王巍等

摘要 ?利用常規(guī)氣象觀測資料和NCEP的1°×1°再分析資料，對2012年7月29—30日發(fā)生在寧夏中北部地區(qū)的一次暴雨天氣過程的環(huán)流形勢、物理量進行診斷分析。結(jié)果表明，此次暴雨是受西太平洋副熱帶高壓和短波槽以及低層切變線的影響，配合充沛水汽產(chǎn)生的;有利的高低空環(huán)流背景場和中尺度系統(tǒng)（切變線）的共同作用，滿足了暴雨的產(chǎn)生、持續(xù)發(fā)展所需的強烈的上升運動、充沛的水汽來源和不穩(wěn)定發(fā)展的熱力條件。

關(guān)鍵詞 ??暴雨;環(huán)流形勢;物理量;診斷分析;寧夏中北部

中圖分類號P??458文獻(xiàn)標(biāo)識碼

A文章編號0517-6611（2018）36-0142-04

暴雨是影響我國的主要氣象災(zāi)害之一，做好暴雨的研究工作具有非常重要的意義，特別是對于生態(tài)環(huán)境相對脆弱的寧夏來說，在日益嚴(yán)重的環(huán)境形勢下，暴雨的預(yù)報和研究就顯得更為重要。我國的科研工作者對于暴雨積累了大量的經(jīng)驗{1-6]，毛文書等{1-3]研究發(fā)現(xiàn)，暖濕氣流可以以低空急流依托，供給暴雨所需的能量和水汽;暖濕氣團被冷空氣占領(lǐng)，可以觸發(fā)熱的不穩(wěn)定能量。紀(jì)曉玲等{7]在分析一次寧夏罕見暴雨時表明，在高低空系統(tǒng)的配合之下，加上低空急流，是維持此次暴雨的重要條件。錢維宏等{8]研究發(fā)現(xiàn)，低空急流能夠很好地指示暴雨的位置，其左側(cè)是暴雨的發(fā)生區(qū)。筆者利用常規(guī)觀測資料、NCEP逐日4次的FNL全球再分析資料和寧夏氣象臺提供的降水公報，從暴雨前后的高低空環(huán)流形勢和物理量等方面對2012年7月29—30日寧夏中北部地區(qū)的一次暴雨過程進行診斷分析，探討此次暴雨的成因，為寧夏暴雨的天氣特征研究提供依據(jù)。

1降水情況

2012年7月29日夜間，寧夏地區(qū)受青藏高原東移南下的冷空氣和西太平洋高壓帶來的暖空氣的影響，寧夏中北部產(chǎn)生大暴雨。根據(jù)29日18：00—30日08：00自動站雨量的數(shù)據(jù)顯示（圖1），有54個站點的降水量數(shù)值超過了50.0mm，其中13個站點超過100.0mm，銀川站降水為116.5mm。銀川站的暴雨強度最強的時間段在29日夜間，30日凌晨降水趨勢減緩，06：00有所回升，之后逐漸停止（圖2）。

2環(huán)流形勢分析

2.1500hPa高空環(huán)流形勢

7月28日20：00，我國北部受到一槽控制，貝湖地區(qū)有阻塞高壓正在建立，新疆東部有小槽移動，歐亞大陸地區(qū)的溫度場落后于高度場，整體形勢未來還將繼續(xù)發(fā)展。副高不斷西伸北抬，西伸脊點已位于青海東北部，銀川在偏西氣流控制中。29日08：00，588dagpm線位置偏東，且分裂成兩部分，北部已經(jīng)到達(dá)日本海地區(qū)，并且向西沿著江蘇、安徽、湖北地區(qū)發(fā)展，斷開的588dagpm線西部部分，東部邊緣已經(jīng)到達(dá)寧夏地區(qū)的南部，暖高壓帶來的暖空氣與新疆地區(qū)南下的冷空氣將發(fā)生匯合，帶來降水。29日20：00，阻高增強，有利于冷空氣的堆積，588dagpm線有東移入海的趨勢，新疆北部的槽在冷空氣的作用下已經(jīng)發(fā)生移動，向東南方到達(dá)甘肅與寧夏的交界處，寧夏目前在槽前脊后位置的影響下，產(chǎn)生降水。30日08：00，小槽已經(jīng)發(fā)展并移動到達(dá)寧夏東部，對昨天夜間的持續(xù)性暴雨起到了重要的作用;588dagpm線的西伸部分已經(jīng)減弱消失，東邊部分已經(jīng)完全入海。30日20：00，槽線已東移離開，寧夏地區(qū)由偏西風(fēng)控制，暴雨結(jié)束。

