一次副高邊緣型對流暴雨的診斷分析 ＊

付文睿，敖澤建，吉哲君，汪治桂

（甘肅省甘南州氣象局，甘肅 合作 747000）

1 概述

甘南高原地處青藏高原東北邊緣 （100°46′～104°44′E，33°06′～36°10′N），屬青藏高原和黃土高原過渡地帶，地勢西北部高，東南部低，境內海拔1100～4900m，大部分地區在3000m以上。由于地形復雜，天氣多變，短時強降水發生頻次高，暴雨災害頻繁。

針對暴雨天氣過程，許多氣象工作者從不同角度進行了廣泛的研究和分析，取得了許多有價值的成果[1-10]。曾勇等[1]利用WRF模式對大暴雨過程進行了高分辨率數值模擬,利用模擬資料對大暴雨的形成進行了分析；胡鈺玲等[2]用天氣學分析和物理量場診斷分析方法,探究了發生在新疆庫爾勒至甘肅玉門一帶干旱地區60年一遇的大暴雨天氣過程的水汽來源以及觸發機制；劉洋等[3]從天氣形勢、中尺度特征和環境場特征等方面分析了重慶的一次特大暴雨過程；付培健等[4]利用NCEP再分析資料和中尺度WRF模式對隴南一次暴雨過程進行了模擬,并使用模式輸出產品作了多種物理量診斷分析；章麗娜等[5]采用配料法分析了暴雨發生前北京中尺度環境的時空演變特征及影響因子。大量研究為暴雨預報提供了有力的參考依據，但對于甘南高原暴雨的研究較少。利用綜合觀測及區域自動站降水資料，對2019年7月28日發生在甘肅省甘南高原的一次暴雨天氣過程進行診斷分析，意圖提高對暴雨的預報預警水平。

2 降水實況及災情

2019年7月28日下午至夜間，甘南州共計162個測站（91個鄉鎮）出現降水天氣，其中暴雨2站，大雨22站，最大降水量及最大小時雨強出現在夏河八角城，降水量為70.9mm，最大雨強為38.3mm/h。此次降水過程，具有降水強度大、降水量多、致災性強等特點。降水及次生災害造成的人員死亡數量，屬2010年以來之最。造成迭部縣達拉鄉次哇村發生暴雨泥石流災害，致使2人死亡，2人失蹤，12037人受災，直接經濟損失2.34億元。暴雨過程還造成夏河縣1人死亡，7300人受災，直接經濟損失2298.26萬元；合作市直接經濟損失1046.58萬元。

3 形勢分析

3.1 高空形勢

如圖1，7月28日08h 500hPa上，中緯度亞歐大陸為兩槽一脊形勢，貝加爾湖附近有一低渦。新疆北部有一冷中心，冷中心溫度為16℃。高空鋒區位于天山-甘肅北部一帶。西太平洋副熱帶高壓脊西伸至90°E到100°E之間，脊線位置在 25°N到30°N之間，甘南處于西太平洋副熱帶高壓西北側的潮濕不穩定環境中，其西北側不斷有冷空氣下滑，青海中部和甘肅中部有切變線向東移動，冷暖空氣在甘肅南部交綏。

對應500hPa、700hPa上貝加爾湖地區也有低渦，深厚的低渦穩定維持，低渦后部西北氣流將攜帶冷空氣東移。高空鋒區位置與500hPa位置較為一致。從四川盆地到甘肅中部，為一致的西南氣流，700hPa低層的西南暖濕氣流為暴雨的形成帶來了充足的水汽。

圖1 7月28日08：00 500hPa高空形勢

3.2 地面形勢

14時地面上內蒙古西部至甘肅中部為一高壓中心，甘南附近為一低壓中心，甘南地區以東南風為主，在高低壓中心之間、甘肅寧夏黃河流域附近，有一條冷鋒，冷鋒前低壓中增溫減壓作用明顯，除瑪曲外，甘南各地氣溫均升至23℃以上。鋒面云系位于冷鋒后部，在青海東部，也有對流云團生成并發展。

至17時，冷鋒進一步南移，西段已移動至甘南北部地區，伴隨冷鋒的南移，鋒面云系也南移。在青海東部，西段鋒面前部地區，對流云團獲得進一步發展，云頂亮溫降低，冷云蓋面積擴大，說明對流云團頂部高度增加。此時在甘南地區已經開始出現降水，隨著對流的發展，18時至20時前后，甘南北部地區出現了最強降水時段（如圖2所示）。

