肖 瑋，傅 朝，徐麗麗，劉維成，狄瀟泓，鄭 新，楊秀梅

(1.蘭州中心氣象臺(tái)，甘肅 蘭州 730020；2.甘肅省蘭州市氣象局，甘肅 蘭州 730020)

引 言

在全球氣候變暖背景下，我國(guó)西北地區(qū)氣候模態(tài)逐漸由“暖干化”向“暖濕化”轉(zhuǎn)變[1-2]，降水量和降水頻次均呈增多趨勢(shì)，極端降水事件也呈增多趨勢(shì)[3-5]，而極端性降水主要由局地強(qiáng)對(duì)流天氣造成[4]。強(qiáng)對(duì)流天氣是一種水平尺度小、持續(xù)時(shí)間短、破壞力極大的天氣，常帶來陣性大風(fēng)和短時(shí)強(qiáng)降水，有時(shí)伴有雷暴、冰雹和龍卷等現(xiàn)象，往往會(huì)對(duì)人民生命財(cái)產(chǎn)造成巨大損害[6-8]。如2012年5月10日甘肅岷縣地區(qū)出現(xiàn)局地強(qiáng)對(duì)流天氣，并引發(fā)特大冰雹山洪泥石流災(zāi)害，造成47人死亡、12人失蹤，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)68.4億元[9]。

強(qiáng)對(duì)流天氣的預(yù)報(bào)預(yù)警一直是現(xiàn)代天氣預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，尤其是西北干旱半干旱地區(qū)局地突發(fā)性強(qiáng)對(duì)流天氣的預(yù)報(bào)難度更大[6]。近年來，針對(duì)西北地區(qū)強(qiáng)對(duì)流天氣的中尺度特征及觀測(cè)特征研究取得了很多有意義的成果[10-12]。曲曉波等[13]對(duì)舟曲“8·8”特大山洪泥石流災(zāi)害天氣的氣象成因做了分析，指出該次災(zāi)害過程的天氣系統(tǒng)具有明顯的中尺度特征；劉維成等[14]在分析甘肅中部一次超級(jí)單體風(fēng)暴的雷達(dá)回波特征基礎(chǔ)上，總結(jié)了冰雹天氣的臨近預(yù)報(bào)指標(biāo)，如VIL變化劇烈、ET與冰雹一致對(duì)應(yīng)、明顯的三體散射特征等；趙慶云等[15]分析了西北地區(qū)東部一次暖區(qū)大暴雨天氣個(gè)例的中尺度系統(tǒng)演變特征，發(fā)現(xiàn)大暴雨主要由對(duì)流云帶中一個(gè)向前傳播的β-中尺度對(duì)流云團(tuán)產(chǎn)生，可見中尺度系統(tǒng)在強(qiáng)對(duì)流天氣過程中起到重要作用。然而在實(shí)際天氣分析過程中，對(duì)流天氣潛勢(shì)條件亦表現(xiàn)得非常重要，如強(qiáng)對(duì)流天氣可以發(fā)生在強(qiáng)動(dòng)力抬升和弱熱力不穩(wěn)定條件下，也可以發(fā)生在強(qiáng)熱力不穩(wěn)定和弱動(dòng)力抬升機(jī)制下，僅僅考慮強(qiáng)對(duì)流形成的中尺度特征，難以全面反映對(duì)流天氣形成的本質(zhì)差異[16]。按照熱、動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)特征，我國(guó)強(qiáng)對(duì)流天氣劃分為高空冷平流強(qiáng)迫、低空暖平流強(qiáng)迫、斜壓鋒生、準(zhǔn)正壓、高架對(duì)流等[17]。其中，斜壓鋒生類強(qiáng)對(duì)流天氣的顯著特點(diǎn)是中低層冷暖空氣強(qiáng)烈交匯，并伴有明顯溫度鋒區(qū)和鋒生。研究表明西北地區(qū)短時(shí)強(qiáng)降水主要存在于斜壓鋒生和暖平流強(qiáng)迫兩種天氣形勢(shì)下，且斜壓鋒生作用的逐漸增強(qiáng)是產(chǎn)生短時(shí)暴雨天氣的根本原因[18-19]。