2.2中、低層環(huán)流形勢

29日08：00，在700hPa上，寧夏北部有氣旋，空氣輻合上升，有利于產(chǎn)生降雨，寧夏南部有東北—西南風(fēng)向的切變，銀川地區(qū)風(fēng)向為南風(fēng)，有利于南方水汽的輸送;850hPa，寧夏中部存在一條切變線，有氣旋式輻合上升。29日20：00，寧夏700hPa的西北、東北方向出現(xiàn)2條切變線，空氣的對流運動強烈，寧夏南部的西南風(fēng)輸送了來自南部海洋的水汽，同時，銀川正處于低壓的東北部邊緣，也利于水汽的輸送，充足的水汽條件滿足了夜間降水對水汽的需求;850hPa，切變線依然存在，寧夏南部吹東南風(fēng)，為暴雨提供了充足的水汽。30日，中、低層的切變線都已移出，寧夏地區(qū)已經(jīng)受到高壓東部邊緣的影響，降水逐漸結(jié)束。

2.3地面形勢

分析地面圖發(fā)現(xiàn)，隨著時間的推移，高原北部的低壓向西南方移動，逐漸穩(wěn)定在寧夏以南、高原以東，因受此低壓的影響，28日白天寧夏中北部地區(qū)維持34℃左右的溫度，高溫使不穩(wěn)定能量累積，為暴雨提供了良好的形式;29日23：00，低壓移至甘肅南部，高壓維持在高原東北部，冷暖空氣在寧夏交匯，氣流輻合上升，有利于降水;銀川站溫度露點差為2℃，空氣接近飽和，水汽條件充足。

3物理量診斷分析

3.1動力條件

3.1.1渦度。

分析渦度剖面圖發(fā)現(xiàn)，29日08：00—14：00，銀川（106°E、38°N）上空低層大氣狀態(tài)穩(wěn)定，中高層被強度逐漸增強的負(fù)值中心控制，呈現(xiàn)反氣旋環(huán)流，沒有降水;29日20：00，銀川上空700hPa以下受弱的正渦度區(qū)控制，高層負(fù)渦度中心增強至-12×10-5s-1，在低層正渦度、高層負(fù)渦度的配合下，為暴雨提供了良好的環(huán)境，銀川此時有降水。30日02：00，銀川上空600hPa以下在強度為18×10-5s-1的正渦度中心的控制下，正值區(qū)高度上升至400hPa，高層依然為負(fù)值區(qū)，但強度已經(jīng)減弱，正渦度中心強度增大的過程，銀川的雨量也在不斷增加。30日08：00—31日02：00，西部負(fù)值區(qū)逐漸取代正值區(qū)，伴隨雨勢的減弱、停止。

為了更好地看出渦度隨時間、高度的變化趨勢，繪制渦度的時間-高度剖面圖，分析得出，正渦度區(qū)集中在500hPa以下的位置，對流層中高層為負(fù)渦度區(qū)。29日08：00—20：00，高空為負(fù)渦度區(qū)，中低層在零值線范圍內(nèi)，即該時間段內(nèi)，銀川地區(qū)中低層正處于穩(wěn)定的大氣狀態(tài);29日20：00—30日08：00，850hPa出現(xiàn)最大正渦度中心，強度為18×10-5s-1，高層呈反氣旋性環(huán)流、低層氣旋性環(huán)流，與暴雨相配合;之后，正渦度值逐漸減少，中低層出現(xiàn)負(fù)渦度，強度減弱，顯示降水逐漸停止。

3.1.2散度。

29日08：00—14：00，銀川上空低層受弱的正散度區(qū)控制，呈現(xiàn)輻散的狀態(tài)，中高層正負(fù)值區(qū)疊加出現(xiàn)，此時銀川沒有降水。29日20：00—30日08：00，負(fù)值中心強度增強，東移影響到銀川地區(qū)，負(fù)值區(qū)上空對應(yīng)正值中心，低層輻合、高層輻散，并且其強度、影響范圍的變化與暴雨實況相對應(yīng)。30日12：00—31日02：00，銀川上空對流層低層正散度取代負(fù)散度，中高層負(fù)散度控制，降水停止。

