胡啟元，馬曉華，侯建忠

(陜西省氣象臺(tái)，西安 710014)

2011年9月陜西關(guān)中一次連陰雨中暴雨過(guò)程機(jī)理分析

胡啟元，馬曉華，侯建忠

(陜西省氣象臺(tái)，西安 710014)

利用常規(guī)觀測(cè)資料、NCEP1°×1°再分析資料、衛(wèi)星云圖資料等，對(duì)陜西關(guān)中2011年9月5—6日的連陰雨中的暴雨過(guò)程進(jìn)行診斷分析，結(jié)果表明：700 hPa切變線、隴南低渦、西南急流和地面冷鋒為此次暴雨的主要影響系統(tǒng)；水汽主要來(lái)源于700 hPa；影響系統(tǒng)建立先于強(qiáng)對(duì)流云團(tuán)發(fā)展3 h以上；對(duì)流云團(tuán)沿著700 hPa切變線分布區(qū)域發(fā)展；暴雨時(shí)段始終維持強(qiáng)傾斜上升運(yùn)動(dòng)；暴雨區(qū)落區(qū)位于對(duì)流云團(tuán)西側(cè)θse值密集區(qū)附近，降水強(qiáng)度隨著云頂亮溫的降低而增強(qiáng)；700 hPa暖濕氣流沿850 hPa冷墊爬升，冷暖交匯偏北，強(qiáng)降水發(fā)生在冷平流區(qū)。

區(qū)域性暴雨；中尺度切變線；云頂亮溫；θse分布；溫度平流；陜西關(guān)中

秋季連陰雨經(jīng)常造成嚴(yán)重的洪澇災(zāi)害，而發(fā)生在連陰雨中的暴雨會(huì)加重洪澇的嚴(yán)重程度。因而秋季暴雨的產(chǎn)生機(jī)理受到眾多學(xué)者研究[1-6]。孫欣等[7]認(rèn)為暴雨發(fā)生在能量鋒區(qū)和強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)重疊區(qū)，當(dāng)高空鋒區(qū)與上升氣流不重疊時(shí)降水趨于結(jié)束。張曉東[8]研究發(fā)現(xiàn)低層暖鋒鋒生產(chǎn)生強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)，使對(duì)流不穩(wěn)定性增大，冷空氣從低層入侵并抬升暖濕氣流，使上升運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)降水增幅，從而產(chǎn)生秋季暴雨。王志超等[9-11]認(rèn)為鋒生函數(shù)表明了冷、暖空氣聚集的程度，對(duì)診斷強(qiáng)降雨的發(fā)生時(shí)段和落區(qū)有一定的指示意義。

本文利用常規(guī)觀測(cè)資料、NCEP1°×1°再分析資料，對(duì)2011年9月4—7日陜西連陰雨中5—6日關(guān)中區(qū)域性暴雨進(jìn)行分析，為關(guān)中秋季暴雨預(yù)報(bào)提供參考。

1 降水概況

2011年9月4—7日陜西省出現(xiàn)連陰雨天氣過(guò)程，其中9月5-6日陜西中部(關(guān)中地區(qū))出現(xiàn)區(qū)域性暴雨，暴雨持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，降水最強(qiáng)時(shí)段出現(xiàn)在5日下午到6日凌晨，降水量呈東西帶狀分布(圖1)。5日08：00—6日08：00，關(guān)中地區(qū)過(guò)程降水量30～100 mm，31縣(區(qū))降水量超過(guò)50 mm，最大為寶雞眉縣100.8 mm；350鄉(xiāng)鎮(zhèn)降雨量超過(guò)50 mm，最大為咸陽(yáng)乾縣123.4 mm，暴雨自西向東影響寶雞、咸陽(yáng)、西安、渭南等地區(qū)。

圖1 2011-09-05T08—2011-09-06T08陜西省降水量(單位為mm)

2 天氣形勢(shì)及水汽條件

5日08時(shí)500 hPa天氣圖上，歐亞中高緯度為兩槽一脊型，河北北部為高壓脊，貝加爾湖西側(cè)與東北地區(qū)東側(cè)為低壓槽，副熱帶高壓(下簡(jiǎn)稱副高)中心位于長(zhǎng)江中游湖北、重慶一帶，陜西處于副高北側(cè)西南氣流中，貝加爾湖低槽底部不斷分裂短波槽東移影響陜西中北部地區(qū)；6日08時(shí)500 hPa副高主體南退至華南，貝加爾湖低槽南下，西風(fēng)短波槽加深，槽前西南氣流與副高外圍西南氣流合并加強(qiáng)影響陜西關(guān)中地區(qū)。

