2016年商洛“7·30”局地突發性大暴雨綜合分析及預報著眼點探討

2017-11-06 04:47:45侯建忠陳小婷胡啟元

陜西氣象 2017年5期

侯建忠，井宇，陳小婷，胡啟元

(陜西省氣象臺，西安 710014)

侯建忠，井宇，陳小婷，等. 2016年商洛“7·30”局地突發性大暴雨綜合分析及預報著眼點探討 [J].陜西氣象，2017(5)：1-5.

1006-4354(2017)05-0001-05

2017-04-11

侯建忠(1960—)，男，陜西澄城人，學士，正研級高工,主要從事天氣氣候預測及研究。

中國氣象局預報員專項(CMAYBY2017-073)；國家自然基金“黃河中游地區突發性大暴雨暴雨結構特征研究”(41475050)；陜西省氣象局面上項目(2017M-1)。

2016年商洛“7·30”局地突發性大暴雨綜合分析及預報著眼點探討

侯建忠，井宇，陳小婷，胡啟元

(陜西省氣象臺，西安 710014)

利用MICAPS資料，自動站加密雨量、FY-2E衛星云圖、商洛多普勒雷達和數值預報產品等資料，對2016年7月30日商洛局地大暴雨過程進行綜合分析。結果表明：數值預報對本次局地暴雨預報能力偏低，環流特征不明顯；地面冷空氣經過山西南部、河南東部影響陜西東部是本次暴雨的觸發機制；關注午后關中南部與商洛北部的地面輻合線演變和西安站20時對流層低層偏東氣流的劇增，加強衛星云圖、雷達回波和自動站加密雨量等氣象資料分析是提高局地突發性暴雨短臨落區、強度預報的關鍵。

局地突發性大暴雨；低空東北急流；地面輻合線；衛星云圖；雷達回波

隨著現代數值預報技術的不斷提高，較準確預報未來某個地區的區域性、系統性降水過程已成為現實。但對于暖區降水、局地性強天氣和極端性天氣的預報，數值預報仍不夠理想。特別是青藏高原附近，地形復雜，模式預報往往有一定偏差。有些強降水前兆不明顯[1]，暴雨和影響系統同時出現，突發性特征極為明顯，預報難度大，這就迫使預報員在環境要素及預報指標等方面探尋一些具有先兆性的預報方法或指標，并結合衛星云圖、雷達回波和自動站加密雨量等信息來彌補數值預報的短板，提高當地預報、預警能力。為積累經驗、反思不足，對2016年7月30日商洛局地突發性暴雨天氣過程進行分析，尋找局地突發性暴雨天氣前期的一些預報著眼點和預報指標。

1 降水特征及模式預報

2016年7月30日22時至31日07時，陜西的商州、商南等區(縣)先后出現了局地突發性大暴雨天氣(下稱“7·30大暴雨”)，鄉鎮站降水量100～150 mm共11站；超過150 mm以上4站，分別為商南縣白魯礎212.4 mm，山陽縣西照川218.5 mm、色河鋪179 mm、東川159.8 mm，其中商南縣31日01—02時小時雨量為29.4 mm。

陜西省氣象臺30日11時在全省可視會商中依據環流形勢和模式預報(EC和GFS在陜南預報的最大降水量分別為12 mm和18 mm(圖略)指出：下午到晚上關中東部和陜南商州局地出現20～35 mm強降水的可能性較大。但對商州區當晚夜里出現的局地大暴雨天氣漏報。模式預報結果與降水實況相比，無論是暴雨范圍和強度均出現明顯偏差。由于大暴雨的時間、地點集中，雨強大，造成商洛的金絲峽景區大部分道路和設施及多部車輛被沖毀，2人死亡，景區被迫關停2個多月，僅商洛市直接經濟損失超過2億元。

2 暴雨前高空環流及地面特征

2.1 高空環流

30日08時300 hPa高空圖上(圖略)，從甘肅東南部到西安、太原和北京有一東北—西南向的弱急流帶存在，西安、北京分別為16 m/s和20 m/s的西南風，暴雨區位于急流帶入口區的右側。位于急流帶右側的安康、武漢僅為6 m/s的西南風，這樣的風場分布特征符合陜西一種突發性強降水模型[2-3]：在300 hPa急流右側緯向風速出現迅速遞減的特征，預示未來暴雨可能出現在高空急流的右側(關中東部和陜南中東部區域)。14時和20時，西安仍維持16 m/s左右的西南風，安康站西南風則加大到12 m/s和10 m/s。表明300 hPa高空的弱急流帶已出現緩慢南壓，環流特征向利于強降水發生的形勢轉變。

