蔣伊蓉，劉慧敏，李曉利，康 磊，艾 銳，侯柯然，張建康

(榆林市氣象局，陜西榆林 719000)

榆林市位于西北地區(qū)北部，全年降水量分布極不均勻，降水主要集中在7、8月，由于以黃土丘陵溝壑區(qū)為主，暴雨往往引發(fā)山洪、泥石流和滑坡等次生災(zāi)害，造成嚴(yán)重的人員傷亡和財產(chǎn)損失。目前很多專家和學(xué)者對陜北暴雨從不同方面入手進(jìn)行了較多的研究，井宇等[1]通過個例統(tǒng)計，將榆林暴雨分為西北氣流型和西南氣流型，并給出了不同概念模型的物理量預(yù)報指標(biāo)；劉慧敏等[2]分析陜西北部一次大暴雨過程的中尺度特征發(fā)現(xiàn)，850 hPa上兩條濕舌和“人”字形切變?yōu)楸┯晏峁┝擞欣乃蛣恿l件，干線是這次暴雨的觸發(fā)機(jī)制；趙強(qiáng)等[3]通過對兩次陜北暴雨過程熱力、動力機(jī)制診斷發(fā)現(xiàn)，陜北暴雨與高低空急流關(guān)系密切，二者耦合形成的垂直次級環(huán)流的強(qiáng)上升運動區(qū)正是大暴雨出現(xiàn)地區(qū)。另外，梁生俊等[4]和施望芝等[5]分別對西北地區(qū)東部和湖北省兩次暴雨過程進(jìn)行對比分析。

2017年榆林市先后在7月25—26日和8月21—22日出現(xiàn)了兩場區(qū)域性暴雨。其中前者為1961年以來歷史最強(qiáng)暴雨過程，造成42.43萬人受災(zāi)，12人死亡，1人失蹤，近10萬人緊急轉(zhuǎn)移，直接經(jīng)濟(jì)損失超過80億元；后者在前期降水偏多的背景下給防災(zāi)減災(zāi)帶來了更嚴(yán)峻的考驗。兩場暴雨強(qiáng)度之大、范圍之廣都屬歷史少見，且二者時間間隔不足一月，更是少有，預(yù)報上有難度；因此有必要對其進(jìn)行重點分析研究。利用常規(guī)氣象觀測資料和NCEP FNL 1°×1°間隔6 h資料，對這兩次暴雨過程中的天氣形勢及高低空急流演變特征進(jìn)行了對比分析，并重點對兩次過程的動力、熱力機(jī)制進(jìn)行分析，探討暴雨成因，旨在為榆林地區(qū)類似暴雨天氣預(yù)報提供參考依據(jù)。

1 兩次暴雨過程概況

7月25日08時至26日08時(北京時)，榆林市12個自動觀測站出現(xiàn)7站暴雨，7站中有5站大于100 mm。降雨量最大為子洲站，24 h降水量達(dá)218.7 mm，突破榆林市日降水量的歷史極值(簡稱“7·26暴雨”)。強(qiáng)降水時段為25日22時至26日04時，小時最大雨量達(dá)52 mm。此次降水呈“多峰型”，降水時空分布不均勻。

8月21日20時至22日20時榆林市中部、北部共出現(xiàn)8站暴雨，其中府谷出現(xiàn)大暴雨，24 h降水量為105.4 mm(簡稱“8·22暴雨”)。此次過程以穩(wěn)定性降水為主，小時雨量大部維持在10 mm左右，主要降水時段為22日06—14時。

對比兩次過程降水量(圖1)，“7·26暴雨”過程暴雨落區(qū)小且集中、雨強(qiáng)大、累計降雨量大；“8·22暴雨”過程暴雨范圍廣、降水強(qiáng)度較小且較穩(wěn)定、持續(xù)時間長、累計降雨量小。

圖1 榆林地區(qū)2017-07-25T08—26T08(a)和2017-08-21T20—22T20(b)降水量圖(單位為mm)

