西寧地區(qū)一次副高邊緣型暴雨天氣過程分析

趙娟 謝啟玉

摘要 利用常規(guī)地面、高空、云圖和雷達資料，分析了2019年8月19日大通的強對流暴雨天氣。結果表明：此次大通暴雨是副熱帶高壓邊緣產(chǎn)生的強對流天氣;副熱帶高壓邊緣的西南暖濕氣流和高空短波槽引導的偏西氣流在西寧地區(qū)交匯，為此次強降水天氣的發(fā)生提供了有利的大尺度環(huán)流背景條件;低層暖平流、高層弱冷平流形成了熱力不穩(wěn)定層結;500 hPa西南氣流和700 hPa偏東氣流提供了充沛的水汽條件;地面冷鋒和輻合線提供了中尺度抬升觸發(fā)機制;強降水落區(qū)與地面3 h負變壓中心和地面輻合線對應較好;中尺度對流云團活躍，TBB≤-77℃的冷云團影響大通約30 min，強降水落區(qū)位于紅外云圖TBB大梯度區(qū);過程中雷達最強回波達到54 dBZ，速度場上低層西南風和暖平流指示明顯;VIL在此次強降水過程中表現(xiàn)為緩慢增大—維持—迅速減小;風暴質(zhì)心高度HT在強降水過程中基本在3 km，表現(xiàn)為緩慢上升—下降—略下降的低質(zhì)心特征。

關鍵詞 副熱帶高壓;暴雨;監(jiān)測指標

中圖分類號：P4 文獻標識碼：A 文章編號：2095–3305（2021）01–0055–04

2019年8月19日17：00—20日05：00，

西寧地區(qū)出現(xiàn)雷電和暴雨天氣，此次強降水過程突發(fā)性強、降水時段集中、降水強度大，并且強降水出現(xiàn)在密集的負閃區(qū)。19日08：00—20日08：00全區(qū)共有8站出現(xiàn)暴雨大雨，24站最大降水量出現(xiàn)在大通縣鷂子溝（75.9 mm），

其次為大通站（73.4 mm），為有氣象記錄以來第二多;過程的對流性強降水時段主要集中在19日17：00～21：00，持續(xù)約4 h，17：00～18：00大通縣寶庫黑泉水小時雨強37.4 mm。過程雨量分布不均，暴雨區(qū)主要出現(xiàn)在西寧北部的大通縣，西寧市區(qū)、湟源縣和湟中縣出現(xiàn)中到大雨。暴雨天氣導致大通縣遭受洪澇災害，農(nóng)作物不同程度倒伏，農(nóng)房受損，基礎設施損毀以及多處河道出現(xiàn)險情，給城市運行造成十分嚴重的影響。災害導致大通縣16萬人受災，但無人員傷亡。從預報情況來看，相關工作人員對此次降水過程的強度、落區(qū)和降水集中時段把握不足。

西寧地區(qū)位于青海高原東部和青藏高原東部，平均海拔在2 500～3 000 m，

特殊的地理位置和復雜的地形使其成為青海省大到暴雨的多發(fā)地[1]。而大到暴雨天氣多由短時強降水造成，由于具有局地性強、歷史短、強度大等特征，常常造成城市內(nèi)澇、山洪、泥石流、山體滑坡等災害[2]。目前使用的數(shù)值天氣預報還無法直接精準預報，這也一直是災害性天氣預報的難點。諸多學者對青海東部的強降水天氣也進行了研究：張青梅等[3]運用中尺度天氣分析技術，對青海東部的3次大到暴雨過程進行對比分析，建立了青海高原副高邊緣型大到暴雨天氣過程的中尺度天氣概念模型;王振海等[4]分析了2014年夏季青海東北部的兩次強降水天氣過程的冷空氣，結果表明青海東北部來自東北冷渦底部的冷空氣在地面至700 hPa表現(xiàn)較清楚，西傳冷空氣較正常西風槽冷空氣弱，并易受青海東北部地形阻擋，造成較明顯降水過程，此路冷空氣在高原500 hPa預報場反映不明顯，易造成預報誤差;馬雪蓮等[5]對2009年青海東部的兩次大到暴雨天氣的衛(wèi)星云圖特征進行了對比分析，發(fā)現(xiàn)云圖形狀結構不同，造成的天氣不盡相同;馬秀梅等[6]對比分析青海東部2007年兩次受副熱帶高壓影響的大到暴雨天氣，結果表明副熱帶高壓西伸，外圍的西南氣流為東部的大降水提供了有利的水汽條件，高空冷平流下滑，觸發(fā)了能量釋放，形成了暴雨天氣。通過對西寧地區(qū)2019年的這次暴雨天氣過程進行分析，試圖分析西寧地區(qū)強降水預報方面的一些指標，以期為西寧地區(qū)的短時強降水預報預警提供參考。

