2019年7月28日寧夏區域性暴雨天氣過程成因分析

摘 要：【目的】分析此次暴雨過程的產生機制，以期為今后寧夏暴雨的預報提供參考。【方法】利用ECMWF ERA5的逐時再分析資料，通過環流分析和物理量診斷方法，揭示2019年7月28日寧夏區域性暴雨的產生成因。【結果】此次降水過程是在東高西低環流背景下，西風氣流中小股冷空氣南下遇副高西伸北抬，形成鋒區造成的。副高外圍的暖濕氣流帶來充沛的水汽為此次過程提供所需水汽。700 hPa、850 hPa的切變線及中低層的鋒區滿足此次降水過程提供了動力抬升條件，并疊加了不穩定能量。【結論】寧夏北部地區以鋒區降水為主，中南部地區暖區中有對流云發展，配合鋒面抬升，造成對流云疊加，降水強度增大。

關鍵詞：寧夏暴雨；東高西低；暖區降水；中低層鋒區

中圖分類號：P458 文獻標志碼：A 文章編號：1003-5168（2024）15-0100-06

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.15.022

Analysis on the Cause of Regional Rainstorm in Ningxia on July 28，2019

GAO Shan1，2，3 YANG Yuan1，2，3 CHEN Xingyi1，2，3 BAI Chunyan1，2，3

（1.Key Laboratory for Meteorological Disaster Monitoring and Early Warning and Risk Management of CharacteristicAgriculture in Arid Regions，CMA，Yinchuan 750000，China；2.Ningxia Key Lab of Meteorological Disaster Prevention andReduction，Yinchuan 750000，China；3.Zhongwei Bureau of Meteorology，Zhongwei 755000，China）

Abstract： [Purposes] The mechanism of this rainstorm process was analyzed in order to provide reference for the forecast of rainstorm in Ningxia in the future.[Methods] Using the hourly reanalysis data of ECMWF ERA5， the cause of the regional rainstorm in Ningxia on July 28，2019 was revealed by means of circulation analysis and physical quantity diagnosis. [Findings] The results showed that the precipitation process was caused by the front area formed by the cold air moving southward and the northward extension of the subtropical high under the background of the east-high and west-low circulation. The warm moist air around the sub-high brings enough moisture to supply the needed moisture for the process. The shear lines of 700hPa and 850hPa and the front areas of the middle and lower layers satisfy the conditions of dynamic uplift and add unstable energy. [Conclusions] The northern part of Ningxia was dominated by the frontal precipitation， while the central and southern had convective cloud development in the warm region， which coupled with the rise of the frontal surface，resulted in the superimposition of convective clouds and the increase of precipitation intensity.

Keywords： Ningxia rainstorm; east high and west low; warm region precipitation; middle and low level frontal area

0 引言

暴雨研究一直是氣象部門的研究熱點，廣受關注。如北京“7·21”、鄭州“7·20”特大暴雨。氣象學者從環流形勢、中尺度條件、水汽、上升運動、地形作用，以及降水效率、雨滴譜、衛星雷達特征等各方面深入剖析強降水的成因［1-7］。其中，“7.21”極端強降水過程是由暖區降水和鋒面降水組成。“七下八上”為寧夏汛期的關鍵期，有必要對這一時期的暴雨過程進行復盤分析。2019年7月28日寧夏出現大范圍對流性天氣，其中寧夏南部降水達到暴雨量級。本研究利用ECMWF ERA5再分析資料和診斷分析方法，從環流形勢、動力條件、水汽條件、熱力條件、層結穩定度及衛星云圖等方面，分析了此次暴雨過程的產生機制，以期為今后寧夏暴雨的預報提供參考。

1 天氣實況

2019年7月28日下午到前半夜，寧夏出現雷陣雨，原州區、涇源、隆德部分鄉鎮出現暴雨（10站），最大累計降水量出現在涇源綠塬林場，為77.7 mm。28日16時至29日00時累計雨量：石嘴山0.1～10.3 mm，銀川0.1～22.3 mm，吳忠0.1～20.3 mm，中衛0.1～11.4 mm，固原0.1～77.7 mm。其中，累計降水>50 mm為10站，20～50 mm為50站。累計降水量較大的站點出現的短時強降水或短時暴雨主要出現在原州區、涇源、隆德及鹽池。109個站點出現短時強降水或短時暴雨，其中原州區、涇源、隆德個別村鎮出現多次短時暴雨，最大小時雨強出現在涇源大灣鄉43.2 mm（19～20時），如圖1所示。