2019年4月19—20日(簡(jiǎn)稱“4·19”)和4月26—27日(簡(jiǎn)稱“4·26”)，甘肅省隴東南地區(qū)連續(xù)發(fā)生2次夜間時(shí)段的區(qū)域性短時(shí)強(qiáng)降水。一般來說4月西北地區(qū)出現(xiàn)強(qiáng)對(duì)流天氣的概率較低[20]，出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水的概率更低[21-22]，這2次過程出現(xiàn)時(shí)間早，且均具備大氣斜壓性特征，地面分別有冷鋒和冷式切變輻合線。本文著重探討這2次斜壓鋒生類短時(shí)強(qiáng)降水過程的動(dòng)力結(jié)構(gòu)特征異同，加深對(duì)汛期前強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生動(dòng)力條件的理解，特別是通過診斷低層及近地層鋒生函數(shù)、溫度平流等物理量嘗試解決復(fù)雜地形條件下地面風(fēng)場(chǎng)的不均勻性導(dǎo)致的低層及近地層對(duì)流觸發(fā)機(jī)制難以捕捉的問題。

1 資料與方法

利用歐洲數(shù)值預(yù)報(bào)中心提供的ERA5再分析資料(空間分辨率為0.125°×0.125°、時(shí)間分辨率為1 h)，分析2次過程溫度平流、鋒生函數(shù)、渦度、散度、垂直風(fēng)切變等物理量。本文鋒生函數(shù)計(jì)算采用p坐標(biāo)的標(biāo)量鋒生公式[23-24]，包括非絕熱加熱項(xiàng)、水平變形項(xiàng)、水平輻合項(xiàng)和傾斜項(xiàng)，其中非絕熱加熱項(xiàng)，即非絕熱加熱梯度產(chǎn)生的鋒生作用，在濕絕熱條件下可忽略；傾斜項(xiàng)，即垂直速度的水平梯度產(chǎn)生的鋒生作用；散度項(xiàng)，即水平輻合或輻散產(chǎn)生的鋒生或鋒消；變形項(xiàng)，即水平變形產(chǎn)生的鋒生作用。另外，文中附圖涉及的地圖基于國(guó)家測(cè)繪地理信息局標(biāo)準(zhǔn)地圖服務(wù)網(wǎng)站下載的審圖號(hào)為GS(2019)3333的地圖制作，底圖無(wú)修改。

2 實(shí) 況

2019年4月19—20日和26—27日，隴東南地區(qū)連續(xù)發(fā)生2次區(qū)域性短時(shí)強(qiáng)降水(≥20 mm·h-1)天氣過程，短時(shí)強(qiáng)降水均出現(xiàn)在夜間。其中，“4·19”過程，短時(shí)強(qiáng)降水累計(jì)出現(xiàn)32站次，主要降水時(shí)段為19日20:00至20日02:00(北京時(shí)，下同)，最大小時(shí)雨強(qiáng)(48.5 mm·h-1，19日23:00至20日00:00)和過程最大雨量(83.9 mm)均出現(xiàn)在徽縣高橋(圖1)；“4·26”過程，短時(shí)強(qiáng)降水累計(jì)出現(xiàn)128站次，其中天水和隴南兩市117站次，短時(shí)強(qiáng)降水分布更為集中，主要降水時(shí)段為27日02:00—08:00，最大小時(shí)雨強(qiáng)為54.7 mm·h-1(27日06:00—07:00)，出現(xiàn)在成縣毛壩村，過程最大雨量為69.3 mm，出現(xiàn)在成縣沙壩(圖2)，另外，26日傍晚到夜間甘肅中部個(gè)別站出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水，并伴有冰雹、雷暴大風(fēng)。

圖1 2019年4月19日18：00至20日02：00 隴東南小時(shí)降水量空間分布(a)和19日17:00至20日11：00 3個(gè)代表站逐時(shí)降水量(b)

