楊春芽 , 王 濤 , 楊國明
(1.瑪曲縣氣象局,甘肅 甘南州 747300;2.舟曲縣氣象局,甘肅 甘南州 746300;3.甘肅省甘南州氣象局,甘肅 甘南州 747000)
甘南高原地形復(fù)雜, 夏季短時強降水頻發(fā)且落區(qū)分散,一直是當(dāng)?shù)仡A(yù)報員工作重點,其與大尺度降水配合,易引發(fā)短時暴雨, 常造成較嚴重積澇, 沖毀山地或農(nóng)田等,短時暴雨引發(fā)的山洪、滑坡、泥石流等暴洪災(zāi)害是甘肅省主要氣象災(zāi)害之一,尤其是迭部、舟曲“重大地質(zhì)災(zāi)害隱患點”分布較密集,短時強降水研究對控制地方自然災(zāi)害及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、社會發(fā)展的影響具有重要意義。
由于地形阻擋和加熱, 青藏高原東坡和南坡是大氣不穩(wěn)定能量聚集地,對流性天氣空間分布極不均,主要受天氣形勢、水汽含量、地形及大氣層結(jié)穩(wěn)定度影響,其對流天氣主要影響系統(tǒng)有高原短波槽、 西太平洋副熱帶高壓、蒙古冷渦等[1],西高東低地勢使得水汽含量較高的東部地區(qū)更易產(chǎn)生對流天氣[2],甘南位于青藏高原東部,地處高原邊坡地帶,迭部、舟曲(白龍江)屬于谷地,氣流受地形抬升明顯[3],夏季常處在動力或熱力不穩(wěn)定狀態(tài)下,河谷對流活動主要在午后加強、低云量增多,但地形因素造成夜雨概率更大[4],受災(zāi)程度也較明顯,尤其是人口較聚集的甘南州東南部地區(qū)。
選取甘南地區(qū)181 個區(qū)域站及自動站2012—2018 年雨量監(jiān)測資料, 將24h 內(nèi)≥1 站次出現(xiàn)小時降水量≥20.0mm 天氣過程定義為一次局地短時強降水過程(短時強降水標準:r1h≥20.0mm), 共收集到391 次局地短時強降水過程。使用2012—2018 年大氣環(huán)流資料,分析每次短時強降水天氣過程中主要影響天氣系統(tǒng), 將影響系統(tǒng)相似的天氣過程分為一類,共劃分為高原低槽切變形、槽后西北氣流型、高壓內(nèi)部型3 種類型。
2012—2018 年甘南州短時強降水共391 次, 最多年份是2018 年達105 次,2017 年為80 次,2014 年僅32 次。甘南州短時強降水最早在4 月,共3 次;最晚9 月結(jié)束,共22 次。8 月次數(shù)最多,為151 次;7 月次之,共132 次。甘南州短時強降水以18—19 時最多(見圖1),達50 次,其次為17—18 時和19—20 時,均出現(xiàn)40 次。甘南州短時強降水分布分散,中心位于瑪曲(56 074)達9 次(見圖2)。
圖1 2012—2018 年甘南州短時強降水日變化
圖2 2012—2018 年甘南州短時強降水頻次分布
分析甘南州短時強降水天氣過程天氣形勢及其衛(wèi)星云圖、雷達圖特征,并對衛(wèi)星、雷達資料進行質(zhì)量控制,將當(dāng)日08 時至次日08 時出現(xiàn)的短時強降水合并為一次局地短時降水天氣過程, 共得到110 次短時強降水天氣過程,將其中天氣形勢相似的歸為一類,共分為三類:高原低槽切變型、槽后西北氣流型、高壓內(nèi)部型。 分析每種形勢下引發(fā)短時強降水的對流云團的衛(wèi)星、雷達移動特征。
高原低槽切變型短時強降水天氣,主要影響的天氣系統(tǒng)在500 hPa 表現(xiàn)為甘南上游地區(qū)東移發(fā)展的西風(fēng)槽、副熱帶高壓、伊朗高壓、底渦切變。 當(dāng)主要影響系統(tǒng)為副熱帶高壓時,500 hPa 副熱帶高壓西申脊點穩(wěn)定維持在30°N附近,與甘南北側(cè)東移南下西風(fēng)帶小槽配合,南北氣流在甘南上空交匯;當(dāng)伊朗副熱帶高壓西伸,與西太平洋副熱帶高壓對峙, 甘南上空受500 hPa 輻合區(qū)與700 hPa 切變線共同影響,在副熱帶高壓為主的天氣形勢下,巴爾喀什湖與貝加爾湖附近兩股冷空氣同時南下,與副高西北側(cè)暖濕氣流在高原邊坡地帶交匯,造成甘南上空中尺度對流系統(tǒng)爆發(fā)。 在有利環(huán)流形勢背景下,高原低渦東移發(fā)展是造成強降水主要系統(tǒng), 而這些低渦往往產(chǎn)生在切變線上,并沿切變線東移或沿東北方移動,當(dāng)主要影響甘南天氣系統(tǒng)為底渦切變時,巴湖槽東移至90°E 附近時,槽后冷空氣進入低渦與低渦相結(jié)合形成北槽南渦形勢,使河西中部到高原中部出現(xiàn)大到暴雨天氣;當(dāng)為柴達木冷渦時,甘南州西南及北部出現(xiàn)短時強降水機會較大, 而當(dāng)為黑河冷渦時,甘南州東南部出現(xiàn)短時強降水可能性較大。
