三江源地區(qū)一次典型暴雨過程研究

謝翠婷，周慧僚，張 新，玉 芳

1.天峨縣氣象局，廣西天峨 547300；2.廣西壯族自治區(qū)河池市氣象局，廣西河池547000

IPCC第三次評(píng)估報(bào)告指出，由于大氣溫室效應(yīng)不斷累積，全球變暖已成為現(xiàn)在氣候發(fā)展的趨勢(shì)。在全球變暖這一大背景之下，旱澇災(zāi)害、極端高溫和低溫等極端氣候事件的發(fā)生也越加頻繁[1]。李紅梅等[2]研究發(fā)現(xiàn)，21世紀(jì)前中期（2001—2050年）三江源地區(qū)暴雨天氣發(fā)生的頻率是呈明顯增加的趨勢(shì)。

受海拔和地理位置的影響，三江源暴雨發(fā)生發(fā)展過程中，水汽輸送的來源是至關(guān)重要的條件。王美月等[3]研究發(fā)現(xiàn)，三江源地區(qū)暴雨天氣的發(fā)生發(fā)展提供所需水汽條件的是來源于孟加拉灣、東海和南海的水汽 。同時(shí)受青藏高原的高大地形作用影響，經(jīng)常會(huì)有高原切變、高原低渦等天氣系統(tǒng)在三江源地區(qū)維持著，為暴雨的發(fā)生發(fā)展提供了動(dòng)力條件[4]。夏季西太平洋副熱帶高壓西伸，外圍的暖濕氣流影響三江源地區(qū)，暖濕氣流和北方冷空氣南下冷空氣交匯，為暴雨的發(fā)生發(fā)展提供了熱力條件。

三江源地區(qū)位處青藏高原腹地，受地理環(huán)境的制約，生態(tài)十分脆弱。三江源地區(qū)一旦發(fā)生暴雨天氣，常會(huì)引起山洪暴發(fā)、山體滑坡等災(zāi)害，給國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展和當(dāng)?shù)孛癖姷娜松碡?cái)產(chǎn)安全帶來嚴(yán)重的威脅[5-7]。本文基于三江源的一次典型暴雨過程進(jìn)行分析，對(duì)三江源地區(qū)的暴雨發(fā)生發(fā)展機(jī)制有進(jìn)一步的了解，為三江源暴雨天氣分析提供必要的參考依據(jù)，提高暴雨預(yù)報(bào)和防災(zāi)減災(zāi)的能力，減少人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。

1 資料與方法

1.1 資料概況

中國(guó)氣象局提供的常規(guī)氣象觀測(cè)資料，主要包括地面實(shí)況、高空和物理量場(chǎng)資料。數(shù)據(jù)時(shí)間跨度為2018年8月8—9日。

1.2 研究方法

整體上使用天氣診斷分析方法，具體是先利用常規(guī)氣象觀測(cè)資料的地面實(shí)況資料分析這次三江源暴雨的降水實(shí)況；再通過高空資料分析環(huán)流形勢(shì)，找出引起降水發(fā)生的主要系統(tǒng)和影響方式，闡述暴雨發(fā)生發(fā)展到結(jié)束的整個(gè)過程；最后通過物理量資料去分析暴雨過程的水汽、動(dòng)力和熱力條件。

2 結(jié)果與分析

2.1 天氣實(shí)況

2018年8月8日夜間，三江源東部地區(qū)出現(xiàn)一次典型暴雨天氣過程，該次暴雨過程的主要特點(diǎn)是降水強(qiáng)度大，但范圍小且持續(xù)時(shí)間短，并伴有雷電和大風(fēng)等天氣，還引發(fā)了洪災(zāi)、山體滑坡和泥石流等災(zāi)害。降水集中在果洛州，其中又以瑪沁縣降水最為嚴(yán)重。8日19:00左右，瑪沁出現(xiàn)強(qiáng)降水天氣，截至9日08:00，瑪沁24 h累計(jì)降水量達(dá)58 mm，為暴雨量級(jí)（圖1）。而瑪沁縣自有氣象記錄以來，8月份日降水量最多的是1994年的8月20日，達(dá)到了42.6 mm。這次暴雨過程突破瑪沁地區(qū)近30年以來8月的日降水歷史極值。

圖1 2018年8月8日08:00~9日08:00三江源東部24 h降水量 （單位：mm）

2.2 環(huán)流形勢(shì)場(chǎng)分析

2.2.1 500 hPa高空環(huán)流形勢(shì)場(chǎng)500 hPa上，2018年8月8日08:00（圖2a）歐洲東部有一阻高存在，相應(yīng)地在黑海附近有一形成低壓中心的大槽。西北方向的冷空氣已南下影響青海北部部分地區(qū)。日本附近有一低值系統(tǒng)，為臺(tái)風(fēng)“珊珊”。受“珊珊”的影響，副熱帶高壓向西發(fā)展加強(qiáng)，位于青海的東側(cè)，三江源東部地區(qū)受副熱帶高壓外圍的暖濕氣流控制。冷暖空氣在青海中部交匯，伴有一高原切變線形成。