2 環(huán)流形勢演變特征

7月25日08時500 hPa高空圖上(圖略)，歐亞大陸中高緯度地區(qū)呈“一槽一脊”型，貝加爾湖以西為弱高壓脊區(qū)，鄂霍次克海至朝鮮半島為寬廣低槽區(qū)；中低緯高原槽位于甘肅東部，西太平洋副熱帶高壓(簡稱“副高”)控制我國華東、華中大部分地區(qū)，北界在32°N，西伸脊點在112°E附近，副高西側(cè)外圍暖濕氣流由南海海域不斷向河套北部輸送。20時(圖2a)副高明顯西伸北抬且加強(qiáng)，高原槽東移至陜西西部，槽前至副高間氣壓梯度顯著加大，副高西北側(cè)西南氣流明顯加強(qiáng)，陜北上空風(fēng)速增加至18～20 m/s。700 hPa上(圖2b)四川盆地東部至陜北的西南風(fēng)風(fēng)速增加至12～16 m/s，達(dá)到低空急流標(biāo)準(zhǔn)，西南風(fēng)將低緯度地區(qū)的水汽和不穩(wěn)定能量源源不斷地輸送至陜北。高原槽東移提供的動力條件與副高西北側(cè)暖濕氣流提供的水汽條件共同作用，引發(fā)此次大暴雨天氣過程。從700 hPa上還可看出，25日20時陜北北部與內(nèi)蒙古交界處形成一低渦切變，榆林位于切變線的南側(cè)，處于水汽輻合、動力和熱力最有利于強(qiáng)降水發(fā)生和發(fā)展的區(qū)域。該區(qū)域正渦度中心達(dá)到10×10-5s-1以上，表明暴雨區(qū)上空有強(qiáng)的垂直上升運動。暴雨發(fā)生期間，地面上維持“東高西低”形勢(圖略)。位于華北至陜西東部的高壓中心加強(qiáng)至1 010 hPa。陜西西部有低壓維持，中心氣壓為997.5 hPa，低壓東北部伸至陜北地區(qū)，氣壓梯度加大，冷暖空氣在陜北交匯，增強(qiáng)了大氣的斜壓性，有利于強(qiáng)降水的發(fā)生發(fā)展和維持。

8月21日20時500 hPa高空圖(圖略)上，歐亞大陸中高緯呈較為平直的緯向環(huán)流，河套北部有一淺槽，貝加爾湖西部至新疆地區(qū)有一溫度槽，溫度槽落后于高度槽，具有斜壓槽結(jié)構(gòu)，預(yù)示淺槽將加深發(fā)展；臺灣海峽東南側(cè)有一熱帶低壓，受其影響，副高呈帶狀分布，北界在35°N附近，西伸脊點在108°E附近，副高外圍西南暖濕氣流將低緯的水汽和能量向陜北地區(qū)輸送。22日08時(圖2c)熱帶低壓加強(qiáng)，副高進(jìn)一步西伸北抬，西脊點至103°E附近，輸送至陜北的水汽通道受阻，致使該地區(qū)水汽供應(yīng)減弱，同時高原槽加深東移至陜北西部。700 hPa(圖2d)上陜北北部與內(nèi)蒙古交界處亦有一低渦切變，正渦度中心值達(dá)13×10-5s-1以上，正渦度大值區(qū)范圍明顯大于“7·26暴雨”。暴雨過程期間地面主要受西南地區(qū)東部低壓倒槽中的西北路冷鋒影響。冷鋒在東移南壓的過程中影響陜北地區(qū)，暖濕空氣沿著冷鋒鋒面被抬升，給陜北北部帶來區(qū)域性暴雨。

圖2 500 hPa高度場(等值線，單位為dagpm)、風(fēng)場(a 2017-07-26T02；c 2017-08-22T08)和700 hPa高度場(等值線，單位為dagpm)、渦度場(陰影區(qū)，單位為10-5 s-1)、風(fēng)場(b 2017-07-26T02；d 2017-08-22T08)

對比兩次暴雨過程，暴雨發(fā)生前陜北位于副高外圍暖濕氣流中，暖濕氣流為暴雨發(fā)生儲備了充沛的水汽和豐富的不穩(wěn)定能量，高原槽東移和副高邊緣暖濕氣流的共同作用形成有利于暴雨的環(huán)流形勢；700 hPa上陜北北部與內(nèi)蒙古交界處都有低渦切變線維持，使水汽在該地區(qū)輻合抬升形成暴雨天氣。兩次暴雨過程不同之處在于“8·22暴雨”過程中低緯有熱帶氣旋加強(qiáng)北上；副高呈帶狀分布，位置更偏西偏北，一定程度減少了南海上空水汽向陜北地區(qū)輸送。兩次過程地面都有冷空氣參與，“7·26暴雨”過程為東路冷空氣，“8·22暴雨”過程為西北路冷空氣，鋒面作用顯著。

