青海省都蘭縣一次大到暴雨過程分析

石秀云，陳宏松，劉成豐

(青海省格爾木市氣象臺，青海格爾木 816099)

青海省都蘭縣一次大到暴雨過程分析

石秀云，陳宏松，劉成豐

(青海省格爾木市氣象臺，青海格爾木 816099)

利用常規資料、FY-2E氣象衛星云圖及各物理量場產品，從環流特征、物理量場特征、衛星云圖特征等對都蘭縣2014年7月20—21日大到暴雨天氣過程進行分析，探討大到暴雨過程形成的可能原因。結果表明，此次降水天氣主要受巴湖分裂短波槽攜帶冷空氣自新疆東移南下與副熱帶高壓外圍西南暖濕氣流共同影響；此次大到暴雨的水汽源地在孟加拉灣和南海，濕度場上形成了中下層濕、上干的不穩定層結；此次大到暴雨過程均有強烈的上升運動；大到暴雨發生前高空風向隨高度順轉，為暖平流，較小的風切變有利于產生強降水；對流層中低層大氣不穩定，為此次大到暴雨過程提供了不穩定的能量條件；大的降水一般出現在云系移動方向前方區的不穩定區內。

大到暴雨；環流形勢；物理量場；衛星云圖；都蘭縣

素有柴達木“綠洲”之稱的青海省都蘭縣地處柴達木盆地東南部，地形以高原山地為主，地勢西高東低，特殊的地理位置，使得都蘭縣容易出現大到暴雨天氣。經統計，大到暴雨是都蘭縣主要的災害性天氣之一，且大到暴雨出現的次數主要集中在汛期[1]。

青海省地處內陸腹地，受水汽條件的限制，大到暴雨發生的概率非常小，但所造成的災害是非常嚴重的。近年來，隨著全球氣候的變暖，青海地區極端天氣事件增多，強降水天氣頻發，大雨易出，極端大到暴雨突現。由于大到暴雨中心、時空分布、雨勢變化等存在一定的差別，給大到暴雨的預報帶來困擾。筆者利用常規資料、FY-2E氣象衛星云圖及各物理量場產品，從環流特征、物理量場特征、衛星云圖特征等方面，對都蘭縣2014年7月20—21日大到暴雨天氣過程進行分析，找出各關鍵預報依據，尋找預報著眼點及大到暴雨形成的原因，旨在為大到暴雨天氣預報和預警服務提供參考。

1 天氣實況

2014年7月20—21日都蘭出現大到暴雨過程，強降水出現在青海海西的東部，其中有2個縣(都蘭、天峻)24 h降水量超過25 mm(圖1)，降水開始時間為20日23：00(圖2)，降水持續時間約10 h，23：00—24：00出現短時強降水，降水量達8.5 mm，20日08：00—21日08：00降水量達28.3 mm，大到暴雨具有局地性強、降水時間長、短時降水強度強的特點[2]。

圖1 2014年7月21日都蘭縣降水實況Fig.1 The precipitation in Dulan County on July 21，2014

圖2 2014年7月20—21日都蘭縣逐小時雨量Fig.2 The hourly rainfall in Dulan County during July 20—21，2014

2 環流背景及影響系統

2.1 高空環流形勢 7月20日08：00 500 hPa(圖3a)，中高緯環流形勢為兩槽兩脊型，新疆北部和我國東北部為高壓脊，巴湖以西和貝湖為深厚的低槽，我國東部地區為西太平洋副熱帶高壓控制，青海省中部處于副高外圍西南暖濕氣流中。20日20：00 500 hPa(圖3b)，副熱帶高壓加強西伸北抬，我國東北部高壓脊減弱消失，環流形勢調整為兩槽一脊型，新疆北部弱脊，巴湖以西和貝湖為深厚的低槽，巴湖低槽分裂短波槽(新疆一帶)不斷向青海省西北部移動，青海省海西處于副熱帶高壓西北側，新疆東移南下冷空氣在青海海西地區與西太平洋副熱帶高壓外圍西南暖濕氣流交匯，從而使濕度增大(T-Td≤3 ℃)，尤其是海西東部濕度增大最明顯(T-Td≤1 ℃)，為飽和區。700 hPa，前期青海省受暖低壓控制，20日08：00青海省東北部為東南風，到20日20：00，青海省東部風場上形成308 gpm的氣旋型低渦，上游有冷溫槽逼近，此時海西東部正好處于低渦中。20日20：00 200 hPa，整個青海省受高壓脊控制，中心數值達1 264 gpm，高壓北部為急流帶，風速≥40 m/s。高空輻散、低空輻合，引起海西東部地區出現大范圍的強降水天氣過程[3]。

