河西走廊中部一次罕見區域性強降水天氣過程分析

張艷艷

（蘭州資源環境職業技術學院，甘肅蘭州 730021）

0 引言

在我國各地都有暴雨產生的可能，暴雨是一種災害性天氣。暴雨的形成條件之一就是需要充足的水汽條件，由于我國東部沿海地區瀕臨洋面，水汽條件比較充足，從而形成我國東部沿海區發生暴雨的頻數多、強度大。雖然發生暴雨頻數少、強度相對弱的區域位于我國西北干旱區，但由于暴雨具有強的陣性及較高的預報難度特點，加之西北地區植被覆蓋率低的特點，容易造成滑坡、泥石流、山洪等衍生自然災害現象，通常會給人民生命財產和工農業生產造成嚴重損失。西北地區與國內其他地區相比，能夠達到50 mm的日降水量過程也很少，大部分地方年降水量少，就西北暴雨強度而言，雖然短歷時暴雨強度相差不大，但日平均強度較弱。西北干旱區災害暴雨的形成機制對于西北地區氣象工作者而言，研究的相對較少，尚不清楚西北干旱區致災暴雨的形成機制。方宗義等研究指出，對流層中層短波槽的前方和高溫高濕的西南風低空急流的最北端通常容易發生中尺度對流系統。翟國慶等研究表明，低空急流對暴雨的產生有重要作用。

1 過程概述

2015年7月4日凌晨河西走廊中部肅南至山丹一帶發生了暴雨天氣過程。暴雨過程局地性強、持續時間短，強度大，3日23時開始，張掖市肅南裕固族自治縣、民樂縣、山丹縣、甘州區、臨澤縣遭受暴雨襲擊，降水時間持續至5日凌晨。張掖市12個自動氣象站24 h累計降水量達河西地區暴雨標準（≥30 mm），這是根據112個自動氣象站分析的結果，全市共計16站次（河西地區短時強降水標準，1 h降水量≥10 mm）。肅南02～03時一小時降水量即達到30.0 mm，山丹焉支山林場08～11時3 h降水量達54 mm。從7月3日23時～7月5日07時累計降水量可以看出，強降水主要集中在肅南、民樂、山丹沿祁連山一帶。

2 大尺度環流形勢

2.1 500 hpa的環流背景

2015年7月3日20時500 hpa環流形勢（圖略）圖上，北支槽東移至新疆、甘肅交界處，低槽前部甘肅河西到河套地區由于之前的暖平流作用，形成了西北—東西向高壓。冷空氣沿槽后西北氣流下滑，被高壓阻擋在河西西部，冷空氣在河西西部進行堆積。溫度場上，冷平流較強，溫度槽明顯落后于高度槽。4日08時500 hpa環流形勢，北支槽東移至河西走廊中部，從內蒙西部至河套地區的西北—東南向高壓同時東退，高壓特征更加明顯，河西走廊中部有明顯的冷暖交匯區，系統斜壓性增強。4日20時500 hpa環流形勢，北支槽減弱東移至張掖、武威交界處，高壓脊特征減弱，河西中西部轉為守槽后西北氣流控制，降水減弱。

2.2 700 hpa環流形勢

2015年7月3日20時700 hpa環流形勢（圖1）圖上，在新疆、甘肅交界處有切變。從巴湖到敦煌有顯著偏西氣流，最大風速16 m/s。從華中地區至河西中部有東南風暖濕氣流形成并發展，風速為8 m/s。東南風氣流攜帶水汽源源不斷向河西地區輸送，并與偏西氣流在河西西部交匯。4日08時（圖略），偏西氣流伸展至張掖一帶，最大風速增加到22 m/s。700 hpa輻合線也隨之移動到張掖到武威之間，強降水中心位于肅南至山丹一帶。從巴湖至河西的強盛的偏西氣流，給上升運動提供了強勁的動力。04日20時（圖略），偏西氣流仍然持續，但強度減弱，最大風速達16 m/s。從華中地區至河西地區的東南風氣流也明顯減弱，而且西北、東南向相對的冷暖氣流交匯區也減弱為西北、西南向的切變。河西中西部的強降水過程逐漸結束。

圖1 2015年7月3日20時700 hpa環流形勢

2.3 地面天氣形勢

7月3日20時（圖2），地面低壓位于貝加爾湖以南，中心氣壓值為942 hpa，冷空氣主力位于新疆、青海、甘肅交界處，地面冷鋒位于河西走廊中部。23時（圖略），地面冷鋒位置維持，冷鋒后3 h變壓為+4.2 hpa，此時河西強對流已開始發展。4日02時（圖略），地面冷鋒緩慢東移過境，冷空氣主體已經移入河西西部與青海西部，肅南縣受冷鋒與低空冷暖氣流交匯影響，突降暴雨。08時，冷空氣主體東移入侵酒泉大部分地區，地面鋒面東移至河東地區，山丹焉支山開始出現強降水，持續到12時之后開始減弱。

