天水一次高空切變形勢下的暴雨天氣過程分析

王小龍　朱擁軍　李悅

摘要利用天水地區所有自動站資料、Micaps實況資料、探空資料、FY-2E衛星云圖資料以及雷達資料對2013年8月6日夜間至7日白天天水地區出現的一次中到大雨、局地暴雨的天氣過程進行分析。結果表明，造成天水市此次降水過程的主要系統是青藏高壓和副熱帶高壓之間的切變線以及下滑短波槽；此次降水過程發生前后物理量特征明顯，各物理量指標均對過程的發生發展具有一定的指示性作用；此次降水過程中相繼有多個MCS和MCC影響天水市；雷達產品垂直累積液態水含量（VIL）對風暴位置以及暴雨落區具有一定的指示性作用。

關鍵詞暴雨；強對流；高空切變線；衛星云圖；雷達

中圖分類號S161.6文獻標識碼A文章編號0517-6611（2015）07-189-04

The Analysis of a Heavy Rainfall Process under High Shear Situation over Tianshui

WANG Xiao-long， ZHU Yong-jun， LI Yue

（Tianshui Meteorological Bureau of Gansu Province， Tianshui， Gansu 741000）

AbstractThe characteristics of a regional heavy rainfall process occurring over Tianshui on 6 August 2013 are investigated by using ground automatic meteorological station observation data， the Micaps meteorological observation data， meteorological sounding data， FY-2E satellite infrared cloud image data， and radar data. Results indicate that the heavy rain occurs associated with the Shear line and the decline in short wave trough， which is caused by the interaction of western Pacific subtropical high and South Asian anticyclone. The physical quantities are apparent during the occurrence of the heavy rainfall and play a good indicative role in the occurrence and development of the heavy rainfall process. There are multiple MCS and MCC systems affect Tianshui successively. Moreover， the vertically integrated liquid water （VIL） in radar data plays a good indicative role in the location of heavy rainfall area.

Key wordsHeavy rainfall； Severe convection； High shear situation； Infrared cloud image； Radar

天水位于甘肅省東南部，是干旱半干旱氣候過渡帶，境內天氣復雜多變，強對流天氣頻發[1]。進入2013年夏季以來，降水較往年明顯增多，多次出現數十年難得一遇的暴雨天氣過程，對人民的生命財產安全以及生產生活帶來了嚴重的威脅，分析造成洪澇災害的暴雨天氣過程對提高暴雨預報質量、防災減災工作具有重要的意義。筆者利用天水地區所有自動站資料、Micaps實況資料、探空資料、FY-2E衛星云圖資料和雷達資料對2013年8月6日夜間至7日白天天水地區出現的一次中到大雨、局地暴雨的天氣過程進行了分析。

1降水實況

受青藏高壓以及副熱帶高壓之間的切變以及北方冷空氣的共同影響，2013年8月6日20：00～7日20：00天水出現強雷陣雨天氣過程，全市普降中到大雨，局部地方出現暴雨，最大降水量出現在麥積區的東岔，降水量為128.7 mm（圖1）。

圖12013年8月6日20：00～7日20：00天水地區降水分布

2天氣形勢分析

8月6日20：00 500 hPa高空實況場上（圖2），冷空氣勢力盤踞在西伯利亞至蒙古一帶，有小股的冷空氣下滑至河套至青海南部一帶，青藏高壓穩定維持，副熱帶高壓588 dagpm線位于山東半島、陜西南部至貴州一帶，天水市位于副熱帶高壓外圍西南暖濕氣流控制下，700 hPa青藏高原南部至甘肅東南地區有一條切變線存在；7日08：00 500 hPa實況圖上，副熱帶高壓有所東退，青藏高壓向東南方向伸展，天水市位于兩高之間的切變控制下，前一日東移南下的小股冷空氣也已經侵入天水市區域，700 hPa切變線移至平涼至隴南一線；7日20：00降水系統已經移出甘肅省，天水市降水過程基本結束。

