王洪陽

（迭部縣氣象局，甘肅 迭部 747400）

暴雨天氣是甘肅省甘南州主要災害天氣之一，其來勢兇猛，危害大，常常伴有大風、短時強降水等破壞性天氣。開展對暴雨過程的研究，對防災減災和預報預警等有重要作用。2016年8月甘南州的這次暴雨天氣過程，降水時間長，降水量大，對研究暴雨的形成、發(fā)展等有重要參考意義，下面就此次暴雨天氣過程進行分析。

1 暴雨過程概述

2016年8月22日15時開始，甘肅省甘南州西北部先后出現(xiàn)了雷電、冰雹、暴雨等短時強對流天氣。截止2016年8月23日08時統(tǒng)計，甘南州西北部普降小到中雨，局部地方降大到暴雨，其中碌曲城區(qū)出現(xiàn)大暴雨（突破有歷史記錄以來的降水量日最大值），降水量達123.5 mm，合作市區(qū)、夏河城區(qū)、夏河吉利出現(xiàn)暴雨，降水量分別為：71.5 mm、61.4 mm、71.6 mm。受短時強降水影響，夏河、碌曲、合作等地均發(fā)生不同程度的災情，多處道路被沖毀，民房進水，城市供電、供水、地下管網(wǎng)等基礎設施大面積受損，給人們的出行和戶外作業(yè)造成較大困難。針對這次局地性強降水，甘南州氣象臺及時發(fā)布了暴雨黃色預警信號，根據(jù)天氣演變情況隨后升級到暴雨紅色預警信號，同時發(fā)布了山洪氣象風險預警、中小河流洪水及地質(zhì)災害氣象風險預警。

2 環(huán)流形勢分析

2.1 環(huán)流演變

據(jù)2016 年8月22日08時500 hPa高空圖（圖1）上分析，中高緯度為兩槽一脊環(huán)流形勢，亞洲中低緯度受副熱帶高壓控制，副熱帶高壓呈東西向帶狀分布,為此次暴雨天氣過程提供了有利的大尺度條件[1]。其588 gpm線西伸到青藏高原西部地區(qū)，東亞大陸上存在多個塊狀592 gpm高壓中心，其中在西北地區(qū)東部，副熱帶高壓與大陸高壓之間的輻合區(qū)隨副熱帶高壓的短期變化而東西擺動；22日20時，原來控制高原東部地區(qū)的高壓中心東退，并與華北地區(qū)副熱帶高壓中心合并，穩(wěn)定維持在江淮地區(qū)，同時在青藏高原東部與甘南西部之間有弱的風切變，甘南恰好處于副熱帶高壓邊緣，受其外圍的西南氣流影響，這個區(qū)域聚集了形成豐沛降水的有利條件，源源不斷輸入熱量、能量和暖濕氣流，山地地形對氣流起到抬升作用，促進空氣垂直運動，一股弱冷空氣的觸發(fā)，使得強對流云團不斷形成、聚集，引發(fā)持續(xù)性降水；23日08時，高壓中心進一步西伸北抬，甘南處于592 gpm線內(nèi)部，強降水基本結(jié)束。

圖1 8月22日08時500 hPa高空圖

據(jù)2016年8月22日08時700 hPa高空圖可以發(fā)現(xiàn)，在青藏高原東部形成東北—西南向切變線，20時，切變已經(jīng)東移至甘南北部合作至碌曲一帶，加之這個區(qū)域聚集了形成豐沛降水的有利條件，源源不斷輸入熱量、能量和暖濕氣流等影響，甘南地區(qū)將受持續(xù)性降水、冰雹等惡劣天氣[2]。直到23日08時，切變已經(jīng)基本上東移出甘南，降水已經(jīng)結(jié)束。

2.2 地面形勢

2016 年8月22日14時甘南上游已出現(xiàn)降水，20時，中心值為998的低壓中心恰好位于甘南西部，并有向東移動趨勢，合作開始出現(xiàn)強降水；時至23日08時，低壓中心東移出甘南并減弱，此時強降水已基本上結(jié)束。

