青海省都兰县一次大到暴雨过程分析

石秀云，陈宏松，刘成丰

(青海省格尔木市气象台，青海格尔木 816099)

青海省都兰县一次大到暴雨过程分析

石秀云，陈宏松，刘成丰

(青海省格尔木市气象台，青海格尔木 816099)

利用常规资料、FY-2E气象卫星云图及各物理量场产品，从环流特征、物理量场特征、卫星云图特征等对都兰县2014年7月20—21日大到暴雨天气过程进行分析，探讨大到暴雨过程形成的可能原因。结果表明，此次降水天气主要受巴湖分裂短波槽携带冷空气自新疆东移南下与副热带高压外围西南暖湿气流共同影响；此次大到暴雨的水汽源地在孟加拉湾和南海，湿度场上形成了中下层湿、上干的不稳定层结；此次大到暴雨过程均有强烈的上升运动；大到暴雨发生前高空风向随高度顺转，为暖平流，较小的风切变有利于产生强降水；对流层中低层大气不稳定，为此次大到暴雨过程提供了不稳定的能量条件；大的降水一般出现在云系移动方向前方区的不稳定区内。

大到暴雨；环流形势；物理量场；卫星云图；都兰县

素有柴达木“绿洲”之称的青海省都兰县地处柴达木盆地东南部，地形以高原山地为主，地势西高东低，特殊的地理位置，使得都兰县容易出现大到暴雨天气。经统计，大到暴雨是都兰县主要的灾害性天气之一，且大到暴雨出现的次数主要集中在汛期[1]。

青海省地处内陆腹地，受水汽条件的限制，大到暴雨发生的概率非常小，但所造成的灾害是非常严重的。近年来，随着全球气候的变暖，青海地区极端天气事件增多，强降水天气频发，大雨易出，极端大到暴雨突现。由于大到暴雨中心、时空分布、雨势变化等存在一定的差别，给大到暴雨的预报带来困扰。笔者利用常规资料、FY-2E气象卫星云图及各物理量场产品，从环流特征、物理量场特征、卫星云图特征等方面，对都兰县2014年7月20—21日大到暴雨天气过程进行分析，找出各关键预报依据，寻找预报着眼点及大到暴雨形成的原因，旨在为大到暴雨天气预报和预警服务提供参考。

1 天气实况

2014年7月20—21日都兰出现大到暴雨过程，强降水出现在青海海西的东部，其中有2个县(都兰、天峻)24 h降水量超过25 mm(图1)，降水开始时间为20日23：00(图2)，降水持续时间约10 h，23：00—24：00出现短时强降水，降水量达8.5 mm，20日08：00—21日08：00降水量达28.3 mm，大到暴雨具有局地性强、降水时间长、短时降水强度强的特点[2]。

图1 2014年7月21日都兰县降水实况Fig.1 The precipitation in Dulan County on July 21，2014

图2 2014年7月20—21日都兰县逐小时雨量Fig.2 The hourly rainfall in Dulan County during July 20—21，2014

2 环流背景及影响系统

2.1 高空环流形势 7月20日08：00 500 hPa(图3a)，中高纬环流形势为两槽两脊型，新疆北部和我国东北部为高压脊，巴湖以西和贝湖为深厚的低槽，我国东部地区为西太平洋副热带高压控制，青海省中部处于副高外围西南暖湿气流中。20日20：00 500 hPa(图3b)，副热带高压加强西伸北抬，我国东北部高压脊减弱消失，环流形势调整为两槽一脊型，新疆北部弱脊，巴湖以西和贝湖为深厚的低槽，巴湖低槽分裂短波槽(新疆一带)不断向青海省西北部移动，青海省海西处于副热带高压西北侧，新疆东移南下冷空气在青海海西地区与西太平洋副热带高压外围西南暖湿气流交汇，从而使湿度增大(T-Td≤3 ℃)，尤其是海西东部湿度增大最明显(T-Td≤1 ℃)，为饱和区。700 hPa，前期青海省受暖低压控制，20日08：00青海省东北部为东南风，到20日20：00，青海省东部风场上形成308 gpm的气旋型低涡，上游有冷温槽逼近，此时海西东部正好处于低涡中。20日20：00 200 hPa，整个青海省受高压脊控制，中心数值达1 264 gpm，高压北部为急流带，风速≥40 m/s。高空辐散、低空辐合，引起海西东部地区出现大范围的强降水天气过程[3]。

