張掖市一次極端暴雨過程的天氣學診斷

張文光 陸偉 安婷婷

摘 要：利用常規地面和高空觀測資料以及歐洲中心再分析資料（ERA-Interim），對2018年8月31日—9月1日張掖市極端暴雨天氣的環流形勢、影響系統和物理量特征進行了綜合診斷分析。結果顯示：此次暴雨發生在有利于西北地區多雨的大尺度環流背景下，南亞高壓為東部型，500hPa副熱帶高壓西伸北跳，588線控制長江中下游地區。主要影響系統有巴爾喀什湖冷槽、低層低渦和地面倒槽。中低層的流場配置有利于水汽的輸送和匯聚，對流層內出現強烈上升運動，觸發強對流天氣的發生和暴雨的形成。

關鍵詞：極端暴雨;環流形勢;物理量

中圖分類號：S16 ? ? ? 文獻標識碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20200530044

引言

近年來，河西地區強降水頻發，表現為局地性強、時間短和強度大[1]。此次天氣過程，降水強度大，其中高臺站24h降水量接近其年平均將水量的1/2，屬于比較極端的一次降水過程。

相關研究表明[2]，在有利于降水的大尺度環流背景下，高低空環流配置以及物理量場的差異，會導致暴雨的范圍和強度明顯不同，因而分析導致相關物理量場的變化特征，對預報暴雨落區和強度是有重要意義。本文利用甘肅省常規地面氣象觀測站的降水資料、MICAPS資料以及0.75°×0.75°的歐洲中心再分析資料（ERA-Interim），對本次暴雨過程的降水實況、環流形勢和相關物理量場做診斷分析，并試圖尋找暴雨天氣的預報著眼點。

1 降水過程概況

2018年8月31日08∶00—9月1日08∶00，張掖市普降中到大雨，部分地區出現暴雨、大暴雨，最大降水量出現在山丹焉支山林場，為87.3mm（本文采用甘肅省氣象局制定的河西暴雨標準：24h降水量≥30mm，下同）。此次降水共有60站達到大雨，34站達到暴雨，2站達到大暴雨。雨量大值區主要集中在北部的高臺縣和臨澤縣以及東部的山丹縣，其中有21個站點出現小時雨強大于10mm/h（河西地區強降水標準）的短時強降水。

選取高臺站的逐小時降水數據做簡要分析，從逐小時降水量演變情況（表1）來看，降水從8月31日18∶00開始，強降水主要集中于上半夜（8月31日19∶00—9月1日0∶00），后半夜降水減弱，趨于結束。

2 環流形勢

從500hPa環流形勢可以看到，歐亞中高緯呈2槽1脊型。巴爾喀什湖以東和東亞東岸為低槽區，貝加爾湖東側存在高壓脊。副熱帶高壓（以下簡稱副高）588線控制長江中下游一帶，副高脊線位于N33°附近，西伸脊點伸至四川盆地，甘肅中東部處于副高邊緣，存在一定的暖濕氣流供應。2018年8月31日20∶00，巴爾喀什湖以東的低槽東移加深，并略有南壓。同時，青海中部發展出短波槽，張掖位于短波槽前。槽后冷平流加強，引導冷空氣不斷南下。由于河套西部地區前期為晴熱天氣，低層溫度較高，中高層干冷空氣侵入，形成上干冷下暖濕結構，易觸發對流不穩定，有利于強降水的發生。槽前正相對渦度平流輸送，促使中低層垂直運動發展，為降水形成提供了較好的動力條件。9月1日08∶00，短波槽移至甘肅東部，張掖處于短波槽后，降水過程結束。

700hPa上，甘肅中東部處于偏東風和東南風控制下，存在風向和風速的輻合，為水汽的輸送和聚集提供了便利。8月31日08∶00 700hPa形勢場上，甘肅中部存在1個小的低渦，張掖也處于其控制下。低渦既能提供較好的動力抬升條件，又可使冷暖氣流的交匯。

200hPa高層形勢場上，南亞高壓主體位于高原上空，脊線在N32°附近，中心偏于E90°以東，屬于東部型。甘肅中東部處于高空急流的出流區，形成高層輻散，加強抽吸作用，有利于上升運動的維持。

3 水汽條件

暴雨的發生、發展要求本地上空具備豐富的水汽和持續不斷的水汽輸送，且有一個充足的水汽累積過程。此次暴雨過程中，水汽主要由青藏高原東側的偏東南氣流供應。

3.1 水汽含量

相關統計表明[3]，暴雨發生時700hPa上比濕往往大于8g/kg。從2018年8月31日08∶00 700hPa比濕場上可以看出，整個甘肅地區的比濕維持在9～11g/kg，其中張掖上空的比濕為10g/kg。8月31日20∶00，由于東南暖濕氣流輸送增強，甘肅中東部的比濕進一步增大，達到10～12g/kg。9月1日08∶00，降水過程趨于結束，大氣中的水汽得到釋放，甘肅中部的比濕降為8～9g/kg。