3 高低空急流演變特征

暴雨與高低空環(huán)流形勢有著密切聯(lián)系，高低空急流在暴雨的形成中起著相當(dāng)重要的作用[6-7]。高空急流附近的強(qiáng)輻散區(qū)為暴雨提供了有利的動力條件，加強(qiáng)了上升運動；低空急流是形成暴雨所需水汽和不穩(wěn)定能量的主要提供者[8-9]；而高低空急流耦合是發(fā)生強(qiáng)降水的重要原因[3]。

7月25日20時(圖3a)，降水開始期間，200 hPa天氣圖上 42°N附近有一支高空急流，其有兩個急流核，分別位于105°E和120°E附近，風(fēng)速達(dá)50 m/s以上。陜北位于105°E高空急流核右前方和120°E高空急流核右后方，為高空輻散區(qū)。700 hPa天氣圖上，四川至陜北西部西南風(fēng)速增大到10 m/s以上，低空急流建立。26日02時(圖3b)，降水最強(qiáng)時段200 hPa高空急流東移，兩個急流核打通，中心位于東北地區(qū)，超過45 m/s的急流大值區(qū)位于內(nèi)蒙古西部到華北北部，河套北部風(fēng)速水平切變增強(qiáng)。700 hPa上四川到陜北的西南風(fēng)速進(jìn)一步增大至12～16 m/s，達(dá)到低空急流標(biāo)準(zhǔn)，且明顯向北伸展。榆林地區(qū)位于高空急流入口區(qū)右側(cè)及低空急流左前方。從沿暴雨中心的流場垂直剖面圖(圖4a)可見，暴雨區(qū)(37°N～38.5°N)上空為上升氣流區(qū)，兩側(cè)為下沉氣流，揭示了在暴雨區(qū)附近有次級環(huán)流形成。高空急流入口區(qū)右側(cè)的強(qiáng)輻散增強(qiáng)了低層大氣的上升運動，正好與低空急流軸附近的上升氣流耦合，從而產(chǎn)生強(qiáng)上升運動，暴雨落區(qū)位于高低空急流耦合區(qū)下方。高低空急流在榆林上空的耦合是造成該地區(qū)出現(xiàn)大暴雨的重要原因。26日08時(圖略)隨著高低空急流東移減弱，榆林降水減弱。

圖3 兩次降水過程期間高低空急流演變(風(fēng)矢量、風(fēng)向桿分別為200 hPa和700 hPa風(fēng)場；等值線、陰影區(qū)分別為200 hPa和700 hPa風(fēng)速，單位為m/s)(a 2017-07-25T20；b 2017-07-26T02；c 2017-08-22T08；d 2017-08-22T14)

圖4 流場垂直剖面圖(a 2017-07-26T02，沿110.0°E；b 2017-08-22T08，沿111.1°E )

8月21—22日，200 hPa上37°N～50°N高空西風(fēng)急流非常強(qiáng)盛，急流軸風(fēng)速達(dá)60 m/s，位于河套以北45°N附近，超過55 m/s的大風(fēng)速區(qū)從新疆至東北，且一直穩(wěn)定維持。22日08時(圖3c)，200 hPa榆林地區(qū)位于高空急流南側(cè)，700 hPa陜甘交界處至榆林中部和東部的西南風(fēng)風(fēng)速達(dá)12～16 m/s，高低空急流的上下配置有利于上升運動加強(qiáng)(圖4b)，榆林中部和東部出現(xiàn)強(qiáng)降水。14時(圖3d)200 hPa高空急流明顯北抬約1個緯距，700 hPa西南風(fēng)速大值帶也隨之北抬，急流軸明顯縮短且偏北偏東，這可能與副高西伸北抬有關(guān)，榆林區(qū)域內(nèi)只有東部黃河沿線風(fēng)速大于12 m/s，與雨帶自西南向東北移動的實況一致。20時(圖略)200 hPa高空急流和700 hPa低空急流東移北抬有所減弱，榆林降水隨之減弱。