1 環(huán)流背景

過程前期副熱帶高壓呈帶狀不斷西伸，8月18日西伸脊點位于88°E附近，青海高原位于副高584線的暖高壓控制，同時巴湖低槽發(fā)展，底部的短波槽分裂下滑。18日20：00副高略東退，19日08：00青海高原35°N以南副熱帶高壓和青藏高壓之間形成切變線，同時巴湖槽底的短波槽東移至青海北部;700 hPa青海東部受切變線影響，低層有較強的輻合抬升，20：00兩高之間的切變線仍然維持，副高邊緣西南氣流輸送水汽和能量至青海東部（圖1a）。從圖看出，過程中500 hPa冷平流不顯著，高空冷強迫較弱;西風帶短波槽東移引導低層（700 hPa）弱冷空氣南下，與副高西側暖濕氣流交匯于青海東北部，為此次暴雨天氣提供了有利的環(huán)流背景。

Hudson等[7]指出強對流天氣的發(fā)生和移動，與低層的水汽輻合有密切關系。此次過程中西南路徑水汽通道暢通，四川盆地至甘肅南部超過12 m/s的西南風提供了充沛水汽，處于暖濕區(qū)域。19日08：00，西寧地區(qū)700 hPa Q=13 g/kg，T-Td=2℃;500 hPa Q=1 g/kg，T-Td=23℃，同時中低層溫差（700～500） hPa為14℃，形成了上干冷下暖濕的不穩(wěn)定層結;到20：00 700 hPa比濕仍維持在13g/kg，中層500 hPa增濕顯著，比濕增大到6 g/kg，T-Td=2℃;200 hPa青海高原位于南亞高壓中心區(qū)，青海東部位于高空西風急流分流區(qū)右側，較強的高空輻散利于中低層輻合加強（圖1b）。

地面冷鋒提供了此次強對流天氣的抬升觸發(fā)機制（圖2）。19日高空短波槽東移引導地面冷空氣南下，08：00河西走廊+△P24最強9.8 hPa，冷空氣還未影響到青海東部;而從南疆進入柴達木盆地的西路冷空氣向東推進，+△P24最大3.6 hPa。從河西走廊南下的冷空氣較強，11：00 +△P24最強1.4 hPa，一部分冷空氣翻越祁連山進入海北南下開始影響東部，另一部分到14：00從東部河湟谷地倒灌侵入。隨著冷空氣持續(xù)滲入，17：00冷空氣主力已倒灌影響東部，+△P24最大3.4 hPa，而西路冷空氣在午后開始變性，對東部的影響小，到20：00影響大通的+△P24為4.7 hPa，20日08：00 1010 hPa的冷空氣影響西寧地區(qū)。

西寧站19日08：00和20：00的T-lnP圖顯示（圖3），08：00西寧SI=0.69℃，0℃層到LCL的高度高（5.2 km），說明暖云厚，降水效率高。從風的垂直分布看，08：00西寧地區(qū)500 hPa以下風向順轉(zhuǎn)，有顯著暖平流，500 hPa以上為弱冷平流，西寧上空大氣處于上干冷下暖濕的不穩(wěn)定狀態(tài);0～6 km垂直風切變14 m/s，利于對流云發(fā)展維持。綜上可以說明，環(huán)境場條件利于伴有強降水的強對流天氣發(fā)生。20：00大通已出現(xiàn)強降水，探空曲線呈瘦高型強降水形態(tài)，CAPE增大為238.4 J/kg，指示大氣有較強的熱力不穩(wěn)定較，后期仍可能出現(xiàn)強對流天氣。抬升層LCL位于CIN（僅僅11.5 J/kg）之上700 hPa附近，只要近地面存在抬升機制即可觸發(fā)對流，濕層深厚，厚度達7 km，水汽梯度大，SI減小為0.03℃。