3 中尺度環(huán)境條件場以及探空資料分析

3.1 中尺度環(huán)境條件場分析

據(jù)2016年8月22日08時的中尺度環(huán)境條件場實況和22日20時的中尺度環(huán)境條件場實況分析可知，水汽條件：08時和20時甘南州大部分地方700 hPa溫度露點差均≤3 ℃，全州700 hPa比濕均≥8 g/kg，08時最大達13.5 g/kg，20時最大可達15.2 g/kg，且西部一直有≤-1kg/（hPa·m2·s）的水汽通量散度，說明水汽在此處有積聚；不穩(wěn)定條件：甘南至內(nèi)蒙古始終存在溫度脊，有利于氣流上升，K指數(shù)始終大于30 ℃，有對流發(fā)展?jié)搫荩惶龡l件：700 hPa切變線08時位于青海東部，500 hPa槽線位于甘南北部至內(nèi)蒙古中部。20時200 hPa有急流，且700 hPa切變線東移至甘南西北部，500 hPa新疆東北部有顯著流線，槽線東移出甘南。

3.2 探空資料分析

探空圖能較好的反映該站的天氣特點。據(jù)08時探空圖（如圖2）分析，對流層底部均有風向、風速的垂直切變，暴雨發(fā)生前，Tlogp圖上有上干下濕的對流不穩(wěn)定發(fā)展，且不斷增強，中低層有弱的暖平流伸展到300 hPa，對流有效位能大，從14時訂正后的探空圖可看出對流有效位能明顯增大。

圖2 8月22日08時探空圖

22日08時，K指數(shù)為35 ℃，至20時，K指數(shù)升高到40 ℃，其增值達5 ℃，同時，沙氏指數(shù)Si明顯下降，由-1.05 ℃下降到-3.16 ℃，Cape值08時值最大，至20時能量釋放較多，而700 hPa的θse自08時的87 ℃上升至20時的95 ℃，根據(jù)8月22日08時和20時的700 hPa假相當位溫變化情況分析，08時，甘南處于高能區(qū)，假相當位溫大于等于80 ℃，至20時甘南大部分地方假相當位溫上升至88 ℃以上，有利于該地區(qū)對流發(fā)生和中尺度系統(tǒng)生成。

4 物理量診斷分析

強降水天氣不僅需要有利的水汽條件及水汽輸送通道，還需有利的觸發(fā)和維持動力條件。通過對強降水前、強降水期間的水汽和動力條件診斷，分析此次暴雨天氣物理量的上下配置及演變過程。

4.1 水汽通量散度分析

4.1.1 水汽通量散度定義及概述

水汽通量散度：在單位時間內(nèi)匯入單位體積或從該體積輻散出的水汽量，單位為克每百帕平方厘米秒。

水汽通量散度和水汽通量一樣也是一個向量，由水平運動而引起單位時間內(nèi)、單位體積中水汽的任一地點的水汽通量散度，均可由風、溫度和比濕資料計算出來，并可繪成等值線圖。散度為正的地區(qū)表示水汽自該地區(qū)的四周輻散，稱該地區(qū)為水汽源，在這種情況下，水汽源的降水比較少；反之散度為負的地區(qū)，表示四周有水汽向該地匯聚，稱該地為水汽匯，降水比較多。形成暴雨的必要條件之一，是要有足夠的水分，單靠當?shù)匾延械乃质遣豢赡苄纬杀┯甑?，必須要有源源不斷的水汽輸入暴雨區(qū)，水汽通量散度就是為了定量描述水汽輸送的方向、大小以及水汽在何處集中[3]。

4.1.2 暴雨過程中水汽通量散度分析

水汽通量散度可以揭示水汽輸送是否在某個區(qū)域集中以及集中的程度。沿102.9°E制做8月22日14:00—20:00水汽通量散度的經(jīng)向剖面圖。從22日14時水汽通量散度場可以看出在甘南北部中低層有弱的水汽輻合，有一個較大值中心位于合作，中心值-10×10-7g·cm-2·hPa-1·s-1，高層有弱的輻合。中低層輻合區(qū)范圍擴大強度加強，中低層水汽輻合中心處于合作附近，中心值達-24×10-7g·cm-2·hPa-1·s-1，高層有弱的輻合。說明在水汽通量發(fā)生氣旋式輻合的位置，水汽的集中程度最高，這對形成暴雨的水汽條件有很好的指示意義。

