陕西省夏季一次暴雨过程的个例分析

（新疆石河子莫索湾气象站，新疆 石河子 832056）

0 引言

对于暴雨的准确预报一直是气象界的一个难题。大范围、持续性强的暴雨往往能诱发洪涝、山体滑坡、泥石流等严重灾害事件，因此，暴雨是世界上大多数国家的主要灾害性天气之一[1]。充沛的水汽是暴雨发生的必要前提条件之一，有关研究表明，我国暴雨事件的水汽，主要来自于南海、东海、孟加拉湾以及西太平洋等地[2]。这些地方的水汽往往能在特定的大气环流背景下，输送到我国，从而形成暴雨。水汽输送结构对于暴雨具有重要的影响。

梁萍[3]等利用NCEP/NCAR 1980—1997年间的再分析资料，结合我国夏季（6～8月）逐日降水观测资料，从暴雨发生的水汽来源角度，对夏季华北地区的暴雨特征进行了研究和讨论，结果证实，影响华北地区暴雨的水汽主要来自于西太平洋以及高纬西风带，同时，孟加拉湾输送的水汽也对华北地区的暴雨产生一定的影响。周海光[4]等对梅雨锋暴雨中的中尺度系统进行了分析，发现大气不稳定性、充足的水汽以及抬升运动是它们生成的重要条件。

谢坤[5]等利用ECMWFERA40 中的各种常规气象变量的月平均数据，以及国家气候中心提供的全国160站月平均降水资料，探讨了1958—2002年夏季，华北地区大气中的水汽输送及水汽含量的特征，利用合成分析的方法对旱涝年的水汽含量和水汽输送异常情况进行了讨论，对近年来华北地区水汽含量与输送的变化情况进行了趋势拟合。研究表明，南海、孟加拉湾以及西太平洋是我国华北地区水汽的主要来源，而中高纬的西风带则促进了不同区域之间水汽的传输与交换。通过对水汽含量及水汽输送的趋势分析发现，近50年以来，华北南边界水汽开始减少，这可能是造成华北地区干旱化程度加剧的一个重要因素。周晓霞[6]等研究发现，亚洲季风输送的水汽是华北汛期水汽的主要来源。水汽含量也是青藏高原气象学的一个重要研究课题。

青藏高原的水汽含量对其邻近区域的气候、水循环、旱涝水平等都具有重要的影响，因此许多学者对其水汽含量的空间分布及季节变化特征开展了大量广泛而深入的研究。张杰[7]等从夏季水汽输送带的角度，对我国及亚洲其他地区的旱涝灾害的成因进行了讨论。冯蕾[8]等的研究也表明，青藏高原的水汽输送会影响东亚夏季的降水水平；并且水汽含量具有非常明显的时空变化以及季节变化。近些年来，对于青藏高原与周边上空水资源的演变特征也有了非常多的研究。黄福均等人利用NECP/NCAR 再分析资料，对青藏高原东部地区及其周边区域上空的水汽资源的气候特征进行了讨论。慕建利[9]等利用地面逐小时加密观测资料和T213资料，对陕西关中在2007年8月8日到9日的一次短时强暴雨过程进行了分析，并主要是对本次暴雨的水汽来源进行了论述。研究发现，强暴雨时，关中周边地区水汽都较为充沛，为高湿区，这为强暴雨提供了充足的水汽来源。在暴雨发生期间，关中上空的水汽较为浅薄，地面至低层风向的快速变化，造成暴雨区从地面到低高度上空的湿度经历了先减小，忽然增大，又迅速减小的一个过程。偏东的气流将水汽往暴雨区汇集。水汽通量的极大值中心，就是此次暴雨的中心。水汽通量的水平辐合，影响着暴雨区的可降雨量的大小。施尚文等对我国北方地区的夏季降雨量与夏季风之间的关系进行了探讨，指出夏季风较弱时，北方的降水偏少；反之，较强的夏季风往往会给我国北方地区带来更多的降水。王婧羽[10]等利用常规观测资料及再分析资料，对出现在2012年7月21日至22日北京特大暴雨期间的水汽状况进行了计算，并得出如下结论：水汽的输送主要是经向的输送过程，这次暴雨区的水汽主要来自于中、低层（以下）的南边界。根据当日的拉格朗日方法的后向追踪轨迹模式（HYSPLIT），模拟示踪了本次特大暴雨的水汽源地，结果表明，本次暴雨的重要水汽源主要在孟加拉湾、我国南海等地区。周顺武等利用探空资料，研究了1979—2008年间华北地区夏季的地面降水与其上空水汽含量，利用经验证交函数分解发现，华北地区上空水汽含量的分布特征主要有两种形态，包括南北反相型以及全区一致变化型[11]。

