郭大梅，陳小婷，劉 勇

(陜西省氣象臺，西安 710014)

西北氣流控制下陜西兩次大范圍降水天氣分析

郭大梅，陳小婷，劉 勇

(陜西省氣象臺，西安 710014)

利用MICAPS實(shí)況觀測資料對2013年陜西兩次降水過程進(jìn)行了診斷分析，結(jié)果表明：前期有系統(tǒng)性降水，雖然低層轉(zhuǎn)為西北氣流，但500 hPa陜西及其上游位勢高度均較低且有低槽存在時，會繼續(xù)產(chǎn)生大范圍降水或局地強(qiáng)降水；850 hPa、700 hPa的北風(fēng)或西北風(fēng)之間的風(fēng)向或風(fēng)速輻合，為后期降水提供了有利的動力條件；由于前期降水，近地面濕度較大，為后期大范圍降水提供了較好的水汽條件；500 hPa低槽附近較強(qiáng)的上升運(yùn)動，使近地層較暖的暖濕空氣得以抬升，為后期降水提供了有利的動力條件。

低層偏北風(fēng)；低槽；上升運(yùn)動；水汽條件

水汽條件是形成降水的重要條件之一。低層受暖濕氣流控制有利于降水的產(chǎn)生。我國大部地區(qū)降水的水汽來源主要為來自沿海低層的偏東氣流、偏南氣流和孟加拉灣的西南氣流[1-5]。從理論上講，西北氣流帶來的是干冷空氣，當(dāng)?shù)蛯訛槲鞅睔饬骺刂茣r，不利于系統(tǒng)性降水的產(chǎn)生。但是在預(yù)報(bào)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，在某些特定條件下，如前期有系統(tǒng)性降水天氣出現(xiàn)，后期低層雖然由偏南氣流轉(zhuǎn)為西北氣流，但500 hPa陜西及其上游地區(qū)位勢高度均較低且有低槽存在，此時盡管低層受西北氣流控制，有時也會產(chǎn)生系統(tǒng)性降水，甚至局地出現(xiàn)強(qiáng)降水。此類降水一般不會帶來較大的災(zāi)害，但經(jīng)常會造成降水結(jié)束時間預(yù)報(bào)的失誤。由于對此類降水形成原因研究較少，因此通過分析2013年6月8—9日、11月22—24日陜西兩次降水過程的降水機(jī)理，試圖找出此類天氣發(fā)生的原因并給出預(yù)報(bào)著眼點(diǎn)，為預(yù)報(bào)此類天氣提供參考。

1 降水實(shí)況

2013年6月8日08時—9日08時陜西全省出現(xiàn)降水天氣，以中到大雨為主。9日08—20時除榆林地區(qū)外，大部分地區(qū)仍有明顯降水。關(guān)中中東部部分地區(qū)、陜南東南部出現(xiàn)中到大雨。

11月22日20時—23日20時陜北南部、關(guān)中、陜南出現(xiàn)降水天氣，關(guān)中大部分地區(qū)、陜南中部為中雨天氣。23日20時—24日08時全省大部分地區(qū)仍出現(xiàn)小雨天氣。

兩次天氣過程類似，都是前期出現(xiàn)系統(tǒng)性降水，后期低層為偏北風(fēng)的情況下出現(xiàn)了較明顯的降水。24 h降水預(yù)報(bào)預(yù)報(bào)員均能較準(zhǔn)確的把握，之后12 h的降水預(yù)報(bào)由于700 hPa和850 hPa均轉(zhuǎn)為偏北風(fēng)，考慮到低層為偏北風(fēng)時水汽條件不足，很容易漏報(bào)。