圖2 2019年4月26日18:00至27日08：00隴東南小時(shí)降水量空間分布(a)和26日21:00至27日14：00 3個(gè)代表站逐時(shí)降水量(b)

從單站降水來看，“4·19”過程降水持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)，短時(shí)強(qiáng)降水出現(xiàn)后，有5～6 h的層云降水，“4·26”過程降水在1～3 h完成，呈現(xiàn)出雨強(qiáng)大、降水持續(xù)時(shí)間短的特點(diǎn)，對(duì)流性降水特征更為顯著。

3 天氣形勢(shì)

500 hPa高空?qǐng)D上，2次過程亞歐中高緯均為“兩槽兩脊”型，4月19日，歐洲高壓脊前移動(dòng)性長(zhǎng)波槽影響西北，高空鋒區(qū)自45°N以北不斷南壓，槽后冷平流明顯；26日，烏拉爾山高壓脊前長(zhǎng)波槽穩(wěn)定少動(dòng)，其底部中緯地區(qū)以平直的緯向環(huán)流為主，40°N以南存在高空鋒區(qū)，甘肅酒泉北部有西風(fēng)帶分裂短波槽，東移過程中與高原槽同位相疊加，經(jīng)向度加大。700 hPa 19日20：00，冷式切變位于寧夏北部至甘肅隴南一線；26日20：00，低渦中心位于甘肅臨夏，對(duì)應(yīng)有“人”字形切變，南側(cè)有低空急流發(fā)展(圖3)。700 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)上2次過程均為“東高西低”型。

圖3 2019年4月19日(a)和26日(b)20:00 500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)(黑色實(shí)等值線，單位：dagpm)和溫度場(chǎng)(紅色虛等值線，單位：℃)(“D”為位勢(shì)高度低值中心，“L”為冷中心)

2次過程地面觸發(fā)機(jī)制具有明顯差異。4月19日，冷空氣經(jīng)由河西走廊迅速東移南下，酒泉為閉合冷高壓，14：00地面冷鋒南段進(jìn)入甘肅河?xùn)|地區(qū)，此時(shí)河?xùn)|大部分地區(qū)以負(fù)變壓為主[圖4(a)]；20：00鋒后正變壓加強(qiáng)并迅速向南推進(jìn)[圖4(b)]，冷鋒南段的隴東南地區(qū)出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水。4月26日，地面冷空氣主力由河套以東向西擴(kuò)散，冷高壓中心位于華北，20：00小股冷空氣向西滲透，同時(shí)高原東北邊坡有熱低壓發(fā)展，低壓外圍至高壓之間出現(xiàn)正變壓區(qū)[圖4(c)]，甘肅中部地面輻合線附近出現(xiàn)分散性短時(shí)強(qiáng)降水，并伴冰雹、大風(fēng)天氣；27日02：00—08：00，正變壓中心東移南壓過程中逐漸減弱，地面輻合線轉(zhuǎn)為冷式切變并分裂為兩段[圖4(d)]，經(jīng)過天水、隴南兩地時(shí)，出現(xiàn)區(qū)域性短時(shí)強(qiáng)降水。

圖4 2019年4月19日14：00(a)、20：00(b)和26日20：00(c)海平面氣壓場(chǎng)(黑色實(shí)等值線，單位：hPa)及27日02：00—08：00(d)地面輻合線(-×-)和3 h變壓(藍(lán)色數(shù)字，單位：hPa)(“D”代表低壓中心，“G”為高壓中心)