8日20:00（圖2 b），臺(tái)風(fēng)“珊珊”仍然維持，同時(shí)在我國(guó)臺(tái)灣省附近有新的臺(tái)風(fēng)“摩羯”生成。受兩臺(tái)風(fēng)共同影響，副熱帶高壓加強(qiáng)西伸到了青海東部和新疆部分地區(qū)，三江源暴雨區(qū)位于588線外圍。青海中部高原切變線東移至東部并伴有高原渦形成，三江源東部有西北方向的冷空氣和副熱帶高壓外圍暖濕氣流交匯，上空形成對(duì)流不穩(wěn)定層結(jié)，為本次暴雨提供了有利的動(dòng)力和熱力條件。

到9日08:00（圖2c），臺(tái)風(fēng)“摩羯”仍然在海上維持，但是在日本附近太平洋海域上的臺(tái)風(fēng)“珊珊”已登陸日本島，受陸地上地面摩擦和水汽供應(yīng)少的原因影響，“珊珊”強(qiáng)度等級(jí)變小。因此在青海處副熱帶高壓分裂減弱成2部分，面積較小的一部分維持在了在青海西北和新疆部分地區(qū)，另一部分東移收縮至甘肅、四川等地區(qū)。西北冷空氣也因副熱帶高壓的分裂和東移減弱而沿著新疆、甘肅地區(qū)傾盆南下影響青海東部。高原渦也隨著副熱帶高壓588線東移收縮而東移出去到四川和甘肅地區(qū)，不再影響暴雨區(qū)，暴雨過程也隨之逐漸結(jié)束。

圖2 8日08:00（a）、20:00（b）和9日08 :00（c）500 hPa高度場(chǎng)（等值線，單位：dagpm）、風(fēng)場(chǎng) （風(fēng)羽，單位：m/s）和溫度場(chǎng)（填色區(qū)，單位：℃）疊加圖

2.2.2 200 hPa高空環(huán)流形勢(shì)場(chǎng)200 hPa高度上，8月8日20:00西藏北方有一強(qiáng)大的冷高壓中心，青海省是反氣旋式流場(chǎng)，青海省東部為輻散下沉氣流（圖3）。

圖3 8日20:00 500 hPa高度場(chǎng) （等值線，單位：dagpm）、風(fēng)場(chǎng) （風(fēng)羽，單位：m/s）和溫度場(chǎng)（填色區(qū)，單位：℃）疊加圖

綜合200 hPa和500 hPa高度場(chǎng)來分析這次暴雨發(fā)生條件：500 hPa高度上三江源東部有副熱帶高壓外圍暖濕氣流和沿新疆南下的西北冷空氣在此交匯，在暴雨區(qū)低層是氣流輻合上升區(qū)；在200 hPa，由于冷空氣影響，青海東部是輻散下沉氣流。底層暖濕并有水汽輻合上升，高層干冷并有氣體輻散下沉；形成了位勢(shì)不穩(wěn)定層結(jié)。同時(shí)在500 hPa有高原渦這一不穩(wěn)定的釋放機(jī)制，多種條件累加促成了這次暴雨的發(fā)生。

2.3 物理量場(chǎng)分析

2.3.1 水汽條件水汽通量的數(shù)值和方向可以表示水汽的來源。8月8日08:00～20:00，在500 hPa的高度上，受副熱帶高壓和臺(tái)風(fēng)“珊珊”的影響，黃海、日本海和日本附近太平洋處為水汽通量大值區(qū)，兩處水汽經(jīng)東海、福建、江西、湖南、重慶和四川等地源源不斷地給暴雨區(qū)輸送水汽（圖4）。

圖4 8日08:00（a）和8日20:00（b）500 hPa的水汽通量（填色區(qū)）和風(fēng)場(chǎng)疊加圖

水汽通量散度可以判斷水汽的輻合輻散情況。8日08:00，即本次暴雨過程發(fā)生前，500 hPa高度上，水汽通量散度場(chǎng)為負(fù)值，有水汽的輻合（圖5a）；到8日20:00，暴雨過程進(jìn)行時(shí)，水汽通量仍為負(fù)值（圖5b）。在降水發(fā)生前后，由黃海、日本海和日本附近太平洋海域輸送到三江源東部地區(qū)的水汽是在暴雨區(qū)輻合上升，暴雨區(qū)水汽不斷地累積，為本次暴雨提供了有利的水汽條件。

圖5 8日08:00（a）、20:00（b）500 hPa的水汽通量散度圖

2.3.2 動(dòng)力和熱力條件散度是衡量氣體是輻合還是輻散的物理量。8日20:00，在500 hPa高度上，三江源東部暴雨地區(qū)的散度場(chǎng)都為負(fù)值（圖6a），在低層氣體是輻合的，為上升氣流，同時(shí)伴隨著水汽的輻合輸送；而在高層200 hPa暴雨區(qū)中心的散度場(chǎng)為正值，是為輻散的流場(chǎng)區(qū)（圖6b）。在暴雨地區(qū)上空的整個(gè)大氣就形成一個(gè)低層氣體輻合、高層氣體輻散的配置。而高層氣體的輻散又起著一個(gè)抽氣、吸氣的作用，有利于加強(qiáng)和維持底層氣體輻合上升的運(yùn)動(dòng)，為這次暴雨天氣過程的發(fā)生發(fā)展提供了有利的動(dòng)力條件。

