2019年7月底甘南州一次對流性暴雨天氣過程分析

蘆笑玉

甘南夏河機場分公司，甘肅蘭州 730000

暴雨是我國大部分地區出現頻率較高的一類天氣現象。暴雨會造成房屋和水庫坍塌、農田淹沒、山洪暴發、電訊和交通中斷，在危害人們生命安全的同時，影響工農業的正常生產，并造成嚴重的經濟損失[1]。

近年來，我國很多氣象學者均將暴雨天氣現象作為重要的研究課題，并且獲得了大量研究成果。壽紹文[2]結合中國暴雨的特點、環流形勢、天氣系統、形成機制與診斷、預報方法等方面的研究進展進行了系統的梳理與探究，指出中國暴雨具備顯著的地域性、季節性、階段性的特點。大范圍降水的環流形勢類型包括穩定經向型、穩定緯向型和中低緯相互作用型等類型。張丙辰等[3-4]指出暴雨天氣形成機制較為復雜，涉及梅雨鋒、西南渦、切變線、低空急流、東北低渦、暖區暴雨等影響系統，其演變機理和形成機制有待深入探究。

甘南州隸屬甘肅省，地處甘肅省西南部，青藏高原東北邊緣，地理坐標處于100°46′～104°44′E，33°06′～36°10′N之間，該地區屬于青藏高原、黃土高原與隴南山地的過渡區。境內地形地貌復雜，包括山原、山地、丘陵、峽谷，整體地勢呈現西北高、東南低的特點。

甘南州屬大陸性氣候區，氣溫低、光照時間長、無霜期短、氣候復雜多變，降水大多數集中在5—9月，該時間段經常出現暴雨天氣。一旦出現暴雨天氣，極易引發洪澇災害，給甘南州經濟的發展和老百姓生命財產安全構成極大威脅。因此，以2019年7月底一次對流性暴雨天氣為例，重點對甘南州此次暴雨天氣成因進行分析，為深入掌握甘南州暴雨天氣發生規律和形成機制、提升甘南州暴雨天氣預報水平、更高效地開展暴雨天氣預報預警服務提供指導。

1 天氣概況

2019年7月28日下午至晚上，甘南州大范圍發生了一次強降水天氣過程。據統計，此次發生降水天氣的測站有162個，其中22個測站達到大雨量級，2個測站達到暴雨量級，小時雨強最大值和降水量最多值均發生于甘南州夏河八角城，分別為38.3 mm/h、70.9 mm。

此次降水天氣具備降水量多、雨強大、危害嚴重等特征。受強降雨影響，多地遭受山洪、城市內澇等次生災害，給人民生產生活造成巨大經濟損失。

2 環流形勢分析

2.1 高空形勢分析

通過對500 hPa形勢場進行分析可知（圖1），2019年7月28日08:00，中緯度歐亞大陸大氣環流形勢為兩槽一脊型，有一個低渦分布在貝加爾湖一帶。冷中心處于新疆北部地區，冷中心溫度為16.0 ℃。高空鋒區處在新疆天山至甘肅北邊區域。副高的高壓脊朝西延伸至90°～100°E區域內，脊線處于25°～30°N范圍。甘南州處于副高西北側潮濕不穩定環境，且西北邊持續存在冷空氣下滑、青中和隴中一帶存在切變線，其不斷朝著東部區域發展，冷暖氣流在甘南州一帶交綏，適宜于強降水天氣的發生。

圖1 2019年7月28日08:00 500 hPa高空形勢

在700 hPa形勢場上，貝加爾湖一帶分布著低渦，深厚的低渦始終存在，低渦后部西北氣流夾雜著冷空氣不斷向東部移動。高空鋒區所處區域幾乎與500 hPa所處區域相吻合。西南氣流對川中東部至隴中一帶造成影響。700 hPa低空西南暖濕氣流為本次甘南州對流性暴雨天氣的發生提供了有利的水汽條件。

2.2 地面形勢分析

在地面形勢場上，2019年7月28日14:00有一高壓中心處于蒙西地區至隴中一帶，有一低壓中心處于甘南一帶，甘南地區受東南風影響，有一冷鋒處于高低壓中心之間、黃河上游一帶，冷鋒前低壓中增溫減壓效應顯著，甘南州氣溫上升幅度較大。鋒面云系處在冷鋒后部，有對流云團在青海東部區域生成且不斷發展。至7月28日17:00，冷鋒持續朝南邊移動，西段逐漸發展至甘南州北邊區域。隨著冷鋒的不斷南移，鋒面云系朝南邊發展。