2 高空天氣形勢

2013年6月8日08時歐亞中高緯度呈兩脊一槽型，500 h Pa(圖略)西西伯利亞至巴爾喀什湖地區(qū)、渤海灣附近分別有一高脊，貝加爾湖至蒙古國西部有一深厚的低槽，其底部分裂出兩個西風(fēng)槽，一個位于新疆中東部地區(qū)，另一個位于內(nèi)蒙古西部至甘肅中部地區(qū)，同時甘肅中南部有高原槽移出。700 hPa在甘肅中南部、內(nèi)蒙古中部至甘肅中部分別有一切變線，850 hPa在河套地區(qū)及陜西關(guān)中西部地區(qū)也有一切變線。8日20時整個大的環(huán)流形勢變化不大，上述各系統(tǒng)略有東移，新疆中東部的西風(fēng)槽東移至新疆東部，高原槽和北部的西風(fēng)槽在河套至甘肅中南部結(jié)合，陜西位于500 h Pa槽前，700 hPa在陜西有一切變線，850 hPa在陜西中南部也有一切變線。這種高低空系統(tǒng)配置很容易出現(xiàn)降水天氣。9日08時高空系統(tǒng)繼續(xù)緩慢東移，500 h Pa(圖1a)蒙古國為一寬廣的槽區(qū)，甘肅至陜西位于槽底部位勢高度的低值區(qū)中，700 h Pa(圖1b)、850 hPa延安、西安已轉(zhuǎn)為北風(fēng)、西北風(fēng)。此時地面除陜北西部無降水外，全省大部分地區(qū)仍有降水。

圖1 2013-06-09T08 500 hPa高度場(a，單位為dagpm)和700 hPa風(fēng)場(b)

2013年11月22日08時500 hPa(圖略)亞洲中緯度地區(qū)以緯向氣流為主多短波槽活動，日本海至我國東南沿海有一低槽，河套以西有一短波槽，青海東部也有一淺槽，新疆中部有一低渦；700 hPa在甘肅中南部有一切變線，850 hPa陜北也有一切變線。20時，500 hPa整個環(huán)流形勢變化不大，河套以西的短波槽及青海東部短波槽東移到陜西西部，新疆中部低渦緩慢東移至新疆東部，高原上有偏南風(fēng)，700 hPa在陜西中西部仍有切變線存在。23日08時500 hPa亞洲中緯度地區(qū)氣流更為平直，新疆低渦東移與高原低槽同位相疊加，在內(nèi)蒙古中西部、甘肅、青海地區(qū)形成多短波槽的位勢高度低值區(qū)，700 hPa與850 hPa陜西地區(qū)仍有切變線存在。20時500 hPa(圖2a)在河套西部至甘肅中南部有一低槽，陜西位于500 hPa槽前。但此時700 hPa(圖2b)、850 hPa陜西地區(qū)均轉(zhuǎn)為北風(fēng)或西北風(fēng)，地面上除陜北北部大部分地區(qū)仍有降水。

圖2 2013-11-23T20 500 hPa高度場(a，單位為dagpm)及700 hPa風(fēng)場(b)

兩次天氣過程具有一個共同特征，雖然后期低層大氣由偏南風(fēng)轉(zhuǎn)為西北風(fēng)，但是500 hPa陜西仍然位于槽前。只有當(dāng)500 hPa高空槽東移，陜西位于500 hPa高空槽后，降水才完全結(jié)束。

3 地面圖分析

2013年6月8日08時地面圖上，我國西部至蒙古國被冷高壓控制，蒙古國西北部附近有一1 027.5 h Pa冷高壓中心，青海地區(qū)處于冷高壓的前部，氣壓為1 015 hPa，在四川中部有一1 000 hPa閉合低壓中心。內(nèi)蒙古中東部至四川有一較狹長的低壓區(qū)，蒙古國中東部—河套西部—甘肅中東部—青海南部有一冷鋒，此時地面降水區(qū)在冷鋒及其后部，陜西基本沒有降水天氣。8日17時，與蒙古國西北部接壤的俄羅斯地區(qū)仍有一1 022.5 hPa的閉合冷高壓，在青海西北部也形成了一個1 020 hPa的閉合冷高壓中心，青海地區(qū)冷高壓加強(qiáng)，說明其北部冷高壓有冷空氣向南補(bǔ)充，冷鋒東移至山西西部、陜西中西部地區(qū)。此時，陜西大部分地區(qū)出現(xiàn)降水天氣。9日08時地面圖(圖3a)上，我國西部至蒙古國仍被冷高壓控制，在蒙古國中北部及其以東地區(qū)仍有一1 022.5 hPa的冷高壓中心，青海西部至甘肅西部冷高壓中心值增大到1 022.5 hPa，可見其北部一直有冷空氣南下補(bǔ)充，冷鋒東移至山西東部—陜西中部地區(qū)。此時陜西大部分地區(qū)仍在降水。9日14時，陜西關(guān)中位于青海冷高壓的前部，等壓線仍較為密集，青海冷高壓不斷有冷空氣東移，造成地面上關(guān)中大部分地區(qū)仍有降水天氣。以上分析可知，本次降水天氣過程地面上有較強(qiáng)的冷高壓、暖低壓，在冷高壓前側(cè)有明顯的冷鋒，冷空氣迫使暖空氣爬升造成降水天氣；此外，降水開始時，青海高壓較弱，北部高壓中心不斷有冷空氣南下使得青海地區(qū)的冷高壓加強(qiáng)維持，冷高壓前部不斷有冷空氣東移，抬升其前側(cè)的暖濕空氣，造成地面較長時間降水，這也是低層轉(zhuǎn)為偏北風(fēng)后陜西降水仍維持的原因之一。