圖2 2015年7月3日20時地面天氣形勢

3 水汽條件及動力條件

3.1 水汽通量和水汽通量散度

此次短時強降水天氣過程，3日20時來自華中地區的東南風暖濕氣流與來自巴湖的西北冷濕急流建立起通往河西地區的水汽輸送通道。3日20時700 hpa水汽通量散度，大量暖濕氣流從華中東南向河西地區中西部匯集，并且中心值較大，使得河西走廊中西部底層增溫增濕，大氣層結呈強烈對流不穩定狀態。4日08時，華中一帶東南低空急流穩定維持，西北急流加強，緩慢向東推進至張掖、武威交界處，形成張掖上空一直維持的水汽通量高值區，大量水汽匯合與青海湖到張掖地區，形成中心值為較大的水汽通量匯合區。因此，來自巴湖西北冷濕氣流的輸送和華中一帶的東南低空急流為此次暴雨過程提供了充沛的水汽和水汽輸送條件。

3.2 動力作用和不穩定條件

3.2.1 渦度場、散度場和垂直速度場。物理量場中的散度、渦度及垂直速度的演變和分布與暴雨的形成發展有著十分密切的關系。本次較短時間的強降水天氣過程，降水發生前3日20時，沿38.9°N渦度剖面圖上，甘肅、新疆交界處一帶以及肅南縣上空為氣旋式流場，輻合上升，散度剖面圖上，河西中西部上空中心散度值為負的輻合區，低層暖濕氣流便于向降雨區域上空輸送。3日20時沿39°N垂直速度剖面圖顯示，肅南上空整層為負的垂直速度，最大值中心數值較大，垂直上升運動非常強烈，降水發生前強的垂直上升運動為雨區上空輸送水汽和不穩定能量。4日02時，沿38.9°N渦度剖面圖上，甘肅酒泉到肅南縣之間有輻合上升區，散度剖面圖上，酒泉到肅南有中心散度值為負的輻合區，沿38.8°N的垂直速度剖面圖上，肅南上空整層ω為負值，最大值絕對值較大，肅南縣開始出現短時強降水。根據散度場和渦度場的垂直結構分析得出結論，當玉門鎮和庫爾勒暴雨發生時，高層出現輻散，低層出現輻合，有很強的垂直上升運動，對對流不穩定能量的釋放是非常有利的。這樣，渦度場、散度場以及垂直速度場的相互配合，就為民樂、肅南、山丹沿祁連山一帶暴雨的發生提供了很好的動力條件。

3.2.2 對流不穩定指數。強降水的產生比一般降水條件要求更嚴格，不但需要充足的水汽條件和源源不斷的水汽供應，還必須具備一定的不穩定能量條件。通常可以用SI指數、K指數、CAPE值來判斷大氣層結穩定度。對探空站酒泉與張掖的各項指數進行統計分析，短時強降水前只有敦煌K指數較大，為36，張掖與酒泉都沒有，積聚的不穩定能量還沒有移動到降水區。而SI指數酒泉為1.15，張掖為1.73，此時大氣層結相對穩定。而降水中的4日08時，三站K指數均較大，敦煌為37，酒泉為37，張掖為36，SI指數均為負值，與降水前形成鮮明對比，更是說明了此次短時強降水天氣過程能量積蓄時間短，但是積蓄的能量大，突發性強的特點。降水結束后，K指數減小，但是SI指數進一步減小。從此可以看出對西北干旱區的暴雨，K指數符合的較好，有一定的指示意義，而SI指數存在一定的滯后性，指示意義較差。

4 結語

1）此次暴雨天氣過程主要由地面冷鋒，華中一帶東南暖濕氣流、巴湖西北急流、山區地形抬升作用共同影響形成的。

2）從巴湖過來的西北急流與華中一帶的東南暖濕氣流在此次暴雨天氣過程中扮演重要的角色，他們作為水汽的重要輸送通道，為暴雨區輸送不穩定能量及水汽條件。短時強降水基本產生在兩股急流交匯處。

3）地形的抬升作用和其上空輻合線（700 hpa）共同作用，是短時強降水產生的觸發條件。因其導致不穩定能量迅速積聚與釋放，從而誘發短時強降水天氣的發生。

4）高層的輻散，低層的輻合，強勁的西北低空急流因地形因素的迅速抬升，形成了整層的上升運動，為大暴雨的發展和維持提供動力條件。