新鄉一次低渦大暴雨天氣診斷分析

田曉璐

新鄉一次低渦大暴雨天氣診斷分析

田曉璐

（新鄉市氣象局，河南 新鄉 453003）

本文利用常規觀測資料、地面加密觀測資料、衛星云圖資料及NCEP1°×1°逐6h再分析資料，對2016年新鄉一次低渦大暴雨天氣進行診斷分析。結果表明：第一階段的對流性降水以太行山區為中心，地形的抬升及阻擋作用導致山脈迎風坡具有上升運動及水汽輻合中心，而低層弱冷空氣入侵是對流性降水的主要觸發機制；第二階段東南部的降水呈現混合性，急流快速北抬造成大量水汽在新鄉堆積，不穩定能量釋放后不斷重建，低渦前側的MCS與地面中尺度氣旋相配合，產生了該階段極高的降水效率。本研究旨在進一步揭示此次極端天氣的成因，以期為此類大暴雨的預報提供參考和依據。

大暴雨；診斷分析；低渦；太行山；MCS

新鄉位于豫北西部，處在太行山與華北平原結合地帶，地形復雜。2016年7月18日23∶00-20日8∶00，受高低空急流，中低層低渦、切變線，以及地面暖倒槽東移北上共同影響，新鄉出現大暴雨，局地特大暴雨，由于降水持續時間長、強度大，導致全市出現不同程度的洪澇災害。民政部門統計，此次降水造成新鄉157 087人受災，直接經濟損失17 345.2萬元。

受太行山脈影響［1-3］，新鄉夏季局地性強降水頻發，使預報難度進一步加大。雖然各級臺站均報出了此次過程，但對極端性的預估存在不足。此外，降水落區與太行山地形有極好的對應關系，是一次非常值得總結的過程。本研究旨在進一步揭示此次降水的成因，以期為今后此類大暴雨的預報提供參考和依據。

1 降水概況

新鄉此次過程以強降水為主，沒有出現冰雹、短時大風等強對流天氣，140個雨量站中，降水量超過100mm的共計45個站，超過250mm的共計5個站。特大暴雨集中在北部太行山區，最大過程降水量357.6mm，出現在輝縣的陳家院，最大小時雨強115.9mm出現在延津的王樓（圖1）。

圖1 2016年7月18日23∶00-20日8∶00新鄉雨量分布（單位：mm）

降水可分為兩個集中時段：①18日23∶00-19日18∶00，新鄉西北部以太行山區為中心的對流性降水；②19日14∶00-20日8∶00，新鄉東南部的混合性降水。選取陳家院及封丘這兩個具有代表性的站點，根據其逐小時降水量繪制演變趨勢，如圖2所示。可見，18日夜間降水始于太行山附近，3∶00起雨勢顯著增強，陳家院7∶00、8∶00雨強均大于60mm。西北部降水于9∶00左右減小，但陳家院強降水仍持續，并于12∶00達到該站雨強最大值70.8mm。14∶00左右，新一輪過程開始，東南部雨勢明顯加強，并連同輝縣穩定維持的強降水區成為一條南北向雨帶。伴隨雨帶東移，山區強降水于18∶00后趨于減弱。此時，降水集中在新鄉東南部，封丘 18∶00-20∶00 雨強均高于50mm。之后，系統東移，整個過程于21∶00明顯減弱，次日8∶00結束。

圖2 2016年7月19日00∶00-23∶00陳家院、封丘逐小時雨量

2 環流演變及影響系統發展

7月17-18日，500hPa亞歐中高緯度為兩槽兩脊形勢，歐洲到烏拉爾山為一低槽區，內蒙中部至云南南部為較深的槽區，青藏高原至新疆北部以及東部沿海分別為高壓脊，副熱帶高壓588dagpm等高線位于華南。18日20∶00，500hPa低槽北端到達河套地區，由于兩側高壓脊加強，迫使其間低槽移速緩慢并不斷加深。自江淮至東北地區為T-Td≥15℃的大范圍干區，鄭州站T-Td為36℃。925hPa自東海有一支10m/s的偏東風急流向豫北上空輸送水汽，鄭州站T-Td為1℃。太行山對超低空急流的阻擋使大量水汽在山脈東側堆積，而上干冷下暖濕的配置更加劇了新鄉上空位勢不穩定層結的建立。此外，新鄉位于200hPa分流輻散區，有利于上升運動的持續發展。分析地面天氣圖發現，高壓中心位于朝鮮半島，強度為1 010hPa，其后部不斷有弱冷空氣擴散南下影響華北地區。同時，由于中低空的較強暖濕氣流向北輸送，促使四川東部至河南西部的黃淮暖倒槽逐漸朝東北方向移動。18日20∶00，新鄉位于高壓后部偏東氣流中，自河北有偏北風攜帶弱冷空氣擴散至豫北，與盛行的偏東風在新鄉北部交匯，不斷觸發中小尺度對流系統發生。

