張占良，徐衛(wèi)麗，劉愛東，賈素貞，李紅梅

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2018-07-11忻州暴雨天氣過程分析

張占良1，徐衛(wèi)麗2，劉愛東3，賈素貞4，李紅梅5

（1.山西省河曲縣氣象局，山西 忻州 036599；2.山西省朔州市氣象局，山西 朔州 036002；3.山西省繁峙縣氣象局， 山西 忻州 034300；4.山西省太原市氣象局，山西 太原 030082；5.山西省長(zhǎng)治市氣象局，山西 長(zhǎng)治 046000）

利用忻州市各級(jí)自動(dòng)站觀測(cè)資料、micaps4.0.7實(shí)況分析資料、T639模式實(shí)況分析資料、雷達(dá)資料等應(yīng)用天氣學(xué)原理和物理量診斷方法對(duì)2018-07-11忻州市暴雨過程、特征進(jìn)行了分析，結(jié)果表明忻州此次暴雨過程主要是由蒙古冷渦底部分裂的冷空氣和副高外圍曖濕空氣交匯形成。2018-07-10T20：00，在系統(tǒng)移動(dòng)過程中700 hPa存在偏南風(fēng)大風(fēng)速帶，風(fēng)速輻合區(qū)在忻州西部，造成該區(qū)域夜間出現(xiàn)暴雨，到2018-07-11T8：00加強(qiáng)為低空激流，急流頭位于忻州東部，是該區(qū)域白天出現(xiàn)暴雨的主要原因。受北上臺(tái)風(fēng)“瑪莉亞”的影響，副高穩(wěn)定少動(dòng)，降水時(shí)間較長(zhǎng)，也是形成暴雨的重要因素。從物理量場(chǎng)分析，探空資料表明此次降水過程氣層較穩(wěn)定，曖云厚度高，云層降水效率高；空氣比濕場(chǎng)分析表明，降水前后水汽上游和落區(qū)忻州中低空比濕9～16 g/kg-1，滿足降暴雨的水汽條件；垂直速度場(chǎng)分析表明降水前后水汽上游和落區(qū)忻州500 hPa和700 hPa上垂直速度﹣2.0～﹣0.3 hPa/s，滿足形成暴雨的動(dòng)力條件。雷達(dá)組合反射率因子分析表明，此次暴雨主要由30～35 dBz的層狀回波云層多波次移過測(cè)站引起，具有強(qiáng)度不大、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的特點(diǎn)。

暴雨；短波槽；副熱帶高壓外圍；切變線

1 引言

暴雨一般是指08：00至次日08：00或20：00至次日20：00，100 mm＞降水量≥50 mm的降水天氣過程[1]，降水量超過100 mm時(shí)又可分為大暴雨和特大暴雨。山西暴雨天氣具有強(qiáng)度大、時(shí)間集中的特點(diǎn)，多出現(xiàn)在7、8月份。尤其2018年忻州市降雨量陡增，多數(shù)縣市7月份比歷年平均降水量偏多30%左右，各地多次出現(xiàn)分散性暴雨。忻州橫跨山西的中北部東西，地形復(fù)雜，出現(xiàn)暴雨時(shí)，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了豐富的水資源，但同時(shí)也是重大氣象災(zāi)害之一，有可能造成洪澇、城市內(nèi)澇、地質(zhì)災(zāi)害等險(xiǎn)情。2018-07-11山西省發(fā)生了大范圍降水天氣過程，暴雨帶主要分布在忻州的東部和西部及臨近的呂梁西北部，太原、晉中的東北部一帶。本文通過忻州市各級(jí)自動(dòng)站觀測(cè)資料、micaps4.0.7實(shí)況分析資料、T639模式實(shí)況分析資料、雷達(dá)資料等應(yīng)用天氣學(xué)原理和物理量診斷方法對(duì)這次忻州暴雨發(fā)生過程、特征進(jìn)行了分析總結(jié)，以逐步提高臺(tái)站暴雨天氣的預(yù)報(bào)水平，做好汛期氣象服務(wù)工作。