“7·30大暴雨”前期，對流層中低層均存在一定的輻合。30日08時、14時和20時，700 hPa(圖略)從達州至安康、西安有偏南氣流存在并維持，其中14時安康到西安風速及風向輻合最強，安康為10 m/s西南風，西安為6 m/s南風。850 hPa，西安08時為2 m/s 的東南風，14時加大為4 m/s，20時加強為6 m/s的偏東風。925 hPa 20時(圖略)，西安由14時4 m/s 的東東北風劇增到14 m/s，西安和安康之間形成切變線，“7·30大暴雨”就出現在該切變中。這種20時低層突然出現偏東風加強的現象在陜西多數突發性暴雨中均有出現[2，4]，冷空氣正是經關中東部從對流層低層快速侵入暴雨區，加大了暴雨區垂直方向的溫度遞減率和斜壓性[6-7]，增加了該區域大氣的不穩定，激發中尺度對流云團生成和加強；其次冷空氣也起到冷墊作用，利于暖濕氣流強迫抬升，使低層暴雨區出現較大范圍輻合。

可見西安20時對流中低層偏東風劇增是此類暴雨短臨預報的關鍵著眼點。

2.2 地面形勢

地面圖上，“7·30大暴雨”前期的總體形勢為“東高西低”型(圖1)。有利于地面冷空氣經山西中南部、河南東部進入陜西東部并影響陜西。從圖1可以清楚的分析出冷空氣的影響和移動路徑。其中1 005 hPa等壓線的位置，30日17時、20時分別南壓至商洛、安康一帶，即地面有冷空氣從山西南部、河南東部進入和影響陜西關中東部及陜南東部的事實。表明地面圖上東北路冷空氣路徑和加強時間是此類暴雨短時臨近預警的另一個關鍵預報著眼點。

圖1 2016-07-30地面形勢演變(等值線為等壓線，單位為hPa；a 17時，b 20時)

3 暴雨發生、加強的物理量特征

3.1 暴雨發生的輻散、輻合條件

分析“7·30大暴雨”前一時次和發生時高層輻散和低層輻合的特征發現，本次過程高層輻散特征不顯著。暴雨發生前一時次，30日 08時300 hPa的渦度圖(圖2a)中，渦度的零線值沿漢中—西安—石家莊一線分布，僅能在暴雨區的南側分析出一小范圍的負渦度閉合中心，值為(-10～-20)×10-6s-1。暴雨云團生成、加強時段，300 hPa高層負渦度中心位置均較前一時次東移并有所北抬，-20×10-6s-1負渦度值范圍有所擴大和加強。其下方對流層中低層的700 hPa(圖略)和1 000 hPa(圖2b)均有正渦度區域配合，量值為15×10-6s-1，數值明顯偏小。這可能是數值模式對這次降水量預報顯著偏小的一個原因。

對局部暴雨過程來講，雖然高、低層各自的正負渦度值偏小，但暴雨發生時，暴雨區高層為負渦度區域、低層為正渦度區域，具備了暴雨發生的高層輻散、低層輻合的配置。

圖2 2016-07-30渦度(單位為10-6 s-1；a 08時300 hPa，b 20時1 000 hPa)

3.2 冷平流對突發性大暴雨的發展、加強作用

用對流層中低層的總溫度平流項分析冷空氣對暴雨的影響。“7·30大暴雨”過程中，對流層中低層有明顯的冷平流區配合，30日08時1 000 hPa(圖3a)和700 hPa的冷平流中心最強值都達到了-15×10-2℃/s，30日20時850 hPa在暴雨區域附近有一個弱的冷平流中心存在(圖3b)。這可能是由于暴雨出現在盛夏時期，冷平流有所減弱的緣故。也從另外一面印證了冷空氣對“7·30大暴雨”過程的觸發和加強作用。

圖3 2016-07-30冷平流(單位為10-3 ℃/s；a 08時1 000 hPa，b 20時850 hPa)

4 中尺度特征分析

4.1 熱力條件和垂直穩定條件

“7·30大暴雨”發生在陜南商洛東部，距離西安、安康相對較近。因此用西安、安康(圖略)的探空資料來分析暴雨前和暴雨時的大氣垂直穩定度和濕度條件。

CAPE值演變顯示，30日08時西安、安康分別為894 J/kg和953 J/kg，14時猛升到1 415 J/kg和2 245 J/kg，表明暴雨區的大氣已處于高度不穩定狀態。7月30日08、14和20時，安康站探空曲線從低層到對流高層溫度露點差較小，3個時次700 hPa的溫度露點差都在1～4 ℃之間，可見秦嶺南側整層濕度條件較好，具備了商州出現局地大暴雨的水汽條件。相對而言，西安08時整層濕度偏小，14時、20時700 hPa的溫度露點差為4～6 ℃，14時分布特征是850 hPa以下較干，850 hPa以上整層較濕，20時其特征是6 km以下整體變濕，溫度露點差變小，這可能與下午關中東部局地出現大雨有關，6 km以上濕度有所減小，表明高層有弱的干冷空氣侵入關中。上述垂直結構特征分布是有利于強降水產生的[8]。另外14—20時，500 hPa高度以下風向隨高度順轉的特征更加明顯，表明有一定暖平流存在并進一步加強，同時20時500 hPa以下的風速明顯加大，說明水汽輸送也是在不斷增強[2，9]。

