肖貽青，婁盼星，劉菊菊，劉勝男

(1.陜西省氣象臺(tái)，西安 710014；2.秦嶺和黃土高原生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安 710000；3.陜西省氣象科學(xué)研究所，西安 710016)

引 言

對(duì)流性降水是汛期最主要的災(zāi)害性天氣之一，具有突發(fā)性和局地性的特點(diǎn)，短時(shí)間內(nèi)往往造成較大的降水量，造成城市內(nèi)澇，并引發(fā)山洪、泥石流和中小河流洪水等地質(zhì)災(zāi)害，造成巨大的經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失和生命安全威脅，因此短時(shí)暴雨已成為氣象預(yù)報(bào)服務(wù)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)[1-5]。

近年來(lái)隨著新型觀測(cè)資料的多樣性及中尺度數(shù)值模式的快速發(fā)展，許多學(xué)者對(duì)短時(shí)暴雨進(jìn)行了更深入的研究，并取得了一些有意義的成果。尉英華等[6]對(duì)天津一次局地短時(shí)大暴雨過(guò)程的分析結(jié)果表明，低渦切變和偏東風(fēng)作用下的中尺度對(duì)流系統(tǒng)主導(dǎo)了大暴雨的形成，風(fēng)速輻合強(qiáng)迫產(chǎn)生的上升氣流是中-γ尺度對(duì)流單體的重要觸發(fā)機(jī)制。王曉麗等[7]對(duì)山西南部一次β中尺度短時(shí)暴雨的分析認(rèn)為，副高邊緣和低層切變線附近激發(fā)了對(duì)流系統(tǒng)。張宇星等[8]對(duì)河南一次短時(shí)大暴雨的成因分析表明，低渦切變是主要影響系統(tǒng)，冷空氣和地面輻合線是短時(shí)強(qiáng)降水的觸發(fā)機(jī)制，低空西南急流為暴雨提供了動(dòng)力及水汽條件。大部分短時(shí)暴雨都是在中高層有明顯天氣尺度系統(tǒng)強(qiáng)迫下產(chǎn)生的[9-13]，但也有一部分研究認(rèn)為在中高層天氣尺度系統(tǒng)弱強(qiáng)迫下，依然可以發(fā)生極端短時(shí)強(qiáng)降水，此時(shí)邊界層系統(tǒng)具有明顯的指示意義[14-15]。同時(shí)地形作用對(duì)短時(shí)暴雨也有重要影響[16-19]。陳豫英等[20]認(rèn)為，低空急流配合地形可觸發(fā)暴雨中小尺度系統(tǒng)，且地形的抬升和收縮作用使輻合上升運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)[21]，喇叭口對(duì)降水的增幅作用明顯[22]，以及迎風(fēng)坡的顯著輻合抬升[23-24]，均可造成局地大暴雨。

2021年7月22至23日，陜西省東部的秦嶺山區(qū)發(fā)生了一次短時(shí)大暴雨過(guò)程。由于其突發(fā)性強(qiáng)，降水量大，周圍地形復(fù)雜及河口流域眾多，降水時(shí)段恰為夜間，造成了重大財(cái)產(chǎn)損失。且過(guò)程為中-γ尺度，無(wú)明顯的強(qiáng)天氣尺度系統(tǒng)強(qiáng)迫，預(yù)報(bào)難度大，因此有必要對(duì)其成因和可預(yù)報(bào)性進(jìn)行分析，以加強(qiáng)對(duì)秦嶺山區(qū)短時(shí)暴雨機(jī)理的認(rèn)識(shí)，提高預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率和預(yù)報(bào)服務(wù)效果。本文所使用的資料包括中國(guó)氣象局自動(dòng)氣象站、區(qū)域氣象站常規(guī)觀測(cè)數(shù)據(jù)、FY-4A衛(wèi)星資料、ERA-5再分析數(shù)據(jù)、多普勒雷達(dá)數(shù)據(jù)和多模式預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)。