19日8∶00，東部高壓脊穩定于125°E附近，青藏高壓持續增強，二者之間的低槽以5經度/d的移速緩慢移至東勝至漢中一線。19日20∶00，副熱帶高壓西伸北抬，脊線移至28°N附近。在其配合下，下游高壓穩定性顯著提升，形成高壓壩。同時，受后部高壓脊向北加強影響，兩高形成對峙，其間的低槽移速趨于停滯，并在山西至河南西部切斷出低渦。在此期間，925—700 hPa暖式切變線北抬至黃淮地區，切變線位置接近，結構垂直。并且，低層東南風急流建立，新鄉位于急流最大風速中心前方，有明顯的水汽輻合且濕層深厚。200hPa在新鄉上空維持分流輻散，與低空急流相耦合，帶來的抽吸、通風作用有助于上升運動長時間維持。分析地面天氣圖發現，新鄉位于暖倒槽頂部，暖倒槽的發展加強，有利于低層大范圍不穩定能量的積累。

3 大暴雨形成機制

3.1 水汽條件分析

18日20∶00-19日8∶00，925hPa均存在10m/s超低空急流將東海水汽注入新鄉上空，這是第一階段最主要的水汽來源。通過疊加19日8∶00 925hPa水汽通量散度與風場，如圖3（a）所示，可以發現，豫北低空存在輻合中心，新鄉上空強度達到-6×10-7g·s-1·cm-2·hPa-1，已超過河南產生大暴雨的閾值。此外，分析新鄉（35.32°N、113.88°E）水汽通量散度和風場的經向剖面圖發現，19日 2∶00（圖略）、8∶00（圖 3（b））在 35°N 以北，地面至900hPa有弱冷空氣南下，冷暖空氣持續在暴雨區交匯，導致不穩定能量激發。

隨后，伴隨暖式切變線北抬，西南急流建立起通向豫北的水汽通道，中低層暖空氣勢力明顯增強。14∶00新鄉北部的中心值高達-14×10-7g·s-1·cm-2·hPa-1（圖3（c）），大量水汽在此堆積，為第二階段強降水奠定了基礎。查閱140個雨量站資料發現，16∶00-21∶00每小時均有站點雨量大于50mm，而王樓站于20∶00出現了本過程的小時雨量極值，達115.9mm。沿封丘（35.06°N、114.46°E）制作水汽通量散度和風場的經向剖面，能夠看出20∶00 35°N附近整層暖濕氣流均加強，而地面至800hPa之間的強水汽輻合中心高達-30×10-7g·s-1·cm-2·hPa-1（圖3（d））。

圖3 水汽條件（水汽通量散度單位：10-7g·s-1·cm-2·hPa-1，風速單位：m/s）

3.2 不穩定條件分析

3.2.1 不穩定指標。選取臨近的鄭州探空站資料加以分析。18日20∶00 T-lnP圖顯示（圖4（a）），250hPa之下風隨高度順時針旋轉，之上逆時針旋轉，表明中低層暖平流，高層弱冷平流。SI指數為-1.0℃，LI指數低至-4.2℃，CAPE值由8∶00的692.2J/kg提升至1 531J/kg（見表1）。同時，500hPa附近存在明顯干空氣卷入，大氣層結呈現典型的上干冷、下暖濕的“喇叭口”特征，說明大氣此時極不穩定，為第一階段太行山區對流性降水創造了有利條件。19日8∶00鄭州站（圖4（b））200hPa附近持續有弱冷平流輸送，伴隨低層東南風急流加強，中低層大氣接近飽和。K指數由前日20∶00 31.0℃升至37.0℃，0～6km垂直風切變提高到16.63m/s，強的垂直風切變環境有利于上升氣流和下沉氣流長時間共存。此外，不穩定能量依舊維持，CAPE值為1443J/kg，說明不穩定能量在第一階段釋放后又不斷重建。用14∶00新鄉站的地面溫度及露點溫度對8∶00探空資加以訂正，CAPE值提高至2664J/kg，LI指數降至-4.5℃，大氣充足的水汽及位勢不穩定為第二階段混合性強降水奠定了基礎。