綜上所述，2次過程都存在高空冷平流，低層冷暖氣流交匯，地面分別存在明顯的冷鋒和冷式切變輻合線，屬斜壓鋒生類強(qiáng)對(duì)流天氣[16]。低層和地面均為“東高西低”，高壓后部的偏南氣流使得低層和地面的溫濕條件增強(qiáng)，配合高空冷平流，加大了高低層之間的溫濕差異，有利于隴東南地區(qū)形成較大的不穩(wěn)定能量。但是，2次過程冷空氣入侵路徑、強(qiáng)度存在差異：“4·19”過程長(zhǎng)波槽東移引導(dǎo)地面冷空氣南下，地面有明顯冷鋒，具有深厚的鋒面大尺度的動(dòng)力強(qiáng)迫抬升條件；“4·26”過程高空不存在大規(guī)模冷平流影響，但西風(fēng)帶短波槽與高原槽同位相疊加，波動(dòng)振幅加大，導(dǎo)致偏南的高空鋒區(qū)南下，增加大氣斜壓效應(yīng)，進(jìn)而在槽前的低層和近地層形成明顯的輻合切變。

4 水汽和不穩(wěn)定條件

分析大氣整層含水量(PW)及700 hPa比濕(圖略)，發(fā)現(xiàn)“4·19”過程隴東南地區(qū)PW為22～25 g·m-2，“4·26”過程PW為28～32 g·m-2，整層含水量較前一次過程略偏大，2次過程強(qiáng)降水開始前，河?xùn)|大部分地區(qū)700 hPa比濕均大于8 g·kg-1，尤其是“4·26”過程隴南、天水兩地比濕大于10 g·kg-1，對(duì)于西北地區(qū)，這樣充足的水汽條件在4月還是比較少見的。與此相對(duì)應(yīng)，對(duì)流發(fā)生前，“4·19”過程隴東南地區(qū)對(duì)流有效位能(CAPE)值為200～400 kg·J-1，“4·26”過程隴南、天水兩地CAPE值為500～1000 kg·J-1，較前者明顯偏大?？梢?，2次過程均具有良好的水汽條件以及一定強(qiáng)度的不穩(wěn)定能量，其中“4·19”過程不穩(wěn)定條件相對(duì)較弱。

5 動(dòng)力診斷

鋒生函數(shù)和假相當(dāng)位溫(θse)分別為動(dòng)力和熱力的綜合物理量，可定量表征大氣的鋒生結(jié)構(gòu)及其時(shí)空分布和演變特征[25]，在鋒生過程的研究中得到廣泛應(yīng)用[26-31]，不同層次的鋒生對(duì)降水的作用不盡相同，有研究認(rèn)為鋒生中心多位于低層[32]，而顯著的冷暖平流導(dǎo)致斜壓鋒生加強(qiáng)，并形成動(dòng)力強(qiáng)迫[16]。針對(duì)2次過程，著重分析700、850 hPa的鋒生函數(shù)和假相當(dāng)位溫，研究鋒生作用與低層及近地層影響系統(tǒng)、短時(shí)強(qiáng)降水的對(duì)應(yīng)關(guān)系，并通過中、低層溫度平流分析低層及近地層的斜壓鋒生特征。

強(qiáng)對(duì)流的發(fā)生需要水汽、不穩(wěn)定層結(jié)和抬升力3個(gè)基本條件。在具備一定的水汽及不穩(wěn)定能量條件基礎(chǔ)上，利用水平風(fēng)場(chǎng)、散度、渦度、垂直風(fēng)切變等物理量，對(duì)比低空輻合、高空輻散條件，以及低空急流、對(duì)流風(fēng)暴的垂直組織性等動(dòng)力特征，揭示2次過程動(dòng)力抬升機(jī)制。