圖6 三江源暴雨區(qū)8日20:00 500 hPa（a）和200 hPa（b）的散度圖

暴雨天氣除了要有充足的水汽輸送和合適的高低空配置外，還要有充分的不穩(wěn)定能量。8日08:00，在500 hPa的高度上，三江源暴雨區(qū)的假相當(dāng)位溫達(dá)到了72℃（圖7a），同時(shí)有高能舌存在。到8日20:00，暴雨區(qū)增溫增濕，假相當(dāng)位溫的值是增強(qiáng)到了78℃（圖7b），且能量舌的方向從東—西走向轉(zhuǎn)為東北—西南走向，暴雨區(qū)也因此而位于高能軸線上。

圖7 8日08:00～20:00的假相當(dāng)位溫分布圖

根據(jù)瑪沁縣的假相當(dāng)位溫時(shí)間—?dú)鈮捍怪逼拭鎴D發(fā)現(xiàn)，從8日08:00左右開始，瑪沁上空就存在假相當(dāng)位溫梯度的負(fù)值區(qū)（-?θse/?p＜0），即對(duì)流不穩(wěn)定 層 結(jié)。8日17:00～8日23:00左 右，500~400 hPa高度存在相對(duì)明顯的對(duì)流不穩(wěn)定層結(jié)，促進(jìn)了這次暴雨的發(fā)生和發(fā)展（圖8）。

圖8 瑪沁8日08:00、20:00和9日08:00 的假相當(dāng)位溫時(shí)間—?dú)鈮捍怪逼拭鎴D

上升運(yùn)動(dòng)是暴雨天氣發(fā)展的重要條件之一。暴雨區(qū)中心瑪沁上空對(duì)流層從8日17:00左右出現(xiàn)了上升運(yùn)動(dòng)；8日19:00上升運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，一直到8日23:00左右整層都是以上升運(yùn)動(dòng)為主，促進(jìn)了不穩(wěn)定能量的釋放和水汽的輻合抬升凝結(jié)，有利于強(qiáng)降水天氣的發(fā)生發(fā)展，暴雨過程主要就是發(fā)生在這一段時(shí)間內(nèi)；之后，上升運(yùn)動(dòng)減弱，降水減少或結(jié)束（圖9）。

圖9 瑪沁8日08:00、20:00和9日08:00的 垂直速度時(shí)間—?dú)鈮捍怪逼拭鎴D

3 結(jié)論

（1）這次暴雨過程的降水集中在果洛洲，暴雨中心在果洛州的瑪沁縣。截至9日08:00，瑪沁縣24 h的降水量達(dá)到了58 mm，突破了瑪沁30年以來8月降水極值。在瑪沁附近甘德、達(dá)日等地也有雷雨天氣。

（2）8日08:00， 從500 hPa上 可以看到因?yàn)槿毡咎幣_(tái)風(fēng)“珊珊”維持的原因，副熱帶高壓西伸位于青海南側(cè)，高壓外圍暖濕空氣影響青海東部。到8日20:00，臺(tái)風(fēng)“摩羯”生成，副熱帶高壓西伸影響到青海北部，黑海處大槽分裂短波槽引導(dǎo)冷空氣南下與高壓外圍暖濕空氣在三江源東部交匯。同時(shí)伴有高原渦形成，為暴雨提供動(dòng)力條件。而在200 hPa高度上是輻散流場(chǎng)，起著維持低層上升氣流的作用。9日08:00，臺(tái)風(fēng)“珊珊”登陸日本島減弱，導(dǎo)致副熱帶高壓東退，在新疆處堆積的冷空氣南下進(jìn)入青海影響東部地區(qū)，高原渦東移出去，暴雨過程結(jié)束。

（3）從物理量場(chǎng)分析來看：由于副熱帶高壓和臺(tái)風(fēng)“珊珊”的原因，暴雨過程中黃海、日本海和日本附近太平洋海域處是水汽通量大值區(qū)，經(jīng)東海、福建、江西、湖南、重慶和四川等地給三江源暴雨區(qū)輸送水汽。輸送到暴雨區(qū)的水汽在暴雨區(qū)低層輻合。在暴雨區(qū)的高低空配置是低層氣流輻合，高層氣流輻散且有上升運(yùn)動(dòng)配合。暴雨區(qū)上空對(duì)流層是假相當(dāng)位溫梯度的負(fù)值區(qū)，是對(duì)流不穩(wěn)定層結(jié)。水汽條件、動(dòng)力條件和熱力條件互相配合促進(jìn)了這次三江源典型暴雨的發(fā)生和進(jìn)展。