可見在此次局地暴雨過程中，造成天水市降水的系統主要是青藏高壓和副熱帶高壓之間的切變線以及北方下滑的冷空氣的共合影響。副高外圍源源不斷的西南暖濕氣流為此次降水提供了充足的水汽條件以及熱力條件，冷空氣的侵入為此次過程中的雷暴天氣提供了充足的抬升動力條件和觸發條件。

圖22013年8月6日20：00 500 hPa高空實況場

3物理量分析

3.1水汽條件

3.1.1比濕。

暴雨需要在大氣比濕達到一定的數值以上時才能形成[2]，據統計天水大多數暴雨發生在700 hPa比濕≥8 g/kg 環境條件下，分析此次過程700 hPa比濕場可知，6日20：00甘肅省南部至四川北部有一個明顯的高水汽含量中心，中心數值達12 g/kg 以上，天水市位于等比濕線≥10 g/kg 的環境條件中（圖3），充足的水汽為此次暴雨的發生提供了有利水汽條件。

圖32013年8月6日20：00 700 hPa比濕場

3.1.2水汽通量場和水汽通量散度場。

暴雨的發生不但要有很好的水汽條件，還要有源源不斷的水汽補充，大量水汽在降水區輻合，暴雨才有可能發生[2]。分析6日20：00 700 hPa水汽通量場和流場的疊加圖（圖4）可知，在四川南部至廣西一帶有一個大的水汽通量中心，中心值達14×10-4 g/（cm·hPa·s），天水市位于水汽通量大值區的下風向，流場上在甘肅南部有一個明顯的輻合中心。由于暴雨落區一般均處在水汽通量大值區的下風向，而天水此次的強降水區就在四川輸送中心北側，且在流場上有一個明顯的輻合，這對預報暴雨有一定的指示性作用。

而在水汽通量散度場上，在四川北部到甘肅南部有一個明顯的水汽輸入中心，水汽通量散度表示了水汽的集中程度，分析700 hPa水汽通量散度可知，此次暴雨過程天水強降水地區為水汽凈輸入區，負值中心位于天水至四川北部，說明這些地方有很強的水汽通量輻合，對暴雨的發生十分有利。

圖42013年8月6日20：00 700 hPa水汽通量場和流場

3.2動力條件

3.2.1渦度和散度。

暴雨得以發生的初始動力條件是高層有明顯的輻散、低層有明顯的輻合[2]。8月6日20：00渦度垂直剖面圖上（圖5），天水市上空700～500 hPa為正渦度區，500 hPa以上為渦度負值區，而散度場剖面圖上，天水市上空700～500 hPa為散度負值區，500～400 hPa為散度正值區，表明過程前夕天水市附近低空為輻合、高空為輻散，低層正渦度和高空負渦度有利于加強大氣的垂直運動，為系統的發生發展提供充足的動力作用。

圖52013年8月6日20：00渦度場剖面

3.2.2垂直速度。

從各層的垂直速度分布情況來看，天水地區高低層在6日20：00 500 hPa和700 hPa垂直速度值均為負值，表明該地區有明顯的上升運動，不斷的上升運動觸發不穩定能量的釋放，有利于強降水天氣的發生和發展。

3.3能量條件

3.3.1T-logP圖分析。

分析8月6日20：00 T-logP圖可知，四川北部和甘肅省南部處于對流不穩定狀態，而甘肅省合作、榆中以及平涼一帶處于相對穩定狀態，對流不穩定能量主要集中在甘肅省天水、隴南以及四川北部地區。7日08：00對流不穩定性層結主要集中在陜西南部的漢中以及安康一線，甘肅省隴東南地區以及四川北部地區已經處于穩定狀態，主要對流性天氣已經結束。

3.3.2SI指數分析。

沙氏指數（SI）是表示大氣層結穩定性的一個物理量指標，SI指數對對流性天氣發生前后大氣層結的穩定情況具有較好的指示性作用[3]。分析8月6日20：00 SI指數可知，甘肅省南部地區以及四川省北部SI指數為-4～0 ℃，根據當地經驗，0 ℃