4.2 相對濕度分析

相對濕度的大小可以直接反映空氣距離飽和的程度。為了解暴雨過程整層濕度的分布特征，沿102.9°E制做8月22日14:00—20:00相對濕度的經(jīng)向剖面圖。從（圖3）可以看出: 在34°～36°N范圍內(nèi)，強降雪發(fā)生前22日14:00，600 hPa以下的相對濕度50%～60%之間，而高層的相對濕度在10%～50%，在400 hPa高度上相對濕度大值中心，強度達到50%；14:00至20:00高濕區(qū)明顯增厚，相對濕度大于70%的濕區(qū)向上延伸至400 hPa以上，500 hPa以下相對濕度大于90%。暴雨發(fā)生期間中低層相對濕度明顯增大，濕層明顯增厚[4]。

圖3 8月22日14時沿102.9°E相對濕度剖面

5 云圖、雷達回波資料分析

5.1 云圖分析

在連續(xù)強降水過程中，針對8月22日15時—8月23日06時云圖的連續(xù)性演變進行了分析，造成本次降水的云系主要為高原東部的對流云團隨副高東撤南下進入甘南，且該云團強度發(fā)展并加強。從22日15時開始，高原上對流云團開始發(fā)展，甘南開始有中低云系生成，此時最小云頂亮溫為283.33 K，隨著副熱帶高壓的東退，對流云團迅速增強，22時，在碌曲上空發(fā)展旺盛，最小云頂亮溫為191.06 K，21—22時僅兩小時碌曲城區(qū)降水量達114.3 mm；23時開始，對流云團逐漸減弱東移，最小云頂亮溫回升為202.59，23日03時后，對流云團迅速減弱移出本地，降水也隨之結(jié)束。

5.2 多普勒雷達分析

暴雨是在有利的天氣尺度背景條件下，不同尺度系統(tǒng)相互作用下形成的[4]，中尺度對流系統(tǒng)是產(chǎn)生暴雨的重要原因。時空分辨率較低的常規(guī)觀測資料通常難以判斷強降水出現(xiàn)時間、強度和落區(qū)。多普雷天氣雷達不僅可以提取回波的反射率因子，還可以從雷達回波中提取降水目標物沿雷達徑向的運動速度，是研究暴雨中小尺度天氣系統(tǒng)的主要手段之一。利用天氣雷達資料進行暴雨識別與中小尺度系統(tǒng)判識中，雷達反射率因子強度以及回波系統(tǒng)的尺度、移動速度以及移動方向與回波長軸的夾角等是識別暴雨回波的重要特征。短時強降水回波的生成可分為四個類型，即回波移動型、聚合加強型、本地匯聚型和暴雨型，本次暴雨過程雨強大，持續(xù)時間短，屬于聚合加強型。下面利用上述雷達資料對此次強烈對流天氣的演變和結(jié)構(gòu)特征等進行分析。

2016年8月22日—23日的暴雨過程屬于積狀云和層狀云的混合型降水，甘南州合作市東北部，夏河縣中部以及碌曲縣和迭部縣的北部都有零散的小尺度塊狀單體生成并發(fā)展，此后，雷達回波不斷發(fā)展加強，于17時04分，由多單體合并發(fā)展為兩個強度中心分別為51 dBz和47 dBz的中尺度強對流單體風暴。18點40分，位于夏河的多單體逐漸發(fā)展旺盛，在夏河、碌曲一帶連成了一片，形成了片狀回波，且逐漸增強并向東邊移動，位于合作的多單體逐漸減弱，此時，夏河已出現(xiàn)強降水。20時37分，夏河降水已逐漸減弱，片狀回波東移至合作碌曲一帶，與合作碌曲一帶的塊狀回波聚合加強并嵌在片狀回波中形成混合回波，此時，合作強降水開始，碌曲已出現(xiàn)雷暴。21時09分，碌曲出現(xiàn)強降水，合作降水已減弱。23日00時21分，強回波逐漸減弱東移，基本已經(jīng)離開甘南，甘南本次暴雨過程基本結(jié)束。經(jīng)過對反射率因子與降水量的分析，可以清楚地看到，降水量與反射率因子有著相對應的關系。

