2013年7月21日甘肅河東大暴雨過程分析

茍尚 楊瑞鴻 吳文輝 陳得圓

摘 要：利用地面加密自動站資料、FY2E紅外云圖資料、NCEP 1°×1°再分析資料、多普勒雷達資料等，對2013年7月21日發生在甘肅河東的區域性大暴雨天氣過程進行診斷，分析其主要影響系統、物理量、衛星云圖、雷達等特征。結果表明：西風槽東移、鋒區南壓使得高原槽生成并且加深，且西風槽與高原槽兩者在東移過程中同位相疊加，西太平洋副熱帶高壓東退，是此次暴雨發生的主要影響系統;高低空急流的耦合為暴雨的產生提供了有利條件;低層正渦度區、整層強烈的上升運動、充沛的水汽以及θse≥80℃的高能區，是產生此次大暴雨的動力、水汽、能量、層結不穩定條件;低質心暖云降水、對流單體的列車效應是造成局地持續性短時強水的主要原因。

關鍵詞：甘肅;大暴雨;天氣診斷

中圖分類號 P458.121.1文獻標識碼 A文章編號 1007-7731（2020）19-0147-05

Analysis of Heavy Rain Process in Hedong，Gansu Province on July 21，2013

GOU Shang1 et al

（1Lanzhou central Meteorological observatory，Lanzhou 730000， China）

Abstract：Used ground encryption automatic station data， fy2e infrared cloud image data，NCEP Based on the 1°×1° reanalysis data and Doppler radar data to diagnose the regional heavy rain weather process occurred in Hedong，Gansu Province on July 21， 2013， and analyzed its main influence system， physical quantity，satellite cloud image， radar and other characteristics.The results showed that the eastward movement of westerly trough and the southward pressure of the frontal area make the plateau trough generate and deepen，the westerly trough and the plateau trough are in the same position during the eastward movement In addition，and the eastward retreat of the Western Pacific subtropical high are the main influence system; the coupling of high and low-level jet provided favorable conditions for the rainstorm;the low-level positive vorticity area，the strong ascending motion of the whole layer， abundant water vapor and the high-energy area with θse ≥ 80 ℃ are the unstable conditions of the power，water vapor， energy and stratification; The low mass center warm cloud precipitation and the train effect of convective cell are the main reasons for the local sustained short-term strong water.

Key words：Gansu;Heavy rain;Weather diagnosis

暴雨是甘肅省主要的氣象災害之一。甘肅雖地處西北干旱、半干旱地區，但是地形復雜、境內氣候差異極大，小范圍暴雨發生頻率高、強度大、時間集中，容易引發山洪、滑坡、泥石流等自然災害，且防御困難，易造成嚴重災害。因此，探討西北暴雨發生發展的物理機制，對于提高西北暴雨的預報準確率、減少暴雨災害具有重要意義。曾有不少學者做過關于西北暴雨的研究[1-14]。本研究利用常規觀測資料、甘肅省區域站資料、FY2E紅外云圖資料、NCEP 1°×1°再分析資料以及新一代多普勒天氣雷達資料，對2013年7月21—22日發生在甘肅省河東地區的一次區域性大暴雨天氣過程的主要影響系統、水汽和動力、熱力條件進行了診斷分析，探究其發生的原因和特征，梳理預報過程中的難點和著眼點，以期為此類天氣的預報提供基礎和支撐。

1 天氣實況

2013年7月21日08時至22日08時，甘肅張掖以東大部分地區出現了降水天氣，河東地區出現了區域性暴雨，局部地方出現大暴雨，個別站點出現特大暴雨，其中大雨189站，暴雨153站，大暴雨52站，特大暴雨1站（圖1）。本次強降水主要分布在定西、天水、平涼、慶陽等地，最大降水量出現在平涼市靈臺縣東王溝村站288.7mm、獨店站218.1mm、瓦峪樓站207.3mm。此次降水的主要時段為21日20時至22日08時，1h最大降水量出現在靈臺縣東王溝村站為82.3mm/h，東王溝村連續6h累計降水超過200mm（圖2）。此次大暴雨過程具有強降水持續時間長，降水時段集中，雨強大的特點。

