青藏高原東北部一次暴雨過程分析

曹曉敏 金凱 馬海超 尤桑杰

摘 要：本文利用NCAR/NCEP資料，對發生在青海東部農業區的一次區域性大到暴雨過程進行了診斷分析。結果表明，本次暴雨天氣過程主要受西伸到青藏高原東部的副熱帶高壓及500 hPa風場上冷空氣入侵青藏高原北部的影響。熱低壓中的上升氣流與冷鋒后的下沉氣流構成緯向閉合環流，青藏高原熱低壓中的上升氣流與副熱帶高壓中的下沉氣流形成徑向閉合環流，垂直閉合環流的形成提供了源源不斷的暖濕氣流和穩定的上升氣流，持續的降水造成了暴雨天氣。副熱帶高壓外圍強盛的西南氣流的穩定維持使得充足的水汽輸送到青藏高原東部暴雨地區。

關鍵詞：暴雨;等熵位渦;不穩定能量;垂直運動

Abstract： This paper used NCAR / NCEP data to conduct a diagnostic analysis of a regional heavy rainstorm process that occurred in the agricultural area of eastern Qinghai. The results showed that the rainstorm process was mainly affected by the subtropical high extending to the east of the Qinghai-Tibet Plateau and the cold air invading the northern Qinghai-Tibet Plateau on the 500 hPa wind field. The rising air flow in the hot low pressure and the sinking air flow after the cold front formed a closed loop in the weft direction， the ascending air current in the thermal depression of the Qinghai-Tibet Plateau and the subsidence air current in the subtropical high pressure formed a radial closed loop， the formation of a vertically closed circulation provided a continuous flow of warm and humid air and a steady upward airflow， and continuous precipitation caused heavy rain. The steady maintenance of the strong southwest airflow around the subtropical high allowed sufficient water vapor to be transported to the rainstorm area in the eastern Qinghai-Tibet Plateau.

Keywords： rainstorm;isentropic potential vortex;unstable energy;vertical motion

在青藏高原東部地區，受地理位置、海拔、水汽輸送等因素的影響，發生暴雨的概率并不大，極端大暴雨事件出現的可能性非常小，但近幾年來，青藏高原東側地區的極端暴雨事件頻繁發生[1]。為此，任余龍[2]等研究了西北區東部大暴雨過程的濕位渦診斷及數值模擬;井喜[3]等研究了青藏高原東北側突發性大暴雨的綜合環流場。為了更好地了解青藏高原東部地區暴雨的形成機理，本文對2010年9月20日青海東部的一次強降水天氣過程進行分析和總結。

1 資料與方法

本文所用資料是NCAR/NCEP（美國國家環境預報中心和美國大氣科學研究中心）多要素逐6 h客觀分析資料（Final Operational Global Analysis，以下簡稱為FNL資料）。本文主要利用FNL資料對此次個例做環流背景、等熵位渦、垂直環流（緯向風[u]和經向風[v]的垂直環流、經向和緯向垂直環流）、穩定度、水汽等方面的分析，研究并總結出青海暴雨發生的物理機制。

2 天氣過程概況及500 hPa環流形勢分析

2.1 天氣過程概況

2010年9月20日至21日，青海省東部出現了一次強降水天氣過程，有10個站點達到大雨量級，同仁縣為全省降水中心，過程降水總量達79.2 mm。強降水發生時段集中在20日20：00—22：00，降雨量達57.7 mm。

2.2 500 hPa環流形勢分析

由500 hPa環流形勢分析得出，受短波槽影響，南下的冷空氣在青海東部地區與西太平洋副熱帶高壓外圍西南暖濕氣流和孟加拉灣暖濕氣流交匯，加之500 hPa風場上有明顯的風向切變，共同形成此次強降水過程的環流背景。

3 等熵位渦

在暴雨發生當日9月20日00：00，在93°E上空500 hPa處有一中心值大于1.1 PVU的位渦大值中心，但其高層300 hPa附近則為一個小于0.1 PVU的低位渦中心，而并沒有高位渦的下傳。到06：00，暴雨區上空的低層、高層兩個高位渦中心均向東移動，到達105°E附近，且高層的高位渦中心向低層發展，低層的高位渦中心強度較前一時次有所減弱。到12：00，原本位于105°E的高位渦中心消失，而102°E低層的位渦突然增大至1.1 PVU。到18：00，在100°E東西兩側高低空均有位渦高值區存在，西側大于0.7 PVU的高位渦中心位于450 hPa處，東側的高位渦中心則位于500 hPa左右，中心值為1.2 PVU。到21日00：00，100°E西側的高位渦中心東移合并到東部的高位渦中心，使其中心值超過1.5 PVU。位渦中心高度為500～450 hPa。到21日06：00，暴雨區從低層到高層[ξIpv]高值區域進一步東移到105°E以東，暴雨區處在高位渦中心后部，此時降水結束。

