2021年9月14—15日中衛(wèi)市局地暴雨天氣成因分析

摘 要：【目的】分析2021年9月14—15日中衛(wèi)市局地暴雨天氣過程的形成機(jī)理，為中衛(wèi)市夏季暴雨降水預(yù)報(bào)工作提供參考。【方法】利用常規(guī)地面觀測(cè)資料、Micpas地面高空形勢(shì)場(chǎng)、高空濕度、T-lnP資料、歐洲中心再分析數(shù)據(jù)集ECMWF ERA5的逐時(shí)再分析資料，對(duì)此次暴雨天氣進(jìn)行分析。【結(jié)果】584 dagpm線從13日20時(shí)起北抬，14日20時(shí)抬至最高，此后開始南壓，雨帶南移，15日20時(shí)西西伯利亞槽移出中衛(wèi)。200 hPa高空急流、500 hPa槽、700 hPa槽及低空急流、850 hPa低渦切變、地面冷鋒相互配合，臺(tái)風(fēng)外圍來自南海和黃海的暖濕空氣持續(xù)向北輸送，高低層濕度條件整體較好，濕層深厚；K指數(shù)穩(wěn)定在33～34 ℃之間，低層有暖平流，中層有冷平流，有一定的不穩(wěn)定能量；動(dòng)力條件較好，南北地區(qū)在不同的時(shí)段出現(xiàn)了強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)中心，北部地區(qū)對(duì)流層中低層為強(qiáng)輻合區(qū)，高層輻散，上升運(yùn)動(dòng)較強(qiáng)，正渦度區(qū)較為深厚。【結(jié)論】此次降水持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、范圍廣、雨強(qiáng)小、累計(jì)雨量大，高空槽有明顯的后傾結(jié)構(gòu)，以穩(wěn)定性降水為主，上升運(yùn)動(dòng)中心與濕層深厚區(qū)配合較好，產(chǎn)生了此次局地暴雨天氣。

關(guān)鍵詞：中衛(wèi)市；局地暴雨；成因分析

中圖分類號(hào)：P458.3 " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A " " 文章編號(hào)：1003-5168（2024）12-0110-05

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.12.022

Cause Analysis of Local Rainstorm in Zhongwei City on September 14-15， 2021

CHEN Xingyi1，2，3 "YANG Yuan1，2，3 "HU Na1，2，3 "YANG Gui1，2，3 ZHANG Zejin1，2，3

（1.Key Laboratory for Meteorological Disaster Monitoring and Early Warning and Risk Management of Characteristic Agriculture in Arid Regions，CMA，Yinchuan 750002，China;2.Key Laboratory of Meteorological Disaster Prevention and Reduction of Ningxia，Yinchuan 750002，China;3.Zhongwei Meteorological Bureau，Zhongwei 755000，China;）

Abstract：[Purposes] The formation mechanism of the local rainstorm weather process in Zhongwei City on September 14—15，2021 was analyzed， so as to provide a reference for the forecast work of the summer rainstorm and precipitation in Zhongwei City.[Methods] Using conventional ground observation data， Micpas ground high altitude situation field， high altitude humidity， T-lnP data， and hourly reanalysis data of ECMWF ERA5 reanalysis dataset from European Centre.the local rainstorm weather in Zhongwei city was analyzed on September 14—15，2021.[Findings] The 584 dagpm moved north from 20：00 on the 13th to the highest from 20：00 on the 14th， and then began to pressure south， the rain belt moved south， and the western Siberian trough moved out of the central defender at 20：00 on the 15th. 200 hPa high altitude jet， 500 hPa trough， 700 hPa trough and low altitude jet， 850 hPa low vortex shear and surface cold front cooperate with each other. The warm and humid air from the South China Sea and the Yellow Sea around the typhoon continues to transport northward. The humidity conditions in the upper and lower layers are generally good， and the wet layer is deep. K index is stable between 33 and 34 ℃， and the low layer has warm low flow， while the moderate layer has cold flow and certain unstable energy; dynamic conditions are good， strong rising movement center appears in this area at different times.And in the northern region， the middle and lower troposphere is a strong convergence zone， the upper layer is divergent， the ascending motion is strong， and the positive vorticity area is relatively deep.[Conclusions] The precipitation is characterized by long duration， wide range， small rainfall intensity and large cumulative rainfall. The upper trough has a clear backward structure， which is mainly stable precipitation. The ascending motion center and the deep wet layer are well coordinated， resulting in the local rainstorm weather.