1 降水實(shí)況

2021年7月22日18時(shí)至23日10時(shí)，關(guān)中東部商洛市、渭南市山區(qū)多地出現(xiàn)了短時(shí)暴雨，有33站過(guò)程累計(jì)降水量超過(guò)50 mm，7站超過(guò)100 mm，最大降水量173 mm(圖1a)，位于商洛市法官鎮(zhèn)。強(qiáng)降水范圍非常小，具有一定的局地分散性。從短時(shí)強(qiáng)降水站數(shù)和1 h最大降水量的時(shí)間演變可以看出，主要降水過(guò)程從20時(shí)開(kāi)始，呈先加強(qiáng)后減弱再加強(qiáng)的趨勢(shì)，具有間歇性。23日00時(shí)后短時(shí)強(qiáng)降水的站數(shù)和小時(shí)雨強(qiáng)隨著時(shí)間增強(qiáng)，02-04時(shí)達(dá)到最強(qiáng)，最大1 h降水量達(dá)到86.5 mm，屬于極端短時(shí)強(qiáng)降水(圖1b)。此次災(zāi)害造成312國(guó)道、101省道部分道路因水毀中斷，華州區(qū)金堆鎮(zhèn)等山區(qū)突發(fā)暴雨引發(fā)山洪，導(dǎo)致多條河流水位暴漲；商洛市、洛南縣、商州區(qū)、山陽(yáng)縣多地房屋倒塌、道路中斷、電力中斷，基礎(chǔ)設(shè)施損毀嚴(yán)重，受災(zāi)人數(shù)達(dá)數(shù)十萬(wàn)，造成經(jīng)濟(jì)損失上億元。

圖1 陜西省2021年7月22日18時(shí)至23日10時(shí)累計(jì)降水量分布(a)和商洛市及周邊地區(qū)1 h最大降水量及>20 mm/h站數(shù)時(shí)間演變(b)

2 中尺度分析

22日20時(shí)的中尺度分析顯示(圖2a)，陜西東部中高層沒(méi)有明顯的影響系統(tǒng)，天氣尺度動(dòng)力條件弱，但低層和邊界層受遠(yuǎn)距離臺(tái)風(fēng)外圍的偏東風(fēng)影響，850 hPa及925 hPa均存在低空急流，急流軸中心風(fēng)速最大為15 m/s，為短時(shí)大暴雨區(qū)輸送了大量水汽和能量，使該區(qū)域成為顯著濕區(qū)，溫度露點(diǎn)差≤3 ℃；且該區(qū)域位于急流前部的風(fēng)速輻合區(qū)，容易產(chǎn)生水汽輻合和質(zhì)量輻合或強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)，有利于強(qiáng)對(duì)流活動(dòng)發(fā)展。同時(shí)500 hPa短波槽后的弱冷空氣向南侵入，使850 hPa與500 hPa溫差>25 ℃，大氣熱力不穩(wěn)定強(qiáng)，為對(duì)流的發(fā)生提供了有利的熱力環(huán)境。地面上存在中尺度的輻合線及干線，有利于對(duì)流的觸發(fā)。另外，925 hPa在商洛南部存在干濕區(qū)的分界線，顯著濕區(qū)t-td≤3℃，而顯著干區(qū)t-td≥10 ℃，這樣的干濕交匯區(qū)有利于對(duì)流出現(xiàn)。