2.2 地面形势 7月20日14：00(图4)，南疆翻越阿尔金山的冷空气已侵入柴达木盆地，冷锋后24 h变压达3 hPa，冷锋后均出现降水，青海海西都兰吹的是西北风，说明冷空气已经影响该区域；20：00，冷空气仍然维持，海西东部24 h变压中心降幅达2 hPa，24 h变温为-7 ℃；21日02：00冷空气已经移除海西，整个海西为24 h负变压，而海西都兰已出现强降水天气，出现短时强降水，24 h变压仍为负，中心达-2 hPa；都兰6 h降水量达20 mm，到08：00海西东部还是无冷空气侵入，为满天对流云系，海西东部降水范围有所扩大，其中乌兰、茶卡6 h降水量超过10 mm，08：00后降水转为稳定性。

图4 2014年7月20日14：00地面形势Fig.4 Ground situation at 14：00 on July 20，2014

3 物理量场分析

3.1K指数 大到暴雨发生前(20日08：00)，海西东部K指数为28～32 ℃，到20：00前都兰已开始出现降水天气，K指数稍有下降，下降了3 ℃左右。可见，大到暴雨发生前海西东部为K指数大值区，大气层结极不稳定，具备了发生强降水天气的条件，易产生强降水[4]。

3.2 水汽条件

3.2.1 水汽通量散度。20日08：00(图5a)，孟加拉湾—西藏—青海西部有南北向水汽通量散度负值区，水汽沿副热带高压西部偏西南气流向柴达木盆地输送，由于青海东部受副热带高压控制，东部为水汽通量正值区。到20日20：00(图5b)，青海西部有一南北向的水汽通量散度负值区，中心值达-6×10-7g/(cm2·hPa·s)，强的水汽辐合沿着副热带高压西侧的偏南气流向柴达木盆地和海西一带输送，700 hPa海西东部水汽通量散度为-10×10-5g/(cm2·hPa·s)，在300 hPa以上为弱辐散，低层强烈的水汽辐合加上高层辐散为大到暴雨的发生提供必要的水汽凝结条件。

图5 2014年7月20日08：00(a)和20：00(b)水汽通量散度场Fig.5 Water vapor flux divergence field at 08：00(a)and 20：00(b)on July 20，2014

3.2.2 相对湿度。从表1可看出，在大到暴雨发生前(20日20：00)，500 hPa相对湿度在90%以上，水汽充沛，而近地层相对湿度较500 hPa小，500 hPa以上随着高度的增加相对湿度迅速减小，到200 hPa降至37%以下；在临近大到暴雨发生时，近低层至500 hPa相对湿度开始增加，高层湿度相对开始减小。从整个发展情况来看，在强降水发生前大气有一个增湿的过程，其中中低层水汽充沛，而在对流层高层湿度迅速减小，这样就形成了中下层湿、上干的不稳定层结[5]。

3.3 垂直速度和涡度 由图6可见，大到暴雨过程都兰从低空到高空均为上升气流，500～400 hPa上升运动最强，中心值达-14×10-3hPa/s；低空为正涡度，正涡度中心在700～500 hPa，中高空负涡度，从而形成低空辐合、高空辐散的垂直上升运动。此次大到暴雨过程中强的上升运动将低层的水汽、热量、能量抬升到高空，触发不稳定能量释放，而中低层正涡度、高层负涡度的空间配置使大到暴雨区气旋性曲率加大，低层环流加强，发展旺盛，造成大到暴雨天气。

表1 都兰县“7.21”大到暴雨出现前相对湿度特征

Table 1 The features of relative humidity before “7.21” heavy rain in Dulan County

%

图6 2014年7月19—22日垂直速度(a)和涡度(b)时间剖面 Fig.6 Vertical velocity(a)and vorticity(b)time profiles during July 19—22，2014

3.4 温度对数压力图 此次大到暴雨过程均发生在青海海西东部，所以可用最近的站点格尔木、都兰的探空资料来分析。大到暴雨发生前(20日20：00)，都兰对流有效位能为0，强降水发生时(21日08：00)SI指数和对流有效位能均无变化；格尔木20日20：00～21日08：00，SI指数由5.70 ℃升至5.89 ℃，对流有效位能均为0。总体来看，此次过程中格尔木SI指数有所变化，而对流有效位能基本上均为0，说明较小的风切变有利于产生强降水[6]，但这次过程对都兰单站来说，SI指数和对流有效位能反映不是很明显。

4 卫星云图演变分析

分析卫星云图发现，造成海西东部地区大到暴雨天气是由于副热带高压外围的热带对流云团在西藏—小唐—海西一带发展、缓慢向东北移动过程中形成的强中尺度对流云团影响。20日20：00—21日05：00(图7)，副高外围青海省西