5.1 低層和近地層鋒生

4月19日14：00，700 hPaθse等值線密集帶由甘肅中部向北延伸至內(nèi)蒙古中部，對(duì)應(yīng)為鋒生函數(shù)正值，呈東北—西南向分布，與地面冷鋒走向一致，但位置略偏北[圖5(a)]，低層冷鋒隨高度向西傾斜；20：00，θse等值線趨于密集，鋒生強(qiáng)度明顯增強(qiáng)，中心位于慶陽(yáng)北部至白銀東南部一線，強(qiáng)度達(dá)400～500×10-10K·m-1·s-1[圖5(b)]；20：00至次日02：00，鋒生函數(shù)持續(xù)增大，配合θse等值線密集帶向南推進(jìn)至隴東南地區(qū)，中心強(qiáng)度達(dá)500～600×10-10K·m-1·s-1[圖5(c)]。850 hPa鋒生函數(shù)、假相當(dāng)位溫空間分布與700 hPa鋒生函數(shù)和假想當(dāng)位溫以及地面冷鋒一致，850 hPa隴東南鋒生強(qiáng)度明顯小于700 hPa，為100～200×10-10K·m-1·s-1(圖略)。短時(shí)強(qiáng)降水與700 hPa鋒生函數(shù)大值區(qū)分布一致，表明在較弱的熱力不穩(wěn)定條件下，濕空氣沿鋒面斜升，鋒面附近存在條件性對(duì)稱不穩(wěn)定[16]，以動(dòng)力不穩(wěn)定條件為主。

圖5 2019年4月19日14:00(a)、20:00(b)及20日02:00(c)700 hPa鋒生函數(shù)(填色區(qū)代表正值、紅色虛等值線代表負(fù)值，單位：10-10 K·m-1·s-1)及假相當(dāng)位溫(藍(lán)色等值線，單位：K)空間分布

4月26日20：00，700 hPa小股冷空氣沿蘭州北部南下，白銀—蘭州—臨夏一線θse等值線趨于密集，較地面輻合線位置略偏北，鋒生函數(shù)正值區(qū)中心強(qiáng)度為400×10-10K·m-1·s-1左右[圖6(a)]，對(duì)應(yīng)甘肅中部冰雹、大風(fēng)及分散性的短時(shí)強(qiáng)降水天氣；27日02：00，θse等值線密集帶呈東北—西南向，強(qiáng)鋒區(qū)(鋒生函數(shù)正值中心500×10-10K·m-1·s-1)位于隴東南西北部[圖6(b)]；27日02：00—05：00，強(qiáng)鋒生帶進(jìn)入隴東南并迅速減弱[圖6(c)]，對(duì)應(yīng)地面冷式切變斷裂。26日20：00，850 hPa存在兩個(gè)θse等值線密集區(qū)：一個(gè)位于甘肅中部，鋒生函數(shù)中心強(qiáng)度小于100×10-10K·m-1·s-1；另一個(gè)位于陜西，受華北平原冷空氣向西擴(kuò)散影響，存在中心強(qiáng)度大于500×10-10K·m-1·s-1的鋒生區(qū)[圖6(d)]；27日02：00—05：00，天水、隴南東部θse等值線逐漸密集，并出現(xiàn)弱的鋒生帶(鋒生強(qiáng)度小于100×10-10K·m-1·s-1)[圖6(e)、圖6(f)]?？梢姡瑢?duì)流性強(qiáng)降水先后受東西兩路鋒區(qū)影響，700 hPa西路鋒區(qū)東移至隴東南，強(qiáng)度迅速減弱，27日02：00—03：00在慶陽(yáng)觸發(fā)了分散性短時(shí)強(qiáng)降水；03：00—08：00 850 hPa東路鋒區(qū)在隴南和天水東部生成并穩(wěn)定維持，觸發(fā)區(qū)域性短時(shí)強(qiáng)降水。

圖6 2019年4月 26日20:00(a、d)、27日02：00(b、e)和05:00(c、f)700 hPa(a、b、c)、850 hPa(d、e、f)鋒生函數(shù)(填色區(qū)代表正值、紅色虛線代表負(fù)值，單位：10-10 K·m-1·s-1)和假相當(dāng)位溫(藍(lán)色實(shí)等值線，單位：K)空間分布

