2021年9月13—14日青海海南地區降水過程分析

李悅 李國玉 賀永平

摘要 針對2021年9月13—14日海南州出現的大到暴雨天氣過程，從大尺度環流背景、中尺度觸發機制及衛星、雷達等資料進行綜合分析，歸納過程特點及各種物理指標。結果表明：（1）整體環境條件為高溫高濕，冷暖氣流在青海省東部地區交匯，系統東移至海南地區，觸發強降水。（2）強而深厚的西南暖濕氣流有利于不穩定能量的集聚，而擴散南下的冷空氣對能量的釋放起到觸發作用，中尺度系統加強水汽的輻合上升運動，觸發不穩定能量，決定了降水開始時間和地點。（3）地面水汽達到了地面暴雨的基本閾值，濕層深厚，局地水汽條件較好。（4）發生強降水的地點位于對流云團移動方向前側TBB梯度較大地區及對流云團中心亮溫較低處。（5）此次強降水過程，回波中心密實，強回波邊緣梯度大，而且反射率因子、垂直液態水含量（VIL）等都符合短時強降水回波強度特征，強回波帶停滯時間較長，造成列車效應，導致了強降水的發生。

關鍵詞 暴雨；高溫高濕；海南地區

中圖分類號：P426.6 文獻標識碼：B 文章編號：2095–3305（2023）12–0-03

Analysis of Precipitation Process in Hainan， Qinghai Province from September 13 to 14， 2021

Li Yue et al（Meteorological Bureau of Hainan Zang Autonomous Prefecture， Qinghai Province， Gonghe， Qinghai 813000）

Abstract Based on the large-scale circulation background， mesoscale trigger mechanism， satellite， radar and other data， a comprehensive analysis was made on the heavy to rainstorm weather process in Hainan on September 13～14， 2021， and the process characteristics and various physical indicators were summarized. The results indicate that： （1） the overall environmental conditions were high temperature and humidity， with cold and warm air currents intersecting in the eastern region of Qinghai Province， and the system moving eastward to the Hainan region， triggering strong precipitation. （2） The strong and deep southwest warm and humid airflow was conducive to the accumulation of unstable energy， while the cold air diffusing southward triggers the release of energy. The mesoscale system strengthens the convergence and upward movement of water vapor， triggering unstable energy and determining the start time and location of precipitation. （3） The surface water vapor reached the basic threshold of surface rainstorm， and the wet layer was deep， and the local water vapor conditions were good. （4） The location where heavy precipitation occurs was located in the area with a large TBB gradient in front of the moving direction of the convective cloud cluster and at a lower brightness temperature in the center of the convective cloud cluster. （5） During this heavy precipitation process， the echo center was dense， the edge gradient of the strong echo was large， and the reflectivity factor， vertical liquid water content （VIL）， and other factors were consistent with the intensity characteristics of short-term heavy precipitation echoes. The stagnation time of the strong echo zone was long， causing the train effect and leading to the occurrence of heavy precipitation.

Key words Rainstorm; High temperature and humidity; Hainan region

2021年9月13—14日，受到東移北方冷空氣、高空槽和高原低渦的共同影響，青海省海南州自西向東出現一次明顯的降水過程，部分地區伴有短時強降水等強對流天氣。9月13日08：00—14日08：00，海南州共計106個測站出現降水。較大降水量出現在以下地區：貴南過馬營鎮旺什科村（38.7 mm）、貴德新街鄉麻吾村（35.6 mm）、貴德新街鄉上卡村（30.3 mm）。其中，19：00～20：00貴南過馬營鎮旺什科村出現了短時強降水（28.4 mm）。此次過程中大的降水主要集中在貴南和貴德大部地區。

1 環流背景及其主要的影響系統

9月上旬，青海大部地區受到西太平洋副熱帶高壓控制，過程前期天氣晴好，降水偏少，氣溫上升，使得地面熱力積蓄充足。從低層到高層，均處于水汽飽和區，整體高溫高濕是產生大降水十分有利的環境條件[1]。

此次降水過程發生在西太平洋副熱帶高壓南北擺動時期。2021年9月13日08：00青海大部受副高外圍的西南暖濕氣流控制，西低東高。海南大部地區都處于0 ℃等溫線的控制范圍內。至13日20：00，副高東退減弱，上游高空槽分裂的短波槽攜帶冷空氣南下，冷暖氣流在青海省東部地區交匯，系統東移至海南地區，觸發強降水（圖1）。