中尺度系統(tǒng)移動路徑(見圖3):高原低槽切變型天氣形勢下, 甘南地區(qū)中尺度對流系統(tǒng)移動路徑與影響甘南的主要天氣系統(tǒng)有關(guān), 當(dāng)天氣系統(tǒng)以河西或青海東部東移南下西風(fēng)槽為主時, 中尺度對流系統(tǒng)多為西路路徑或西北路徑。 西路路徑時,對流云團主要在青海東部、東南部發(fā)展,并且向西移動、發(fā)展,較多影響瑪曲、臨潭、卓尼;西北路徑時,中尺度對流系統(tǒng)在青海東部發(fā)展,沿西北路移動,主要影響夏河、合作、臨潭、卓尼;當(dāng)天氣系統(tǒng)以副熱帶高壓為主時, 中尺度對流系統(tǒng)主要以西南路徑為主,移動路徑與700hPa 氣流方向明顯一致, 對流云團在舟曲發(fā)展較為明顯,沿西南路徑影響至迭部、卓尼,實況資料表明,這種天氣形勢下,短時強降水在舟曲境內(nèi)出現(xiàn)較多,其次中尺度對流系統(tǒng)也在瑪曲發(fā)展較多,沿西南路徑影響至碌曲,當(dāng)副熱帶高壓東退較顯著時,也可出現(xiàn)西路路徑,對流性回波在青海東南部發(fā)展,沿西路影響碌曲、瑪曲,進而移動至迭部、舟曲;當(dāng)主要天氣系統(tǒng)為低渦時,對流回波主要在該州南部(瑪曲、迭部、舟曲)發(fā)展,沿西南路徑向東北方向移動,影響至甘南中部(碌曲、迭部、臨潭、卓尼)。
槽后西北氣流型短時強降水天氣過程,500hPa 甘南受槽后西北氣流控制, 但700hPa 甘南主要受偏南氣流影響,切變線活動頻繁,槽后偏北氣流型主要考慮觸發(fā)條件有干冷空氣、底層切變線。
槽后西北氣流型, 短強落區(qū)多為甘南州北部、 西北部,中尺度系統(tǒng)發(fā)展較分散,單次天氣過程出現(xiàn)短時強降水站次較少,多為本地發(fā)展起來的回波,少部分呈西北、西路路徑(見圖4)。
高壓內(nèi)部型短時強降水天氣過程,200 hPa 南亞高壓主體位于100°E 以西,為西部型;500hPa 副熱帶高壓西伸脊點位于30°N~40°N,95°E~100°E, 甘南上空均受西南氣流影響;700 hPa 甘南西北部至甘南東南部切變線活動頻繁;地面場上,甘南多處于高壓、低壓過渡區(qū)域。 高壓內(nèi)部型短時強降水天氣過程中,甘南受淺薄高壓控制,整體處于上高下低形勢,700 hPa 孟加拉灣與副熱帶高壓西北側(cè)兩支西南氣流在甘南南部匯合,降水多考慮飚線系統(tǒng)。
高壓內(nèi)部型(見圖5),中尺度系統(tǒng)發(fā)展較分散,單次出現(xiàn)站次較少,多為本地發(fā)展起來的回波,少部分為青海部、東南部發(fā)展的回波,沿西北、西路路徑影響甘南。
圖3 高原低槽切變型中尺度對流系統(tǒng)移動路徑
圖4 槽后西北氣流型中尺度對流系統(tǒng)移動路徑
圖5 高壓內(nèi)部型中尺度對流系統(tǒng)移動路徑
1) 近5 年甘南境內(nèi)短時強降水逐年增加,中心位于瑪曲縣城。 甘南地區(qū)主汛期短時強降水頻數(shù)較多,每年8 月頻次最多,多發(fā)生于18—19 時。全州短時強降水落區(qū)沿合作、臨潭、卓尼,存在一帶狀中心,與甘南地形及洮河分布有一定對應(yīng)關(guān)系。
2) 甘南州短時強降水過程天氣形勢分為高原低槽切變型、槽后西北氣流型、高壓內(nèi)部型。 高原低槽切變型天氣較易出現(xiàn)系統(tǒng)性中尺度對流系統(tǒng),常見三種路徑:西路、西北路、西南路,且西路路徑最常見;槽后西北氣流型、高壓內(nèi)部型天氣過程中,對流云團多在本地發(fā)展,落區(qū)較分散,且出現(xiàn)短時強降水站次較少,少部分沿為西路、西北路徑影響本地。