5.2 溫度平流

4月19日22：00至20日02：00，500 hPa河?xùn)|大部分地區(qū)有冷平流發(fā)展，并向東南方向延伸，中心強(qiáng)度為-25×10-5K·s-1左右，地面加壓，水平形變項(xiàng)導(dǎo)致鋒生作用加強(qiáng)[23-24,27][圖7(a)]。26日17：00—21：00，高原邊坡有冷平流入侵，中心強(qiáng)度小于-45×10-5K·s-1，對(duì)應(yīng)地面高壓南側(cè)出現(xiàn)正變壓區(qū)，氣壓梯度增大，地面鋒生加強(qiáng)[圖7(b)]；26日22：00至27日08：00，冷平流強(qiáng)度明顯減弱，中心強(qiáng)度小于-25×10-5K·s-1[圖7(c)]，地面正變高減小，水平變形項(xiàng)作用使得低層鋒生作用減弱。

圖7 2019年4月20日01:00(a)、26日17:00(b)及27日02:00(c)500 hPa溫度平流空間分布(單位：10-5 K·s-1)

4月19日20：00，700 hPa冷平流向南擴(kuò)散過程中強(qiáng)烈發(fā)展，中心強(qiáng)度達(dá)-100×10-5K·s-1，暖平流中心強(qiáng)度為10×10-5K·s-1，在偏北風(fēng)和偏南風(fēng)水平輻合作用下[圖8(a)]，沿變溫升度方向，等θse線趨于密集，表現(xiàn)為慶陽(yáng)北部至白銀東南部低層鋒生[23-24]；850 hPa冷平流較700 hPa偏弱，且輻合位置略偏北[圖8(b)]，對(duì)應(yīng)邊界層鋒生作用較弱。26日20：00，700 hPa冷平流中心強(qiáng)度小于-40×10-5K·s-1，暖平流中心強(qiáng)度為40×10-5K·s-1左右，甘肅中部南北風(fēng)輻合[圖8(c)]，水平θse梯度增大，出現(xiàn)強(qiáng)鋒生帶； 850 hPa，甘肅河?xùn)|地區(qū)有兩支冷平流，除甘肅中部南下的西路冷平流外，另外一支由華北平原向西擴(kuò)散至隴東地區(qū)[圖8(d)]。27日02：00—08：00，700 hPa冷平流減弱并南壓，隴東南偏南風(fēng)轉(zhuǎn)為西南風(fēng)，水平輻合項(xiàng)減小，低層鋒生隨之減弱，此階段暖平流強(qiáng)烈發(fā)展，中心強(qiáng)度達(dá)70×10-5K·s-1，低空急流改善了低層溫濕條件，熱力不穩(wěn)定顯著[圖8(e)]；27日03：00—08：00，850 hPa西路冷平流南下過程中逐漸減弱，東路冷平流穩(wěn)定維持，與四川北部、陜南暖平流交匯，此時(shí)風(fēng)場(chǎng)輻合雖不明顯[圖8(f)]，但在隴南、天水東部存在弱的鋒生作用。

圖8 2019年4月19日20:00(a、b)、26日20:00(c、d)、27日05:00(e、f) 700 hPa(a、c、e)、850 hPa(b、d、f)溫度平流(填色，單位：10-5 K·s-1)和風(fēng)場(chǎng)(矢量，單位：m·s-1)

綜合來看，“4·19”過程中、低層冷平流強(qiáng)烈發(fā)展，驅(qū)動(dòng)低層鋒生，深厚的鋒面抬升加強(qiáng)對(duì)流發(fā)展?！?·26”過程中層冷平流減弱，低層及近地層冷平流較為復(fù)雜，在東西兩路冷平流共同作用下，隴東南出現(xiàn)近地層弱鋒生帶；而低層暖濕平流強(qiáng)烈發(fā)展，在隴東南高能高濕區(qū)內(nèi)，低層及近地層鋒生帶(對(duì)應(yīng)地面冷式輻合線)經(jīng)過隴南、天水東部觸發(fā)出區(qū)域性短時(shí)強(qiáng)降水。

5.3 風(fēng)場(chǎng)、渦度場(chǎng)和散度場(chǎng)

5.3.1 700 hPa風(fēng)場(chǎng)和渦度場(chǎng)