分析散度的時間-高度剖面圖發(fā)現(xiàn)，散度負(fù)值的中心位置幾乎與渦度正值的中心位置相似;29日20：00—30日08：00，200、400hPa位置有明顯的正值中心，低層700hPa有負(fù)值中心，高空輻散、低空輻合，水汽的輸送與空氣的上升運動相配合，對于暴雨的出現(xiàn)以及持續(xù)非常重要;隨著暴雨的結(jié)束，逐漸呈現(xiàn)低層正值區(qū)、高層負(fù)值區(qū)的狀態(tài)，不是暴雨發(fā)生的有利條件。

3.1.3垂直速度。

29日20：00和之前時段，銀川上空低層受弱的上升運動的影響，中高層有弱的下沉運動，同時銀川西部有強度不斷增強、高度發(fā)展至200hPa的負(fù)值中心正在向東移動，逐漸影響銀川。30日02：00，負(fù)值區(qū)強度減弱，東移過銀川，銀川上空低層到高層處于強上升運動的控制下，對應(yīng)29日夜間到30日凌晨的暴雨。30日08：00，銀川800hPa以下已經(jīng)被弱正值區(qū)控制，西側(cè)正值中心下降、強度增強，負(fù)值中心已經(jīng)東移、抬高，降水減弱。30日14：00—31日02：00，銀川上空大氣趨于穩(wěn)定，降水停止。

依據(jù)垂直速度沿106°E、38°N的時間-高度剖面顯示，29日白天，銀川地區(qū)700hPa以下被上升氣流控制，高層被下沉氣流控制，中高層的正值中心強度最大為0.4Pa/s，有利于之后的低層上升氣流的發(fā)展;夜間低層上升運動強度不斷增強，向上延伸至200hPa，上升運動強烈、深厚，對流旺盛，這種強上升運動一直維持到30日08：00，對應(yīng)此時段暴雨強度大，但是從30日02：00開始，800hPa以下出現(xiàn)正值區(qū)，但中低層依然存在上升運動，暴雨有逐漸減弱的趨勢。

3.2水汽條件分析

3.2.1水汽通量。29日08：00—14：00，銀川上空中低層水汽通量增大，西部的中心區(qū)域正在東移，接近銀川，暴雨之前就有水汽緩慢增加。29日20：00—30日02：00是暴雨強烈的時刻，銀川上空維持120g/（cm·hPa·s）的水汽通量，等值線向高處發(fā)展至350hPa，并且更加密集，水汽充足、深厚。之后，中心值減弱，水汽大值區(qū)高度下降，不利于持續(xù)性的降水。

從圖3可以看出，在暴雨發(fā)生前，低層已經(jīng)有了80g/（cm·hPa·s）的水汽通量，大氣已經(jīng)有了水汽的積聚，水汽大值區(qū)主要聚集在750hPa以下，低層的水汽是暴雨的主要來源，水汽在強垂直運動的條件下已經(jīng)輸送到400hPa的高層，水汽條件發(fā)展深厚;29日20：00800hPa以下水汽通量已經(jīng)達(dá)到最大值，并且對流層中層的水汽也在不斷增加，而銀川的實際降水量也達(dá)到最大;30日08：00，低層水汽含量減小，降水也逐漸停止。

3.2.2水汽通量散度。29日14：00，銀川上空為零值線控制;29日20：00，銀川以西的負(fù)值中心強度增強東移，銀川邊緣已經(jīng)受到影響;30日02：00，銀川上空對應(yīng)強度減弱的負(fù)值中心;08：00，強度繼續(xù)減弱，有正值區(qū)東移至銀川附近，隨后，輻散中心控制銀川。在暴雨時段內(nèi)，水汽通量散度的負(fù)值區(qū)維持在650hPa以下，低層輻合強，強度的變化、中心位置的變化與暴雨的大小、位置相對應(yīng)。