由距離陜西省商洛市最近的探空站河南省三門峽市盧氏站的T-lnp圖(圖2b)可以看到，該站具有非常強(qiáng)的對(duì)流有效位能，為1516.6 J/kg，K指數(shù)為42.6 ℃，SI指數(shù)為-3.32 ℃，均說(shuō)明大氣處于非常強(qiáng)的不穩(wěn)定狀態(tài)。500 hPa附近有干空氣層，近地面至800 hPa的比濕為14～20 g/kg，至500 hPa相對(duì)濕度均>80%，濕層深厚，意味著在遠(yuǎn)距離臺(tái)風(fēng)外圍的水汽輸送下，對(duì)流層中低層具有高溫、高濕的特征。抬升凝結(jié)高度TCL為912.8 hPa，自由對(duì)流高度為908.8 hPa，位于邊界層內(nèi)，使對(duì)流容易觸發(fā)。925 hPa至700 hPa垂直風(fēng)切變?yōu)?2 m/s左右，有利于強(qiáng)對(duì)流單體的維持。另外邊界層具有較強(qiáng)的偏東風(fēng)，風(fēng)速為6～10 m/s。偏東風(fēng)一方面遇山脈被強(qiáng)迫抬升，產(chǎn)生垂直運(yùn)動(dòng)，可觸發(fā)對(duì)流或使對(duì)流加強(qiáng)；另一方面925 hPa在河北南部具有冷中心，冷槽底部可伸至32.5°N，偏東風(fēng)帶來(lái)的冷空氣可增加大氣斜壓性，造成低層低值系統(tǒng)發(fā)展，從而有利于對(duì)流的發(fā)生。假相當(dāng)位溫在垂直方向上隨高度快速減小(圖2c)，500 hPa與925 hPa假相當(dāng)位溫溫差超過(guò)30 ℃，說(shuō)明此時(shí)大氣具有較強(qiáng)的對(duì)流不穩(wěn)定；925 hPa-850 hPa假相當(dāng)位溫均在75 ℃以上，最高達(dá)88 ℃，表明邊界層具有高溫、高濕、高能，熱力不穩(wěn)定條件非常有利于強(qiáng)對(duì)流天氣。

圖2 2021年7月22日20時(shí)中尺度分析圖(a)、盧氏站T-lnp圖(b)和假相當(dāng)位溫隨高度的演變(c)

3 觸發(fā)機(jī)制

3.1 地面輻合線特征

22日18時(shí)地面風(fēng)場(chǎng)、露點(diǎn)及小時(shí)降水量分布如圖3(a)所示，商洛市北部有一條南北向的地面輻合線,該輻合線觸發(fā)了對(duì)流。輻合線一側(cè)為邊界層環(huán)境氣流導(dǎo)致的偏南風(fēng)，另一側(cè)是西北風(fēng)，為偏東風(fēng)在秦嶺北麓強(qiáng)迫抬升后在背風(fēng)坡下沉形成，沿著輻合線出現(xiàn)了0.1～13.0 mm的小時(shí)降水量，此時(shí)降水強(qiáng)度較小，之后對(duì)流逐漸加強(qiáng)。另外從秦嶺北麓背風(fēng)坡下沉的氣流造成該區(qū)域露點(diǎn)較小，形成弱的干線，露點(diǎn)變化率為1.2 ℃/km左右，在露點(diǎn)梯度大值區(qū)附近也出現(xiàn)一些陣性降水。地面輻合線在該地區(qū)長(zhǎng)時(shí)間維持，對(duì)流沿著輻合線不斷生成發(fā)展，并使多站在過(guò)程期間出現(xiàn)了20～40 mm/h的強(qiáng)降水。此時(shí)山陽(yáng)西側(cè)也出現(xiàn)了地面輻合線，但對(duì)流還未明顯發(fā)展，降水較小。隨著地面風(fēng)場(chǎng)的變化，到23日02時(shí)(圖略)，山陽(yáng)附近的地面輻合線移動(dòng)至其東南側(cè)并有所發(fā)展，附近多站出現(xiàn)了10～30 mm/h的強(qiáng)降水，對(duì)流沿著輻合線不斷發(fā)展，造成了多站出現(xiàn)大于50 mm/h的極端強(qiáng)降水。從地面輻合線的變化及過(guò)程累計(jì)降水量(圖3b)可以看出，秦嶺北麓及商洛市山陽(yáng)縣附近的地面輻合線位置與短時(shí)大暴雨的位置基本吻合，說(shuō)明地面輻合線是本次強(qiáng)對(duì)流過(guò)程的觸發(fā)和維持機(jī)制。另外，地面輻合線位置穩(wěn)定少動(dòng)，受地形的影響較大。

圖3 2021年7月22日18時(shí)地面風(fēng)場(chǎng)、等露點(diǎn)線與1 h降水(a)和地面輻合線變化及過(guò)程累計(jì)降水量(b)

