河西走廊西段暴雨過(guò)程分析及研究

王海燕 魯岳

摘要 選取2019年7月16日—17日發(fā)生在河西走廊西段酒泉地區(qū)的一次暴雨天氣過(guò)程為研究對(duì)象，利用高空資料、地面資料、數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品對(duì)此次暴雨過(guò)程的環(huán)流背景、影響系統(tǒng)、物理?xiàng)l件進(jìn)行診斷分析，在此基礎(chǔ)上結(jié)合當(dāng)?shù)貪穸葪l件、大氣運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、以及肅北蒙古族自治縣和酒泉市k指數(shù)變化，得到如下結(jié)論：“東高西低”的大氣環(huán)流形式，“歪脖子”高壓對(duì)冷空氣的阻擋、充足的水汽供應(yīng)、氣流強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)以及增大的k指數(shù)是造成此次暴雨天氣的環(huán)流影響因素。

關(guān)鍵詞 河西走廊西段;暴雨;分析

中圖分類號(hào)：P45;P42 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095–3305（2020）07–0–02

DOI：10.19383/j.cnki.nyzhyj.2020.07.023

Analysis and Study on Rainstorm Process in Western Hexi Corridor

WANG Hai-yan et al （Jiuquan Meteorological Bureau， Jiuquan， Gansu 735000）

Abstract A heavy rain weather process that occurred in the Jiuquan area of the western section of the Hexi Corridor from July 16 to 17， 2019 was selected as the research object. The high-altitude data， ground data， and numerical forecast products were used to influence the circulation background， influence system， and physics of the heavy rain process. The conditions are diagnosed and analyzed， and on this basis， combined with local humidity conditions， atmospheric movement status， and changes in the k-index in Subei Mongolian Autonomous County and Jiuquan City， the following conclusions are drawn： the "high in the east and low in the west" form of atmospheric circulation is "crooked neck" The blocking of cold air by high pressure， sufficient water vapor supply， strong upward movement of airflow， and increased k-index are the influencing factors for the circulation of this heavy rain.

Key words West section of Hexi Corridor; Rainstorm; Analysis

中國(guó)常見(jiàn)的自然災(zāi)害種類繁多，有暴雨洪澇、干旱、霜凍低溫、風(fēng)雹、連陰雨、濃霧和沙塵暴等氣象災(zāi)害;火山、地震、山體崩塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害;風(fēng)暴潮、海嘯等海洋災(zāi)害;森林草原火災(zāi)和重大生物災(zāi)害等。氣象災(zāi)害具有范圍廣、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、群發(fā)性突出、連鎖反應(yīng)顯著、災(zāi)情重等特點(diǎn)。

隨著全球變暖，水分循環(huán)加速，降水的時(shí)空分布及強(qiáng)度改變，極端降水的可能性增加，強(qiáng)降水事件也呈現(xiàn)出向極端化發(fā)展的趨勢(shì)。近年來(lái)全球暴雨災(zāi)害逐年增多[1-3]。2012年7月27日陜西省榆林市暴雨造成12縣區(qū)41.3萬(wàn)人受災(zāi)，18人死亡，12人失蹤，農(nóng)作物54 372公頃受災(zāi)，房屋倒塌1507間，直接經(jīng)濟(jì)損失6.33億元。2016年7月22日河北省邢臺(tái)市暴雨，34人死亡，13人失蹤。2020年4月18日安哥拉首都羅安達(dá)，受暴雨影響，數(shù)百所房屋被洪水淹沒(méi)，11人死亡，13人失蹤。2020年5月21日—22日，廣東省廣州市遭遇特大暴雨，小時(shí)雨強(qiáng)度超80 mm的有42個(gè)站次，破歷史紀(jì)錄。北半球中高緯度地區(qū)，降水的頻率和強(qiáng)度也顯著增加。

河西地區(qū)是中原地區(qū)通往西域的咽喉要道，河西地區(qū)處于西北干旱區(qū)，暴雨會(huì)帶來(lái)很多氣象災(zāi)害，給當(dāng)?shù)卦斐珊艽髶p失[4]。近幾年河西地區(qū)極端強(qiáng)降水天氣增多，如玉門(mén)市2012年6月5日突降暴雨，破60年以來(lái)日降水極值;張掖市肅南縣2015年7月4日小時(shí)降水量達(dá)30 mm，引發(fā)山洪、泥石流、城市內(nèi)澇，設(shè)施損失嚴(yán)重;玉門(mén)市2016年6月1日日降水量48.7 mm;敦煌市和瓜州縣2016年8月17日日降水量分別是31.1 mm、31.6 mm;酒泉市2019年6月20日日降水量為79.6 mm，突破建站以來(lái)日降水量極值（1983年8月4日44.2 mm）。如何有效識(shí)別的強(qiáng)降水天氣是從事氣象工作業(yè)務(wù)人員研究重點(diǎn)，尤其是對(duì)暴雨的預(yù)報(bào)，是氣象工作者一直以來(lái)面臨的難題。