2.2 地面形勢 7月20日14：00(圖4)，南疆翻越阿爾金山的冷空氣已侵入柴達木盆地，冷鋒后24 h變壓達3 hPa，冷鋒后均出現降水，青海海西都蘭吹的是西北風，說明冷空氣已經影響該區域；20：00，冷空氣仍然維持，海西東部24 h變壓中心降幅達2 hPa，24 h變溫為-7 ℃；21日02：00冷空氣已經移除海西，整個海西為24 h負變壓，而海西都蘭已出現強降水天氣，出現短時強降水，24 h變壓仍為負，中心達-2 hPa；都蘭6 h降水量達20 mm，到08：00海西東部還是無冷空氣侵入，為滿天對流云系，海西東部降水范圍有所擴大，其中烏蘭、茶卡6 h降水量超過10 mm，08：00后降水轉為穩定性。

圖4 2014年7月20日14：00地面形勢Fig.4 Ground situation at 14：00 on July 20，2014

3 物理量場分析

3.1K指數 大到暴雨發生前(20日08：00)，海西東部K指數為28～32 ℃，到20：00前都蘭已開始出現降水天氣，K指數稍有下降，下降了3 ℃左右。可見，大到暴雨發生前海西東部為K指數大值區，大氣層結極不穩定，具備了發生強降水天氣的條件，易產生強降水[4]。

3.2 水汽條件

3.2.1 水汽通量散度。20日08：00(圖5a)，孟加拉灣—西藏—青海西部有南北向水汽通量散度負值區，水汽沿副熱帶高壓西部偏西南氣流向柴達木盆地輸送，由于青海東部受副熱帶高壓控制，東部為水汽通量正值區。到20日20：00(圖5b)，青海西部有一南北向的水汽通量散度負值區，中心值達-6×10-7g/(cm2·hPa·s)，強的水汽輻合沿著副熱帶高壓西側的偏南氣流向柴達木盆地和海西一帶輸送，700 hPa海西東部水汽通量散度為-10×10-5g/(cm2·hPa·s)，在300 hPa以上為弱輻散，低層強烈的水汽輻合加上高層輻散為大到暴雨的發生提供必要的水汽凝結條件。

圖5 2014年7月20日08：00(a)和20：00(b)水汽通量散度場Fig.5 Water vapor flux divergence field at 08：00(a)and 20：00(b)on July 20，2014

3.2.2 相對濕度。從表1可看出，在大到暴雨發生前(20日20：00)，500 hPa相對濕度在90%以上，水汽充沛，而近地層相對濕度較500 hPa小，500 hPa以上隨著高度的增加相對濕度迅速減小，到200 hPa降至37%以下；在臨近大到暴雨發生時，近低層至500 hPa相對濕度開始增加，高層濕度相對開始減小。從整個發展情況來看，在強降水發生前大氣有一個增濕的過程，其中中低層水汽充沛，而在對流層高層濕度迅速減小，這樣就形成了中下層濕、上干的不穩定層結[5]。

3.3 垂直速度和渦度 由圖6可見，大到暴雨過程都蘭從低空到高空均為上升氣流，500～400 hPa上升運動最強，中心值達-14×10-3hPa/s；低空為正渦度，正渦度中心在700～500 hPa，中高空負渦度，從而形成低空輻合、高空輻散的垂直上升運動。此次大到暴雨過程中強的上升運動將低層的水汽、熱量、能量抬升到高空，觸發不穩定能量釋放，而中低層正渦度、高層負渦度的空間配置使大到暴雨區氣旋性曲率加大，低層環流加強，發展旺盛，造成大到暴雨天氣。

表1 都蘭縣“7.21”大到暴雨出現前相對濕度特征

Table 1 The features of relative humidity before “7.21” heavy rain in Dulan County

%

圖6 2014年7月19—22日垂直速度(a)和渦度(b)時間剖面 Fig.6 Vertical velocity(a)and vorticity(b)time profiles during July 19—22，2014

3.4 溫度對數壓力圖 此次大到暴雨過程均發生在青海海西東部，所以可用最近的站點格爾木、都蘭的探空資料來分析。大到暴雨發生前(20日20：00)，都蘭對流有效位能為0，強降水發生時(21日08：00)SI指數和對流有效位能均無變化；格爾木20日20：00～21日08：00，SI指數由5.70 ℃升至5.89 ℃，對流有效位能均為0。總體來看，此次過程中格爾木SI指數有所變化，而對流有效位能基本上均為0，說明較小的風切變有利于產生強降水[6]，但這次過程對都蘭單站來說，SI指數和對流有效位能反映不是很明顯。