據(jù)22日17時30分的雷達組合反射率圖（如圖4（a））可看出，合作上空出現(xiàn)高懸的強回波，回波強度最高達50 dBz以上，對反射率因子核心做了拋面（如圖4（b）），發(fā)現(xiàn)最強回波位置掃不到頂，回波核強度為50 dBz，高度在3.5 km左右，因此推斷此處回波強度比較大，回波高度比較高，有可能出現(xiàn)冰雹。后期經(jīng)過證實，此時此處確實出現(xiàn)了冰雹。

圖4 雷達組合反射率圖

8月22日18時03分至40分0.5度仰角150 km探測范圍內(nèi)的徑向速度場（單位：m/s），22日18時03分，合作附近出現(xiàn)了低空急流，經(jīng)過對周圍水氣含量的分析，此過程伴隨著水汽輸送，但時間較短，18時24分，低空急流開始減弱，至18時40分已消失。這個短暫的過程，雖然對合作的降水量和降水時間有所增加，但由于時間比較短，所以未能造成太大的影響。

22日18時56分（如圖5），零速度線穿過測站，呈弱的“S”型分布，低層為西南風，夏河有低層輻合，低層輻合滿足了夏河地區(qū)強降水的抬升條件，增強了對流效果[5]，這在降水量和降水時間上都起到了很重要的增強效果。約半小時后，輻合逐漸減弱，最終消失。

圖5 22日18時56分徑向速度場

6 小結(jié)

文章從環(huán)流演變、中小尺度環(huán)境條件天氣系統(tǒng)的分析，結(jié)合衛(wèi)星云圖和雷達資料，對2016年8月22日—23日出現(xiàn)在甘南西北部的一次局地大暴雨過程進行了綜合分析，得出以下結(jié)論。

（1）本次甘南西北部局地暴雨過程為大尺度環(huán)流下的中小尺度強對流天氣過程，副熱帶高壓及其東西向擺動是此次局地大暴雨過程的天氣尺度系統(tǒng)和大尺度環(huán)流背景，暴雨發(fā)生前持續(xù)幾天的高溫狀態(tài)，造成大氣不穩(wěn)定能量不斷積累，為中尺度系統(tǒng)形成創(chuàng)造了有利的環(huán)境條件，地形的抬升為中尺度系統(tǒng)的發(fā)展提供了很好的觸發(fā)條件。

（2）500 hPa西北地區(qū)東部低槽、700 hPa青海東部切變、副熱帶高壓、地面暖低壓是主要的天氣尺度影響系統(tǒng)。700 hPa切變東移影響本地，偏東風和偏南風帶來了充沛的水汽，并在甘南北部出現(xiàn)了弱的水汽的輻合，水汽迅速增加和水汽輻合與暴雨區(qū)基本相一致，同時上升運動為強降水提供了動力條件。

（3）探空資料顯示，對流有效位能增大及濕層逐漸深厚等都對此次雷暴、冰雹以及暴雨有很好的指示意義；從中尺度環(huán)境條件場分析可知，溫度露點差、比濕場、水汽通量散度等變化都說明水汽在甘南西北部有匯聚，溫度脊說明甘南北部有上升氣流，K指數(shù)說明有對流發(fā)展?jié)搫荩@些都為強降水提供了不穩(wěn)定條件，最后，切變線的東移起了抬升作用。

（4）此次暴雨過程與水汽通量散度場變化和相對濕度有著密切的聯(lián)系。水汽通量散度很好地體現(xiàn)了暴雨落區(qū)，在甘南北部，水汽的集中程度最高；相對濕度則反映出暴雨發(fā)生期間中低層相對濕度明顯增大，濕層明顯增厚。

（5）衛(wèi)星云圖比較清晰地反映了對流云團生成、東移發(fā)展、最終減弱移出甘南的整個過程；在多普勒雷達反射率因子圖上，能更清楚地看到對流單體的生成及發(fā)展過程，且通過對徑向速度場、組合反射率以及剖面等圖的分析，能夠清楚地發(fā)現(xiàn)低空急流和低層輻合等有利于暴雨和冰雹發(fā)生的信號。