700 hPa天氣圖上，5日08：00(圖2)隴南存在一低渦系統(tǒng)，低渦東側(cè)關(guān)中地區(qū)上空存在中尺度東西向切變線，切變線南側(cè)為4～8 m/s的偏南風(fēng)，有利于水汽在暴雨區(qū)輻合。分析700 hPa水汽通量散度可知，水汽主要堆積于寶雞、咸陽(yáng)西部一帶。區(qū)域性暴雨所需水汽條件比較充足，雨區(qū)位置基本與水汽輻合區(qū)一致。5日20時(shí)，低渦底部氣流和副高外圍西南暖濕氣流合并加強(qiáng)為急流，最大風(fēng)速達(dá)到12 m/s，吹向關(guān)中的偏東氣流最大風(fēng)速為6～8 m/s，中尺度切變已加強(qiáng)發(fā)展為“人”字形切變，關(guān)中大部分地區(qū)處在急流左前側(cè)，動(dòng)力、水汽條件十分有利，形成強(qiáng)度為(-2～-6)×10-7g/(cm2·hPa·s)水汽輻合中心，水汽輻合強(qiáng)烈。地面圖上5日08：00—6日08：00冷鋒維持在陜西中部附近，低壓倒槽穩(wěn)定在四川，鋒區(qū)附近降水明顯，暴雨落區(qū)基本分布在鋒線后部。

可以看出，西風(fēng)短波槽、700 hPa切變線、隴南低渦及低渦前的西南急流和地面冷鋒是此次陜西中部暴雨的主要影響系統(tǒng)。水汽輸送主要集中在700 hPa。

圖2 2011-09-05T08和2011-09-05T20 700 hPa高度場(chǎng)(單位為dagpm)與風(fēng)場(chǎng)

3 云頂亮溫

分析FY2E衛(wèi)星的TBB分布(圖3)可知，云團(tuán)總體上是自西北向東南方向移動(dòng)發(fā)展。5日08時(shí)，云團(tuán)初生，對(duì)流云團(tuán)位于隴南地區(qū)，云團(tuán)中心tBBlt;-30 ℃，云團(tuán)東側(cè)有強(qiáng)對(duì)流云團(tuán)產(chǎn)生，這時(shí)700 hPa關(guān)中上空中尺度切變線已經(jīng)建立；14時(shí)對(duì)流云團(tuán)發(fā)展旺盛，覆蓋關(guān)中大部分地區(qū)，且基本分布在700 hPa切變線附近，云團(tuán)中心tBBlt;-40 ℃，暴雨區(qū)主要出現(xiàn)在寶雞、咸陽(yáng)西部；20時(shí)對(duì)流云團(tuán)有所減弱并且范圍縮小為狹長(zhǎng)帶狀，云團(tuán)中心tBBlt;-20 ℃，降雨強(qiáng)度減弱為2～3 mm/h；6日02時(shí)云團(tuán)再次發(fā)展加強(qiáng)，云團(tuán)中心tBBlt;-50 ℃，降水再次加強(qiáng)，出現(xiàn)短時(shí)暴雨。

圖3 2011-09-05—06 FY2E衛(wèi)星云圖TBB分布(單位：℃)

通過(guò)分析天氣形勢(shì)、衛(wèi)星云圖及降水分布特征可以看出：中尺度切變線建立先于強(qiáng)對(duì)流云團(tuán)的發(fā)展，時(shí)間相差3 h以上，暴雨落區(qū)位于對(duì)流云團(tuán)西側(cè)。降水強(qiáng)度隨著云頂亮溫的降低而增強(qiáng)，對(duì)流云團(tuán)發(fā)展路徑基本與700 hPa切變線走向一致。

4 暴雨機(jī)制分析

4.1 垂直上升運(yùn)動(dòng)

5日08時(shí)地面冷鋒位于秦嶺以北。沿108°N的垂直速度剖面圖(圖4)上，中低層32°N～34°N鋒前垂直上升氣流中心強(qiáng)度達(dá)-15×10-3hPa/s。34°N上空925 hPa～700 hPa(鋒面上)上升速度由4日20時(shí)的-6×10-3hPa/s(圖略)迅速增大到5日08時(shí)的-15×10-3hPa/s，而暴雨基本都出現(xiàn)在這一區(qū)域，從云圖上看此時(shí)對(duì)流運(yùn)動(dòng)十分旺盛，6日08時(shí)垂直上升氣流中心強(qiáng)度減弱、范圍減小且隨高度升高向北傾斜(圖4)，暖濕氣流傾斜爬升加大了冷、暖空氣的交匯面，有利于區(qū)域性暴雨或大暴雨的產(chǎn)生。

4.2 假相當(dāng)位溫

該次天氣過(guò)程發(fā)生在夏末秋初，相對(duì)于盛夏暴雨來(lái)說(shuō)能量條件較差，在對(duì)流較弱的背景下中尺度系統(tǒng)的影響對(duì)暴雨落區(qū)和強(qiáng)度有更加重要的作用。