图7 2014年7月20日20：00(a)和21日05：00(b)卫星云图Fig.7 Satellite cloud picture at 20：00(a)on July 20 and 05：00(b)on July 21 in 2014

部至南部的对流云团不断发展并向东北方移动，将孟加拉湾的水汽向海西东部输送，由于水汽不断自副高外围西南气流向北输送，降水区域的暖湿气流发展旺盛，大到暴雨区开始降水，强降水云团在大到暴雨区上空维持，移动缓慢。分析红外黑体亮温TBB可见，小唐至海西TBB≤-30 ℃大值区云团随着副热带高压外围的西南气流向东北移动，强度加强，20日24：00强中心移至海西都兰地区，最强TBB≤-40 ℃，短时强降水天气发生在20日23：00—24：00，之后TBB中心值减小向东移动，21日08：00后移出海西。

5 结论

(1)此次降水天气主要受巴湖分裂短波槽携带冷空气自新疆东移南下与副热带高压外围西南暖湿气流共同影响，低空的暖性低涡和地面辐合线等中尺度增强了局地不稳定能量强烈抬升，同时锋面抬升、干线、辐合线激发了局地强降水，副热带高压的维持、阻挡系统的东移南压，是大到暴雨过程持续时间较长的主要原因。

(2)此次大到暴雨的水汽源地在孟加拉湾和南海，沿副热带高压外围的偏西南气流向青海海西输送，大到暴雨区处在中低层水汽辐合带中，充沛的水汽输送及辐合为大到暴雨的发生提供了必要的水汽条件。湿度场上形成了中下层湿、上干的不稳定层结。

(3)此次大到暴雨过程均有强烈的上升运动，400～500 hPa垂直上升运动达到最强，强的上升运动将低层的水汽、热量、能量抬升到高空，触发不稳定能量释放，而中低层正涡度、高层负涡度的空间配置，使大到暴雨区气旋性曲率加大，低层环流加强，发展旺盛。

(4)大到暴雨发生前高空风向随高度顺转，为暖平流，较小的风切变有利于产生强降水。

(5)对流层中低层大气不稳定，为此次大到暴雨过程提供了不稳定的能量条件；大的降水一般出现在云系移动方向前方区的不稳定区内。参考文献

[1] 王江山，李锡福．青海天气气候[M]．北京：气象出版社，2004：225-342.

[2] 段荣，王芬，熊方，等.西南低涡造成连续大暴雨天气个例诊断分析[J].安徽农业科学，2011，39(8)：4696-4699.

[3] 滕水昌，殷玉春.河西走廊一次大雨天气诊断分析[J].干旱气象，2010，28(1)：81-86.

[4] 贾宏元，穆建华，孔维娜.2004年宁夏一次区域性大到暴雨的诊断分析[J].干旱气象，2005，23(2)：24-29.

[5] 张增文，苟日多节，王发科，等.柴达木盆地区域性中到大雨个例分析[J].气象科技，2007，35(1)：88-91.

[6] 姚学祥.天气预报技术与方法[M].北京：气象出版社，2011：96-97.

Analysis of a Heavy Rain Process in Dulan County, Qinghai Province

SHI Xiu-yun, CHEN Hong-song, LIU Cheng-feng

(Qinghai Golmud City Meteorological Bureau, Golmud, Qinghai 816099)

Using the conventional data, FY-2E satellite images and the physical quantity fields, a heavy rain process in Dulan County during July 20-21, 2014 was analyzed from circulation features, physical quantity field features and satellite cloud picture features, the causes were discussed. The results showed that the rainfall process were affected by cold air from Xinjiang and southwest warm air; the water vapor sources were in the bay of Bengal and the South China Sea, middle and lower layer wet, upper dry unstable stratification was formed on the humidity fields; the heavy rainfall had a strong upward movement; wind direction at hight altitude changed clockwise with height before heavy rain occurrence, which is warm advection; smaller wind shear was favorable to produce strong precipitation; atmospheric instability in the middle and lower troposphere provided unstable energy condition; heavy rainfall generally appear in unstable region in front of cloud moving direction.

Heavy to torrential rain; Circulation situation; Physical quantity field; Satellite cloud picture; Dulan County

S 161.6；P 458

A

0517-6611(2016)35-0193-03

石秀云(1973-)，女，青海互助人，副研级高级工程师，从事短期天气预报研究。

2016-09-30