圖3 地面氣壓場(單位為hPa；a 2013-06-09T08，b 2013-11-23T20)

2013年11月22日14時地面圖上，巴爾喀什湖至新疆西北部有一1 042.5 hPa冷高壓中心，冷鋒位于陜北西部、甘肅東南部，冷空氣抬升其前側(cè)暖濕氣流，陜西西部開始出現(xiàn)降水天氣。23日08時，冷高壓東移南壓至新疆南部，中心值達(dá)到1 045 hPa，冷鋒已東移至河北西部、山西中東部地區(qū)，陜西位于鋒后的等壓線密集區(qū)中。23日20時低層700 hPa、850 hPa已轉(zhuǎn)為偏北風(fēng)，但地面冷高壓東移南壓至青海東部地區(qū)，中心氣壓值為1 037.5 hPa (圖3b)，此時陜西地區(qū)的等壓線仍非常密集，除陜北北部外，位于等壓線密集區(qū)的陜北南部、關(guān)中東部、陜南東部仍維持降水天氣。可見從青海冷高壓不斷有冷空氣東移抬升其前側(cè)降水區(qū)的濕空氣，造成陜西大部分地區(qū)仍維持降水天氣。

地面分析表明，新疆地區(qū)不斷有冷空氣補(bǔ)充青海地區(qū)冷高壓，使得青海地區(qū)的冷高壓不斷加強(qiáng)，冷高壓不斷有冷空氣東移，冷空氣在陜西抬升暖濕空氣產(chǎn)生降水，當(dāng)?shù)蛯愚D(zhuǎn)為偏北風(fēng)時，地面仍然濕度較大，在陜西地區(qū)氣壓梯度較大，說明青海冷高壓東移南壓的冷空氣勢力仍較強(qiáng)，冷空氣抬升陜西地區(qū)相對較暖的暖濕空氣，仍能產(chǎn)生降水。地面較暖的暖濕氣流為本次降水提供了水汽條件。

4 物理量診斷分析

4.1 散度

從6月8日20時沿107.5°E緯向散度剖面圖(圖略)可以看到，在35°N附近500 hPa以下均為輻合區(qū)，在850 hPa有一輻合中心，中心值為-3.5×10-4s-1；在300 h Pa附近為輻散區(qū)，中心值為1.5×10-4s-1，此時對降水十分有利，陜西大部分地區(qū)有降水天氣。

9日08時，低層850 hPa、700 hPa陜西轉(zhuǎn)為偏北風(fēng)或西北風(fēng)，850 hPa散度場(圖略)上，除陜北北部外，陜西大部分地區(qū)均為輻合區(qū)，中南部散度達(dá)-2×10-4s-1。此時探空站點(diǎn)資料顯示，延安為12 m/s偏北風(fēng)、平?jīng)?0 m/s西北風(fēng)、西安8 m/s西北風(fēng)，延安與西安之間有風(fēng)向和風(fēng)速的輻合，平?jīng)雠c西安之間也有風(fēng)速的輻合。700 hPa散度場上(圖4a)陜西地區(qū)均為輻合區(qū)，陜北南部到陜南的散度達(dá)-2× 10-4s-1。此時，延安為8 m/s偏北風(fēng)、平?jīng)?6 m/s偏北風(fēng)、西安4 m/s西北風(fēng)，仍存在風(fēng)向和風(fēng)速的輻合。沿107.5°E緯向散度剖面圖(圖4b)上仍可以看到，35°N附近850～700 h Pa輻合區(qū)的散度值小于-1.0×10-4s-1，中高層400～300 h Pa為1.0×10-4s-1的輻散區(qū)。