3.2 地形作用

圖4(a)為陜西省商洛市附近地形海拔高度與過(guò)程累計(jì)降水量。從降水量分布可以看出，商洛市北部的大暴雨分布在秦嶺北麓，因偏東風(fēng)進(jìn)入關(guān)中盆地后加速，并在秦嶺北麓被強(qiáng)迫抬升使對(duì)流系統(tǒng)加強(qiáng)，在山前和山區(qū)造成了多處強(qiáng)降水。商洛市山陽(yáng)縣附近的大暴雨則分布在喇叭口的迎風(fēng)坡地帶，該處地面較長(zhǎng)時(shí)間出現(xiàn)東南風(fēng)(圖略)，由于喇叭口地形的狹管效應(yīng)，東南風(fēng)進(jìn)入峽谷地形后風(fēng)速增加，同時(shí)從低海拔向高海拔地區(qū)爬坡，該區(qū)域平均海拔為800 m以上，超過(guò)了抬升凝結(jié)高度及自由對(duì)流高度，則氣流在爬升階段可加強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)，從而促進(jìn)短時(shí)強(qiáng)降水。從短時(shí)強(qiáng)降水最強(qiáng)時(shí)刻23日02時(shí)110°E的垂直速度的剖面(圖4b)也可以看到，商洛市境內(nèi)33°-34°N，700 hPa以下存在上升運(yùn)動(dòng)，最大垂直速度為-5×10-1Pa/s，位于850 hPa附近，近地層的較小，說(shuō)明地形抬升加強(qiáng)了上升運(yùn)動(dòng)。上升運(yùn)動(dòng)中心位于33.5°N附近，即山陽(yáng)的大暴雨區(qū)，說(shuō)明地前抬升對(duì)山陽(yáng)附近短時(shí)大暴雨有重要作用。同時(shí)在秦嶺北麓34°-35°N具有正的垂直速度，為偏東風(fēng)強(qiáng)迫抬升后在背風(fēng)坡引起的下沉運(yùn)動(dòng)。

圖4 陜西省商洛市附近地形海拔高度和過(guò)程累計(jì)降水量(a)與2021年7月23日02時(shí)沿110°E垂直速度剖面圖(b)

4 中尺度云團(tuán)演變特征

22日21時(shí)(圖5a),在渭南與商洛交界處的地面輻合線附近出現(xiàn)了一個(gè)孤立的中-γ尺度的對(duì)流云團(tuán)，中心云頂亮溫為-42 ℃，尺度約為20 km。該對(duì)流云團(tuán)在秦嶺北麓緩慢南移，產(chǎn)生了26 mm/h的降水。另外在山陽(yáng)附近也開(kāi)始出現(xiàn)一些弱的對(duì)流，對(duì)應(yīng)10～15 mm/h的降水。23時(shí)(圖5b)，南移的對(duì)流云團(tuán)在翻越秦嶺過(guò)程中逐漸消散，下山后在地面輻合線的作用下再加強(qiáng)，云頂亮溫值為-40 ℃，帶來(lái)局地41 mm的小時(shí)降水量；商洛市山陽(yáng)縣以東對(duì)流有所發(fā)展。23日01時(shí)(圖5c)，商洛市北部的對(duì)流云團(tuán)在山區(qū)上空發(fā)展為橢圓狀對(duì)流單體，中心云頂亮溫達(dá)-52 ℃，降水范圍明顯擴(kuò)大，但由于對(duì)流云團(tuán)減弱較快，因此小時(shí)累計(jì)降水量不大，多站出現(xiàn)10～20 mm/h的對(duì)流性降水；而商洛市山陽(yáng)縣的中-γ尺度的對(duì)流云團(tuán)造成了附近多站大于20 mm/h的短時(shí)強(qiáng)降水。03時(shí)(圖5d)，商洛市北部的對(duì)流云團(tuán)原地減弱；受地面輻合線影響，山陽(yáng)縣本地生成的對(duì)流云團(tuán)增強(qiáng)，冷云區(qū)面積增加，云頂亮溫達(dá)到-52 ℃以下，導(dǎo)致山陽(yáng)縣境內(nèi)最大1 h雨量達(dá)到52 mm；與此同時(shí)在渭南市和商洛市交界處山區(qū)上空有新生的對(duì)流云團(tuán)移入并發(fā)展，云頂亮溫為-30 ℃左右，致秦嶺北麓多站出現(xiàn)20～30 mm/h的短時(shí)強(qiáng)降水。05時(shí)(圖5e)，北部的對(duì)流云團(tuán)在地面輻合線的作用下繼續(xù)發(fā)展，在秦嶺北麓及山陽(yáng)縣峽谷區(qū)內(nèi)造成了多站大于20 mm/h的短時(shí)強(qiáng)降水，而南部的對(duì)流云團(tuán)開(kāi)始東南移，即將離開(kāi)商洛市。07時(shí)(圖5f)，商洛市北部在地面輻合線的作用下，再次生成新的對(duì)流云團(tuán)，由北向南緩慢移動(dòng)，直到10時(shí)左右完全離開(kāi)商洛市境內(nèi)。整個(gè)過(guò)程中-γ尺度的對(duì)流云團(tuán)的云頂亮溫為-20～-52 ℃，對(duì)流云團(tuán)受地形阻擋在山區(qū)上空移動(dòng)緩慢，并在地面輻合線的觸發(fā)下不斷有新對(duì)流云團(tuán)生成發(fā)展，從而造成了具有地形特征的短時(shí)大暴雨。