9月13日20：00 700 hPa青海省大部受暖區控制，隨著高空槽的東移，偏北氣流和西南氣流在青海東部匯合，副高外圍的西南氣流向青海輸送水汽（T-Td≤4 ℃），最大西南風達到18 m/s，向青海東部地區不斷輸送水汽和不穩定能量。低空急流的發展為此次暴雨過程提供了充沛的水汽和有利的動力輻合條件。

13日午后，強而深厚的西南暖濕氣流有利于不穩定能量的集聚，而擴散南下的冷空氣對能量的釋放起到觸發作用。同時，低空暖切變線為對流的發展提供了持續的動力輻合條件，有利于較強降水的產生。中低空西南急流為強降水的發生和持續提供了源源不斷的水汽和有利的低層動力輻合條件[2]。

此次降水過程中，降水的具體地點及降水強度，主要取決于中小尺度系統，分析出的中尺度系統主要是地面冷空氣和中尺度地面輻合線配合地形，是產生此次短時強降水的主要中尺度系統。分析12日23：00地面圖，兩股冷空氣分別進入青海省西部和河西走廊，并在13日08：00在青海省東部匯合并南壓。13日14：00貴德和尖扎、貴南和同德之間有東北西南向的地面輻合線，貴南地區風速為2 m/s，到了13日20：00輻合線北抬，偏南風較強至6 m/s，地面輻合線所形成的動力輻合可造成水汽抬升并觸發高空不穩定能量的釋放，而且過馬營及貴德的南部地區地勢較低，氣流穿過地形后，局地輻合加強。同時，有冷空氣擴散，受地形和擴散南下冷空氣的共同影響，貴南過馬營鎮旺什科村出現了短時強降水（28.4 mm），強降水落區位于輻合線東北側（圖2）。

2 診斷分析

2.1 水汽條件分析

分析此次過程的水汽條件，過程發生前副高584線來回擺動，水汽隨著副高584線外圍西南暖濕氣流不斷向青海東南部輸送。降水前期13日17：00海南地區地面露點均達到了10 ℃以上，貴德和貴南達到了12 ℃，局地水汽條件較好，此次過程雖然發生在秋季，但是地面水汽達到了地面暴雨的基本閾值。從上游探空站都蘭的相對濕度大于80%的濕區延伸至500 hPa以上，說明濕層深厚，為夜間的短時強降水提供了較好的局地水汽條件[3]。

從上游都蘭站13日20：00探空圖可以看出，中低層水汽條件豐沛，比濕為10 g/kg左右。0 ℃層與-20 ℃兩層之間高度差為3 km左右，暖區深厚，有利于提高降水效率。探空曲線呈現瘦高型，是典型的強降水類型[4]。

2.2 衛星云圖分析

此次降水過程主要發生在13日17：00—14日01：00，從13日15：00的云圖可以看出，海南州西部和西南部不斷有對流云團生成并緩慢東移，13日15：50，對流云團到達同德、興海南部地區，貴南地區也有對流云團新生。13日17：00位于海南州西部和東南部的對流云團在海南州南部匯合加強，南部地區出現零星降水。至13日19：34，對流云團發展加強，呈結構密實的塊狀，云團中心最低亮溫值達198 K，貴南過馬營鎮旺什科村20：00出現28.4 mm的短時強降水，位于對流云團移動方向前側TBB梯度較大地區，然后對流云團在東移南下的過程中稍有減弱。到了13日22：00位于貴德的云團強度加強，且云團在22：00至翌日01：00移動較為緩慢，較大降水出現在對流云團移動方向前側TBB梯度較大地區[5-8]。

2.3 雷達分析

在此次降水過程初期，有混合降水回波從果洛地區東移至海南州，在向東移的過程中不斷合并加強為強單體，從13日19：00的反射率因子圖可以看出，強回波已移入貴南西北地區，其中貴南的西北地區有線狀強對流單體，最強回波達65 dBz且繼續東移南壓。從垂直液態水含量（VIL）上可以看，貴南地區強回波和垂直液態水含量（VIL）的大值區也較為一致最大達到46 kg/m2，貴南過馬營鎮旺什科村出現短時強降水。20：00強回波逐漸減弱，到達貴德西北部時加強，最強回波達55 dBz，發生強降水區域，雷達回波呈現明顯列車效應特征，風暴結構呈塔狀。從23：47的反射率因子圖可以看出，強回波減弱為片狀的混合降水回波，降水減弱。