酒泉市地處甘肅省西北部河西走廊西端的阿爾金山、祁連山與馬鬃山之間，總體來(lái)說(shuō)干燥降水少，蒸發(fā)強(qiáng)烈溫差大，冬冷夏熱日照長(zhǎng)，秋涼春旱風(fēng)沙多，暴雨天氣出現(xiàn)較少，因此預(yù)報(bào)難度相對(duì)較大[5]。在全球變暖背景下，中國(guó)西部干旱半干旱地區(qū)極端降水事件頻發(fā)，給國(guó)家和人民造成重大的經(jīng)濟(jì)損失，對(duì)農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)和產(chǎn)量更是產(chǎn)生了直接危害，造成了巨大的損失[6]。

1 天氣實(shí)況

2019年16日20∶00～17日20∶00，共計(jì)58個(gè)測(cè)站（5個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)）出現(xiàn)降水，其中暴雨2站、大雨22站、中雨34站（河西標(biāo)準(zhǔn)）。較大降水量出現(xiàn)在：肅北蒙古族自治縣縣政府廣場(chǎng)42.6 mm、肅北蒙古族自治縣40.4 mm、敦煌市莫高窟站23.1 mm、敦煌市22.6 mm、瓜州縣柳園三岔口站21.2 mm。

2 環(huán)流背景演變

2.1 高空環(huán)流背景

7月16日，500 hpa歐亞中高緯度地區(qū)為“兩槽一脊”型，冷槽位于烏拉爾山到俄羅斯的遠(yuǎn)東地區(qū)，新疆受冷渦底部偏西氣流控制，酒泉市到河套西部形成一個(gè)“歪脖子”高壓;隨著冷氣團(tuán)不斷東移，新疆烏魯木齊—哈密以及青海冷湖—沱沱河有分裂冷槽出現(xiàn)，伴隨著偏東氣流帶來(lái)的水汽，形成了酒泉市“東高西低”降水經(jīng)典模型。700 hPa冷空氣前鋒抵達(dá)河西西部，且新疆冷空氣源源不斷加入，在河西中部高壓脊的阻擋作用下，進(jìn)入河西西部的冷空氣不能快速東移，且與低空東南急流在此維持，對(duì)低層水汽的垂直輸送起到了非常重要的作用，配合玉門(mén)的對(duì)頭風(fēng)，對(duì)暴雨的形成非常有利。

3 物理量診斷分析

3.1 水汽條件

3.1.1 相對(duì)濕度 降水需要較好的水汽條件，水汽由源地水平輸送到降水地區(qū)，降水持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短影響降水量的大小。要形成降水，基本條件水汽要夠充足，而相對(duì)濕度要達(dá)到飽和，相對(duì)濕度是能否出現(xiàn)降水的關(guān)鍵指標(biāo)[7]。定量分析了對(duì)流層中低層水汽變化特征，以期提高對(duì)暴雨過(guò)程中水汽來(lái)源的認(rèn)識(shí)以及對(duì)單站暴雨天氣的預(yù)報(bào)能力[8]。

常規(guī)天氣圖上，相對(duì)濕度<30%為干區(qū)，相對(duì)濕度>70%為濕區(qū)。17日08∶00，酒泉市相對(duì)濕度西高東低，玉門(mén)以西為濕區(qū)，玉門(mén)鎮(zhèn)為最高，濕度達(dá)88%，對(duì)應(yīng)17日降水實(shí)況，肅北縣政府廣場(chǎng)40 mm以上。08∶00～20∶00相對(duì)濕度玉門(mén)以東逐漸上升，20∶00全市都為濕區(qū)，降水也自西向東的移動(dòng)，說(shuō)明較高的相對(duì)濕度有利于降水。