2 環流背景

2.1 500 hPa環流形勢

7月28日17時、20時500 hPa形勢如圖2所示。從圖2可以看到，7月28日08時在中高緯度維持“東高西低”環流背景，5 880 dagpm線位于河套東南部，向西南方向有一彎曲，到11時開始5 880 dagpm線明顯向西北方向北抬，同時在河套西部有一小彎曲配合南下的冷空氣南下，風向是西北風與西南風的切變輻合。隨著小股弱冷空氣的南下到17時前后，副高南退，弱冷空氣南壓，同時寧夏中部以南地區為西南風控制，北部為西風到西南風如圖2（a）所示。到20時后5 840 dagpm線的小彎曲消失，隨之北抬，逐漸恢復降水前狀態，如圖2（b）所示。可以看出雖然降水時間持續不長，但副熱帶高壓有西伸北抬再南下的過程，而西風氣流中的小波動南下過程中正遇副高北抬，冷暖氣流相遇，形成了此次降水。

2.2 700 hPa和850 hPa環流形勢

7月28日700 hPa上出，在寧夏的東北部，東北冷渦偏西維持，在冷渦底部有冷空氣南下，寧夏境內有南北兩段切變線存在，到17時前后兩段切變線同時存在寧夏北部地區和寧夏中南部地區，北段切變線過賀蘭山后向東移出，南段切變線從海原以西進入寧夏，后東移過程中，一段向東偏南方向移出，一段向鹽池方向東移，與北段切變線匯合后從鹽池移出寧夏850 hPa上，在35°N和100°E附近有低渦存在，14時至17時前后河套北部有鋒區存在，17時至20時前后鋒區分為兩段，一段在河套西北方向呈東北西南向，從河套東北伸向河西走廊，另一段鋒區在鹽池-同心-海原一線向東移動消失，近地層鋒區的存在，是促發對流天氣的重要原因。

3 物理量條件

3.1 動力條件

從7月28日散度場可以看出，固原出現強降水時段是28日20時至29日00時，其上空700 hPa以下一直維持輻合場，230～150 hPa、450～330 hPa為輻合場，其他層次為輻散場，而北部地區同時段700 hPa以下長時間維持輻散場，并沒有短時強降水出現（如圖3所示）。

3.2 熱力條件

7月28日700 hPa θse變化可以看出，從09時開始在中衛到鹽池一線的南部地區θse均為高值區，在固原地區和鹽池南部各一個高值中心，14時兩中心消失，16時在固原東北部地區再次生成高值中心，19時沿賀蘭山一線形成一帶狀的低中心，和850 hPa北段鋒區對應，表明在低層鋒區東南移后冷鋒東南移出（如圖4所示）。

3.3 水汽條件

7月28日08時開始10 g/kg的比濕線從寧夏中北部向北逐漸推進，如圖5（a）所示；到14時，如圖5（b）所示，寧夏銀川以南地區，比濕大部分地區已達12g/kg，高濕區推進到寧夏石嘴山南部地區后維持4 h左右，到20時后逐漸南移，高濕區呈東北西南向，向東南方向后退，與500 hPa上副高5 880 dagpm線的南退方向基本一致。分析表明，降水前副高北抬，高濕區向北推進，降水過后，鋒區南壓，特別是850 hPa上的南段鋒區的南移，正好與高濕區的南退方向一致，表征此次降水過程結束。850 hPa上比濕變化與700 hPa上基本一致，只是固原降水前后比濕中心達到16 g/kg以上。