圖5 2021年7月22日21時(shí)(a)、23時(shí)(b)及23日01時(shí)(c)、03時(shí)(d)、05時(shí)(e)、07時(shí)(f)云頂亮溫及對(duì)應(yīng)1 h降水量

5 雷達(dá)資料分析

由商洛市商州站雷達(dá)的組合反射率分析可知，20:00(圖6a)商洛市北部與渭南市交界處地面輻合線觸發(fā)了對(duì)流，形成了一些分散的對(duì)流單體，中心反射率因子強(qiáng)度小于45 dBZ，受山體阻擋作用向南緩慢移動(dòng)，此時(shí)的降水強(qiáng)度不大；商洛市商州站及山陽(yáng)站附近則在地面輻合線的觸發(fā)下，出現(xiàn)的強(qiáng)對(duì)流單體中心最大反射率因子大于50 dBZ，對(duì)應(yīng)產(chǎn)生了大于10 mm/h的對(duì)流性降水，雷達(dá)回波整體呈絮狀，為典型的層積混合云回波。由21:59(圖6b)的反射率因子可以看出，商洛市洛南站附近至秦嶺北麓的對(duì)流單體在地面輻合線的維持下發(fā)展，位置變化較小，山區(qū)上空反射率因子強(qiáng)度有所加強(qiáng)，造成了最大30 mm/h以上的強(qiáng)降水。到23日00:49(圖6c)，系統(tǒng)明顯發(fā)展，洛南北部至秦嶺北麓的對(duì)流在原地發(fā)展，強(qiáng)回波面積增加，而商洛市商州站西部的強(qiáng)回波中心向東北方向移動(dòng)發(fā)展，與秦嶺北麓的對(duì)流合并加強(qiáng)；同時(shí)山陽(yáng)站東部的對(duì)流隨著基本氣流向西移動(dòng)，并逐漸發(fā)展，其大于40 dBZ的強(qiáng)回波伸展到5 km，表明積云發(fā)展深厚，有利于強(qiáng)降水產(chǎn)生。02:14(圖6d)，洛南站西部與秦嶺北麓的對(duì)流回波強(qiáng)度稍有減弱，但受山體阻擋作用,位置基本維持不變；而山陽(yáng)站東部的對(duì)流移至山陽(yáng)站附近，受喇叭口和迎風(fēng)坡的地形影響而明顯發(fā)展，對(duì)流單體中嵌有大于45 dBZ的反射率因子長(zhǎng)時(shí)間維持，強(qiáng)回波伸展到5 km以上。由于對(duì)流單體無(wú)法翻過(guò)高山而長(zhǎng)時(shí)間在原地維持，且不斷有新的回波移入山陽(yáng)縣境內(nèi)，造成列車效應(yīng)，從而多站出現(xiàn)30 mm/h以上的強(qiáng)降水，86.5 mm/h的極端強(qiáng)降水。04:14(圖6e)，秦嶺北麓的對(duì)流單體合并加強(qiáng)，在山脈上空維持45 dBZ的反射率因子，使商洛市北部山區(qū)的強(qiáng)降水持續(xù)，對(duì)應(yīng)出現(xiàn)大于30 mm/h的強(qiáng)降水；山陽(yáng)縣的對(duì)流系統(tǒng)03:00后向東南方向移動(dòng)，系統(tǒng)中存在尺度非常小的大于50 dBZ的回波，同時(shí)其西部也開(kāi)始有新的對(duì)流單體生成并向東移動(dòng)經(jīng)過(guò)山陽(yáng)縣，使該地持續(xù)受列車效應(yīng)影響，出現(xiàn)44 mm/h的強(qiáng)降水。06:13(圖6f)，在大片層積混合云內(nèi)，洛南站西北部至秦嶺北麓的對(duì)流在山區(qū)上空發(fā)展和維持，還有大于45 dBZ的強(qiáng)回波發(fā)展，導(dǎo)致局地雨強(qiáng)依然較大；山陽(yáng)站附近的對(duì)流單體在東南移動(dòng)中逐漸消散，降水強(qiáng)度明顯減小。