2 中尺度分析

2.1 地面輻合線

Ogura等[10]指出，對流發(fā)生前或發(fā)生時有中尺度低空輻合和上升運動。Wilson等[11]指出，79%的風暴（96%的強風暴）在輻合線附近發(fā)生。從19日地面風場上看，降水開始前19日16：00在青海湖至湟水河谷地一線存在地面輻合線，17：00～19：00大通出現(xiàn)短時強降水，降水開始時（17：00）在大通東部存在東南風和西北風的地面輻合線，18：00～19：00地面輻合線維持在大通鷂子溝附近（強降水區(qū)），過程中地面輻合線維持時間較長，提供了抬升觸發(fā)條件強降水出現(xiàn)在輻合線附近。同時，從地形圖看出此次大通的短時強降水出現(xiàn)在河谷地帶，地形輻合和迎風坡抬升對降水的加強作用顯著（圖4）。

2.2 地面氣象要素變化

強對流天氣發(fā)生前后，地面氣象要素變化明顯。過程前期副高西伸，西寧地區(qū)處于副高584線的高壓脊控制，17—19日地面氣壓不斷降低，18日青海東部的地面氣壓為992.5 hPa，19日白天為995 hPa。氣壓降低伴隨著氣溫持續(xù)升高，18日、19日大通最高氣溫分別為27.9℃和26.6℃，前期的高溫晴熱天氣為此次強對流天氣貯存了較好的能量條件。

根據(jù)地面加密觀測資料分析了地面3 h變壓、氣溫、露點溫度與降水的關系。選取了降水量最大的大通和大通東峽鷂子溝2個站。分析得出，降水出現(xiàn)前或有微量降水出現(xiàn)時3 h變壓為負;出現(xiàn)最強降水時，3 h變壓為正，且數(shù)值最大。此次過程中降水量超過30 mm時，3 h變壓超過4 hPa。從氣溫變化來看，降水開始后氣溫降低，氣溫1 h下降≥1℃，小時降水量可能≥8 mm;氣溫下降≥3℃，小時降水量可能≥16 mm，過程前后2個站點的氣溫降幅在7～8℃（3 h）。降水開始前地面增濕顯著，大通和東峽鷂子溝的露點溫度分別達到了18℃和16℃。分析得出，地面露點小時下降≥1℃，小時降水量可能≥8 mm;強降水出現(xiàn)后，露點下降≥1℃，小時降水量也可能≥8 mm。露點溫度是表征絕對水汽含量的指標，它的變化相對于氣溫變幅較小，為3℃～4℃（3 h）;露點溫度在降水過程中并非和氣溫一樣持續(xù)降低，而是強降水出現(xiàn)后下降緩慢，再之后基本保持不變。結合圖可以看出，17：00～19：00大通站和東峽鷂子溝附近有地面輻合線，伴隨出現(xiàn)氣壓梯度增大、露點和氣溫下降（圖5）。

3 雷達回波特征

此次大通強降水回波以積狀和層狀云的混合降水回波為主（圖略）。19日15：00從海北新生發(fā)展的對流單體東移進入大通境內(nèi)，與大通西部新生的對流單體合并緩慢東移。降水前期（17：00～17：31）回波以對流單體為主，回波強度45～50 dBz，VIL增至10 kg/m2。

降水最強時段（17：36～19：10）回波單體合并加強，呈結構密實的塊狀回波，最強回波54 dBz，回波發(fā)展到10 km以上，最高15 km，強回波高度2～4 km，VIL最強達到12 kg/m，并穩(wěn)定維持;后期塊狀強回波演變?yōu)閹睿瑥姸葴p弱到40 dBz，VIL也減小到3 kg/m左右。過程前期以對流性回波為主，過程中回波發(fā)展加強，并表現(xiàn)出低質(zhì)心特征，移速較快，降水效率高，后期以混合型降水回波為主，回波強度和移速都減弱，整個過程強回波持續(xù)時間較長。