分析雷達反射率因子回波演變，13日16：00開始雷達站西南側有對流性回波生成，貴南地區位于回波的北側；17：00～18：00雷達站西側又有一回波繼續發展，并與西南側回波合并成一條帶狀回波帶，并向東北移動，貴南南部及同德地區降水開始；19：00帶狀回波向東北側發展，強度加強且移速緩慢，回波強度最大達60 dBz，呈現一條長60～80 km，寬 20～40 km的東北向的帶狀回波，較強回波的東部開始到達貴南南部；19：20回波到達貴南過馬營鎮，最強反射率因子達到65 dBz，降水明顯加強，且持續了4個體掃，19：40帶狀回波有所減弱，最強反射率因子達到40 dBz，降水有所減弱，且整個回波帶繼續北抬，20：00回波帶位于貴德西北部，可以看見有明顯加強，移速緩慢，而且有新單體生成并且合并入回波帶，有明顯的列車效應，回波一直維持至20：00，造成了貴德西南部的較大降水，23：47回波逐漸消散為成片狀回波，降水減弱，14日01：00回波基本移出貴德縣，降水基本趨于結束。

此次強降水過程，回波中心的最大強度為40～65 dBz，從垂直液態水含量（VIL）來看，最大垂直液態水含量為16～46 kg/m2，回波中心頂高為7～9 km，引起短時強降水的時間為4個體掃，符合短時強降水回波強度特征；回波東移北抬過程中不斷發展加強，而且有新單體生成并加入面積逐漸發展變寬，且表現為少動的狀態，強回波影響范圍雖然不大，但由于強回波帶停滯時間較長，造成“列車效應”，導致了強降水的發生[9]。

3 結論

（1）前期受中東高壓東伸和西太副高西伸的影響，天氣晴好，整體環境條件為高溫高濕，副高東退減弱，上游高空槽分裂的短波槽攜帶冷空氣南下，冷暖氣流在青海省東部地區交匯，系統東移至海南州，觸發強降水。

（2）地面輻合線所形成的動力輻合造成水汽抬升并觸發高空不穩定能量的釋放，而且過馬營及貴德的南部地區地勢較低，氣流穿過地形后，局地輻合加強，同時有冷空氣擴散，受地形和擴散南下冷空氣的共同影響，決定了降水開始時間和地點。此次強降水過程雖然發生在秋季，但是地面水汽達到了地面暴雨的基本閾值。從上游探空站都蘭的相對濕度大于80%的濕區延伸至500 hPa以上，說明濕層深厚，為夜間的短時強降水提供了較好的局地水汽條件。

（3）從此次強降水過程云圖可以看出，前期海南州西部和西南部不斷有對流云團生成并緩慢東移，期間不斷有對流云團新生，并且在海南南部匯合加強。強降水時段，對流云團移速慢，結構密實，強度較強，云團中心最低亮溫值達198 K，較大降水出現在對流云團移動方向前側TBB梯度較大地區。

（4）此次強降水過程，回波中心密實，強回波邊緣梯度大，而且反射率因子、垂直液態水含量（VIL）等都符合短時強降水回波強度特征；回波東移北抬過程中不斷發展加強，而且有新單體生成并加入面積逐漸發展變寬，且表現為少動的狀態，強回波影響范圍雖然不大，但由于強回波帶停滯時間較長，造成“列車效應”，導致了強降水的發生。

參考文獻

[1] 姚學祥.天氣預報技術與方法[M].北京：氣象出版社，2011.

[2] 朱乾根，林錦瑞，壽紹文，等.天氣學原理與方法[M].北京：氣象出版社，2001.

[3] 王江山，李錫福.青海天氣氣候[M].北京：氣象出版社，2004.

[4] 俞小鼎，姚秀萍，熊廷南.多普勒天氣雷達原理與業務應用[M].北京：氣象出版社，2006.

[5] 周長艷，李躍清，李薇，等.青藏高原東部及鄰近地區水汽輸送的氣候特征[J].高原氣象，2005（6）：880-888.

[6] 朱平，俞小鼎.青藏高原東北部一次罕見強對流天氣的中小尺度系統特征分析[J].高原氣象，2019，38（1）：1-13.

[7] 俞小鼎，鄭永光.中國當代強對流天氣研究與業務進展[J].氣象學報，2020，78 （3）：391-418.

[8] 孫繼松.短時強降水和暴雨的區別與聯系[J].暴雨災害，2017，36（6）：498-506.

[9] 丁一匯.中國暴雨理論的發展歷程與重要進展[J].暴雨災害，2019，38（5）：395-406.