張家口地區(qū)副高外圍強(qiáng)降水過(guò)程分析

石文伯 黃若男 鄭冬冬 郭旭暉

摘要 近年來(lái)，副熱帶高壓北界588線在夏季頻繁北抬到達(dá)40°N及以北，張家口地區(qū)受其影響，極易出現(xiàn)對(duì)本地而言相對(duì)少見(jiàn)的副高外圍強(qiáng)降水過(guò)程。2018年7月19-22日在張家口地區(qū)出現(xiàn)了一次副高外圍的對(duì)流性降水，通過(guò)常規(guī)氣象觀測(cè)資料、區(qū)域站降水資料等對(duì)這次降水過(guò)程進(jìn)行了分析，結(jié)果表明：本次降水過(guò)程是由副高外圍的暖濕氣流與中高緯弱冷空氣相結(jié)合而觸發(fā)的對(duì)流性天氣過(guò)程，以短時(shí)強(qiáng)降水為主;降水發(fā)生在副高南撤時(shí)段，雨區(qū)的位置與588線的位置有密切的關(guān)系，與850hPa切變線的位置也有很好的相關(guān)性，主要位于切變線前側(cè)偏南氣流控制區(qū);降水過(guò)程表現(xiàn)為具有一定間隔的對(duì)流單體先后影響本地而產(chǎn)生降水，對(duì)流單體主要移動(dòng)方向是西南一東北向，與副高北側(cè)588線的形態(tài)密切相關(guān);本地上空700hPa附近及以下有不穩(wěn)定能量的積累，在低層弱冷空氣的觸發(fā)下出現(xiàn)了強(qiáng)降水。

關(guān)鍵詞 副高;短時(shí)強(qiáng)降水;張家口

中圖分類號(hào)：P426.6

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：2095-3305（2021）02-045-03

張家口地區(qū)位于40°N附近，屬于典型的溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年均降水量為400mm，其中近一半的降水集中在汛期。在地形方面，張家口位于蒙古高原向華北平原的過(guò)渡帶，地勢(shì)西北高、東南低：壩上屬于高原地區(qū)，地勢(shì)平坦但海拔高;壩頭、壩下地形極為復(fù)雜，山脈、盆地、河谷等交錯(cuò)分布。每年7月中旬前后，張家口地區(qū)進(jìn)入主汛期，這一階段一類重要的降水形勢(shì)就是副熱帶高壓北抬南撤帶來(lái)的降水。在副高勢(shì)力強(qiáng)盛的年份，588線北抬至40°N及以北地區(qū)，影響張家口。副高帶來(lái)的充沛水汽與中高緯南下的弱冷空氣結(jié)合，在本地觸發(fā)較強(qiáng)降水。很多專家學(xué)者對(duì)副高外圍的對(duì)流性降水進(jìn)行過(guò)詳細(xì)的研究，指出副高外圍對(duì)流雨帶是由若干具有一定間隔的對(duì)流單體構(gòu)成，單體在隨對(duì)流層中層氣流的移動(dòng)中逐漸發(fā)展直至消亡。近年來(lái)，副高北抬影響到本地降水的次數(shù)顯著增加，局地短時(shí)強(qiáng)降水是誘發(fā)山體滑坡、泥石流、山洪等地質(zhì)災(zāi)害的重要因素，所以對(duì)本地復(fù)雜地形下副高外圍對(duì)流性降水的研究顯得尤為重要。

1天氣實(shí)況及環(huán)流形勢(shì)分析

1.1天氣實(shí)況

自2018年7月19日傍晚起，張家口地區(qū)出現(xiàn)了全市范圍的時(shí)空分布不均的降水天氣，到22日中午降水完全結(jié)束。此次降水是在具有一定間隔的對(duì)流單體的先后影響下發(fā)生的，降水過(guò)程可分為3個(gè)階段：第一階段為19日傍晚到20日上午的降水，以西北尚義、康保、張北為主：第二階段降水為21日凌晨到傍晚，仍然以西北部為主;第三階段降水為21日夜間到22日上午，以中部陽(yáng)原、懷安、宣化、懷來(lái)北部、赤城西南部為主。過(guò)程總降水量的分布如圖1，最大降水出現(xiàn)在宣化蛤蟆口（位于本地中部），為121.4mm，最大小時(shí)降水也出現(xiàn)在宣化蛤蟆口，為52.2mm，均發(fā)生在第三階段降水時(shí)段內(nèi)。

1.2環(huán)流形勢(shì)分析

從500hPa環(huán)流形勢(shì)圖上看，這次降水過(guò)程主要是在副熱帶高壓外圍暖濕氣流與高空槽的配合下產(chǎn)生的降水。降水前在新疆東北部有冷空氣的堆積，不斷分裂弱冷空氣東移，與此同時(shí)副高北界588線在張家口地區(qū)南北移動(dòng)，在低層有切變配合，西南氣流強(qiáng)盛，向本地輸送水汽。通過(guò)對(duì)此次降水過(guò)程雷達(dá)圖的分析可知，降水過(guò)程表現(xiàn)為不斷有對(duì)流單體或者復(fù)合體從西部移到本地，在本地加強(qiáng)或減弱，帶來(lái)降水，根據(jù)雷達(dá)回波的特征將19-22日的降水分為3個(gè)階段，下面就依次對(duì)每個(gè)階段的降水情況及對(duì)應(yīng)的環(huán)流形勢(shì)進(jìn)行分析（圖2）。