在青海東部，西段鋒面前部區域，對流云團發展步伐加快，云頂亮溫下降，冷云覆蓋范圍越來越大，這意味著對流云團頂部高度增加較為顯著。此時，甘南州開始強降雨天氣。隨后在對流系統持續發展的形勢下，7月28日18:00～20:00，甘南州北部區域降水達到最強狀態（圖2）。

圖2 2019年7月28日地面形勢和紅外云圖

3 物理量場分析

3.1 水汽條件分析

3.1.1 相對濕度 暴雨天氣的發生需要良好的水汽條件[9]。從此次降水天氣期間相對濕度條件可知，2019年7月28日08:00，700 hPa甘南州相對濕度均達到80%以上。這意味著低空大氣的飽和程度較高，甘南州具備良好的濕度條件，有利于強降雨天氣的形成。

3.1.2 水汽通量散度 通過對此次甘南州暴雨中心水汽通量散度條件進行分析可知，2019年7月28日08:00甘南州暴雨中心700 hPa以上高度層均屬于一致的負散度，其中心值為-20×10-7g/(cm2·hPa·s)。不難看出，甘南州暴雨中心700 hPa及以上高空水汽輻合顯著，水汽輸送條件好，為此次對流性暴雨天氣發生發展提供了豐富的水汽條件。

3.2 動力條件分析

2019年7月28日08:00，有1個負渦度中心分布在甘南州，有1個正渦度中心分布在青南一帶（圖3）。結合500 hPa形勢場可知，自青南至甘南州存在顯著的正渦度平流輸送。7月28日20:00，因為正渦度平流的輸送，甘南州變成正渦度中心。正渦度平流使500 hPa高度層渦度越來越多，流場和氣壓場并不適應，在地轉偏向力的作用下，產生水平輻散；低層氣壓場和流場同樣不適應，受氣壓梯度力的影響，形成水平輻合，地面系統持續發展。高層輻散、低層輻合的配置，使得上升運動得到進一步發展[10]，為此次降水天氣的形成提供了有利的動力條件。

圖3 2019年7月28日08:00 500 hPa渦度場

3.3 不穩定能量條件分析

通過分析甘南州合作探空站資料可知，2019年7月28日08:00有較為深厚的濕層處于700～600 hPa范圍內，相對濕度較大（圖4）。7月28日20:00降水天氣出現后，整層大氣相對濕度均較大。因為甘南州海拔高，空氣較為稀薄，晚上輻射冷卻較快，輻射溫度下降十分顯著，因此，清晨甘南州探空資料難以出現顯著的對流有效位能（CAPE），但此次對流性暴雨天氣前，甘南州存在顯著的對流有效位（CAPE），數值為283.9 J/kg，這意味著大氣中已積聚了大量不穩定能量；午后，甘南州溫度大幅增加，能量越來越強，由此產生了強降水天氣。低空至300 hPa受南風影響，垂直風切變小，雖說其不適宜于雷暴大風天氣的發生，然而有益于暴雨天氣的產生[11]。

圖4 2019年7月28日08:00甘南州合作站探空資料

0 ℃高度層至6 000 m一帶，0 ℃高度層較高，使得降水天氣主要為暖云降水，但暖云的降水效率高于冷云，降水量偏大。此外，在此次降水期間，甘南州K指數均達到35 ℃以上，局部地區達40 ℃以上，這意味著甘南州局部良好的大氣不穩定能量條件[12]，非常有利于強降水天氣的發生發展。

4 結論

（1）此次暴雨天氣發生之前，中緯度歐亞大陸大氣環流形勢為兩槽一脊型。甘南州處于副高西北側潮濕不穩定環境，且西北邊持續存在冷空氣下滑，青中和隴中一帶存在切變線，不斷朝著東邊區域發展，冷暖氣流在甘南州一帶交綏，促進了暴雨天氣的發生。此次暴雨天氣的主要影響系統包括500 hPa高空槽、副高、低空急流和地面冷鋒。

（2）降水期間，700 hPa甘南州相對濕度均達到80%以上，低空大氣的飽和程度較高，700 hPa及以上高空水汽輻合顯著，水汽輸送條件好，這些為此次對流性暴雨天氣的發生發展帶來了豐沛的水汽條件。高層輻散、低層輻合的配置，使得上升運動得到進一步發展，為此次甘南州降水天氣的形成帶來了較好的動力條件。

（3）此次對流性暴雨天氣前，甘南州高空大氣中已積聚了大量不穩定能量；午后，甘南州溫度大幅升高，能量越來越強，由此產生了強降水天氣。K指數達到35 ℃以上，局部超過40 ℃，這意味著此次暴雨天氣具備有利的不穩定能量條件。