4衛星云圖分析

通過分析此次過程的衛星云圖資料（圖6）可知，8月6日20：00高原南部至甘肅東南地區沿切變線形成多個中α尺度、中β尺度以及中γ尺度的對流體或對流復合體，其中在甘肅隴東南地區形成一個中α尺度的MCC，云頂亮溫≤-35 ℃的面積在104 km2以上，中心云頂亮溫達-52 ℃以下的面積也超過5×103 km2，由于MCC中強降雨落區往往發生在云頂亮溫最低的區域以及亮溫梯度最大的區域，結合地面雨量站分析此次MCC過程可知，強降雨發生時段以及落區主要集中在MCC發展以及成熟階段的亮溫最低區域以及東南方亮溫梯度最大的區域[4-5]。7日00：00開始，MCC逐漸消亡，影響天水市降水的主要是高原南側繼續東移的各種尺度相對較小的系統。7日05：30開始在甘肅南部以及四川北部又形成一個中α尺度的MCC，受其影響天水市7日上午又迎來一次強降水時段，13：00以后MCC逐漸移出天水市，天水市降水過程基本結束。

圖62013年8月6日20：00～7日08：00紅外云圖

43卷7期

王小龍等天水一次高空切變形勢下的暴雨天氣過程分析

5雷達資料分析

分析此次過程的雷達監測資料和雷達產品（圖7）可知，8月6日21：00開始，降水已經開始影響天水市武山境內，降

水回波前沿已經到達靜寧-通渭-武山-宕昌一線，22：00

圖72013年8月6日21：00～7日13：00雷達回波演變

圖82013年8月6日23：02 VIL

開始，降水回波已經開始影響天水市市區，7日00：00降水已經影響天水市全境，一直到7日12：00，回波逐漸移出天水市，天水市降水逐漸結束。

通過對雷達產品進行分析可知，此次降水過程回波強度在15～45 dBz左右，回波底高3 km左右，回波頂高最大為15 km，垂直伸展高度較高，但回波強度不是很大，垂直累積液態水含量（VIL）最大值為40 kg/m2，主要位于秦州區南部、麥積區東南部以及清水縣境內（圖8），與強風暴的位置以及暴雨落區有較好的對應關系，雷達回波主要以天氣尺度背景下的中小尺度對流風暴為主，沒有產生強冰雹天氣的超級單體風暴，暴雨的形成主要是由于中小尺度對流風暴不斷生成并移動在暴雨區形成“列車效應”[6-10]。

6中尺度分析

通過對過程發生前的天氣圖進行中尺度分析（圖9）可知，6日20：00低層700 hPa在云貴川以及甘肅和陜西南部有一條明顯的濕舌，相對應河西至青海東部有干舌存在，溫度槽已經進入蘭州至合作一線，700 hPa切變線位于白銀-天水-四川北部，在貴州-重慶-河南-山東半島有一低空急流，高空500 hPa低壓槽位于阿拉善左旗至青海東部一線，高原低層多熱低壓活動，500 hPa在青藏高壓和副熱帶高壓之間有一條東北-西南向的切變，高空200 hPa在新疆、河西至內蒙中部有一條高空急流。

過程發生前天水市上空上干下濕、700 hPa有切變、上游地區有溫度槽和低壓槽東移南壓，高原南側也相應有低值系統東移，同時天水市位于高空急流軸右側、低空急流軸左側的高低空氣流耦合上升區域，環境場條件極有利于強對流性天氣的發生和發展[11]。

圖92013年8月6日20：00中尺度分析

7小結

（1）在此次局地暴雨天氣過程中，造成天水市強降水的

動力系統主要是青藏高壓和副熱帶高壓之間的切變線以及下滑槽的共同影響。

（2）此次降水過程發生前后物理量特征明顯，渦度、散度、垂直速度及沙氏指數等物理量均對過程的發生發展具有一定的指示性作用。

（3）通過對衛星云圖分析可知，此次降水過程前后相繼有多個MCS和MCC影響天水市。

（4）通過對雷達產品的分析可知，此次降水過程主要以天氣尺度背景下的中小尺度對流風暴為主，沒出現能產生強冰雹天氣的超級單體風暴。

（5）此次暴雨發生前天水市上空上干下濕、700 hPa有切變以及干冷空氣切入，高原南側有低值系統東移；天水市位于高空急流軸右側、低空急流軸左側的高低空氣流耦合上升區域。

參考文獻

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