圖6 2021年7月22日20:00(a)、21:59(b)及23日00:49(c)、02:14(d)、04:14(e)、06:13(f)商州雷達(dá)組合反射率因子

01：06商洛雷達(dá)2.4°仰角(圖7a)的徑向速度圖上，山陽(yáng)縣東南部出現(xiàn)速度模糊(白色圓圈處)，經(jīng)過(guò)速度退模糊后，出現(xiàn)大于12 m/s的東南風(fēng)低空急流，有利于向強(qiáng)降水區(qū)源源不斷地輸送水汽，且有正負(fù)速度對(duì)形成的氣旋性輻合中心(白色方框處)，有利于水汽輻合和低層上升運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)。該東南風(fēng)低空急流一直維持至04：00前，從而持續(xù)為山陽(yáng)的強(qiáng)降水提供水汽，同時(shí)東南風(fēng)在迎風(fēng)坡被地形抬升，從而加強(qiáng)短時(shí)強(qiáng)降水。04：02商洛雷達(dá)2.4°仰角的徑向速度圖上(圖7b)，秦嶺北麓存在中尺度氣旋性輻合中心(上部白色方框處)。該輻合中心的垂直高度達(dá)到4 km以上，持續(xù)時(shí)間達(dá)2 h以上，有利于長(zhǎng)時(shí)間水汽和質(zhì)量的輻合上升，從而造成該區(qū)域較長(zhǎng)時(shí)間的短時(shí)強(qiáng)降水，此時(shí)山陽(yáng)的氣旋性輻合中心(下部白色方框處)依然存在。

圖7 2021年7月23日01:06(a)和04：02(b)商洛雷達(dá)2.4°仰角的徑向速度圖

綜上可知，此次過(guò)程主要是回波強(qiáng)度為30～45 dBZ的大片層積混合云在山前或山上穩(wěn)定少動(dòng)，并在地面輻合線的持續(xù)影響下有對(duì)流不斷生成和發(fā)展引起。由于地面輻合線位置變化較小，秦嶺北麓對(duì)流回波的南移幅度小，對(duì)流回波長(zhǎng)時(shí)間維持在該地區(qū)而導(dǎo)致大暴雨。山陽(yáng)站附近的對(duì)流回波開(kāi)始向西移動(dòng)，在迎風(fēng)坡被抬升后發(fā)展，由于無(wú)法翻越山脈而長(zhǎng)時(shí)間位置不變，之后受西部不斷新生的對(duì)流單體移入境內(nèi)影響，造成列車效應(yīng)，從而產(chǎn)生短時(shí)大暴雨；且局地有大于45 dBZ的強(qiáng)回波發(fā)展到5 km以上，有利于降水效率提高。對(duì)流層中下層低空急流為短時(shí)大暴雨提供了源源不斷的水汽，同時(shí)氣旋性輻合中心有利于水汽輻合和上升運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，從而加強(qiáng)降水。