4 衛星云圖演變分析

分析衛星云圖發現，造成海西東部地區大到暴雨天氣是由于副熱帶高壓外圍的熱帶對流云團在西藏—小唐—海西一帶發展、緩慢向東北移動過程中形成的強中尺度對流云團影響。20日20：00—21日05：00(圖7)，副高外圍青海省西

圖7 2014年7月20日20：00(a)和21日05：00(b)衛星云圖Fig.7 Satellite cloud picture at 20：00(a)on July 20 and 05：00(b)on July 21 in 2014

部至南部的對流云團不斷發展并向東北方移動，將孟加拉灣的水汽向海西東部輸送，由于水汽不斷自副高外圍西南氣流向北輸送，降水區域的暖濕氣流發展旺盛，大到暴雨區開始降水，強降水云團在大到暴雨區上空維持，移動緩慢。分析紅外黑體亮溫TBB可見，小唐至海西TBB≤-30 ℃大值區云團隨著副熱帶高壓外圍的西南氣流向東北移動，強度加強，20日24：00強中心移至海西都蘭地區，最強TBB≤-40 ℃，短時強降水天氣發生在20日23：00—24：00，之后TBB中心值減小向東移動，21日08：00后移出海西。

5 結論

(1)此次降水天氣主要受巴湖分裂短波槽攜帶冷空氣自新疆東移南下與副熱帶高壓外圍西南暖濕氣流共同影響，低空的暖性低渦和地面輻合線等中尺度增強了局地不穩定能量強烈抬升，同時鋒面抬升、干線、輻合線激發了局地強降水，副熱帶高壓的維持、阻擋系統的東移南壓，是大到暴雨過程持續時間較長的主要原因。

(2)此次大到暴雨的水汽源地在孟加拉灣和南海，沿副熱帶高壓外圍的偏西南氣流向青海海西輸送，大到暴雨區處在中低層水汽輻合帶中，充沛的水汽輸送及輻合為大到暴雨的發生提供了必要的水汽條件。濕度場上形成了中下層濕、上干的不穩定層結。

(3)此次大到暴雨過程均有強烈的上升運動，400～500 hPa垂直上升運動達到最強，強的上升運動將低層的水汽、熱量、能量抬升到高空，觸發不穩定能量釋放，而中低層正渦度、高層負渦度的空間配置，使大到暴雨區氣旋性曲率加大，低層環流加強，發展旺盛。

(4)大到暴雨發生前高空風向隨高度順轉，為暖平流，較小的風切變有利于產生強降水。

(5)對流層中低層大氣不穩定，為此次大到暴雨過程提供了不穩定的能量條件；大的降水一般出現在云系移動方向前方區的不穩定區內。參考文獻

[1] 王江山，李錫福．青海天氣氣候[M]．北京：氣象出版社，2004：225-342.

[2] 段榮，王芬，熊方，等.西南低渦造成連續大暴雨天氣個例診斷分析[J].安徽農業科學，2011，39(8)：4696-4699.

[3] 滕水昌，殷玉春.河西走廊一次大雨天氣診斷分析[J].干旱氣象，2010，28(1)：81-86.

[4] 賈宏元，穆建華，孔維娜.2004年寧夏一次區域性大到暴雨的診斷分析[J].干旱氣象，2005，23(2)：24-29.

[5] 張增文，茍日多節，王發科，等.柴達木盆地區域性中到大雨個例分析[J].氣象科技，2007，35(1)：88-91.

[6] 姚學祥.天氣預報技術與方法[M].北京：氣象出版社，2011：96-97.

Analysis of a Heavy Rain Process in Dulan County, Qinghai Province

SHI Xiu-yun, CHEN Hong-song, LIU Cheng-feng

(Qinghai Golmud City Meteorological Bureau, Golmud, Qinghai 816099)

Using the conventional data, FY-2E satellite images and the physical quantity fields, a heavy rain process in Dulan County during July 20-21, 2014 was analyzed from circulation features, physical quantity field features and satellite cloud picture features, the causes were discussed. The results showed that the rainfall process were affected by cold air from Xinjiang and southwest warm air; the water vapor sources were in the bay of Bengal and the South China Sea, middle and lower layer wet, upper dry unstable stratification was formed on the humidity fields; the heavy rainfall had a strong upward movement; wind direction at hight altitude changed clockwise with height before heavy rain occurrence, which is warm advection; smaller wind shear was favorable to produce strong precipitation; atmospheric instability in the middle and lower troposphere provided unstable energy condition; heavy rainfall generally appear in unstable region in front of cloud moving direction.

Heavy to torrential rain; Circulation situation; Physical quantity field; Satellite cloud picture; Dulan County

S 161.6；P 458

A

0517-6611(2016)35-0193-03

石秀云(1973-)，女，青海互助人，副研級高級工程師，從事短期天氣預報研究。

2016-09-30