2 天氣實(shí)況

由圖1可看出，2018-07-11，忻州市出現(xiàn)了全省最強(qiáng)的暴雨帶，2018-07-10T20：00降水從西部的保德開始，至2018-07-11T20：00，主要降水云系移出東部的五臺(tái)和繁峙，暴雨結(jié)束。全市183個(gè)自動(dòng)觀測(cè)雨量站有77個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)降水量超過50.0 mm，達(dá)到暴雨級(jí)別，56個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)降水量超過25.0 mm，達(dá)到大雨級(jí)別，國(guó)家站最大降水量出現(xiàn)在保德，達(dá)80.4 mm，區(qū)域站降水量最大出現(xiàn)在河曲縣社梁鄉(xiāng)，達(dá)93.7 mm，最大小時(shí)降水量出現(xiàn)在2018-07-11T06：00偏關(guān)縣樓溝鄉(xiāng)，達(dá)21.1 mm。由于6月份全市降水量嚴(yán)重偏少，此次降水過程有效消除了旱情，除個(gè)別縣出現(xiàn)局部農(nóng)田被淹沒和道路被毀壞的情況外，沒有造成大的災(zāi)情，但全市防汛任務(wù)變大、地質(zhì)災(zāi)害險(xiǎn)情陡增。

圖1 2018-07-11山西省降水量分布圖

3 環(huán)流形勢(shì)分析

3.1 2018-07-10天氣形勢(shì)

由圖2可看出，2018-07-10T20：00，山西北部位于200 hPa急流頭右側(cè)，是輻散區(qū)，有助于下層氣流上升。500 hPa上蒙古冷渦中心位于50°N，100°E附近，其底部裂出的短波槽位于寧夏一帶。副高5 880 gpm線北抬到35°N，山西位于5 880 gpm線外圍西南氣流區(qū)，曖濕氣流從東海輸送到山西。臺(tái)風(fēng)“瑪莉亞”位于副高南側(cè)的臺(tái)灣海峽，受其阻擋，副高位置少動(dòng)。700 hPa冷切變線位于寧夏以北，850 hPa冷切變位置稍落后于700 hPa冷切變線，整體屬于前傾槽，槽前盛行輻合上升氣流，忻州西部處于前傾槽較遠(yuǎn)的前方。同時(shí)在700 hPa上可以看到從南海到山西全境有大的風(fēng)速帶，水汽通道形成，到山西中部有風(fēng)速輻合，產(chǎn)生上升氣流，另外水汽在忻州西部（風(fēng)速帶頭部）堆積，上升，在前傾槽的東移過程中，逐步形成穩(wěn)定性降水。地面冷鋒（圖略）位于中蒙邊境中段，華北位于其東南方位，冷鋒前暖區(qū)增溫，鋒面抬升氣流上升，有助于形成降水。

圖2 2018-07-10T20：00天氣形勢(shì)

3.2 2018-07-11天氣形勢(shì)

由圖3可看出，2018-07-11T08：00，500 hPa上蒙古冷渦中心位置少動(dòng)，臺(tái)風(fēng)“瑪莉亞”向西北繼續(xù)伸入大陸，受其阻擋，副高西脊位置向西少動(dòng)，直到2018-07-12T08：00臺(tái)風(fēng)越過西脊點(diǎn)，減弱為熱帶低壓后，副高才明顯東退，但北脊伸入渤海至日本海一帶，與蒙古冷渦形成對(duì)峙，受其影響短波槽西退至寧夏西部甘肅境內(nèi)，700 hPa上陜北有冷切變線，850 hPa冷切變線位置少動(dòng)，整體已轉(zhuǎn)變成后傾槽，在槽前繼續(xù)維持穩(wěn)定的層狀云降水。在700 hPa風(fēng)場(chǎng)上有西南-東北向的急流[3]存在，南海水汽繼續(xù)北上，急流頭在忻州東部，共同作用造成東部降雨增多，形成暴雨。地面圖（圖略）上，冷鋒位置少動(dòng)，鋒前降雨帶繼續(xù)維持。由于高空槽后冷氣流的引導(dǎo)，西北地區(qū)的東部地面已處于高壓區(qū)，正在向山西方向移動(dòng)。

2018-07-11T20：00，500 hPa蒙古冷渦消失，短波槽減弱，隨副高北抬，忻州雖然仍受西南氣流控制，但已減弱。700 hPa上影響山西的冷式切變線已到山西中部，位于山西中北部的忻州逐步被偏東風(fēng)和西風(fēng)所控制。地面圖（圖略）上忻州已被大陸高壓所控制，至此，造成忻州暴雨的天氣形勢(shì)已不復(fù)存在。