圖4 2013-06-09T08散度場(單位為10-5s-1；a 700hPa，b沿107.5°E緯向剖面)

從11月22日20時沿107.5°E緯向散度剖面圖(圖略)可以看到，在35°N附近400 h Pa以下均為輻合區(qū)，在850 hPa有一輻合中心，中心值為-1.0×10-4s-1；在300 hPa附近為輻散區(qū)，其值為1.5×10-4s-1，此時對降水較為有利，陜西大部分地區(qū)有降水天氣。23日08時，低層仍有輻合，降水持續(xù)。23日20時，低層850 h Pa、700 h Pa轉(zhuǎn)為西北風(fēng)，850 h Pa散度場(圖略)在關(guān)中中東部、陜南中東部為輻合區(qū)。平?jīng)?、延安? m/s西北風(fēng)，西安10 m/s西北風(fēng)，由于西安風(fēng)速較大，關(guān)中、陜南西部地區(qū)為輻散，西安以東為輻合區(qū)。700 hPa散度場(圖5a)，陜西大部分地區(qū)為輻合區(qū)，散度達(dá)-1× 10-4s-1；延安為10 m/s西北風(fēng)，平?jīng)?4 m/s西北風(fēng)，西安8 m/s西西北風(fēng)，延安和平?jīng)龇謩e與西安存在風(fēng)向和風(fēng)速上的輻合。低層偏北風(fēng)之間的輻合為降水提供了必要條件。沿107.5°E緯向散度剖面圖(圖5b)上可以看到，35°N附近850 hPa散度值在0線附近，700～400 h Pa為輻合區(qū)，在500 hPa附近有一輻合中心，其值為-2×10-4s-1。300～200 hPa為輻散區(qū)，在250 hPa有2×10-4s-1的輻散中心，中低層輻合，高層輻散，仍有利降水。

以上分析可知，兩次降水天氣過程中，當(dāng)?shù)蛯佑赡巷L(fēng)轉(zhuǎn)為偏北風(fēng)或西北風(fēng)時，北風(fēng)與西北方之間仍然有風(fēng)向或風(fēng)速的輻合，850 hPa、700 hPa輻合較強(qiáng)。由于低層仍維持較大的濕度，對出現(xiàn)降水比較有利。

圖5 2013-11-23T20散度場(單位為10-4s-1；a 700 hPa，b沿107.5°E緯向剖面)

4.2 垂直速度

從6月8日20時沿107.5°E緯向垂直速度剖面圖(圖略)可以看到，33°N～37°N均為上升區(qū)，500 hPa垂直速度在35°N附近為-3.5×10-4s-1，較強(qiáng)的上升運(yùn)動為降水的發(fā)生提供了有利條件。從9日08時沿107.5°E緯向垂直速度剖面圖 (圖6a)上仍可以看到，850 hPa以上33°N～37°N均為上升區(qū)，在400～500 hPa附近上升運(yùn)動達(dá)最大，其值為-5× 10-3hPa·s-1。850 hPa、700 hPa西北風(fēng)區(qū)域仍有著較強(qiáng)的上升運(yùn)動，為降水的發(fā)生提供了有利條件。

圖6 沿107.5°E緯向垂直速度剖面圖(單位為10-3hPa·s-1；a 2013-06-09T08，b 2013-11-23T20)

