商洛一次局地暴雨診斷分析

2016-05-09 00:42:34黃少妮

陜西氣象 2016年2期

井　宇，黃少妮，陳　闖

(1.陜西省氣象臺，西安　710014；2.陜西省氣象科學科研所，西安　710016)

商洛一次局地暴雨診斷分析

井宇1，黃少妮1，陳闖2

(1.陜西省氣象臺，西安710014；2.陜西省氣象科學科研所，西安710016)

摘要：利用常規觀測資料、NCEP 1°×1°再分析資料、FY2E衛星資料、商洛多普勒雷達資料，從環流背景、水汽、動力條件和不穩定機制等方面對2014年7月28日發生在商洛局地性較強的一次短時暴雨過程進行分析。結果表明：這次短時暴雨過程天氣的影響系統主要為短波槽、副熱帶高壓與熱低壓。低層850 hPa副高西側暖濕氣流北上為暴雨發生發展提供了有利的水汽條件。對流層中高層渦旋運動增強帶動低層上升運動發展加強，為對流天氣的進一步發展提供了動力條件。短波槽后西北干冷氣流與低層偏南暖濕氣流形成不穩定層結，加之中低層對流不穩定層結加強，CAPE值及低層濕度顯著增大，抬升凝結高度與自由對流高度降低，因此在較低的抬升條件下，觸發了此次對流性天氣。衛星云圖和雷達圖上表現為中尺度系統，生命期短，發生發展速度快。強降水主要發生在對流云團強中心西北側TBB梯度大值區。

關鍵詞：商洛；局地暴雨；不穩定層結

暴雨常引發洪水和泥石流等重大災害，易造成人員傷亡和重大財產損失，近年來極端暴雨事件時有發生，受到政府和廣大人民群眾的高度關注[1]。氣象學者對暴雨做了大量的研究，劉勇等[2]對一次發生在陜北佳縣的特大暴雨成因進行了診斷分析，指出造成這次局地特大暴雨天氣是中α尺度對流云團，中尺度特征非常明顯；李峰等[3]用雷達產品對北京一次局地強對流天氣特征進行了分析，結果表明這次大暴雨過程是由多個中小尺度系統造成的，中尺度特征顯著；袁媛等[4]對2013年延安地區盛夏一次強降水天氣過程進行診斷分析，指出強烈的上升運動觸發不穩定能量釋放，為大暴雨產生和維持提供了動力條件；趙東旭等[5]對甘肅武威市一次局地大到暴雨天氣成因進行分析，結果表明強烈的不穩定能量和不穩定層結是對流增強、雨強較大的必要條件。本文將利用常規觀測資料、NCEP 1°×1°再分析資料、FY2E衛星資料、商洛多普勒雷達資料，對2014年7月28日發生在商洛局地性較強的短時暴雨過程成因進行分析。

1過程概況

2014-07-28T18:00—22:00，商州地區城關辦、劉灣辦、沙河子鎮、板橋鎮出現短時大暴雨、大風天氣，雖然此次暴雨生命史短，但突發性強且強度大，災害嚴重。主要降水時段在28日18:00—22:00，從降水量圖(圖1)可以看出，降水主要集中在商洛中部。此時段商洛地區2站降水量超過100 mm，6站超過50 mm，最大降水量位于商州站，達121.9 mm，最大降水量強度達65.6 mm/h，降水突發性和局地性強，預報難度較大。

2環流背景

7月28日08時500 hPa天氣圖(圖略)上，歐亞中高緯度為兩槽一脊型，貝湖為一高壓脊，巴湖西側、東北東部分別為低槽，巴湖低槽底部多短波槽活動，中緯度青藏高原高壓和西太平洋

圖1　2014-07-28T18:00—22:00商洛地區降水量(單位為mm)

副熱帶高壓形成鞍型場。副熱帶高壓中心位置偏東偏南，脊線位于120°E附近。低層850 hPa新疆—青海為一中心強度低于142 hPa的熱低壓，與其配合的暖中心大于27 ℃，副高南側從南海到陜西南部存在偏南風，但由于副高中心位置偏南，水汽輸送通道在到達陜西南部之后向東折。20時，500 hPa巴湖低槽底部有短波槽東移，陜西位于槽底分裂南下的短波槽后偏西北氣流中，850 hPa新疆—青海熱低壓進一步加強，中心強度降低至138 hPa，與其配合的暖中心增強到32 ℃以上，熱低壓東側的偏南氣流加強，將副高西側的偏南暖濕氣流引導北上。中高層短波槽后偏干冷氣流置于低層暖濕氣流之上，形成上干冷下暖濕的不穩定層結，為對流性降水天氣發生提供了有利條件。

3水汽條件

7月28日08時850 hPa(圖略)上，副高外圍南海—湖北有一條較為明顯的水汽輸送帶，14時(圖2a)，位于新疆—青海的熱低壓急速發展，低壓外圍東側偏南氣流加強，增強的偏南氣流把副高外圍東南氣流攜帶的水汽繼續向北輸送，水汽輸送帶由東北向轉為偏北，并在商洛地區形成6 g/(cm·hPa·s)的水汽通量中心。隨著新疆—青海熱低壓外圍偏南風的進一步加強，南海—陜西東南部水汽輸送帶建立，20時(圖2b)，在商洛地區形成了中心值大于10 g/(cm·hPa·s)的水汽通量中心，為暴雨的發生發展提供了有利的水汽條件。