圖4 2011-09-05T08(a)和2011-09-06T08(b)沿108°N垂直速度 (單位為10-3 hPa·S-1)

5日08時(shí)700 hPaθse分布圖(圖5)上,四川—陜南西部為θsegt;70 ℃的寬廣高能區(qū)，而在河套北部存在θselt;45 ℃的低能中心，其底部有低能舌伸向陜西中部，35°N附近關(guān)中暴雨區(qū)位于高、低能之間θse線比較密集的區(qū)域，同時(shí)能量垂直剖面上暴雨區(qū)附近θse500-θse700≤-5 ℃，θse500-θse850gt;-5 ℃，不穩(wěn)定能量的水平和垂直分布都有利于對(duì)流發(fā)生。5日20時(shí)，高能舌略有南退，暴雨落區(qū)位于高能中心北側(cè)的能量鋒區(qū)中。6日08時(shí)，θsegt;70 ℃區(qū)域有所南退，而東側(cè)θsegt;70 ℃區(qū)發(fā)展到關(guān)中東部，高低能之間的能量鋒區(qū)由5日東西走向轉(zhuǎn)變?yōu)?日的西南—東北走向，5日20：00—06日08：00，暴雨分布在鋒區(qū)偏北側(cè)，可以看出暴雨落區(qū)隨著能量鋒區(qū)位置走向的變化而變化。

θse場(chǎng)演變分析表明：暴雨發(fā)生在能量鋒區(qū)中，而不是高能中心。

圖5 2011-09-05T08和2011-09-06T08 700 hPaθse分布(單位為℃)

4.3 溫度平流

9月5日08：00 700 hPa溫度平流圖(圖略)上，陜西中南部受中心為5×10-5℃/s的暖平流控制，暖平流中心呈西南—東北走向，與暖濕氣流運(yùn)動(dòng)方向一致，其兩側(cè)存在兩股冷平流，分別位于隴南和重慶北部；850 hPa陜北南部到關(guān)中西部為-1×10-5℃/s狹長(zhǎng)偏東冷平流區(qū)，強(qiáng)暖平流中心位于安康附近。5日20：00，700 hPa(圖6)強(qiáng)度為(2～4)×10-5℃/s的暖平流區(qū)已覆蓋關(guān)中上空大部地區(qū)，較08時(shí)強(qiáng)度減弱，范圍增大，在暴雨區(qū)上空起到暖蓋的作用，關(guān)中西部暖平流普遍大于4×10-5℃/s；850 hPa整個(gè)關(guān)中地區(qū)處于0 ℃線附近，即冷暖平流交匯區(qū)域，北側(cè)偏東冷平流12 h由-1×10-5℃/s發(fā)展至(-2～-3)×10-5℃/s，南側(cè)暖平流中心減弱為5×10-5℃/s。

分析表明，暴雨期間暖平流主要位于700 hPa，冷平流主要位于850 hPa，而850 hPa冷平流起冷墊作用，700 hPa暖濕氣流沿冷墊爬升與冷平流交匯形成強(qiáng)降水是區(qū)域性暴雨產(chǎn)生的主要因素，強(qiáng)降水發(fā)生在冷平流區(qū)。

圖6 2011-09-05T20溫度平流(單位：10-5 ℃/s)

5 結(jié)論

(1) 此次過(guò)程發(fā)生在貝加爾湖低槽底部小槽南下的背景下，東移加強(qiáng)的西風(fēng)短波槽、700 hPa切變線、隴南低渦及低渦前的西南急流和地面冷鋒是陜西中部區(qū)域性暴雨的主要影響系統(tǒng)。水汽輸送主要集中在700 hPa。

(2) 中尺度切變的建立先于強(qiáng)對(duì)流云團(tuán)的發(fā)展，云團(tuán)發(fā)展路徑與700 hPa切變線走向基本一致；暴雨落區(qū)位于對(duì)流云團(tuán)西側(cè)。降水強(qiáng)度隨著云頂亮溫的降低而增強(qiáng)。

(3) 暴雨發(fā)生時(shí)維持強(qiáng)勁的傾斜上升運(yùn)動(dòng)，暴雨落區(qū)位于上升支北側(cè)。暴雨大部分分布在θse值密集區(qū)附近，而不是高能中心。

(4) 700 hPa暖濕氣流沿850 hPa冷墊爬升，爬升過(guò)程中冷暖交匯偏北，強(qiáng)降水發(fā)生在冷平流區(qū)。

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1006-4354(2014)05-0021-05

2013-12-24

胡啟元(1989—)，男，陜西西安人，漢族，學(xué)士，助理工程師，從事天氣預(yù)報(bào)及技術(shù)研究。

收稿日期：陜西省氣象局預(yù)報(bào)員專項(xiàng)項(xiàng)目(2013Y-8)

P458

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