從11月22日20時沿107.5°E緯向垂直速度剖面圖(圖略)可以看到，35°N附近整層均為上升運(yùn)動，在400 hPa附近垂直速度為-2× 10-3hPa·s-1。從23日08時沿107.5°E緯向垂直速度剖面圖 (圖略)仍可以看到，35°N附近整層為上升區(qū)，陜西降水天氣持續(xù)。20時 (圖6b)，35°N附近850 h Pa垂直速度在0線附近，700～200 h Pa均為上升區(qū)，在400～500 h Pa附近上升運(yùn)動達(dá)最大，為-3×10-3h Pa·s-1。850 hPa、700 hPa西北風(fēng)區(qū)域仍存在較強(qiáng)的上升運(yùn)動，對降水非常有利。

分析表明，兩次天氣過程在低層西北風(fēng)區(qū)域及其上空均有著較強(qiáng)的上升運(yùn)動，為降水提供了有利的動力條件。

4.3 水汽條件

2013年6月8日08時700 hPa關(guān)中西部、陜南除東部商洛外比濕大于6 g·kg-1，20時陜西全省比濕均在6 g·kg-1以上，地面上大部分地區(qū)出現(xiàn)降水，9日08時(圖7a)，700 hPa陜北、關(guān)中已轉(zhuǎn)為偏北風(fēng)，但在陜北等比濕線較為密集，說明此處為干濕的交匯區(qū)，關(guān)中大部分地區(qū)、陜南比濕仍在6 g·kg-1以上。8日08時850 hPa比濕場中除陜北西部地區(qū)外陜西大部分地區(qū)的比濕在8 g·kg-1，20時，全省比濕均增大到8 g·kg-1以上，9日08時850 hPa(圖略)陜北、關(guān)中轉(zhuǎn)為轉(zhuǎn)為偏北風(fēng)，比濕有所下降，陜北北部等比濕線較密集，但陜北東部、關(guān)中大部分地區(qū)、陜南仍超過8 g·kg-1。

圖7 700 hPa比濕場(單位為g·kg-1；a 2013-06-09T08，b 2013-11-23T20)

2013年11月22日08時700 hPa比濕場關(guān)中大部分地區(qū)、陜南比濕為2 g·kg-1，22日20時陜北南部以南比濕為2 g·kg-1，23日20時(圖7b)陜西均轉(zhuǎn)為北風(fēng)或西北風(fēng)，但除陜北北部外，陜西大部分地區(qū)比濕仍在2 g·kg-1以上；22日08時850 h Pa關(guān)中中南部比濕為4 g· kg-1，22日20時關(guān)中以南比濕在4 g·kg-1以上，23日20時850 hPa(圖略)陜西均轉(zhuǎn)為北風(fēng)或西北風(fēng)，關(guān)中中部以南比濕仍在3 g·kg-1以上。

以上分析可知，這兩次過程雖然陜西轉(zhuǎn)為偏北風(fēng)時比濕有所減小，但低層仍維持較大的濕度。

5 結(jié)論與討論

(1)此類天氣的特點(diǎn)是500 h Pa高空陜西地區(qū)及其上游位勢高度較低，上游有低槽或冷槽；前期一直有降水；低層700 hPa或850 hPa前期為偏南風(fēng)，后期為偏北風(fēng)；地面在新疆地區(qū)有較強(qiáng)的冷高壓存在。若滿足上述條件可考慮降水持續(xù)。

(2)低層為偏北風(fēng)或西北風(fēng)，北風(fēng)與西北方之間有風(fēng)向或風(fēng)速的輻合，850 h Pa、700 hPa仍有著較強(qiáng)的輻合，仍然維持較強(qiáng)的上升運(yùn)動，為降水提供了有利的動力條件。由于前期一直降水，近地面層濕度較大，低層為偏北風(fēng)時，還保持一定的濕度，為大范圍降水提供了有利的水汽條件。

(3)地面分析表明，新疆地區(qū)不斷有冷空氣補(bǔ)充青海地區(qū)冷高壓，使得青海地區(qū)的冷高壓不斷加強(qiáng)，冷高壓不斷有冷空氣東移，冷空氣在陜西抬升暖空氣產(chǎn)生降水天氣。

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P458

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1006-4354(2015)03-0006-06

2014-12-12

郭大梅 (1978—)，女，江蘇那州人，碩士，高工，從事天氣預(yù)報(bào)及研究工作。