分析兩次暴雨過程中高低空急流演變特征發(fā)現(xiàn)，“7·26暴雨”過程中200 hPa高空急流在南北方向上變化不大，急流中心維持在42°N附近，而在強(qiáng)降水時段急流中心明顯東移，河套地區(qū)風(fēng)速水平梯度顯著加大，榆林地區(qū)位于高空急流入口區(qū)右側(cè)的輻散區(qū)。700 hPa低空急流建立的時間與強(qiáng)降水出現(xiàn)的時間基本一致。對比低空急流位置與實況降水落區(qū)(圖1)可以發(fā)現(xiàn)，暴雨出現(xiàn)在低空急流的左前側(cè)，這里不僅有低空急流輸送來充沛的水汽和能量，而且位于切變線南側(cè)強(qiáng)水汽輻合區(qū)內(nèi)，處在該區(qū)域內(nèi)的榆林市橫山、子洲、綏德和米脂縣均出現(xiàn)大暴雨天氣。“8·22暴雨”過程中200 hPa高空西風(fēng)急流強(qiáng)盛且穩(wěn)定維持在45°N附近，在暴雨發(fā)生前南壓至陜北地區(qū)，在降水增強(qiáng)階段略有北抬，榆林地區(qū)一直位于急流南側(cè)的輻散區(qū)。強(qiáng)降水中心移動方向與高低空急流的移動方向密切相關(guān)，區(qū)域性暴雨出現(xiàn)在高空急流南側(cè)和低空急流西北側(cè)的耦合區(qū)。相比而言，兩次過程都有高低空急流耦合作用。但“7·26暴雨”過程低空西南氣流較“8·22暴雨”過程明顯偏強(qiáng)，同時高空急流大值中心位置更偏南，致使前者暴雨區(qū)(37°N～38.5°N)上空上升運動伸展到100 hPa；而后者暴雨區(qū)(37°N～40°N)比前者位置略偏北，范圍略廣，且只伸展到300 hPa。說明“7·26暴雨”過程對流發(fā)展較“8·22暴雨”過程旺盛，因此，“7·26暴雨”過程更強(qiáng)。

4 熱力動力條件分析

4.1 動力特征

分析“7·26暴雨”過程經(jīng)暴雨中心(子洲站，110.0°E、37.6°N)垂直速度時空剖面圖(圖5a)可知，26日02時前后降水最強(qiáng)，地面至200 hPa以上均為一致上升氣流，與圖4a分析一致，且強(qiáng)上升中心位于600 hPa左右，上升速度達(dá)3 Pa/s。強(qiáng)烈的上升運動可將低層大量的水汽向高空輸送，使得整層可降水量增加，有利于形成短時強(qiáng)降水。“8·22暴雨”過程經(jīng)暴雨中心(府谷站，111.1°E、39.0°N)垂直速度時空剖面圖(圖5b)顯示，8月22日06—14時強(qiáng)降水時段，府谷300 hPa以下為明顯上升氣流，最大垂直上升速度為2 Pa/s，其伸展高度和強(qiáng)度都不及“7·26暴雨”過程，降水強(qiáng)度也比“7·26暴雨”過程弱。這說明強(qiáng)烈的上升運動是出現(xiàn)短時強(qiáng)降水的原因之一，長時間持續(xù)上升運動是出現(xiàn)暴雨的主要原因。

分析兩次暴雨過程強(qiáng)降水時段緯向風(fēng)(u)和經(jīng)向風(fēng)(v)的垂直剖面圖可知，7月26日02時暴雨區(qū)(37°N～38.5°N)低層850～700 hPa存在一低空南風(fēng)急流，中心風(fēng)速達(dá)15 m/s(圖6a)；同時在800～700 hPa存在一大于10 m/s的西風(fēng)急流。低層西南急流將南方水汽向該地區(qū)輸送，為降水提供水汽條件。在200 hPa 40°N還存在大于40 m/s的高空西風(fēng)急流區(qū)。大暴雨中心子洲站(110.0°E，37.6°N)位于低空急流北側(cè)與高空急流南側(cè)的耦合區(qū)。并且可以看出低層有明顯的西南風(fēng)和東北風(fēng)輻合。在300 hPa附近也有10 m/s的南北風(fēng)速度對，且南北風(fēng)下上疊置，說明存在天氣尺度冷暖氣團(tuán)交匯，從而產(chǎn)生天氣尺度的上升運動。8月22日08時(圖6b)榆林以南850～800 hPa存在一中心風(fēng)速達(dá)15 m/s的低空南風(fēng)急流，而低空西風(fēng)風(fēng)速較弱；高空西風(fēng)急流位于200 hPa 42°N～46°N ，中心風(fēng)速達(dá)50 m/s。大暴雨中心府谷站(111.1°E，39.0°N)位于低空南風(fēng)急流北側(cè)和高空西風(fēng)急流南側(cè)的耦合區(qū)。并從圖6b上可明顯看出，在低層沒有強(qiáng)烈的南北風(fēng)輻合，斜伸的強(qiáng)南風(fēng)氣流從地面延伸至300 hPa，在暴雨區(qū)上空出現(xiàn)20 m/s的大值中心。這與鋒面降水一致，天氣尺度強(qiáng)暖濕氣流沿冷空氣爬升，形成暴雨天氣。

