨統(tǒng)計

1.1 暴雨空間分布特點(diǎn)結(jié)合表1 可以發(fā)現(xiàn)，近10 a 石嘴山市暴雨基本上呈現(xiàn)南北多、中部少的分布趨勢，其中賀蘭山沿山出現(xiàn)暴雨的次數(shù)較多。

1.2 暴雨時間分布特點(diǎn)由表1 可知，近10 a 石嘴山市暴雨多數(shù)出現(xiàn)在“七下八上”主汛期，穩(wěn)定維持在7 月初到8 月底。16 次降水過程中，7 月出現(xiàn)6 次區(qū)域性降水；8 月多為局地性暴雨，平羅縣出現(xiàn)的次數(shù)最多，共4 次。

2 環(huán)流形勢分析

暴雨的產(chǎn)生與大尺度環(huán)流息息相關(guān)，同時也和中尺度系統(tǒng)及地域特征有著直接聯(lián)系。從500 hPa 環(huán)流場看，當(dāng)副熱帶高壓偏強(qiáng)且位置偏北時，環(huán)流場是典型的“東高西低型”，寧夏位于副熱帶高壓邊緣的西北側(cè)，水汽輸送來自印度洋和我國東海，冷空氣來自巴爾喀什湖和貝加爾湖，這是寧夏暴雨的典型環(huán)流形勢[10]。通過對石嘴山市全市16 次暴雨過程的環(huán)流形式進(jìn)行統(tǒng)計分析、歸納總結(jié)發(fā)現(xiàn)，近10 a 石嘴山市暴雨主要由以下2 種環(huán)流形勢引起。

2.1 兩脊一槽型歐亞地區(qū)環(huán)流形勢是兩脊一槽型。巴爾喀什湖和貝加爾湖之間是一個槽區(qū)，東亞和烏山為高壓脊區(qū)，在烏山脊前不斷有冷空氣輸送；584 線穿過河套地區(qū)，在中緯度地區(qū)有兩個強(qiáng)盛高壓，兩高之間有一個低槽區(qū)。700 hPa上，在蘭州和青海有低渦或切變，通過副高西側(cè)的偏南急流或強(qiáng)風(fēng)速帶向石嘴山市輸送孟加拉灣的水汽和不穩(wěn)定能量，同時在地面圖上還有冷鋒東移。以上系統(tǒng)配合造成了暴雨天氣。

2.2 兩槽一脊型歐亞中高緯的環(huán)流形勢為兩槽一脊型。巴爾喀什湖附近槽的底部不斷有冷空氣分裂擴(kuò)散并東移，在青藏高原南側(cè)形成低槽，而高緯度地區(qū)的冷空氣在阻塞高壓的阻擋下，冷空氣沿高脊的底部向河西進(jìn)入，有利于中緯度低值系統(tǒng)的加深，同時副熱帶高壓邊緣的水汽通道不斷向北輸送水汽，從而造成了暴雨天氣。

3 多普勒雷達(dá)產(chǎn)品分析

本文主要進(jìn)行2018 年7 月22 日暴雨過程的多普勒雷達(dá)產(chǎn)品分析。定義暴雨為24 h 降雨量≥50 mm 的降水；大雨為25 mm ≤24 h 降雨量＜50 mm 的降水；中雨為10 mm ≤24 h降雨量＜25 mm 的降水；小雨為24 h 降雨量＜10 mm 的降水。從表2 中可以看到，該過程達(dá)到暴雨級別的站點(diǎn)有13 個，達(dá)到大雨的站點(diǎn)有2 個，達(dá)到中雨的站點(diǎn)有2 個，為小雨的站點(diǎn)有1 個，降水大值區(qū)主要集中在賀蘭山沿山一帶。

表2 7 月22 日08：00—23 日08：00 降水量統(tǒng)計表

3.1 環(huán)流形式分析2018 年7 月22 日08：00，500 hPa 上，石嘴山位于高空槽前，槽線底部有冷空氣；副高位于華北地區(qū)，寧夏地區(qū)在副高的西北側(cè)暖濕氣流中；700 hPa 在青海、甘肅東部地區(qū)有一切變線，并且甘肅地區(qū)有一低壓系統(tǒng)，偏南氣流源源不斷輸送水汽。受臺風(fēng)“安比”影響，副高西伸后東退，副高外圍水汽通道建立，到23 日08：00，副高基本入海；500 hPa 為典型的東高西低型；同時，在23 日08：00，200 hPa，石嘴山市位于高空急流的右側(cè)，為輻散區(qū)，700 hPa低渦切變線東移至寧夏西部地區(qū)，偏南氣流一直維持，提供了良好的水汽條件，內(nèi)蒙地區(qū)為一低壓系統(tǒng)。以上系統(tǒng)的配合為此次過程提供了有利的環(huán)流形式。