2 環流形勢及影響系統

500hPa上，亞洲大陸中緯度為西風帶緯向環流，多短波槽脊活動，鋒區位于北緯40°附近，呈東西帶狀分布，副熱帶高壓穩定維持，并有所東退。20日20時，西風槽位于新疆東部，鋒區有所南壓已進入甘肅河西及高原西北部，高原上有短波槽發展;副高脊線位于25°N，584線西伸至青藏高原中部;21日08時，西風槽東移至河西中部，高空鋒區東移南壓，使得高原槽不斷加深發展，584線東退至西南地區，建立了“西低東高”的降水形式。21日20時（圖3a），西風槽繼續東移，高原槽加深東移，兩者同位相疊加，584線穩定維持，沿584線西南暖濕氣流發展強盛;22日08時，高原槽東移出甘肅河東地區。700hPa上，20日20時，西南暖濕氣流沿高原東側一直延伸到內蒙古中部，與西北氣流輻合在甘肅中東部;21日08時，冷空氣東移南下與西南暖濕空氣交匯，偏南氣流不斷增強，甘肅中部輻合加強;21日20時（圖3b），切變線東移南壓，位于甘肅河東地區，隨著偏南暖濕氣流繼續加強，河東地區切變輻合進一步增強，此時也對應雨強最大的時段;22日08時，偏北氣流和偏南氣流都有增強，切變東移到甘肅陜西交界處，雨帶逐漸移至陜西地區。

3 物理量診斷

3.1 水汽條件 暴雨的發生除了需要本地充沛的水汽條件，還需要有源源不斷的水汽向暴雨區輸送，水汽通量能夠反映一個地區水汽輸送的強度和方向。從700hPa水汽通量的水平分布來看，21日08時，沿南海-廣西-貴州有水汽通量大值區沿著四川盆地北上，建立了1條明顯的水汽輸送帶，在甘肅天水地區有一個大值中心，強度為10g·（cm·hPa·s）-1;21日20時（圖4a），輸送帶上的水汽通量明顯加強，甘肅河東的大值中心強度增強到12g·（cm·hPa·s）-1。僅有水汽的輸送還不夠，還要有水汽的輻合，才能使水汽向上輸送，水汽通量散度表示了水汽的集中程度。從700hPa水汽通量散度的水平分布來看，21日08時，水汽負值區（輻合區）出現在西藏東部、青海東部、寧夏南部，水汽正值區（輻散區）出現在四川北部;21日20時（圖4b），位于青海東部的水汽通量散度負值區東移，與寧夏南部的負值區合并，在甘肅河東形成1個強的負值中心，中心強度為-60×10-8·g·cm-2·（hPa·s）-1，說明在這一地區水汽輻合非常強，并且與這一時段強降水的落區相吻合，可見南海水汽輸送為此次大暴雨過程提供了豐富的水汽條件，水汽通量散度對強降水的落區有很好的指示意義。

3.2 高低空急流 700hPa，21日08時，甘肅河東偏南風氣流發展，風速為8m/s;21日20時，風速不斷增強，在川、陜、甘交界風速達到10m/s;22日02時（圖5a），河東南北風風速進一步增強，風向風速輻合加強，低空急流建立，在四川西北部和陜西中部個有1個急流核，中心風速13m/s。低空急流把南海的水汽源源不斷地輸送到四川盆地，進而到達甘肅河東的暴雨區，一方面引起暴雨區水汽的輸送和輻合，同時也在不斷向暴雨區輸送能量，從而促進對流不穩定能量的建立和維持。河東地區恰好位于低空急流的左前方，這里水汽的輻合與上升運動最強。200hPa（圖5b），內蒙古中部至山西北部有1支東西向的高空急流，急流核在山西北部。中心最大風速超過40m/s，暴雨區正好處于高空急流核出口區的右側，有正的渦度平流，因而引發高空氣流輻散，低層氣壓降低，對應低層為輻合區，高空急流環流的上升支與低層的輻合上升運動疊加，使得上升運動更強，對流發展旺盛，對暴雨的產生十分有利。

3.3 渦度 從700hPa渦度場上可以看到，21日08時，甘肅中部有至河東處在正渦度區，中心強度為4·10-5·s-1，而天水、平涼、慶陽此時處于負渦度區，中心強度為-2·10-5·s-1;20日20時，正渦度中心移至隴東南，中心強度增至6·10-5·s-1，天水、平涼、慶陽此時已轉為正渦度區，在正渦度區的西北方和東南方各有1個負渦度中心，也就是垂直上升運動區的西北和東南方兩側存在下沉運動區，這是上升運動區四周的補償下沉區，也是低層的輻合維持和加強的條件，此時對應河東地區的強降水開始;22日02時（圖6a），隴東南的正渦度中心強度迅速增強到10·10-5·s-1，可見此處氣旋性曲率增大，環流發展旺盛，上升運動很強，為強降水的產生提供了動力條件;22日08時，川北的正渦度中心與河東正渦度中心合并，移至陜西關中地區，甘肅河東正渦度區逐漸減弱。