階段一：19日傍晚到20日上午。該階段降水過(guò)程各層系統(tǒng)及主要雨區(qū)的配置如圖2a，主要雨區(qū)位于西北的尚義、張北、康保地區(qū)，降水區(qū)降水量級(jí)為中到大雨，局部暴雨。19日20時(shí)至20日08時(shí)：588線位于張家口東南部，呈西南一東北走向，并略有南撤在內(nèi)蒙中部到河套東部有一個(gè)淺槽，在東移過(guò)程中減弱;低層700hPa和850hPa上，在河套地區(qū)均有切變系統(tǒng)存在，后部有冷空氣東移，由于副高強(qiáng)盛，冷空氣難以南下，對(duì)于本地中南部大部地區(qū)而言，一直維持著西南風(fēng)的控制，低層切變主要影響到西北;此外低層有急流存在，雨區(qū)位于700hPa流左側(cè)、850hPa急流前側(cè)，均有利于對(duì)流活動(dòng)發(fā)生的區(qū)域。所以在此階段降水過(guò)程中，降水主要發(fā)生在本地西北地區(qū)，且雷達(dá)回波的走向與副高的形態(tài)有關(guān)，呈西南一東北走向。

階段二：21日凌晨到20點(diǎn)前后。該階段降水過(guò)程各層系統(tǒng)及主要雨區(qū)的配置如圖2b，降水依然集中在西北康保、尚義、張北地區(qū)，降水量級(jí)中到大雨，局部暴雨。第一階段降水結(jié)東后，20日20時(shí)，在500hPa上，588線北抬至本地西北地區(qū)，下一股冷空氣對(duì)應(yīng)的槽線位于河套西部;由于副高勢(shì)力強(qiáng)盛，槽向東北方向移動(dòng)，到21日08時(shí)副高南撤;在700hPa上，本地大部地區(qū)仍然受強(qiáng)盛的西南氣流的控制，切變后冷空氣只影響到本地西北。850hPa有相似的特點(diǎn)。階段三：21日夜間到22日上午。該階段降水過(guò)程各層系統(tǒng)及主要雨區(qū)的配置如圖2c，降水量級(jí)中到大雨，局部暴雨到大暴雨，從分階段降水量圖和小時(shí)雨強(qiáng)來(lái)看，第三階段降水是最強(qiáng)的，集中在22日早上。500hPa上，21日20時(shí)副高略有北抬，在河套有股弱的冷空氣，到22日08時(shí)副高南撤并向東收縮，588線位于本地東南部，弱槽東移位于河套;在700hPa上，本地中南部大部地區(qū)受西南氣流的控制且維持，切變位于西北地區(qū);在850hPa上，21日20時(shí)本地主要還是受偏南氣流的影響，到22日08時(shí)北偏東風(fēng)影響本地，冷空氣向南滲透，切變到達(dá)本地的中南部。

綜上所述，這3個(gè)階段的降水均是由于副高的北抬南撤造成的，降水出現(xiàn)在588線南撤的時(shí)段，均有500hPa弱槽配合，雨區(qū)的位置一般沿著588線，在588線外圍，第一階段雨區(qū)在588線附近及外圍。588線的形態(tài)決定了對(duì)流單體的走向，從而決定了雨區(qū)的位置及形態(tài)。雨區(qū)的位置與850hPa系統(tǒng)也有很好的相關(guān)性，通常在850hPa切變前偏南風(fēng)控制區(qū)。在整個(gè)降水過(guò)程中，貝湖以西、新疆以北有一低值系統(tǒng)，其底部不斷分裂冷空氣東移;與此同時(shí)，副熱帶高壓北抬至44°N附近，脊線位于東北地區(qū)，副高南側(cè)有臺(tái)風(fēng)向北移動(dòng)，將副高向北頂，中高緯又有冷空氣不斷東移，冷空氣與副高總體勢(shì)力相當(dāng)，次弱的冷空氣東移伴隨副高略有南撤，之后又稍稍北抬，導(dǎo)致了副高在本地中北部南北擺動(dòng);之后到21日，由于臺(tái)風(fēng)進(jìn)一步北抬，切斷了副高的水汽來(lái)源，中高緯冷空氣主體東移，副高南撤東縮。正是由于天氣尺度系統(tǒng)副高和新疆低槽的穩(wěn)定和弱冷空氣及副高北抬南退的重復(fù)出現(xiàn)，使得中小尺度系統(tǒng)在本地發(fā)展活躍，降水得以維持了較長(zhǎng)的時(shí)間，本地中北部大部分地區(qū)降水量級(jí)達(dá)到大到暴雨。