4.2 地面輻合線及風場演變

分析地面加密觀測風場資料和自動站雨量發現，30日17時已有偏東冷空氣侵入關中東部(圖略)，18時商洛已有地面輻合線和氣旋性輻合形成，中心位于山陽、丹鳳和商洛、洛南之間。19時咸陽以東均受冷空氣影響，西安為10 m/s東北風(圖略)。20—21時冷空氣和地面輻合線再次加強，關中東部東風再次加大，陜南丹鳳也出現了14 m/s偏南風(圖4)，原來位于切變北側的商洛、洛南基本為靜風，在關中東部和商洛之間較大區域的輻合線已形成。與之相對應的云圖上顯示該區域有新的小對流云團出現，22時已快速發展為一中β尺度對流云團。01—03時地面輻合線一直在商洛到關中東部的華陰、潼關一帶，其南側的南風輻合特征明顯減弱，北側偏東氣流基本維持不變，此時暴雨云團強度最強、尺度最大，對應的降水最強，商南已出現29.4 mm短時暴雨，強降水產生在切變線右側附近。可見冷空氣南壓或南侵對局地強降水起著直接影響作用，而地面輻合線使得對流發展和加強。地面輻合線的形成與加強是此類暴雨短臨預報的另一著眼點。

圖4 2016-07-30T21：00關中、商洛地面逐時風場圖(圖中實線為切變線)

5 衛星云圖演變和雷達回波

5.1 衛星云圖演變

FY-2E逐小時云圖追蹤分析顯示，直接影響“7·30大暴雨”云團是由位于黃河河套中游一個東西向云帶南側小的對流云團快速發展、加強形成的。30日18時(圖5a)，該云團開始形成，僅有小米粒大小，20時已發展成南北向的云團，原在黃河中游的東西向對流云帶明顯減弱；22時云團快速發展成典型中β尺度暴雨云團，南北跨度150 km(圖略)，云團云頂亮溫tBB降到-60 ℃；隨后，暴雨云團繼續保持南北向的特征發展，23時商州1 h 降水量23 mm，鄉鎮站降水達52.2 mm/h。31日02時云圖發展為直徑250 km的橢圓形，尺度達到最大，tBB達-75 ℃，云團東南側溫度梯度明顯，雨強最大(圖5b)，對應商南1 h 降水量為29.4 mm，鄉鎮站雨量達47.2 mm/h。04點后(圖略)，云團出現明顯減弱，tBB≥-50 ℃，邊界模糊，且形狀不規則，商州1 h 降雨量不足2 mm。

分析顯示暴雨云團的生命史接近10 h，空間尺度達250 km，為典型中β尺度對流系統，強降水出現在發展、加強階段，位于云團東南側的溫度梯度最大處。驗證了由低層偏東北冷平流引發生成的對流云團多會獨立發展加強的結論[5]，且該云團有一定的持續性，并引發局地強降水。

5.2 雷達回波分析

從西安多普勒雷達組合反射率因子演變圖可以看出，強降水和強回波時段匹配很好。20：00—22：00為對流發展時期，雷暴單體回波發展，強回波中心位于丹鳳(圖6a)，最大強度大于65 dBz，丹鳳出現局地強降水。22：00—00：00為分散雷暴單體合并階段，商州、商南南部上空有強回波發展(≥50 dBz)，商州出現強降水(圖6b)。00：00—03：00商南南部強回波單體迅猛增長并向北發展，塊狀回波強度普遍大于30 dBz，其間最大回波強度大于65 dBz，對應商南站出現短時暴雨(圖6c)。由分析可知，強回波發展與回波強度，對確定暴雨落區及雨強都十分有效，但預報時效明顯較短。要提高該類暴雨的短臨預報時效還需綜合考慮，即從300 hPa急流位置、走向，地面圖上東北路冷空氣路徑、加強的時間以及地面中尺度輻合線位置，西安站20時對流中低層突然加強的偏東風，影響暴雨的云團類別等幾個關鍵的預報著眼點入手，這幾個預報著眼點均較“7·30大暴雨”強降水時段出現有2～6 h的提前量。