圖5 兩次降水過程期間暴雨中心垂直速度時空演變(單位為Pa/s ；a “7·26暴雨”；b “8·22暴雨”)

圖6 緯向風(fēng)(u，實線)和經(jīng)向風(fēng)(v，虛線)垂直剖面圖(單位為m/s；a 2017-07-26T02沿110.0°E；b 2017-08-22T08沿111.1°E)

在第3節(jié)中分析了高低空急流演變特征，這里再分析高低空急流的動力作用。“7·26暴雨”過程發(fā)生前7月25日20時(圖略)200 hPa急流中心略有東移，榆林位于急流入口區(qū)右側(cè)的輻散區(qū)，榆林南部和東北部分別有4×10-5s-1的輻散中心；700 hPa急流和切變線位置偏西，在散度場上榆林市西北方的內(nèi)蒙古境內(nèi)有輻合中心。從地面至300 hPa垂直積分(以下簡稱“整層”)水汽通量及散度看(圖略)，水汽輸送和水汽輻合主要位于內(nèi)蒙古境內(nèi)，水汽輻合中心強(qiáng)度達(dá)-10×10-5g/(cm2·s)，實況強(qiáng)降水中心也出現(xiàn)在該地區(qū)，鄂托克旗6 h降水量為52 mm。26日02時(圖7a)，200 hPa急流中心進(jìn)一步加強(qiáng)東移，處于急流右側(cè)的榆林中北部位于輻散區(qū)內(nèi)，榆林北部與山西的交界處散度達(dá)12×10-5s-1；同時700 hPa上隨著低空急流東移略南壓，急流左前方的強(qiáng)輻合中心也明顯東移南壓至榆林市中部和北部，強(qiáng)度達(dá)-5×10-5s-1。高空強(qiáng)輻散和低空強(qiáng)輻合區(qū)在榆林中北部疊置，有利于上升運動的增強(qiáng)。四川至陜北的整層水汽輸送也明顯增強(qiáng)，在榆林中北部水汽通量達(dá)30～50 g/(cm·s)，為暴雨產(chǎn)生提供了充足的水汽條件。水汽輻合也在該地區(qū)達(dá)到-10×10-5g/(cm2·s)，說明低空急流帶來的充沛水汽在榆林中北部輻合并抬升，從而產(chǎn)生強(qiáng)降水。25日23時—26日04時榆林中部出現(xiàn)大暴雨，橫山、米脂、子洲6 h降水量超過了100 mm，其中25日23時—26日02時子洲3 h降水量達(dá)106.9 mm。26日08時(圖略)200 hPa高空急流東移，輻散區(qū)也隨之東移至山西，榆林上空高層輻散減弱；700 hPa低空急流繼續(xù)東移南壓，榆林低層轉(zhuǎn)為輻散區(qū)或弱輻合區(qū)。榆林市東南部仍有30 g/(cm·s)水汽通量的輸送，但水汽輻合區(qū)東移至山西，因此榆林地區(qū)降水減弱。綜合以上分析發(fā)現(xiàn)，此次暴雨過程與高低空急流關(guān)系密切，低空急流為暴雨提供了充足的水汽，同時其左側(cè)的切變線有利于水汽輻合抬升，高空急流入口區(qū)右側(cè)的輻散區(qū)疊加在低空輻合區(qū)之上，進(jìn)一步增強(qiáng)了上升運動，是大暴雨產(chǎn)生的重要原因。

圖7 200 hPa(等值線)和700 hPa(陰影區(qū))散度(單位為10-5 s-1；a 2017-07-26T02；b 2017-08-22T08)