Keywords：Zhongwei City; local rainstorm; cause analysis

0 引言

暴雨是我國(guó)的主要?dú)庀鬄?zāi)害之一。暴雨會(huì)淹沒農(nóng)田，使農(nóng)作物根系腐爛，造成作物減產(chǎn)或絕收。在山區(qū)，暴雨很容易誘發(fā)山洪、滑坡等次生災(zāi)害，造成經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失及人員傷亡。

寧夏暴雨常在7—8月，副熱帶高壓勢(shì)力較強(qiáng)，海上有臺(tái)風(fēng)持續(xù)的情況下發(fā)生［1］。近年來，許多專家學(xué)者研究了寧夏暴雨的發(fā)生機(jī)理及機(jī)制。紀(jì)曉玲等［2］研究了寧夏2010年短時(shí)暴雨的天氣特征；陳豫英等［3］研究了各數(shù)值模式間的預(yù)報(bào)差異以及可預(yù)報(bào)性；肖云清等［4］分析研究了2018年寧夏一次暴雨過程的物理機(jī)制；蘇洋等［5］診斷分析了2019年寧夏一次暴雨天氣過程。本研究利用常規(guī)地面觀測(cè)資料、Micpas地面高空形勢(shì)場(chǎng)、高空濕度、T-lnP資料、歐洲中心再分析數(shù)據(jù)集ECMWF ERA5的逐時(shí)再分析資料，對(duì)2021年9月14—15日中衛(wèi)市局地暴雨天氣過程的環(huán)流背景、影響系統(tǒng)、水汽條件、熱動(dòng)力條件等進(jìn)行詳細(xì)分析，揭示過程形成機(jī)理，以期為中衛(wèi)市夏季暴雨預(yù)報(bào)工作提供參考。

1 降水實(shí)況

2021年9月14日清晨至15日白天，中衛(wèi)市大部普降中到大雨，沙坡頭區(qū)西北部、海原縣史店鄉(xiāng)出現(xiàn)大到暴雨，累計(jì)雨量普遍在10～50 mm，其中沙坡頭區(qū)柔遠(yuǎn)鎮(zhèn)和迎水橋鎮(zhèn)累計(jì)雨量超過了50 mm。最大累計(jì)雨量出現(xiàn)在沙坡頭區(qū)柔遠(yuǎn)鎮(zhèn)為59.0 mm，最大小時(shí)雨強(qiáng)出現(xiàn)在沙坡頭區(qū)柔遠(yuǎn)鎮(zhèn)高營(yíng)村為10.2 mm（15日02時(shí)）。14日02時(shí)至15日20時(shí)累計(jì)雨量有3站超過50 mm：沙坡頭區(qū)柔遠(yuǎn)鎮(zhèn)59.0 mm，營(yíng)盤水村57.3 mm，甘塘53.2 mm；9站在40～50 mm之間；19站在30～40 mm之間，其中海原氣象站35.9 mm；65站在20～30 mm之間。此次降水主要集中在9月14日02時(shí)至13時(shí)和15日00時(shí)至20時(shí)，14日14時(shí)至23時(shí)是中衛(wèi)市北部的降雨間歇期，中衛(wèi)市南部（海原）部分站點(diǎn)出現(xiàn)少量降水，強(qiáng)降水主要出現(xiàn)在15日00時(shí)至20時(shí)（如圖1所示）。