6 可預(yù)報(bào)性分析

6.1 主觀預(yù)報(bào)及數(shù)值模式的可預(yù)報(bào)性分析

本次過(guò)程陜西省氣象臺(tái)及省轄地市氣象臺(tái)訂正的22日08時(shí)起報(bào)的24 h降水量(22日08時(shí)至23日08時(shí))主觀預(yù)報(bào)結(jié)果(圖略)顯示,陜西省東部為分散性陣性降水，量級(jí)為0～10 mm，局地達(dá)10～20 mm，暴雨漏報(bào)。全球模式EC、NCEP_GFS，GRAPES_GFS多時(shí)次起報(bào)陜西省東部主要降雨均是小量級(jí)的降雨，短時(shí)暴雨均被漏報(bào)，而中尺度模式對(duì)強(qiáng)降雨的落區(qū)、量級(jí)和范圍預(yù)報(bào)與實(shí)況雖然均存在誤差，但具有一定的預(yù)報(bào)指示意義(圖略)。圖8為商洛市及周邊地區(qū)7月22日20時(shí)至23日02時(shí)(圖8a-c)及23日02至08時(shí)(圖8d-f)的6 h累計(jì)降雨量，其中圖8(a)(d)為實(shí)況，圖8(b)(e)為7月22日14時(shí)北京模式RMAPS的預(yù)報(bào)結(jié)果，圖8(c)(f)為陜西省區(qū)域模式3 km產(chǎn)品的預(yù)報(bào)結(jié)果?？梢钥闯?北京模式對(duì)22日20時(shí)至23日02時(shí)即前6 h降水只預(yù)報(bào)出了一個(gè)暴雨區(qū)，最大降水量超過(guò)60 mm(圖8b)，與山陽(yáng)縣的實(shí)況暴雨相比位置稍偏東、偏北，但范圍和量級(jí)預(yù)報(bào)效果較好，對(duì)秦嶺北麓及商南縣的短時(shí)暴雨出現(xiàn)漏報(bào)；23日02時(shí)至08時(shí)即后6 h降水預(yù)報(bào)兩個(gè)短時(shí)暴雨中心(圖8e)，分別對(duì)應(yīng)秦嶺北麓和山陽(yáng)縣，降水量級(jí)和范圍與實(shí)況對(duì)應(yīng)較好，強(qiáng)降水區(qū)雨量≥60 mm，但位置偏東、偏南，差異較大。陜西省區(qū)域模式3 km產(chǎn)品對(duì)前6 h降水預(yù)報(bào)(圖8c)顯示有多個(gè)暴雨中心，出現(xiàn)了一些空?qǐng)?bào)，與實(shí)況相比，對(duì)秦嶺北麓的降水預(yù)報(bào)效果較好，強(qiáng)度和范圍較一致，但山陽(yáng)縣附近的降水明顯預(yù)報(bào)偏弱，短時(shí)暴雨漏報(bào)；后6 h的降水預(yù)報(bào)(圖8f)顯示，秦嶺北麓的短時(shí)暴雨強(qiáng)度、范圍與實(shí)況基本一致，山陽(yáng)縣附近雨區(qū)位置偏東，但整體對(duì)這種中-γ尺度的短時(shí)大暴雨具有非常好的參考意義。

圖8 商洛市及周邊地區(qū)2021年7月22日20時(shí)至23日02時(shí)(a、b、c)和23日02時(shí)至08時(shí)(d、e、f)的6 h累計(jì)降雨量

由于此次強(qiáng)降水區(qū)地形復(fù)雜，致使主觀預(yù)報(bào)及全球模式對(duì)本次暴雨過(guò)程缺乏預(yù)報(bào)能力。而中尺度數(shù)值模式預(yù)報(bào)的降雨的尺度、量級(jí)、落區(qū)與實(shí)況相對(duì)接近，但會(huì)出現(xiàn)空?qǐng)?bào)的情況，在業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)中應(yīng)對(duì)多種中尺度模式加以分析，結(jié)合當(dāng)?shù)氐膹?qiáng)降水預(yù)報(bào)經(jīng)驗(yàn)，篩選出可用的信息。