2次過程在700 hPa均存在偏北風(fēng)與偏南風(fēng)強(qiáng)烈輻合的環(huán)流背景?！?·19”過程偏北氣流強(qiáng)于偏南氣流，大于15 m·s-1的等風(fēng)速線南壓過程中范圍不斷擴(kuò)大，在隴東南有強(qiáng)輻合場(chǎng)，至20日00:00，正渦度中心達(dá)40×10-5s-1[圖9(a)]；“4·26”過程正好相反，偏南氣流明顯強(qiáng)于偏北氣流，偏南氣流發(fā)展為低空急流，27日02:00，中心風(fēng)速大于25 m·s-1，偏南氣流前端有強(qiáng)輻合場(chǎng)，輻合中心強(qiáng)度與前者相當(dāng)，范圍更大[圖9(b)]。綜上所述，“4·19”低層干冷空氣為主導(dǎo)，而“4·26”暖濕空氣更為強(qiáng)盛。

圖9 2019年4月20日00:00(a)及27日02:00(b)700 hPa風(fēng)場(chǎng)(矢量，單位：m·s-1)和渦度(只顯示正值，填色，單位：10-5 s-1)

5.3.2 200 hPa風(fēng)場(chǎng)和散度場(chǎng)

4月19日08：00，200 hPa中高緯和副熱帶地區(qū)有兩支西風(fēng)急流，分別位于47°N和25°N附近(圖略)，20：00，在河?xùn)|地區(qū)出現(xiàn)西南風(fēng)與偏西風(fēng)的輻散區(qū)域，散度大于10×10-5s-1[圖10(a)]，20日00：00，西風(fēng)帶西段急流入口南壓至37°N附近，副熱帶急流出口北抬至30°N附近，隴東南處于西風(fēng)帶急流入口區(qū)右側(cè)、副熱帶西風(fēng)急流出口區(qū)左側(cè)，散度大于12×10-5s-1[圖10(b)]。26日08：00 200 hPa僅有一支西風(fēng)帶急流，緯度跨25°N—55°N(圖略)，急流在向東傳播過程中， 20：00在甘肅白銀、河?xùn)|偏南地區(qū)分別出現(xiàn)兩個(gè)輻散區(qū)域[圖10(c)]，27日04：00，甘肅隴東轉(zhuǎn)為西南風(fēng)，西風(fēng)帶急流在隴東南分支為西南風(fēng)與西北風(fēng)，呈南北向帶狀分布、范圍更大，此時(shí)散度中心強(qiáng)度大于20×10-5s-1[圖10(d)]。

圖10 2019年4月19日20:00(a)、20日00:00(b)、26日20:00(c)及27日04:00(d)200 hPa風(fēng)(矢量，單位：m·s-1)和散度(填色，只顯示正值，單位：10-5 s-1)空間分布

綜上所述，2次過程都存在高空輻散、低層輻合，對(duì)流層下層到中上層出現(xiàn)深厚的垂直上升運(yùn)動(dòng)?！?·19”過程低層以偏北風(fēng)為主導(dǎo)，對(duì)流發(fā)生在西風(fēng)帶急流入口區(qū)右側(cè)、副熱帶急流出口區(qū)左側(cè)；“4·26”過程低層以偏南風(fēng)為主導(dǎo)，對(duì)流發(fā)生在高層西風(fēng)帶急流的分流區(qū)內(nèi)。

5.4 垂直風(fēng)切變

如果沒有垂直風(fēng)切變的作用，上升氣流難以維持。通過對(duì)比環(huán)境場(chǎng)的垂直風(fēng)切變，發(fā)現(xiàn)19日22:00隴東南地區(qū)0～6 km垂直風(fēng)切變小于6 m·s-1(圖略)，4 h內(nèi)快速增大至18 m·s-1[圖11(a)]；26日02:00隴東南地區(qū)垂直風(fēng)切變中心強(qiáng)度大于21 m·s-1[圖11(b)]，且此強(qiáng)度維持4 h，更有利于雷暴的組織及傳播。從隴南單站風(fēng)場(chǎng)的垂直分布(圖略)可以看出，2次過程在強(qiáng)對(duì)流發(fā)生初期，風(fēng)均隨高度順轉(zhuǎn)有暖平流，屬于有組織的對(duì)流垂直分布形勢(shì)。