4 暴雨過程的物理量診斷分析

4.1 探空資料分析

利用太原探空站2018-07-10T20：00—2018-07-11T08：00的T-logP（如圖4所示）可以看出，指數(shù)分別是34.6 ℃、32.8 ℃，小于當(dāng)?shù)貜?qiáng)對(duì)流天氣指標(biāo)35 ℃，對(duì)流性較差；指數(shù)分別為1.47、2.77，都大于0 ℃，發(fā)生雷暴的可能性??；650 hPa以下濕度顯著增大，濕層較深厚；凝結(jié)高度分別為877.7 m、913.2 m，0 ℃層高度分別為5 055 m、5 068 m，當(dāng)?shù)匕魏８叨葹? 036 m，可知暖云云層厚度大于4 km，厚的曖云層保證了云粒子在降水系統(tǒng)的下沉氣流中較少被蒸發(fā)，有利于提高降水效率[2]。

圖3 2018-07-11T08：00天氣形勢(shì)

圖4 2018-07-10T20：00和2018-07-11T08：00的T-logP

4.2 水汽條件

研究濕空氣的垂直運(yùn)動(dòng)時(shí)常用比濕表示空氣濕度。2018-07-10T20：00，700 hPa和850 hPa比濕如圖5所示，2018-07-11T08：00，700 hPa和850 hPa比濕如圖6所示。在此次忻州暴雨過程中，2018-07-10T20：00，700 hPa上陜西和甘肅南部到山西中北部，比濕為9～12 g/kg-1，大值區(qū)位于陜西和甘肅南部，忻州西部比濕為10～11 g/kg-1，東部比濕為9～10 g/kg-1；850 hPa上陜西和甘肅南部比濕為11～16 g/kg-1，忻州比濕為10～11 g/kg-1。2018-07-11T08：00，700 hPa上陜西和甘肅南部比濕為11～12 g/kg-1，忻州比濕為9～11 g/kg-1；850 hPa上陜西和甘肅南部比濕為11～15 g/kg-1，忻州比濕為11～13 g/kg-1。表明暴雨開始時(shí)和進(jìn)行時(shí)在水汽的上游和落區(qū)忻州中低層水汽比濕基本都保持在10 g/kg-1[4]以上，并且水汽上游都較大，可見低層水汽充足，配合空氣上升運(yùn)動(dòng)，把低層的水汽輸送到中高層，有利于發(fā)生暴雨。

4.3 動(dòng)力條件分析

空氣的垂直運(yùn)動(dòng)可以引起水汽、熱量、動(dòng)量、渦度等垂直輸送，同時(shí)與大氣的絕熱變化和水平輻合輻散運(yùn)動(dòng)密切相關(guān)，可以引起濕度、溫度、渦度的變化，對(duì)天氣系統(tǒng)的發(fā)生和發(fā)展有很大作用。2018-07-11T08：00，500 hPa和700 hPa垂直速度如圖7所示。分析暴雨發(fā)生前后的各層空氣的垂直速度，可以看出2018-07-10T20：00忻州350 hPa～700 hPa（圖略）垂直速度基本為0 hPa/s，空氣發(fā)生垂直運(yùn)動(dòng)的可能性小，500 hPa和700 hPa（圖略）上升氣流中心都位于陜西中部和甘肅南部境內(nèi)，中心值分別為﹣2.0 hPa/s、﹣0.8 hPa/s，隨著蒙古冷渦和短波槽的東移，上升氣流中心很快向山西的中北部移動(dòng)；2018-07-11T08：00忻州整層大氣從低層到高層垂直速度已變?yōu)樨?fù)值，500 hPa和700 hPa垂直速度分別在﹣0.8～﹣0.4 hPa/s和﹣0.6～﹣0.3 hPa/s之間，500 hPa上中心值位于忻州東北附近，700 hPa上中心值位于忻州中部?？梢娦弥荼┯觊_始前后中低空存在深厚的上升氣流變化，為暴雨提供了充足的動(dòng)力條件。