圖2　2014-07-28 850 hPa 水汽通量(單位為g/(cm·hPa·s))和風場(a 14時，b 20時)

4動力條件

從ω方程中渦度平流隨高度變化項[6]可知，渦度平流隨高度增加，高層渦旋運動強，高層大氣輻散，帶動低層大氣產生渦旋運動，低層大氣將產生補償性輻合上升運動[7]。08時(圖略)，商洛上空整層以負渦度平流為主，盛行下沉氣流。14時(圖3a)，中層轉為正渦度平流，商洛上空低層到中層渦度平流隨高度增加，中層氣旋性渦度增加，風壓場不平衡，產生輻散，帶動低層產生上升運動，上升氣流開始建立，但由于高層以負渦度平流為主，上升速度區域發展到600 hPa附近。20時(圖3b)，商洛上空中高層均轉為正渦度，且在250 hPa出現高值中心，中高層渦旋運動進一步加強，從低層至高層幾乎為一致的渦度平流隨高度增加，形成了一致的上升速度區域，且在850 hPa附近出現上升速度大值中心，有利于水汽和熱量的垂直輸送和對流的發展。

5不穩定機制

當大氣為對流不穩定時，?θse/?p>0；當大氣為對流穩定，?θse/?p<0；當大氣為中性，?θse/?p=0。08:00(圖略)商洛上空低層、中高層?θse/?p均為負值，說明商洛地區大氣以對流穩定狀態為主，08:00探空圖上(圖略)，CAPE值為0 J/kg，大氣為穩定型層結；14:00

圖3　2014-07-28渦度平流(單位為10-9 s-2)和垂直速度(陰影，單位為Pa/s；a 14時，b 20時)

(圖4a),商洛上空600 hPa以下?θse/?p均為正值，表明此時商洛地區大氣中低層為對流不穩定狀態，同時探空圖也表現為潛在不穩定層結，CAPE值增大到1 262 J/kg(圖略)；20:00 500 hPa巴湖低槽底部有小波東移，高層短波槽后的干冷氣流與低層加強的暖濕氣流有利于不穩定度加強，?θse/?p(圖4b)為正值的區域向上擴展到500 hPa，且在低層出現?θse/?p大于10×10-2K/hPa的中心，可看出此時商洛地區對流不穩定加強。20:00的探空圖上，商洛上空為上干下濕的配置，CAPE值增大到2 876 J/kg(圖略)，層結非常不穩定，低層濕度顯著增大，抬升凝結高度與自由對流高度降低，因此在較低的抬升條件下即可觸發對流，有利于商洛強對流天氣的發生。

圖4　?θse/?p剖面圖(單位為10-2 K/hPa；a 14時，b 20時)

6中尺度云團及雷達回波特征

隨著大氣不穩定層結的建立和上升運動的加強，28日18:00有中β尺度云團在陜西和山西交界處生成(圖略)，位于商洛境內的云團西段強度偏小，其中心值≤-16 ℃，此時商洛的洛南等地開始出現降水；19:00，云團西段迅速發展，最大中心強度為-32 ℃(圖5a)，當tBB≤-32 ℃時，表示對流發展旺盛[6]，商洛中北部降水站點逐步增多；20:00，云團東段趨于減弱，其西段進一步增強，表現為團狀，最大中心強度增強為-48 ℃，云團西北邊緣TBB梯度較大(圖5b)，降水強度迅速增大，洛南景村站降水強度達54.9 mm/h；21:00，對流云團繼續發展，結構密實，云團中小于-44 ℃和-48 ℃的范圍明顯擴大(圖5c)，在對流云團西側TBB梯度大值區的商州孝義站雨強達74.2 mm/h；22:00(圖5d)，云團結構開始變松散并緩慢東移南壓，中心強度降低，此時降水維持，但強度減弱；23:00之后，云團迅速減弱并移出商洛。

圖5　2014-07-28 FY-2E TBB分布圖(單位為℃；a 19時，b 20時，c 21時，d 22時)

17:00—18:00，強降水發生前，商洛東北部開始有面積較小對流單體出現；之后在原單體的西南側有新生對流單體東移、合并；18:56，商洛東部出現明顯中γ尺度塊狀對流性降水回波，回波范圍較小，主體強度大于35 dBz，中心強度大于60 dBz，回波邊緣梯度較大(圖6a)。在強回波緩慢南壓過程中，商洛的洛南等地出現短時強降水；20:00—21:00，回波主體進一步南壓，由于靜錐區的存在，回波移入此區時，因距離雷達站較近，可探測的最大高度較低，造成回波移過商州過程中強度減弱，但產生小時最強降水，與TBB演變特征相比，最大雨強時TBB圖上的反映更顯著(最大雨強時段與TBB最低值時段相對應)；22:00，后回波迅速減弱消散。