“8·22暴雨”過程發(fā)生前8月21日20時(圖略)200 hPa急流位置偏南，陜北位于急流南側(cè)的輻散區(qū)內(nèi)，對應(yīng)散度為(2～4)×10-5s-1。22日02時高空急流略有北抬，榆林上空轉(zhuǎn)為弱輻散區(qū)，700 hPa強(qiáng)輻合區(qū)位于榆林北部。從整層水汽通量來看，榆林南部有30～40 g/(cm·s)的水汽輸送，榆林北部有-7×10-5g/(cm2·s)的水汽輻合中心，此時榆林大部出現(xiàn)小到中雨。22日08時200 hPa(圖7b)急流繼續(xù)維持，榆林地區(qū)高空輻散再次增強(qiáng)，出現(xiàn)8×10-5s-1的大值中心；700 hPa低空急流隨之加強(qiáng)，低層輻合區(qū)增大，強(qiáng)度加強(qiáng)，但大值中心位于榆林境外。此時整層水汽通量大值區(qū)位于甘肅東部至榆林一帶，榆林上空有40 g/(cm·s)的水汽輸送，水汽輻合中心也位于榆林地區(qū)，強(qiáng)度達(dá)到(-7～-10)×10-5g/(cm2·s)，說明水汽在榆林地區(qū)強(qiáng)烈輻合，造成該地降水增強(qiáng)。實況降水量也顯示，22日06—14時是此次降水最強(qiáng)時段，榆林北部小時雨量達(dá)到10 mm以上。22日14時高空輻散中心東移，同時700 hPa切變線也東移，榆林轉(zhuǎn)為弱輻合。但分析水汽可知，此時整層水汽通量場大值帶東移到陜北至京津冀一帶，并且在臺風(fēng)北側(cè)偏東氣流的作用下，水汽輸送帶東端的強(qiáng)度有所增強(qiáng)，榆林地區(qū)仍然有大于30 g/(cm·s)的水汽輸送；水汽通量散度場也顯示，榆林北部至京津冀地區(qū)北部有強(qiáng)水汽輻合。因此，此時榆林大部分地區(qū)降水強(qiáng)度減弱，但在北部仍然有較強(qiáng)降水維持，直至22日20時隨著降水系統(tǒng)徹底東移，降水才結(jié)束。

分析表明，兩次暴雨的形成均與高低空急流關(guān)系密切，“7·26暴雨”出現(xiàn)在高空輻散與低層輻合耦合的區(qū)域；而“8·22暴雨”過程高空輻散與低層輻合耦合并不十分好，但低空急流的增強(qiáng)與降水增強(qiáng)相一致。兩次暴雨落區(qū)與整層水汽輻合中心相對應(yīng)。對比兩次過程發(fā)現(xiàn)，“7·26暴雨”過程中無論是高空輻散與低層輻合配置，還是整層水汽輸送和水汽輻合強(qiáng)度均強(qiáng)于“8·22暴雨”過程，但“8·22暴雨”過程系統(tǒng)影響范圍和持續(xù)時間大且長于“7·26暴雨”過程，這也是“7·26暴雨”過程降水強(qiáng)度更大，“8·22暴雨”過程降水范圍更廣的原因。

4.2 熱力特征及不穩(wěn)定性

4.2.1 對流不穩(wěn)定條件 7月25日08時沿110°E假相當(dāng)位溫θse垂直剖面圖(圖略)顯示，降水前θse的高值區(qū)位于36°N附近的近地面，中心值達(dá)364 K；而榆林以北為θse低值區(qū)，中心在600 hPa，為324 K；高低中心之間為θse等值線密集帶，表明低層的西南氣流向北推進(jìn)到榆林地區(qū)。中層500 hPa高空槽后有干冷空氣向榆林地區(qū)輸送，中層干冷空氣和低層暖濕空氣將在榆林地區(qū)交匯。25日20時(圖8a)，θse高值中心已移到榆林，地面至600 hPa假相當(dāng)位溫差達(dá)到20 K，存在顯著對流不穩(wěn)定。從同時次延安站探空圖(圖略)也可看到，低層飽和濕層較厚，500 hPa附近有干冷空氣。上干冷、下暖濕的結(jié)構(gòu)有利于產(chǎn)生對流不穩(wěn)定，對流有效位能(CAPE)達(dá)2 349.9 J/kg，預(yù)示將有強(qiáng)對流天氣發(fā)生。根據(jù)前面分析，26日02時700 hPa低空急流進(jìn)一步發(fā)展并伸展至榆林北部，左側(cè)的切變線也東移，其帶來的輻合抬升觸發(fā)不穩(wěn)定能量釋放，榆林上空的θse垂直梯度明顯減弱，此時榆林子洲為52 mm/h的強(qiáng)降水。26日08時榆林地區(qū)上空轉(zhuǎn)為弱不穩(wěn)定層結(jié)(圖略)，降水已基本結(jié)束。