圖2 7月28日17h地面形勢+紅外云圖

4 診斷分析

4.1 探空診斷

從合作站7月28日08時探空資料分析 （如圖3所示），在700-600hPa之間有較為深厚的濕層，相對濕度很大，20時發生了降水之后，整層大氣相對濕度都增大。

由于甘南地區海拔高，空氣稀薄，夜間輻射冷卻迅速，輻射降溫特別明顯，因此清晨探空很難出現明顯CAPE，而此次降水過程之前，清晨出現了明顯的CAPE，為283.9J/kg，說明大氣中已經儲存了對流發生的能量，而午后，隨著氣溫升高，能量進一步增強，之后發生了對流。

低層至300hPa是較為一致的南風，垂直風切變較小，小的垂直風切變，雖然對雷暴大風等天氣的出現不利，但是對于暴雨的出現是有利的，它可以使風暴在某一地區較長時間的維持，造成某一地區的明顯降水。0℃高度層已經到了6km附近，這樣高的0℃高度層，使得降水以暖云降水為主，而暖云的降水效率較冷云更高，降水量更大。

圖3 7月28日08：00合作站探空圖

4.2 物理量診斷

4.2.1 水汽通量散度

水汽通量散度可以揭示水汽輸送是否在某個區域集中以及集中的程度。本次過程降水中心在八角城，沿八角城所在經度（102.3°E）作7月28日 08：00水汽通量散度的剖面（圖略），在700hPa以上為一致的負散度，中心值-20×10-7g·cm-2·hPa-1·s-1，即在700hPa及以上水汽輻合明顯，輸送來的水汽集中程度非常高，這為暴雨的發生提供了充足的水汽條件。

4.2.2 相對濕度

相對濕度的大小可以直接反映空氣距離飽和的程度。7月28日08時700hPa相對濕度在甘肅南部都超過了80%，說明低層大氣的飽和程度高，低層大范圍的區域濕度條件良好，對暴雨的發生有重要指示意義。

4.2.3 渦度

大氣基本上是作渦旋運動的，渦度表示了流體質塊的旋轉程度和方向，渦度在一定程度上表示了氣壓的變化。7月28日08時青海南部為一正渦度中心，甘南地區為一負渦度中心（如圖4所示）。結合08時 500hPa風場（圖1）可以看出，從青海南部到甘南地區，有明顯的正渦度平流輸送（20時由于正渦度平流的輸送，甘南地區已經為正渦度中心）。正渦度平流將導致500hPa層次渦度增加，流場和氣壓場產生不適應，在地轉偏向力的作用下，產生水平輻散。輻散的結果，使得低層減壓，低層的氣壓場和流場也產生不適應，在氣壓梯度力的作用下，產生補償的水平輻合，地面系統發展。低層輻合、高層輻散，促使上升運動發展，為暴雨的發生提供了動力條件。

圖4 7月28日08時500hPa渦度

4.2.4 K指數

K指數用作對流性天氣的一個熱力指標。在本次暴雨天氣過程中，甘肅南部地區K指數超過了36℃，在甘南達到了40℃，表明大氣中的能量條件非常好，在具備水汽條件和動力條件的基礎上，充足的能量條件促使了暴雨的發生。

5 結論

通過從環流形勢、探空及物理量診斷，對2019年7月28日出現在甘南的一次局地暴雨過程進行了綜合分析，得出以下結論：

這是一次發生在西太副高西北側西南氣流型的對流性暴雨天氣過程，冷暖空氣的交綏促使了暴雨的發生。500hPa切變線、西太平洋副熱帶高壓、700hPa切變線、地面冷鋒是本次甘南暴雨過程的影響觸發系統。

清晨明顯的CAPE對暴雨的發生有重要指示意義，低層明顯的濕層對暴雨的發生提供了濕度條件，較小的垂直風切變使得暴雨維持時間相對較久，高的0℃高度層表明以暖云降水為主，降水效率更高。

低層大氣飽和度高、水汽集中程度高，為暴雨的發生提高了水汽條件；明顯的正渦度平流為暴雨的發生提供了動力條件；大的K指數表明環境能量充足，為暴雨的發生提供了熱力條件。