3.4 垂直速度 從降水中心35°N作垂直速度的剖面來看，21日08時，上升氣流的大值區位于高原邊坡，最大值為-1.6Pa·s-1，甘肅臨夏有弱的下沉氣流，屬于次級環流，有利于上升運動的維持，21日14時，上升氣流區移至臨夏地區，強度維持，在臨夏以東，中低層有弱下沉氣流，但高層開始有上升氣流發展;21日20時至22日02時（圖6b），在天水、平涼、慶陽，850～200hPa整層都表現為上升運動，最大上升中心在600～700hPa，為-1.4 Pa·s-1，深厚的上升運動區域對應著暴雨區。

3.5 假相當位溫 從700hPa上假相當位溫的分布可以看出，21日14時，從川北、甘肅河東θse≥75℃，臨夏、甘南θse≥80℃，有不穩定能量積聚;21日20時（圖7a），川北θse≥80℃高能舌伸至天水、平涼，使得河東地區中低層不穩定能量進一步增強。從35N的θse垂直剖面圖可以看出，21日20時（圖7b），天水、平涼中低層假相當位溫隨高度減小，垂直梯度很大，大氣層結很不穩定，有利于強降水的發生;22日08時，對應本次暴雨過程降水集中的時段，700hPa河東θse減弱到75℃，表明經過強降水能量迅速釋放，大氣不穩定度已顯著降低。

4 云圖特征

21日08時（圖8a），隨著高原東部低渦切變的形成，高原東部有明顯葉狀云系發展;21日14時（圖8b），冷空氣南壓，高原切變東移，形成一個尺度較大的渦旋狀云系;21日20時（圖8c），700hPa的切變線東移南壓，西南急流的加強，觸發不穩定能量釋放，甘肅河東、四川北部有多個中β、中γ尺度云團生成，其中甘肅平涼對流云團發展旺盛，并向東北方向移動，其后不斷有又新的對流云團生成并向東北方向移動，連續經過地區，使得該地區出現持續性強降水;22日08時（圖8d），高空槽南壓，切變線東移，云團移出甘肅，降水結束。

5 雷達回波特征

此次大暴雨過程選取西峰新一代多普勒天氣雷達的資料進行分析，從強度圖來看，此次過程層積混合型降水回波一直維持，范圍較廣，其中分散地存在著對流單體，強度并不很強，在35～40dbz，自西南向東北方向移動，21日20時以后（圖9a），平涼地區密實的混合降水回波云系發展加強，范圍增大，不斷有對流單體經過靈臺縣，對應這一地區產生持續性強降水，21：49（圖9b）雷達低仰角觀測中在靈臺出現逆風區，說明該區域輻合上升運動加強，對流發展增強，此后逆風區范圍不斷增大，并向東北方向移動，直至22：39分消失。

從東王溝村站上空雷達回波強度的時序圖上可以看出（圖10），從21日20時開始，該站上空回波強度不斷增強，高度不斷發展，以當天20時平涼觀測站探空代該地區的大氣層結狀況，抬升凝結高度在1.8km處，0℃層高度在5.3km處，由此可見，整個降水過程中，較強回波主要分布在0℃層以下深厚的暖云層空間，說明強反射率因子主要是液態水滴，低質心暖云降水特征明顯，因此，整個過程以暖云降水為主，在21：29回波強度達發展到35～40dbz，對應此時出現在東王溝村的82.3mm/h短時強降水。22：28分以后又有新的單體生成，經過東王溝村，產生1h32.4mm的強降水，這樣對流單體不斷生成和消亡在這一地區產生列車效應，致使該地區出現持續性短時強降水。

6 結論

（1）西風槽東移，鋒區南壓，使得高原槽生成并且加深，兩者在東移過程中同位相疊加，西太平洋副熱帶高壓584線東退，是此次暴雨的主要影響系統。

（2）低層來自南海的水汽沿西太平洋副熱帶高壓的西南側經云貴四川地區進入甘肅，并在甘肅東南部強烈輻合上升，為大暴雨的發生提供充足的水汽。

（3）暴雨區處于高空急流入口區的右側，低空急流的左前方，高低空急流的耦合是暴雨出現的重要原因。

（4）低層正渦度區，整層強烈的上升運動，充沛水汽條件，θse≥80℃的高能區，是造成此次大暴雨過程的動力、水汽、能量、層結不穩定條件。

（5）低質心暖云降水，逆風區的出現，對流單體不斷生成和消亡產生的列車效應是造成局地持續性短時強降水的主要原因。

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（責編：張宏民）