8月21日20時延安站地面至400 hPa均為飽和濕層，無對流有效位能。22日02時假相當(dāng)位溫θse垂直剖面圖(圖略)顯示，地面至500 hPa從35°N至榆林南部θse均為348 K；而在河套北部地面至600 hPa存在θse低值區(qū)，中心值為324 K，為北方冷空氣所控制。榆林北部位于假相當(dāng)位溫等值線密集帶，表明此時榆林上空為對流穩(wěn)定層結(jié)。冷鋒位于榆林地區(qū)附近，榆林出現(xiàn)了穩(wěn)定性弱降水。22日08時延安探空站顯示整層大氣達(dá)到飽和狀態(tài)，并存在22.8 J/kg的弱濕對流有效位能。從22日08時假相當(dāng)位溫的垂直剖面圖(圖8b)看到，36°N～38°N近地面有352 K的θse高值中心，表明低層有南方水汽和能量向榆林地區(qū)輸送，且θse隨高度減小，說明此時該地區(qū)上空存在弱對流不穩(wěn)定，造成中小尺度上升運動。500 hPa以下有冷空氣南壓抬升中層暖濕空氣，表明鋒面降水系統(tǒng)伴隨著中小尺度弱對流系統(tǒng)發(fā)展，從而使該時段降水得以加強(qiáng)。

圖8 假相當(dāng)位溫θse垂直剖面圖(單位為K；陰影為地形；a 2017-07-25T20沿110.0°E；b 2017-08-22T08沿111.1°E)

4.2.2 濕位渦診斷 濕位渦是一個不僅可以綜合反映大氣動力和熱力性質(zhì)的物理量，而且還考慮了水汽的作用，它的分布能很好地表征大氣對流穩(wěn)定性和斜壓穩(wěn)定性[10-12]。在絕熱無摩擦的飽和大氣中濕位渦守恒，等壓面上濕位渦可分為濕正壓項VMP1和濕斜壓項VMP2，即

(1)

(2)

其中，VMP1是濕位渦的垂直分量(濕正壓項)，表示慣性穩(wěn)定度和對流穩(wěn)定度的作用。在實際大氣中一般是慣性穩(wěn)定的，即(ζ+f)>0，而對流不穩(wěn)定出現(xiàn)概率較大。當(dāng)大氣為對流不穩(wěn)定時，?θse/?p>0，所以VMP1<0；反之，VMP1>0。VMP2是濕位渦的水平分量(濕斜壓項)，由風(fēng)的垂直切變(水平渦度)和θse的水平梯度決定，表征大氣的濕斜壓性。吳國雄等[13]指出風(fēng)垂直切變的增加或水平濕斜壓的增加，有利于強(qiáng)降水的發(fā)生和加強(qiáng)，對流層低層大的VMP2正值的移動可作為低空急流和暖濕氣流活動或渦旋活動的示蹤。低層VMP1<0、VMP2>0的配置有利于降水的發(fā)生發(fā)展。