分析了此次強降水過程中，組合反射率CR與垂直積分液態(tài)水含量VIL和風暴質(zhì)心高度HT之間的關系（圖6）。降水開始前回波強度從45 dBz增大到50 dBz，VIL從4 kg/m增大到12 kg/m，風暴質(zhì)心高度在3～4 km;強降水出現(xiàn)時段回波強度在45～55 dBz，VIL在8～10 kg/m2，

HT下降至2.0～3.2 km，最低0.5 km;后期回波強度減弱到40 dBz左右，VIL迅速減小到3 kg/m2以下，風暴質(zhì)心高度略有下降，在1.5～2.5 km，降水也隨之減弱。

綜上，VIL在此次強降水過程中表現(xiàn)為緩慢增大—維持—迅速減小，最大與回波強度有較好的對應關系。風暴質(zhì)心高度HT在強降水過程中基本在3 km，表現(xiàn)為緩慢上升—下降—略下降的低質(zhì)心特征。因此，可以將VIL的大值維持特征和HT的

低質(zhì)心特征作為強降水天氣的雷達監(jiān)測、預報預警指標。

4 結論

（1）此次大通暴雨是副熱帶高壓邊緣產(chǎn)生的強降水天氣，副熱帶高壓邊緣的西南暖濕氣流和高空短波槽引導的偏西氣流在西寧地區(qū)交匯，形成利于強降水發(fā)生的大尺度環(huán)流背景;地面冷鋒和輻合線提供了中尺度抬升觸發(fā)機制;低層暖平流、高層弱冷平流形成了熱力不穩(wěn)定層結;500 hPa西南氣流和700 hPa

偏東氣流提供了充沛的水汽條件。

（2）強降水落區(qū)與地面3 h負變壓中心和地面輻合線對應較好;過程中降水量超過30 mm時，3 h變壓超過4 hPa。

地面氣溫1 h下降≥1℃，小時降水量可能≥8 mm;氣溫下降≥3℃，小時降水量可能≥16 mm，過程前后氣溫降幅在7℃～8℃;降水前地面露點超過16℃，當露點小時下降≥1℃，小時降水量可能≥8 mm;強降水出現(xiàn)后，露點下降≥1℃，小時降水量也可能≥8 mm;露點溫度在過程中的變幅在3℃～4℃。

（3）過程中雷達回波最強54 dBz，VIL最強12 kg/m2，強回波高度2～4 km，

表現(xiàn)出低質(zhì)心的強降水回波特征。VIL在此次強降水過程中表現(xiàn)為緩慢增大—維持—迅速減小;風暴質(zhì)心高度在強降水過程中基本在3 km，表現(xiàn)為緩慢上升—下降—略下降特征。

參考文獻

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責任編輯：黃艷飛

Analysis of a Rainstorm Process at the Edge of Subtropical High in Xining

ZHAO Juan et al （Xining Meteorological Observatory， Xining， Qinghai 810016）

Abstract The severe convective rainstorm in Datong on August 19， 2019 was analyzed by using conventional surface， high， satellite and radar meteorological observations， and the results indicated that the rainstorm in Datong was the severe convective weather aroused by the edge of subtropical high.The southwest warm and humid airflow at the edge of subtropical high and the westerly airflow guided by the upper short-wave trough converged in Xining area， which provided favorable large-scale circulation background condition for the occurrence of the strong rainfall.Thermal unstable stratification was formed by warm advection on lower layer and weak cold advection on upper layer.The southwest airflow at 500 hPa and the eastward airflow at 700 hPa offered abundant water vapor conditions. Surface cold front and convergence line provided the mesoscale uplifting trigger mechanism.The heavy rain area corresponded well to the surface 3h negative pressure center and surface convergence line.Mesoscale convective cloud clusters were active. The cold cloud clusters with TBB≤-77℃ had a large influence about 30 minutes in Datong. The strong rainfall area was located in the TBB large gradient area of the infrared satellite image.During the process， the strongest radar echo reached 54dBZ. Southwesterly wind and warm advection in the lower layer of the velocity field were obvious.VIL showed a slow increase-maintenance-rapid decrease and the height of storm center of mass HT was basically about 3km during the rainfall process， which showed the characteristics of low center of slow rise， falling and slightly decrease.

Key words The subtropical high; Rainstorm; Monitoring index