3.2 雷達(dá)分析在銀川雷達(dá)掃描范圍內(nèi)，2018 年7 月22 日14：56 左右，在平羅縣陶樂地區(qū)出現(xiàn)了點(diǎn)狀對流云團(tuán)（圖1左上），云團(tuán)在30 min 左右發(fā)展加強(qiáng)為中心強(qiáng)度為60 dBz的強(qiáng)對流云團(tuán)（圖1 中上）。該強(qiáng)對流云團(tuán)自東南向東北方向移動，回波主要影響陶樂地區(qū)，但有部分對流單體影響平羅縣和惠農(nóng)部分地區(qū)。此后不斷有對流單體在陶樂生成加強(qiáng)且向東南方向移動（圖1 右上），18：31 左右，強(qiáng)回波移出陶樂地區(qū)。在17：51，在賀蘭山沿山石嘴山段附近和平羅西南地區(qū)出現(xiàn)點(diǎn)狀對流云團(tuán)（圖1 左下），云團(tuán)迅速發(fā)展加強(qiáng)為中心強(qiáng)度為65 dBz 的強(qiáng)對流云團(tuán)。回波自西南向東北移動，回波面積在不斷增大，19：10 左右強(qiáng)回波基本移出石嘴山。20：18 左右（圖1 中下），受上游地區(qū)對流系統(tǒng)的影響，在沿山段出現(xiàn)了從上游地區(qū)移過來的回波，回波在沿山段發(fā)展加強(qiáng)，逐漸影響石嘴山全市地區(qū)，但強(qiáng)回波主要集中在沿山段（圖1 右下）。至7 月23 日6：34，回波移出石嘴山地區(qū)，雷暴單體在列車效應(yīng)中受賀蘭山的阻擋作用，在沿山一帶停滯數(shù)小時，造成局地暴雨。

圖1 2018 年7 月22 日降水過程雷達(dá)回波圖

3.3 物理量分析此次降水時段主要有兩段，第一段集中在7 月22 日22：00—23 日07：00，第 二 段 集 中 在23 日15：00—23：00，本文主要分析第一段降水的物理量。

從相對濕度的垂直剖面面圖（圖2 左）可以看到，降水時段內(nèi)低層到高層整層相對濕度條件都比較好，相對濕度在70%～100%，水汽條件充沛，有利于強(qiáng)降水發(fā)生。

從垂直速度的垂直剖面圖（圖2 右）可以看到，從低層到高層基本全部為上升氣流，上升速度在600 hPa 表現(xiàn)最為強(qiáng)烈，水汽向高層輸送，利于第二段降水的產(chǎn)生。

從散度的垂直剖面圖（圖3 左）可以看到，降水期間，低層明顯輻合，高層明顯輻散，有較強(qiáng)的上升運(yùn)動，為降水提供了動力條件。兩段降水過程，有兩個明顯的輻合中心，分別在850 hPa 和500 hPa 左右，第二段降水的輻合中心高度明顯高于第一段降水過程。

假相當(dāng)位溫場可以直接反映大氣的潛熱和顯熱等熱力結(jié)構(gòu)，從假相當(dāng)位溫的垂直剖面圖（圖3 右）看到，低層假相當(dāng)位溫等值線密集區(qū)，有明顯的能量鋒區(qū)。

從22 日20：00—23 日08：00 850 hPa 和500 hPa 假相當(dāng)位溫之差（圖4）來看，全市數(shù)值均大于零，大氣處于不穩(wěn)定狀態(tài)，大值區(qū)恰好處于賀蘭山沿山，不穩(wěn)定能量較強(qiáng)，對應(yīng)賀蘭山沿山的降水量級較大，暴雨出現(xiàn)在22 日20：00—23 日06：00 能量的釋放階段。

圖2 石嘴山市2018 年7 月22 日02：00—24 日02：00 相對濕度（左）和垂直速度（右）時間垂直剖面圖

圖3 石嘴山市2018 年7 月22 日02：00 到24 日02：00 散度（左）和假相當(dāng)位溫（右）垂直剖面圖

圖4 石嘴山市2018 年7 月22 日20：00（左）、23 日02：00（中）和08:00（右）850 hPa 和500 hPa 假相當(dāng)位溫之差

4 結(jié)語

（1）近10 a 石嘴山市暴雨環(huán)流形式多為兩槽一脊型和兩脊一槽型。

（2）近10 a 石嘴山市暴雨呈南北多、中部少的分布趨勢，多數(shù)暴雨集中在賀蘭山沿山地區(qū)；時間分布多數(shù)出現(xiàn)在“七下八上”主汛期，穩(wěn)定維持在7 月初到8 月底。

（3）2018 年7 月22 日的暴雨過程，雷暴單體在列車效應(yīng)中受賀蘭山的阻擋作用，在沿山一帶停滯數(shù)小時，造成局地產(chǎn)生暴雨。

（4）暴雨發(fā)生發(fā)展的動力條件是上升運(yùn)動。在暴雨的發(fā)展過程中，賀蘭山沿山上空到石嘴山地區(qū)較強(qiáng)的上升運(yùn)動持續(xù)時間長，為7 月22 日沿山局地暴雨的發(fā)生發(fā)展提供了良好的動力條件。