圖11 2019年4月20日02:00(a)及27日02:00(b)0～6 km垂直風(fēng)切變場(chǎng)(單位：m·s-1)

6 結(jié)論和討論

(1)2次過程中層有冷平流，低層冷暖空氣交匯，地面分別有冷鋒和冷式切變線，具備一定強(qiáng)度的垂直風(fēng)切變，屬于斜壓鋒生類短時(shí)強(qiáng)降水過程。在同樣顯著的斜壓大氣環(huán)境條件下，對(duì)流發(fā)生、發(fā)展呈現(xiàn)出多樣性?！?·19”過程屬深厚的西路冷空氣南下，地面有明顯的冷鋒活動(dòng)，具備大尺度的鋒面降水特征，“4·26”過程低層及近地層冷空氣擴(kuò)散，低空急流改善了低層溫濕條件，對(duì)流降水的中尺度特征更為顯著。

(2)在低空輻合、高空輻散作用下，2次過程均存在深厚的抬升條件，“4·19”過程低層輻合區(qū)以偏北風(fēng)為主導(dǎo)，對(duì)流發(fā)生在西風(fēng)帶急流入口區(qū)右側(cè)、副熱帶急流出口區(qū)左側(cè)的輻散區(qū)內(nèi)，“4·26”過程低層輻合區(qū)偏南風(fēng)發(fā)展，對(duì)流位于西風(fēng)帶急流的分流區(qū)內(nèi)。

(3)“4·19”過程中、低層冷平流發(fā)展，驅(qū)動(dòng)低層鋒生加強(qiáng)，對(duì)流發(fā)生在強(qiáng)的鋒面強(qiáng)迫抬升和弱的熱力不穩(wěn)定條件下，以動(dòng)力不穩(wěn)定為主導(dǎo)?！?·26”過程中、低層冷平流減弱，弱的邊界層斜壓鋒生條件下，低層暖濕急流強(qiáng)烈發(fā)展，對(duì)流發(fā)生在強(qiáng)熱力不穩(wěn)定能量環(huán)境和邊界層鋒生觸發(fā)共同作用下，以熱力不穩(wěn)定為主導(dǎo)。

(4)“4·26”過程低層及邊界層冷空氣路徑較為復(fù)雜，對(duì)流性強(qiáng)降水先后受東西兩路冷空氣影響，對(duì)流初期，700 hPa西路冷平流南下過程中減弱，地面切變輻合觸發(fā)了分散性短時(shí)強(qiáng)降水；對(duì)流旺盛階段，850 hPa東路冷平流向西推進(jìn)，近地層鋒生在隴南、天水東部形成并穩(wěn)定維持，觸發(fā)了區(qū)域性短時(shí)強(qiáng)降水。

(5)西北地區(qū)地形復(fù)雜，低層和近地層觸發(fā)系統(tǒng)難以界定，鋒生函數(shù)可定量描述低層和近地層影響系統(tǒng)的時(shí)空分布和演變特征，可作為斜壓鋒生類對(duì)流觸發(fā)系統(tǒng)判定的主要物理量指標(biāo)。

本文在討論低層鋒生運(yùn)動(dòng)學(xué)特征時(shí)，據(jù)鋒生函數(shù)各項(xiàng)的物理意義，是否可將500 hPa冷平流發(fā)展、地面加壓用作對(duì)流層中下層變形場(chǎng)鋒生的主要?jiǎng)恿σ蜃?，仍需進(jìn)一步討論；同時(shí)，用于討論鋒生函數(shù)水平散度項(xiàng)貢獻(xiàn)的700 hPa溫度平流、風(fēng)場(chǎng)演變特征，需要做進(jìn)一步定量化的分析。