圖4 2016年鄭州站（57083）T-lnP圖

表1 2016年7月18日20∶00-19日14∶00鄭州站（57083）探空資料分析

圖5 2016年7月19日2∶00沿新鄉（35.32°N、113.88°E）緯向和經向制作的θse剖面圖（θse單位：K）

3.2.2 假相當位溫。利用NCEP FNL資料沿新鄉（35.32°N、113.88°E）做θse剖面，以分析強降水期間的不穩定條件［4-5］。過程開始前，低層暖濕氣流加強，新鄉上空大氣迅速增溫增濕。沿35.32°N制作緯向剖面，發現18日20∶00（圖略）新鄉上空等值線為352K的高能舌向上延伸至900hPa，而112.5°E上空600hPa附近有331K的干冷中心，致使在112.5°E～113.5°E800hPa附近形成明顯的能量鋒，新鄉上空大氣層結呈不穩定狀態。隨著低層暖濕空氣增強，19日2∶00新鄉上空950hPa出現了356K的閉合暖濕中心（圖5（a）），并且600hPa的干冷中心較前日快速東移且高度略有下降，疊加在暖濕中心之上，更增強了中層以下大氣對流不穩定性。同時，沿113.88°E制作經向剖面（圖5（b）），可以看出在35.5°N以北的低層有θse低值舌從強降水區北部鐫入，低層弱冷空氣入侵是第一階段對流性降水的主要觸發機制。8∶00-14∶00，新鄉低層θse高值仍然保持（圖略），中低層暖濕氣流向北輸送造成不穩定能量釋放后不斷重建。伴隨低渦東移，14∶00 110°E～111°E上空600hPa出現了328K的干冷中心。低渦的移入與新鄉低層較高的不穩定能量相配合，引發了第二階段強降水過程。

圖6 豫北地形圖

圖7 2016年7月19日8∶00沿新鄉（35.32°N、113.88°E）制作的水汽通量散度與垂直速度緯向剖面圖

3.3 太行山地形影響

太行山在豫北為東北至西南走向（圖6），最高海拔高度為1 842m。7月18-19日，新鄉低層盛行東南風，與山脈走向近乎正交的暖濕氣流源源不斷地吹向迎風坡。為進一步了解地形在降水落區中的作用，分析NCEP FNL資料時疊加了地形特征。由于超低空急流的水汽輸送，19日2∶00（圖略）水汽輻合中心位于山脈東側，新鄉上空水汽輻合區位于925hPa以下，上升運動由地面伸展至300hPa。19日8∶00（圖7）垂直上升運動進一步加強，上升區位于山脈東側114°E～116°E，大量水汽和不穩定能量在太行山東側堆積、輻合抬升。由此可見，太行山地形對第一階段降水的增幅作用極為典型，在地形抬升及阻擋作用下，水汽輻合區均位于山脈迎風坡，且垂直速度也有較好的體現。

4 中尺度云團分析

圖8 2016年7月19日值線（單位：K）與紅外云圖疊加圖

分析FY-2E紅外云圖資料發現，18日20∶00陜西銅川上空生成了一個結構密實的中β尺度對流云團A，該云團在移入新鄉的過程中逐漸發展加強。19日3∶00起，輝縣、獲嘉多鄉鎮雨強超20mm，而此時tbb降至224K，其西側等值線密集帶位于新鄉西部（圖8（a））。對比地面加密觀測資料，發現該時次新鄉東南部有一條地面輻合線，強降水集中在地面輻合線北側與tbb等值線密集帶相交的區域。5∶00起，晉城上空有對流云團生成并沿太行山朝東北方向移動，其中鑲嵌著發展旺盛的中γ尺度對流云團B、C。二者接連經過輝縣，致使萬仙山附近8個站點6∶00、7∶00雨強大于50mm。7∶00，C與安陽上空的云團合并為一個近似橢圓形的中β尺度對流云團D，其西南側tbb等值線尤為密集并位于輝縣上空（圖8（b）），萬仙山8∶00雨強達101.8mm。伴隨對流云團移出，新鄉大范圍降水趨于結束，然而輝縣北部山區卻有對流云團持續經過。可見，一系列中尺度對流云團的初生、發展、合并且接連不斷經過輝縣是造成第一階段對流性降水的主要原因。