6.2 觸發(fā)機(jī)制可預(yù)報(bào)性

在較強(qiáng)的熱力不穩(wěn)定環(huán)境下，短時(shí)暴雨的發(fā)生與觸發(fā)機(jī)制有重要關(guān)系。7月22日08時(shí)EC模式預(yù)報(bào)的22日20時(shí)地面風(fēng)場(chǎng)(圖9)顯示，位于秦嶺北麓的關(guān)中平原為一致的偏東風(fēng)，其南部有東南風(fēng)在山前形成暖式切變。根據(jù)實(shí)況，偏東風(fēng)在秦嶺北麓被強(qiáng)迫抬升，下坡后轉(zhuǎn)為西北風(fēng)，與偏南風(fēng)形成地面輻合線,從而觸發(fā)對(duì)流；山陽(yáng)縣附近模式預(yù)報(bào)為一致的東南風(fēng)，未能形成地面輻合線，也無(wú)法觸發(fā)對(duì)流。表明模式對(duì)地面的局地中小尺度系統(tǒng)預(yù)報(bào)能力不足，亦未考慮地形的強(qiáng)迫抬升，同時(shí)也說(shuō)明該過(guò)程中地形的重要作用。

圖9 2021年7月22日08時(shí)EC模式預(yù)報(bào)的22日20時(shí)地面風(fēng)場(chǎng)與海拔高度

本次過(guò)程是在高溫、高濕、高能環(huán)境條件下發(fā)生，具有強(qiáng)的對(duì)流有效位能、較低的抬升凝結(jié)高度，中小尺度擾動(dòng)就能觸發(fā)強(qiáng)烈的短時(shí)暴雨。陜西省東部的山地、丘陵地形復(fù)雜，地面易形成局地輻合線、渦旋等中小尺度擾動(dòng)，觸發(fā)對(duì)流。但目前數(shù)值模式對(duì)地面中小尺度的擾動(dòng)描述存在較大的誤差，從而造成對(duì)觸發(fā)機(jī)制的預(yù)報(bào)偏差，導(dǎo)致暴雨漏報(bào)。

7 結(jié)果與討論

此次短時(shí)大暴雨過(guò)程是由中-γ尺度的對(duì)流云團(tuán)造成，降水強(qiáng)度大，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，分散性強(qiáng)。通過(guò)天氣背景及多種資料和多模式分析，得到以下結(jié)論：

(1)臺(tái)風(fēng)外圍的偏東風(fēng)造成850 hPa和925 hPa低空急流持續(xù)輸送大量水汽，使陜西省東部低層大氣具有高溫、高濕、高能的特征，增強(qiáng)了大氣不穩(wěn)定性，同時(shí)抬升凝結(jié)高度和自由對(duì)流高度非常低，為本次短時(shí)大暴雨提供了有利的環(huán)境條件。

(2)此次過(guò)程具有明顯的地形特征，強(qiáng)降水主要發(fā)生在山區(qū)及迎風(fēng)坡，地面輻合線是對(duì)流的觸發(fā)機(jī)制。秦嶺北麓地形對(duì)偏東風(fēng)有強(qiáng)迫抬升作用，山陽(yáng)縣附近的喇叭口狀的迎風(fēng)坡也有利于加強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)，促進(jìn)對(duì)流發(fā)展，造成降水量增加。

(3)由于地面中尺度輻合線穩(wěn)定少動(dòng)，加之山脈阻擋，因而對(duì)流云團(tuán)長(zhǎng)時(shí)間維持在秦嶺北麓一帶，出現(xiàn)短時(shí)大暴雨。山陽(yáng)縣附近的短時(shí)大暴雨則是由于不斷有新生的對(duì)流單體移入該區(qū)域造成列車效應(yīng)引起的，45 dBZ以上的強(qiáng)回波發(fā)展到5 km以上、氣旋性輻合中心與對(duì)流層中下層偏東風(fēng)急流的共同作用造成了局地極端短時(shí)強(qiáng)降水。

(4)此次過(guò)程，全球模式與主觀預(yù)報(bào)24 h短期預(yù)報(bào)能力較差，主要原因是不能準(zhǔn)確地預(yù)報(bào)中小尺度的觸發(fā)機(jī)制，對(duì)地面中小尺度擾動(dòng)的描述存在較大的誤差，并對(duì)地形作用考慮不足。中尺度模式具有較好的參考意義，尤其是陜西省區(qū)域模式3 km預(yù)報(bào)產(chǎn)品對(duì)本次短時(shí)暴雨的落區(qū)、范圍和強(qiáng)度把握較好。