5 多普勒雷達(dá)資料分析

從降水時(shí)間和強(qiáng)度看，2018-07-11發(fā)生的全省性大到暴雨主要屬于層狀云連續(xù)性降水。分析山西雷達(dá)拼圖資料的組合反射率因子連續(xù)演變情況，可以看到2018-07-10T20：00在忻州的西南部陜北與我省呂梁境內(nèi)有大片的降水云系發(fā)展，如圖8（a）所示，形態(tài)為大片層狀云團(tuán)，云系基本呈“一”字形整齊排列，西北至東南寬度約400 km，自西南向東北侵入山西，云系的東南部已到達(dá)晉中南部，中部云層已到達(dá)保德境內(nèi)，最大強(qiáng)度為35 dBz。至2018-07-11T00：00，云系主體前部到達(dá)繁峙；05：30河曲保德偏關(guān)回波最強(qiáng)，如圖8（b）所示；07：24忻州定襄原平等地最強(qiáng)，如圖8（c）所示；09：06繁峙代縣五臺(tái)回波最強(qiáng)，如圖8（d）所示；11：06神池五寨岢嵐等地回波最強(qiáng)，如圖8（e）所示。忻州降水過程強(qiáng)度最大為40 dBz。從2018-07-10T20：00云系入境忻州到2018-07-11T18：00云系移出繁峙，不斷有強(qiáng)度為30～35 dBz的降水云層自西南向東北移過各個(gè)測(cè)站，強(qiáng)回波過測(cè)站后逐漸減弱，然后再有強(qiáng)回波云層過來(lái)，如此反復(fù)導(dǎo)致忻州各縣形成大到暴雨天氣。

圖5 2018-07-10T20：00，700 hPa和850 hPa比濕

圖6 2018-07-11T08：00，700 hPa和850 hPa比濕

圖7 2018-07-11T08：00，500 hPa和700 hPa垂直速度

圖8 2018-07-10—2018-07-11雷達(dá)組合反射率因子時(shí)空分布

6 結(jié)論

最后得出的結(jié)論為：①蒙古冷渦底部分裂的冷空氣和副高外圍曖濕空氣交匯，系統(tǒng)在移動(dòng)過程中逐步由前傾槽轉(zhuǎn)為后傾槽，受700 hPa切變線、大風(fēng)、激流等天氣系統(tǒng)的共同作用，主要表現(xiàn)為穩(wěn)定的層狀云降水，持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，形成暴雨。受北上臺(tái)風(fēng)“瑪莉亞”的影響，副高穩(wěn)定少動(dòng)，降水時(shí)間較長(zhǎng)，也是形成暴雨的重要因素。②利用太原探空資料近似分析忻州上空大氣層結(jié)，從指數(shù)、沙氏指數(shù)可以看出本次暴雨天氣發(fā)生強(qiáng)對(duì)流雷暴天氣的概率小，云層較穩(wěn)定，濕層較深厚，曖云厚度大，云層降水效率高。③水汽上游和降水落區(qū)中低層空氣比濕大于10 g/kg，水汽上游比濕較大，并且持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，不僅提供了充足的水汽而且延長(zhǎng)了降水時(shí)間，有利于忻州東西部大范圍暴雨發(fā)生。④在降水開始時(shí)和降水過程中水汽上游和降水落區(qū)中高層垂直速度為負(fù)值，緊臨高值區(qū)，有利于水汽、熱量、動(dòng)量、渦度等垂直向上輸送，為暴雨發(fā)生持續(xù)提供了水汽和能量。⑤雷達(dá)回波組合反射率因子表明此次暴雨回波強(qiáng)度最大為40 dBz，以35 dBz以下為主，降水云層主要為層狀云，30～35 dBz回波云層多波次移過測(cè)站，降水強(qiáng)度不是很大，但持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，多數(shù)測(cè)站降雨時(shí)間在12 h左右。

［1］郝壽昌，秦愛民，李馗峰.山西省天氣預(yù)報(bào)技術(shù)手冊(cè)［M］.北京：氣象出版社，2016.

［2］郝瑩，姚葉青，鄭嬡嬡，等.短時(shí)強(qiáng)降水的多尺度分析及鄰近預(yù)警［J］.氣象，2012，38（8）：900-908.

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10.15913/j.cnki.kjycx.2018.21.034

張占良（1969—），男，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)樘鞖獗O(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)服務(wù)。

〔編輯：嚴(yán)麗琴〕