3.2 水汽輸送

8月31日08∶00，水汽輸送通道就已經建立。從700hPa水汽通量場可以看出，甘肅東部存在1個大于9g·cm-1·hPa-1·s-1水汽通量的大值中心，在東南風和偏南風的共同作用下，水汽源源不斷地向張掖地區輸送。8月31日20∶00，甘肅東部的水汽輸送中心范圍進一步擴大，且有所西移，中心數值增大至13g·cm-1·hPa-1·s-1，同時，東南風分量增大。這些都加強了水汽輸送，為暴雨發生提供了充分的水汽供應。

3.3 水汽輻合

由圖8顯示的700hPa水汽通量散度可知，8月31日08∶00，甘肅中西部與內蒙古西部的水汽通量散度均為負值，存在水汽輻合中心，呈狹長的東北—西南走向，中心數值小于-2×10-7g·cm-2·hPa-1·s-1，張掖位于該輻合中心的東側。8月31日20∶00原有的水汽輻合中心強度略有增強，且大的負水汽通量散度區范圍擴大。與此同時，青海東部至甘肅中部也有一較強的水汽輻合中心發展起來，中心水汽通量散度小于-6×10-7g·cm-2·hPa-1·s-1，張掖處于這2個水汽輻合中心之間，受兩者的共同作用。9月1日08∶00，降水結束，甘肅省水汽通量散度基本轉為正值（圖略），呈現水汽輻散狀態。從水汽通量散度整個演變過程來看，位于甘肅中部的張掖在降水時段內，低層都處于水汽輻合區，且離水汽輻合中心較近，說明水汽供應充足，且水汽得到較好的輻合積聚。

4 動力條件

為了研究降水時段內張掖地區的動力條件，本文沿N39°做緯向垂直剖面，分析渦度和垂直速度這2個物理量的演變情況。

2018年8月31日08∶00張掖市區（E100.5°）中低層850～400hPa處于弱正渦度（氣旋性渦度）場中，且隨高度略向西傾斜。此時，張掖偏東地區低層（850～700hPa）存在-6×10-5/s的正渦度中心。31日20∶00，700hPa附近有一正渦度中心，中心值達到4×10-5/s。2個時次，400hPa以上的中高層均為負渦度控制，且在200hPa附近存在負渦度中心，中心值小于-4×10-5/s。這樣的高低空渦度場配置，有利于形成低層輻合，高層輻散，加強張掖上空高空輻散抽吸作用，使得垂直上升運動增強。

垂直速度場主要表現為整層都處于負速度區，具備較強的上升運動。8月31日08∶00，張掖附近上空上升運動還比較弱。31日20∶00垂直上升運動增強，強速度中心在600hPa附近，垂直速度達到-0.8hPa/s，主體偏于張掖西部。到了9月1日02∶00（圖略），強上升中心經過張掖上空，高度略有下降。

綜合來看，低層氣旋性渦度（正渦度）與強降水時段有比較好的對應關系，垂直速度則在降水初期就已經表現為上升運動，隨著降水強度增大，整層上升運動也相應增強，較好的動力條件，有利于低層的水汽和熱量抬升到高空，觸發不穩定能量的持續釋放，形成暴雨。

5 總結

南亞高壓為東部型，500hPa副高控制長江中下游地區，這是有利于西北地區多雨的環流背景[4]。500hPa短波槽引導冷空氣南下，低層輻合有利于暖濕氣流的輸送和累積，低層低渦既提供了較好的動力抬升條件，又有利于冷暖氣流交匯，從而形成大范圍降水;甘肅東部存在水汽源地，借助東南風和偏南風，為張掖地區輸送源源不斷的水汽，從而為暴雨發生提供充足的水汽條件。從水汽通量散度的演變來看，低層處于水汽輻合區，水汽供應充足且得到較好累積;低層氣旋性渦度，中高層反氣旋性渦度，有利于高空輻散抽吸作用，形成強烈的垂直上升運動，為強對流天氣的發展提供了抬升條件，也為暴雨的形成提供動力條件。

本文僅從環流形勢、影響系統、水汽條件和動力條件等方面初步分析了張掖此次暴雨天氣過程的影響因子，但關于各因子對暴雨的影響程度，未做深入研究，這有待數值模擬和敏感性試驗予以進一步分析。

參考文獻

[1] 李春虎.西北干旱和暴雨研究綜述[J].甘肅氣象，2003（1）：1-7.

[2]趙慶云，狄瀟泓，張鐵軍.“8·19”甘肅區域暴雨的特征分析及數值模擬[J].干旱氣象，2005，23（4）：12-16.

[3]劉洪蘭，張強，劉德菊，等.河西走廊中部一次暴雨過程的天氣學診斷[J].干旱氣象，2014，32（2）：263-269.

[4]朱乾根，林錦瑞，壽紹文，等.天氣學原理和方法[M].北京：氣象出版社，2011：489-490.

（責任編輯 李媛媛）