4 衛星云圖、雷達分析

從7月28日風云2G-TBB 08時、10時、14時、17時、20時圖像演變來看（如圖6所示），鋒區更加明顯，鋒面云帶更加明顯，隨著鋒面云帶的東移，沿鋒面有對流云團北上，賀蘭山北端受地形影響，有對流云發展，在賀蘭山沿山一帶形成強降水，但從云圖上看，沿副高外圍形成的云系以中低云為主，含水量大，造成固原中南部強降水的發生，在21時云圖上可以看到，在暖區有對流云發展。配合雷達20時10分基本反射率，可以看到暖區云團對應的回波強度達到49 DBZ，隨著鋒面云帶的疊加，降水明顯，從圖1短強分布情況也能看出，暖區對流云團的位置正好是短時強降水發生的地域。但由于副高的南退，降水后期，比濕減小，降水減小，東移出境，降水結束。

5 探空分析

崆峒探空圖可以基本代表固原上空的層結狀態。銀川—崆峒7月28日08時、20時（如圖7所示）和29日08時控空圖可以看到，銀川和崆峒探空曲線在降水前后均有明顯的變化。7月28日08時兩站的探空曲線基本呈現穩定的層結形勢，至28日20時，銀川探空曲線上整層濕度較大，而崆峒（用來解釋固原短時強降水）不穩定能量較大，負不穩定面積呈喇叭口形狀，顯現出不穩定的層結，并且可能出現冰雹的可能性。從各物理量分析，崆峒從28日08時Dcap達到1 334.7 J/kg，到20時降為1.2 J/kg，cap值在28日20時也達到1 692.7 J/kg，銀川在28日20時K指數達到29.7 ℃，強對流天氣出現時段銀川到崆峒均屬于高濕高能的層結結構，但以短時強降水為主，從0 ℃層高度和-20 ℃高度變化來看也能得到較完美的解釋，從28日08時到29日08時銀川和崆峒的0 ℃層高度和-20 ℃高度變化較小，因此這次過程以強降水為主而不是冰雹。從7月28日08時、20時和29日08時銀川和崆峒雷雨順能量圖上也可以看到，銀川降水前后整層濕度較大，而固原的強降水前后崆峒的不穩定能量明顯增大。

6 結論

①此次降水過程500 hPa中高緯度為東高西低環流背景，在西風氣流中有小股冷空氣南下，南下過程中恰遇副高西伸北抬，形成鋒區，副高外圍的暖濕氣流帶來充沛的水汽為此次過程提供所需水汽。

②700 hPa、850 hPa的切變線及中低層的鋒區為此次降水過程提供了動力抬升條件。

③從銀川和崆峒探空圖上可以看出，此次過程，降水前后銀川到崆峒的層結不穩定，銀川整層濕度較大，寧夏南部層結不穩定。

④從云圖和雷達圖上可以看出，寧夏北部地區以鋒區降水為主，在鋒面過境前后因地形影響有對流云發展，寧夏中南部地區暖區中有對流云發展，配合鋒面抬升，對流云疊加，造成降水強度增大，但因副高南退時鋒區到達，因此降水強度最大只達到50 mm。

參考文獻：

［1］諶蕓，孫軍，徐珺，等.北京721特大暴雨極端性分析及思考（一）觀測分析及思考［J］.氣象，2012，38（10）：1255-1266.

［2］方翀，毛冬艷，張小雯，等.2012年7月21日北京地區特大暴雨中尺度對流條件和特征初步分析［J］.氣象，2012，38（10）：1278-1287.

［3］孫繼松，何娜，王國榮，等.“7.21”北京大暴雨系統的結構演變特征及成因初探［J］.暴雨災害，2012，31（3）：218-225.

［4］孫軍，諶蕓，楊舒楠，等.北京721特大暴雨極端性分析及思考（二）極端性降水成因初探及思考［J］.氣象，2012，38（10）：1267-1277.

［5］崔慧慧，李榮，郜彥娜，等.“7·20”鄭州極端特大暴雨降水細節特征和成災過程研究［J］.災害學，2023，38（2）：114-120，149.

［6］ 史文茹，李昕，曾明劍，等.“7·20”鄭州特大暴雨的多模式對比及高分辨率區域模式預報分析［J］.大氣科學學報，2021，44（5）：688-702.

［7］徐珺，楊舒楠，孫軍，等.北方一次暖區大暴雨強降水成因探討［J］.氣象，2014，40（12）：1455-1463.