2 環(huán)流形勢(shì)分析

2.1 200 hPa、500 hPa形勢(shì)分析

2021年9月14日20時(shí)200 hPa和500 hPa形勢(shì)場(chǎng)如圖2所示。由圖2（a）可知，200 hPa上南亞高壓位于高原中部，高空低空急流在新疆至黑龍江一帶，中衛(wèi)市位于高空急流入口區(qū)右側(cè)，有強(qiáng)輻散，利于抽吸作用，增強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)。由圖2（b）可知，13日20時(shí)，在歐亞中高緯為兩槽一脊環(huán)流形勢(shì)。西西伯利亞至新疆南部為一低壓槽，東西伯利亞至蒙古東部為高壓脊，鄂霍次克海至日本海為低壓槽，燦都臺(tái)風(fēng)位于上海東側(cè)。584 dagpm線在河套中上游地區(qū)，蒙古南部至青海東部、青海中部至西藏中部均有小槽，中衛(wèi)位于584 dagpm線南部、蒙古槽前的偏南氣流中。14日08時(shí)，584 dagpm線北抬，移出中衛(wèi)，中衛(wèi)位于偏南氣流中；14日20時(shí)，西西伯利亞低壓槽與蒙古槽、青海槽合并，槽后冷平流加強(qiáng)，冷空氣沿著槽后偏北氣流移至中衛(wèi)西部，槽逐漸加深，海原南部至湖北西部有槽生成，副高西伸北抬，584 dagpm線北抬至44°N，中衛(wèi)位于副高584 dagpm線及588 dagpm線中間的偏南氣流中；15日08時(shí)，海原槽東移移至陜西南部，西西伯利亞低壓槽旋轉(zhuǎn)東移，槽底部移至青海東部，四川中部出現(xiàn)小槽，584 dagpm線有所南壓，中衛(wèi)位于西西伯利亞槽前。15日20時(shí)，西西伯利亞槽東移移出中衛(wèi)，移至固原南側(cè)，中衛(wèi)受偏西風(fēng)影響。

綜上所述，西西伯利亞冷渦與燦都臺(tái)風(fēng)從13日20時(shí)開始始終維持在原地，前者不斷向下游傳播冷空氣，后者影響584 dagpm線在中衛(wèi)附近南北移動(dòng)，水汽從南海及黃海被副高外圍的偏南風(fēng)不斷輸送至中衛(wèi)，加之西西伯利亞低壓槽與蒙古槽、青海槽合并東移，造成大范圍降水過程。

2.2 700 hPa、850 hpa形勢(shì)分析

2021年9月14日20時(shí)700 hPa和850 hPa形勢(shì)場(chǎng)如圖3所示。由圖3（a）可知，有低空急流將南海及黃海的暖濕氣流不斷輸送至中衛(wèi)。13日20時(shí)，中衛(wèi)西北部、甘肅中部有一低渦，配合有冷暖切變，中衛(wèi)處于偏南氣流中；14日08時(shí)，貝加爾湖南側(cè)至青海東部有槽，中衛(wèi)以北至甘肅南部有一切變，溫度槽落后于高度槽，槽后冷平流使槽加深；14日20時(shí)，貝湖槽與中衛(wèi)切變合并東移南壓，移至中衛(wèi)中部，14日夜間，中衛(wèi)市南部有低空急流；15日08時(shí)，槽東移，移至中衛(wèi)市南側(cè)，15日20時(shí)，槽整體移出中衛(wèi)，中衛(wèi)受高壓控制。由圖3（b）可知，13日20時(shí)，甘肅東南部有一切變，中衛(wèi)位于切變前的偏南氣流中；14日08時(shí)，四川北部有低渦生成，蒙古南部有一切變生成，甘肅切變維持不動(dòng)；14日20時(shí)，甘肅切變東移發(fā)展并生成低渦，移經(jīng)中衛(wèi)，移至寧夏東部，蒙古切變東移；15日08時(shí)，甘肅切變與蒙古切變合并為蒙古槽東移，槽底部伸至中衛(wèi)南部；15日20時(shí)，蒙古槽繼續(xù)東移，移出寧夏。