4 垂直環流

對降水區的垂直徑向環流做剖面（見圖1（a）），可以看到暴雨發生前，由于冷空氣尚未推進至降水區附近，該處的上升氣流并不明顯，降水區北側有較明顯的垂直環流;當冷鋒逐漸南壓（見圖1（b））時，高層強偏南急流與青藏高原上空偏北氣流在降水區上空形成較強的輻散中心，降水區附近有明顯的上升氣流，對暴雨的產生有較大影響。另外，在暴雨發生前后，緯向垂直環流也發生了顯著的變化。

5 穩定度條件

沿暴雨中心102°E作等[θse]和垂直速度剖面圖顯示，暴雨發生前，20日00：00，暴雨區上空的位渦中心高度為650～450 hPa，[-θse?p<0]，大氣層結存在潛在的不穩定條件，但被弱的下沉氣流控制，36°N附近600 hPa高空有等[θse]線密集的鋒區，且呈近乎垂直分布;06：00，等[θse]線密集的鋒區加強且仍然穩定在36°N附近地區，而且在暴雨區上空[-θse?p<0]，表明中低層存在不穩定條件，同時500 hPa以下的暴雨區近地面有明顯的上升運動出現，此時最大上升速度為-0.8×10-4hPa/s，而在40°N附近500 hPa層以上也有明顯的上升運動中心，中心值達到-1.8×10-4hPa/s。上升運動強度和范圍不斷增大。到暴雨出現時的20日12：00，低層等[θse]線密集的鋒區已翻越祁連山南移到36°～38°N的暴雨區，在近地面近乎垂直，表示假相當位溫梯度大，鋒區強，其上空是強的上升運動區，400 hPa上升運動的中心值達到-1.2×10-4hPa/s。

6 水汽分析

從20日06：00水汽通量場上分析，在臺風登陸后，青海省南部到四川盆地一線來自南部的水汽通量強度開始增大，該水汽通量大值區維持時間較長，至12：00降水中心西側為明顯的水汽輻合區，高原南側的水汽被偏南氣流持續輸送至降水區，并配合該處流場輻合，使暴雨發生的條件得以滿足。此次過程從9月20日00：00—18：00水汽通量散度分布來加以分析，從降水的出現到停止，水汽通量散度負值區分布從北向南依次壓過。水汽通量散度為負值區，即為水汽的輻合區。

7 結論

此次降水過程主要受西伸至高原的副熱帶高壓、高原上的熱低壓、低空風切變及高原北部入侵的冷空氣等系統共同作用。等熵面上的位渦演變反映了暴雨的落區即西風急流的發展，等熵面上正位渦大值中心的異常出現對于暴雨的發生有很好的對應。高原北側冷空氣南壓，楔形嵌入西南暖濕氣流的下部導致高低層風切變與強上升氣流的產生，為暴雨發生提供了極好的條件。

高原熱低壓的上升與下沉氣流分別與副高中的下沉氣流、冷鋒后的上升氣流形成閉合環流，為此次降水過程提供充沛的暖濕氣流及穩定的上升運動條件。[θse]的等密集線鋒區進入暴雨區，強烈的上升運動和強的大氣層結對流不穩定是暴雨發生的穩定度條件。副熱帶高壓外圍西南風穩定維持為此次過程提供了充足的水汽條件。

參考文獻：

[1]張文龍，崔曉鵬.近50 a華北暴雨研究主要進展[J].暴雨災害，2012（4）：384-391.

[2]任余龍，壽紹文，李耀輝.西北區東部一次大暴雨過程的濕位渦診斷與數值模擬[J].高原氣象，2007（2）：344-352.

[3]井喜，李棟梁，李明娟，等.青藏高原東北側一次突發性大暴雨環境場綜合分析[J].高原氣象，2008（1）：46-57.