19日午后，低渦前側的MCS逼近太行山沿線，并在東移過程中發展加強。18：00新鄉上空tbb降至218K，MCS與地面中尺度氣旋相配合并長時間滯留于封丘附近，造成了東南部極高的降水效率。19：00 MCS移至新鄉與菏澤交界，tbb低至208K，其中心西側tbb等值線密集度再一次增強并位于新鄉東部（圖8（c）），而王樓于20∶00達到本過程小時雨強最大值115.2mm。可見，低渦前側的MCS與滯留在封丘附近的地面中尺度氣旋相配合，產生了該階段極高的降水效率。

5 結語

①通過以上分析可知，925hPa超低空急流是第一階段降水的主要水汽來源，西南急流快速北抬將充沛的暖濕氣流持續輸送至暴雨區，產生了第二階段極高的降水效率。②低層暖濕氣流增溫增濕作用顯著，配合疊加在中層的干冷中心，造成新鄉上空出現了明顯的能量鋒，加之低層來自北部的弱冷空氣鐫入，觸發了第一階段對流性降水。不穩定能量釋放后不斷重建，低渦東移并疊加在新鄉低層暖濕空氣之上，產生了第二階段強降水。③太行山地形對第一階段降水的增幅作用極為典型，在地形抬升及阻擋作用下，水汽輻合區均位于山脈迎風坡，且垂直速度也有較好的體現。④第一階段的強降水云團由若干個小的中尺度對流云團有組織發展起來，強度強且影響范圍大。地面輻合線和對流云團中心后側tbb等值線密集帶相交的區域，對降水區有較好的指示意義。對流云團中心后側tbb等值線越密集，越容易出現強降水中心。

［1］馬月枝，鐘興華，宋培玲，等.2010年7月19日新鄉大暴雨天氣分析［J］.氣象與環境科學，2011（1）：49-55.

［2］王叢梅，俞小鼎，李芷霞，等.太行山地形影響下的極端短時強降水分析［J］.氣象，2017（4）：425-433.

［3］陶詩言.中國之暴雨［M］.北京：科學出版社，1980.

［4］馬月枝，王新紅，宋培玲，等.2010年8月豫北一次短時強降水過程分析［J］.氣象與環境科學，2011（4）：31-39.

［5］鄭仙照，壽紹文，沈新勇，等.一次暴雨天氣過程的物理量分析［J］.氣象，2006（1）：102-106.

Diagnostic Analysis of AHeavy Vortex Rainstorm in Xinxiang

Tian Xiaolu
（Xinxiang Meteorological Office，Xinxiang Henan 453003）

By using routine observational data,surface intensive observational data,satellite cloud image and NCEP 6h 1°×1°reanalysis data,the author made a diagnostic analysis ona heavy vortex rainstorm in 2016.The results showed that∶the convective precipitationof the first stage was centered on Taihang Mountains.The uplift and blocking of the terrain madeascending movement and vapor convergence on the windward slope.However,weak cold air from the north at low layer was the important trigger mecha?nism of convective precipitation.The second stage of mixed precipitation occured in the southeast of Xinxiang.The jet moved northward caused a large amount of water vapor to accumulate in Xinxiang,and unstable energy was released and rebuilt continuously.The MCS in the front of vortex was com?bined with the mesoscale cyclone on the ground,resulting in extremely high precipitation efficiencyat this stage.The purpose of this study is to reveal the cause of the heavy rainstorm,so as to provide refer?ence for forecasters.

heavy rainstorm；diagnostic analysis；vortex；Taihang Mountains；MCS

P458.3

A

1003-5168（2017）10-0154-05

2017-09-03

田曉璐（1988-），女，本科，助理工程師，研究方向：短期天氣預報。