2.3 地面系統(tǒng)分析

13日20時(shí)，四川西北部有低渦，并且低渦頂部有地面輻合線，輻合線頂端位于中衛(wèi)西北側(cè)；14日08時(shí)，寧夏以北、內(nèi)蒙古西部有低渦，低渦底部有一弱輻合線，伸至中衛(wèi)西側(cè)；14日20時(shí)，內(nèi)蒙古低渦向西北移動(dòng)，輻合線加強(qiáng)東移南壓，移至中衛(wèi)北部；15日08時(shí)，內(nèi)蒙古低渦東移，移至內(nèi)蒙古中部，并且有冷鋒從低渦底部伸至中衛(wèi)中部，地面處于高濕區(qū)，中衛(wèi)處于溫度露點(diǎn)差小于5 ℃的顯著濕區(qū)中；15日20時(shí)，鋒面南壓，移出寧夏，中衛(wèi)轉(zhuǎn)為高壓控制。

2.4 中尺度分析

此次降水的環(huán)流形勢(shì)為河西冷槽型。9月14日02時(shí)至13時(shí)，584 dagpm線北抬，移出中衛(wèi)，中衛(wèi)受偏南氣流影響，700 hPa上中衛(wèi)西側(cè)有一切變，850 hPa上中衛(wèi)受低渦切變影響，地面場(chǎng)上，中衛(wèi)西側(cè)有輻合線；15日00時(shí)至20時(shí)，584 dagpm線南移，500 hPa上西西伯利亞槽南端移過中衛(wèi)，700 hPa上中衛(wèi)位于低空急流的左側(cè)，且中衛(wèi)南部有冷切存在，停留較長(zhǎng)時(shí)間后逐步移出，中衛(wèi)位于濕區(qū)范圍內(nèi)，850 hPa上中衛(wèi)南部處于蒙古槽中，地面場(chǎng)上形成冷鋒，鋒面南壓，帶來一定的降水。此次降水，西風(fēng)槽呈后傾結(jié)構(gòu)，以穩(wěn)定性降水為主。

3 物理量條件

3.1 水汽條件

2021年9月14日20時(shí)700 hPa和850 hPa比濕分布如圖4所示。由圖4可知，14日白天，中衛(wèi)市700 hPa比濕在8.5～9.5 g/kg，850 hPa比濕在10～12 g/kg，南部均高于北部。14日前半夜，700 hPa比濕由南向北逐步增加，14日后半夜到15日白天，700 hPa比濕由北向南逐漸減小；850 hPa比濕14日夜間由南向北逐步增加，15日白天由北向南逐漸減小。15日08時(shí)，中衛(wèi)市北部700 hPa比濕降至8.0～8.5 g/kg，南部降至8.5～9.0 g/kg，850 hPa比濕在11～12 g/kg；15日15時(shí)，全市700 hPa比濕降至6.5～7.0 g/kg，850 hPa比濕降至10～11 g/kg。中低層水汽條件整體較好，符合寧夏暴雨發(fā)生發(fā)展條件。

3.2 動(dòng)力條件

3.2.1 渦度、散度。渦度場(chǎng)上，9月15日02時(shí)，中衛(wèi)市（36.1°N～37.7°N）在500 hPa以下為明顯正渦度區(qū)，最大值位于600～700 hPa之間，渦度為14×10-5s-1，500 hPa以上維持負(fù)渦度區(qū)，渦度為-8×10-5s-1，北部正渦度區(qū)厚度比南部厚，正渦度中心向北傾斜，隨時(shí)間逐漸增強(qiáng)；06時(shí)，北部正渦度增至最大，達(dá)24×10-5s-1；08時(shí)，北部600～750 hPa逐漸轉(zhuǎn)為負(fù)渦度區(qū)，南部正渦度區(qū)變厚。