從圖4可看出，水汽通量散度的負(fù)值區(qū)主要集中在750hPa以下，說明水汽主要位于對流層低層;負(fù)值中心與暴雨落區(qū)、時間相對應(yīng)，最大值出現(xiàn)在29日20：00，水汽的不斷匯聚為暴雨的維持提供了源源不斷的水汽條件;30日08：00之前，低層的水汽匯聚基本結(jié)束，出現(xiàn)零值線，隨后低層被正值區(qū)控制，表示有水汽流失，降雨結(jié)束。

3.3能量分析

3.3.1假相當(dāng)位溫。

全過程中，300hPa以上的高層一直保持干冷空氣控制的狀態(tài)，29日08：00—20：00，500hPa以下保持θse/p>0，低層最大為85℃，受暖濕氣流的控制，大氣層結(jié)不穩(wěn)定，暴雨發(fā)生前就累積了不穩(wěn)定能量;30日02：00銀川上空500hPa以下仍在80℃的高能區(qū)控制下，西部低層有低值中心正在東移，低層暖濕、高層干冷，是有利于降水的配置;之后的時間內(nèi)，銀川上空低層的假相當(dāng)位溫不斷降低，西部低值中心逐漸到達(dá)銀川，銀川受干冷空氣的控制，降水停止。

0假相當(dāng)位溫為85℃，即該處的大氣層結(jié)呈現(xiàn)不穩(wěn)定的狀態(tài)，不穩(wěn)定能量高，說明從暴雨開始前就積累了不穩(wěn)定能量;29日晚到30日凌晨假相當(dāng)位溫最大，對應(yīng)此時段的暴雨強度最大;隨后大氣層結(jié)逐漸穩(wěn)定，降水過程也慢慢停止。

3.3.2溫度平流。29日08：00—14：00，銀川低層一直處于弱的冷空氣控制下;29日20：00—30日02：00（圖6），零值線逐漸靠近銀川，其東西兩側(cè)有暖平流和冷平流交匯，利于降水;隨后不斷向高層伸展的冷平流控制銀川低層地區(qū)，并在低層暖空氣的作用下，冷暖平流趨于穩(wěn)定。

分析圖7可看出，29日08：00—30日08：00，0℃線基本位于700hPa以下的位置，對流層中低層有冷、暖空氣在此相遇，產(chǎn)生暴雨;30日08：00之后，0℃線向中高層發(fā)展至200hPa，銀川受冷空氣控制，結(jié)合地面圖，冷鋒對寧夏地區(qū)的影響范圍擴大。

4結(jié)論

（1）高低空環(huán)流形勢的分析表明，2012年7月29—30日發(fā)生在寧夏中北部地區(qū)的一次大暴雨天氣過程是受高層500hPa從新疆東移至寧夏地區(qū)的短波槽和副高邊緣帶來的暖濕空氣的共同影響，短波槽攜帶槽后的干冷空氣和副高西南邊緣輸送的暖濕氣流在寧夏地區(qū)輻合，同時在中、低層700、850hPa受切變線的影響，同時地面圖上有冷鋒從高原北部東移，寧夏地區(qū)受到上述大中尺度系統(tǒng)的共同作用，產(chǎn)生了此次暴雨天氣過程。

（2）通過對渦度、散度、垂直速度、假相當(dāng)位溫、水汽通量、水汽通量散度和溫度平流的垂直剖面圖進行分析，結(jié)果表明，在暴雨發(fā)生的時間段內(nèi)，低層輻合、高層輻散的渦度的

狀態(tài)能夠很好地對應(yīng)暴雨時刻，低層正值中心的大小與暴雨強度相對應(yīng);散度的負(fù)值中心與渦度的正值中心相配合，低層為氣旋式環(huán)流、輻合，中高層為反氣旋式環(huán)流、輻散;垂直速度負(fù)值區(qū)從低層發(fā)展至200hPa，強烈并且深厚，有利于水汽、能量等的垂直輸送;低層水汽通量增加，有大量的水汽發(fā)生匯集，在強烈的垂直運動作用下，已經(jīng)延伸到高層，水汽條件充足、深厚;假相當(dāng)位溫顯示，在暴雨發(fā)生之前就已經(jīng)有不穩(wěn)定能量的積累，隨著暴雨的進程，不穩(wěn)定能量消耗，直到降水停止，其不穩(wěn)定主要體現(xiàn)在對流層低層;伴隨地面冷鋒的移動，對流層低層冷、暖空氣交匯，大氣層結(jié)處于不穩(wěn)定的狀態(tài)。

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