3.1.2 水汽通量散度 形成暴雨的必要條件之一是要有足夠多的水分，單靠當(dāng)?shù)匾延械乃质遣豢赡苄纬杀┯甑摹Ｒ虼耍仨氁兴丛床粩嗟剌斎耄庞欣┯晷纬桑硎具@種輸送來(lái)的水汽集中程度的物理量就是水汽通量散度。7月16日—17日，分別提取16日20∶00 700 hPa水汽通量散度圖，分析水汽垂直輸送情況。16日20∶00敦煌—玉門(mén)市有較大的差值，相差27×10-9g×cm-2×hPa-1×s-1，玉門(mén)市700 hpa附近有負(fù)的大值區(qū)，中心值達(dá)-17×10-9g×cm-2×hPa-1×s-1，說(shuō)明水汽向東擴(kuò)散。17日08∶00全市通量散度均為負(fù)值，新疆哈密東部水汽通量散度為最小值，-22×10-9g×cm-2×hPa-1×s-1，說(shuō)明較好的水汽通量散度，有利于降水的發(fā)生。

3.2 渦度場(chǎng)特征

在大尺度天氣系統(tǒng)演變過(guò)程中，大氣基本上是做渦旋運(yùn)動(dòng)的，知道了渦度的變化也就知道了天氣環(huán)流形式的變化。16日20∶00 500 hPa渦度場(chǎng)分析，烏魯木齊西部和內(nèi)蒙古西部是兩個(gè)負(fù)值中心，在新疆東部到酒泉市玉門(mén)市以北，均為正渦度，哈密西部為大值區(qū)，中心強(qiáng)度分別達(dá)33×10-6s-1;17日08∶00正渦度中心隨著西北氣流下滑，至瓜州縣附近，中心值達(dá)44×10-6s-1，酒泉市全部轉(zhuǎn)為正渦度，前一日20∶00負(fù)渦度中心東移，升值-48×10-6s-1，說(shuō)明酒泉市低壓環(huán)流加強(qiáng)，氣旋型曲率加大，發(fā)展旺盛，有強(qiáng)烈上升運(yùn)動(dòng)，對(duì)應(yīng)降水實(shí)況，此時(shí)段為酒泉市暴雨發(fā)生時(shí)段。16日20∶00～17日08∶00 500 hPa渦度場(chǎng)中正渦度的建立、發(fā)展、減弱，為酒泉市降水提供必要的動(dòng)力條件。

4 k指數(shù)

15日20∶00～17日14∶00肅北k指呈增大趨勢(shì)，大氣層結(jié)不穩(wěn)定，其中16日08∶00～16日20∶00k指數(shù)增長(zhǎng)迅速，增長(zhǎng)率最大，對(duì)應(yīng)16日20∶00肅北開(kāi)始出現(xiàn)降水，16日20∶00后速度減慢，但16日20∶00～17日08∶00為暴雨時(shí)段，隨后到18日08∶00 k指數(shù)逐漸下降，降水結(jié)束。分析發(fā)現(xiàn)：k指數(shù)越大，越不穩(wěn)定，容易對(duì)流，有利于降水。

15日20∶00～16日08∶00酒泉k指緩慢上升，對(duì)比肅北此時(shí)段上升速度，相差較大，16日14∶00第1次出現(xiàn)高峰，隨后到20時(shí)下降，對(duì)比實(shí)況酒泉未出現(xiàn)降水天氣，16日20∶00～17日14∶00第2次上升，且14∶00達(dá)到最大值，此時(shí)大氣層結(jié)不穩(wěn)定，對(duì)應(yīng)實(shí)況酒泉此時(shí)段，出現(xiàn)降水，14∶00后到18日08∶00緩慢下降，降水結(jié)束，18日08∶00后下降速度明顯。k指數(shù)變化越大，對(duì)流天氣出現(xiàn)的概率也就越大，有利于降水;差值為負(fù)值時(shí)，大氣層結(jié)不穩(wěn)定[9]。分析發(fā)現(xiàn)：肅北以及酒泉k指數(shù)的變化與暴雨的發(fā)生、發(fā)展、結(jié)束有非常大的關(guān)系，對(duì)暴雨預(yù)報(bào)有很好的指示意義。

5 結(jié)論

（1）“東高西低”的環(huán)流配置，“歪脖子”高壓的阻擋是造成暴雨天氣的直接影響系統(tǒng)。

（2）降水需要較好的水汽條件，水汽由源地水平輸送到降水地區(qū)，降水持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短影響降水量的大小，較高的相對(duì)濕度有利于降水。酒泉市相對(duì)濕度較高、水汽通量散度為負(fù)值以及低層幅合，高層輻散均表示有利降水。

（3）500 hpa渦度場(chǎng)中正渦度的建立、發(fā)展、減弱，為酒泉市降水提供必要的動(dòng)力條件。

（4）k指數(shù)越大越不穩(wěn)定，越有利于降水，對(duì)此次暴雨有指示作用。

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責(zé)任編輯：黃艷飛