散度場(chǎng)上，9月15日02時(shí)，中衛(wèi)市550 hPa以下為輻合區(qū)，400～550 hPa為輻散區(qū)，北部輻合區(qū)擴(kuò)展到550 hPa，南部?jī)H擴(kuò)展到600 hPa，但強(qiáng)度較北部偏強(qiáng)，輻合中心區(qū)位于沙坡頭區(qū)南部至海原，中心值為-8×10-5s-1，400～550 hPa為輻散中心區(qū)，中心值為12×10-5s-1，低層輻合高層輻散有利于上升運(yùn)動(dòng)的持久發(fā)展；02時(shí)至06時(shí)，輻合輻散中心強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)，06時(shí)中衛(wèi)市南、北部均出現(xiàn)強(qiáng)輻合中心，強(qiáng)度增至-18×10-5s-1；08時(shí)，北部輻合區(qū)高度降至750 hPa，雨帶逐漸南移（如圖5所示）。

3.2.2 垂直速度。垂直速度場(chǎng)上，9月15日02時(shí)，中衛(wèi)市北部450～850 hPa為上升運(yùn)動(dòng)區(qū)，南部650～750 hPa為上升運(yùn)動(dòng)區(qū)，上升運(yùn)動(dòng)中心位于中衛(wèi)市北部，最大值為-0.8 Pa/s；02時(shí)至08時(shí)，上升運(yùn)動(dòng)逐漸增強(qiáng)，04時(shí)中衛(wèi)市南、北部各出現(xiàn)一個(gè)強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)中心，08時(shí)，北部上升運(yùn)動(dòng)有所減弱，南部上升運(yùn)動(dòng)增至最強(qiáng)為-2.4 Pa/s，高度擴(kuò)展到250 hPa（如圖6所示）。

3.3 探空資料分析

由14日20時(shí)民勤站的探空?qǐng)D可知，K指數(shù)為34 ℃，易出現(xiàn)雷陣雨天氣。700 hPa和500 hPa的溫差為10.9 ℃，沙式指數(shù)（SI）為3.96，CAPE值為3.9 J/kg，訂正到20時(shí)（中衛(wèi)站），CAPE值為90.5 J/kg，不穩(wěn)定能量偏弱；15日08時(shí)，K指數(shù)為33.6℃，CAPE值增至85.1 J/kg，訂正到08時(shí)（中衛(wèi)站）為418.1 J/kg，600～850 hPa風(fēng)隨高度順轉(zhuǎn)，低層有暖平流存在，500～600 hPa風(fēng)隨高度逆轉(zhuǎn)，中層有冷平流存在，有一定的不穩(wěn)定能量，整層均為濕層，有利于出現(xiàn)暴雨天氣。

4 結(jié)論

①此次降水持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、范圍廣、雨強(qiáng)小、累計(jì)雨量大，是在歐亞中高緯“兩槽一脊”形勢(shì)背景下，由200 hPa高空急流、500 hPa槽、700 hPa槽及低空急流、850 hPa低渦切變共同作用引起的.高空槽有明顯的后傾結(jié)構(gòu)，以穩(wěn)定性降水為主。

②燦都臺(tái)風(fēng)始終在東部洋面回旋，臺(tái)風(fēng)外圍來自南海和黃海的暖濕空氣持續(xù)向北輸送，584 dagpm從13日20時(shí)起北抬，降水北移，14日20時(shí)抬至最高，此后開始南壓，降水南移，伴隨切變過境，中衛(wèi)出現(xiàn)大范圍強(qiáng)降水。

③14日夜間至15日上午中衛(wèi)整層水汽條件均較好，700 hPa比濕在8.5～9.5 g/kg，850 hPa比濕在10～12 g/kg，濕層較厚，為暴雨提供了充足的水汽條件，且上升運(yùn)動(dòng)中心與濕層深厚區(qū)配合較好，產(chǎn)生了強(qiáng)降水。

④中衛(wèi)北部地區(qū)對(duì)流層中低層為強(qiáng)輻合區(qū)，高層輻散，上升運(yùn)動(dòng)較強(qiáng)，正渦度區(qū)較為深厚，正渦度中心向北傾斜，有利于上升運(yùn)動(dòng)的持久發(fā)展。

⑤K指數(shù)穩(wěn)定在33～34 ℃之間，低層有暖平流，中層有冷平流，有一定的不穩(wěn)定能量，整層較濕，有利于出現(xiàn)暴雨天氣。

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