從7月25日20時沿子洲站VMP1的經(jīng)向剖面圖(圖9a)可知，暴雨區(qū)(37°N～38.5°N)500 hPa以下VMP1<0處于對流不穩(wěn)定區(qū)，以上VMP1>0為對流穩(wěn)定區(qū)。400 hPa和700 hPa上分別有0.6 PVU和-0.8 PVU的正負(fù)中心上下疊置，干冷空氣向下侵入有利于低層低渦發(fā)展，與低層對流活動配合，有利于暴雨的觸發(fā)和維持。40°N附近以北800 hPa以上為正值區(qū)，以下為負(fù)值區(qū)，表明中低層有冷空氣入侵，并與南部暖濕空氣交匯，低層出現(xiàn)弱對流不穩(wěn)定。對比VMP2垂直分布(圖9b)，對流層低層VMP1負(fù)值區(qū)對應(yīng)VMP2則為正值區(qū)，由吳國雄等[13]研究結(jié)論可知，這樣的配置有利于對流活動的加強(qiáng)和中尺度系統(tǒng)的發(fā)展。8月22日08時沿府谷站VMP1經(jīng)向剖面圖(圖9c)顯示，暴雨區(qū)(37°N～39°N)上空地面至850 hPaVMP1<0，而大暴雨區(qū)(39°N～40°N)700 hPa存在值為-0.8 PVU的VMP1負(fù)值中心。對比而言此次過程對流不穩(wěn)定伸展高度、中心強(qiáng)度與范圍均明顯不及“7·26暴雨”過程，但此次過程VMP1負(fù)值中心上空800 hPa和600 hPa分別存在0.6 PVU和1.6 PVU的VMP1正值中心，且等值線密集。分析VMP2剖面圖(圖9d)，VMP1正高值中心對應(yīng)VMP2負(fù)高值中心，表明大氣中低層斜壓不穩(wěn)定強(qiáng)盛，中層大范圍強(qiáng)冷空氣不斷向南向下入侵，與低層暖濕空氣交匯并將其抬升，有利于垂直渦度的增長。因此此次過程為大尺度鋒面伴隨中小尺度對流降水系統(tǒng)。

圖9 2017-07-25T20沿110.0°E VMP1(a)、VMP2(b)垂直剖面圖和2017-08-22T02沿111.1°EVMP1(c)、VMP2(d)垂直剖面圖 (單位：PVU；陰影為地形)

對比分析兩次過程，對流層低層VMP1負(fù)高值中心所在位置對暴雨落區(qū)均有很好的指示意義?！?·26暴雨”過程對流不穩(wěn)定伸展高度、中心強(qiáng)度和范圍均比“8·22暴雨”過程大得多，決定了其對流性降水強(qiáng)度明顯大于后者；而“8·22暴雨”過程中層冷空氣比“7·26暴雨”過程強(qiáng)盛，其南壓下傳的過程中與低層暖濕空氣交匯并將暖濕空氣抬升，使得大氣斜壓不穩(wěn)定增強(qiáng)，低層又存在弱對流不穩(wěn)定，決定了“8·22暴雨”過程為鋒面伴隨低層中小尺度對流發(fā)展的降水系統(tǒng)。

5 結(jié)論

(1)兩次暴雨榆林都處于高原槽與副高共同作用形成的西南暖濕氣流中。暖濕氣流為暴雨區(qū)提供充沛的水汽；700 hPa低空急流左側(cè)都有低渦切變線維持；地面都有冷空氣參與，“7·26暴雨”過程受東路冷空氣影響，“8·22暴雨”過程為西北路冷鋒影響，暖濕空氣沿冷空氣爬升產(chǎn)生暴雨。

(2)兩次暴雨過程與高低空急流關(guān)系密切。暴雨主要出現(xiàn)在高空急流南側(cè)輻散區(qū)和低空急流左前方的輻合區(qū)內(nèi)，而大暴雨主要出現(xiàn)在高低空急流耦合最強(qiáng)區(qū)。強(qiáng)降水出現(xiàn)的時間與高低空急流的加強(qiáng)有關(guān)，暴雨落區(qū)與整層水汽通量輻合中心相一致?！?·26暴雨”過程高低空急流耦合比“8·22暴雨”過程對暴雨更有利，水汽輸送和水汽輻合強(qiáng)度也都大于后者，因此前者降水強(qiáng)度更大。

(3)暴雨出現(xiàn)在高濕高能的環(huán)境下，在動力觸發(fā)輻合抬升后釋放不穩(wěn)定能量，形成強(qiáng)降水天氣。兩次暴雨過程的熱力機(jī)制有所不同，“7·26暴雨”過程低層濕度較大，中層有干冷空氣卷入，大氣存在強(qiáng)對流不穩(wěn)定，低層切變線觸發(fā)了對流能量，產(chǎn)生強(qiáng)降水；“8·22暴雨”過程降水前期整層已經(jīng)達(dá)到飽和，鋒面作用使得大氣具有較強(qiáng)的斜壓不穩(wěn)定，而低層存在對流不穩(wěn)定，在大尺度鋒面穩(wěn)定性降水系統(tǒng)中觸發(fā)中小尺度對流雨帶，降水加強(qiáng)，形成暴雨天氣。對流層低層VMP1負(fù)高值中心對暴雨落區(qū)的預(yù)報有較好的指示意義。