2第三階段降水相關(guān)問(wèn)題探討及分析

2.1水汽條件分析

在第三階段降水過(guò)程中，從各層的環(huán)流形勢(shì)圖上都可以看出，由于臺(tái)風(fēng)的作用，副高外圍的水汽被切斷，偏南氣流弱，所以在該階段內(nèi)水汽的輸送條件不是很有利;但是，在20日20時(shí)，850hPa比濕達(dá)到16gkg，700hPa比濕為1lgkg，說(shuō)明在降水前期大氣中已經(jīng)具備了豐富的水汽，低層濕度條件對(duì)降水十分有利。

2.2不穩(wěn)定能量分析

通常用位溫或假相當(dāng)位溫隨高度的變化來(lái)診斷對(duì)流不穩(wěn)定，當(dāng)a0（p》-0，即假相當(dāng)位溫隨高度升高而減小時(shí)認(rèn)為大氣是對(duì)流不穩(wěn)定的。圖3為張家口站21日08時(shí)的探空?qǐng)D，圖中陰影代表不穩(wěn)定層，即。0、Op》0區(qū)域，可以看出在低層存在明顯的對(duì)流不穩(wěn)定;此外，從探空?qǐng)D上也可以看出自850hPa以上整層都是正的不穩(wěn)定能量，且表現(xiàn)出上干下濕的分布，同時(shí)在垂直方向上有風(fēng)切變存在，這些均是典型的有利于強(qiáng)對(duì)流出現(xiàn)的形勢(shì)。

2.3觸發(fā)條件分析

通過(guò)前面的分析我們得知，前期副高的位置偏北、偏西，降水出現(xiàn)在本地的西北區(qū)域，而中南部一直受副高控制，是高溫高濕的狀態(tài);21日夜間起，低層有冷空氣向南滲透，在冷空氣的觸發(fā)下能量得以釋放，產(chǎn)生了相對(duì)較強(qiáng)的降水。具體來(lái)看，21日20時(shí)850hPa，張家口站及北部的錫林浩特站溫度均為21℃，相較周邊站低3℃，并且錫林浩特站溫度露點(diǎn)差達(dá)到9℃，而位于張家口西北的二連浩特站溫度露點(diǎn)差達(dá)到19℃。根據(jù)錫林浩特站850hPa溫度及露點(diǎn)溫度隨時(shí)間變化圖（圖4）可以看出，21日夜間露點(diǎn)驟然下降，溫度露點(diǎn)差增大，說(shuō)明低層有干冷空氣從本地北部入侵。低層冷空氣南侵，形成了動(dòng)力鋒生，最終觸發(fā)了本地積聚的水汽及不穩(wěn)定能量的釋放，產(chǎn)生了強(qiáng)降水。由此可見(jiàn)，在第三階段降水開始前，中南部地區(qū)已經(jīng)具備了良好的濕度和能量條件，在低層弱冷空氣的作用下，在本地中部產(chǎn)生了鋒區(qū)，使得中南部高能、高濕的潛在不穩(wěn)定區(qū)的能量得以釋放，所以第三階段的降水是相對(duì)最強(qiáng)的。

3結(jié)論

（1）本文重點(diǎn)探討了副熱帶高壓外圍即588線附近的降水過(guò)程。副高外圍是高能高濕區(qū)，但是僅僅是副高還不足以帶來(lái)降水，在本文提及的幾次過(guò)程中，降水的出現(xiàn)均對(duì)應(yīng)著中高緯弱冷空氣的活動(dòng)，可以說(shuō)降水是在南下冷空氣與副高外圍暖濕氣流的結(jié)合下而觸發(fā)的，每一次冷空氣的活動(dòng)都使得588線南撤，所以降水出現(xiàn)的時(shí)間恰好在588線南撤的時(shí)段;對(duì)流單體沿著588線移動(dòng)，所以雨區(qū)的位置與588線的形態(tài)及位置有很好的對(duì)應(yīng);副高外圍降水對(duì)流性強(qiáng)，以雷暴、短時(shí)強(qiáng)降水為主;低層，700hPa多為偏南氣流的控制，提供充足的水汽，850hPa有弱冷空氣的南侵，所以有切變存在，降水出現(xiàn)于切變線偏南氣流控制一側(cè)。

（2）發(fā)生在21日夜間到22日上午的第三階段降水是雨量最大、雨強(qiáng)最強(qiáng)的，通過(guò)對(duì)各方面條件的診斷分析得知：本地上空有著深厚的水汽儲(chǔ)備，為降水提供了充足的水汽條件;低層是有不穩(wěn)定能量的積累;低層有弱的冷空氣南侵，使得暖濕空氣抬升，動(dòng)力鋒生，

降水前期儲(chǔ)備的高濕、高能得以釋放。副高控制通常會(huì)使本地處于高能、高濕的條件下，所以低層冷空氣的南侵便顯得尤其重要，冷暖空氣形成的切變以及動(dòng)力鋒生是降水開始的重要條件。

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責(zé)任編輯：黃艷飛