我国的北方地区是生存环境的脆弱带。降水变率对于当地的农业和牧业具有重要的影响。水汽源地的水汽输送工程，对于发生降水的地区具有重要影响。陕西省位于我国西北地区的东部，该省南北向狭长，南、北气候有显著的差异，由南向北依次为亚热带、暖温带和温带。年均气温13.0 ℃，降水量576.9mm。气温由南向北降低，降水也由南向北减少，较易受到当地地形的影响。陕西省地处我国的内陆，离充沛的水汽源地比较远，水汽输运对当地降水具有重要的影响。每年6月下旬的后期至7月上旬的前期，常常出现初夏汛雨，洪涝灾害事件相对多发。自然区划上因秦岭-淮河一线而横跨北方与南方。陕西省位于西北内陆，横跨黄河和长江两大流域中部，全区域降水量都较少，而且降水的季节比较集中，陕西省降水主要集中在夏季。本文利用NOAA/ESRL PSD的逐日再分析资料，对2015年6月28日08时至29日08时发生在陕西省的一次暴雨过程从水汽通量、水汽通量散度以及垂直速度等方面进行了探讨，并着重关注了水汽的来源及其传输过程，以期为该省有关部门在暴雨的预报、防灾减灾方面提供一定的借鉴。

1 资料与方法

1.1 资料

本文逐日再分析资料由NOAA/ESRL PSD提供，包括温度场、相对湿度场、风场、比湿场、地面气压场等资料，垂直方向共有17层，水平分辨率为2.5°×2.5°格点，时间长度为2015年6月23至6月29日。

1.2 方法

1.2.1 水汽通量的计算

水汽通量（水汽输送量）指的是单位时间内，在与速度垂直方向正交的某一单位截面积流经的水汽质量。该物理量不仅能给出水汽输送的强度，同时也可以给出水汽输送的方向。本文采用欧拉方法计算水汽通量。

1.2.2 水汽通量散度的计算

水汽通量可以帮助我们了解暴雨发生时的水汽来源，但是对于暴雨发生的位置及强度，则需要通过水汽通量散度才能反映出来。水汽通量散度代表的是单位时间、单位体积水汽的净流失量。换而言之，如果某地的水汽通量散度>0，则该地水汽输出与流失，不利于降水的发生；水汽通量散度<0，该地有水汽的输入与汇集，可造成强降水。

1.2.3 垂直速度ω的诊断

在常规的天气分析和预报中，大气垂直运动ω往往是一个重要的物理量。ω<0，气流有上升运动；反之ω>0，气流为下沉运动。空气团在上升运动过程中，往往会冷却凝结，形成雨滴降落，而气团下沉过程则伴随着绝热加热。因此垂直速度也是形成降水的一个关键因素。

2 结果

2.1 研究区域降水概况

陕西省位于105°29′～111°15′E，31°42′～39°35′N，横跨长江、黄河两大流域中部，是我国中、东部地区与西北、西南连接的重要纽带。该省属于大陆季风性气候，南、北气候有显著的差异，由南向北依次为亚热带、暖温带和温带。年均气温13.0 ℃，降水量576.9mm。

气温由南向北降低，降水也由南向北减少，较易受到当地地形的影响。每年6月下旬的后期至7月上旬的前期，出现初夏汛雨，洪涝灾害事件相对多发。

查阅资料2015年6月28日08时的高低空形势。可以看出，陕西省受西风槽和西太副高的西侧西南暖湿气流的共同影响，造成全省多地出现强降雨过程。

据气象部门监测资料显示，当日08时至16时，全省共计91个县（市）出现降水，降水中心位于汉中市，该市南郑县气象局28日分别于10：18和13：45连续2次发布暴雨红色预警信号。在陕南中西部地区中，有2个县为大暴雨，9个县为暴雨。从该省的所有乡镇站监测结果来看，降水大于50mm 全省多达181个站，大于100mm 为41个站，大于200mm有3个站。

由于此次降水的影响，汉江支流冷水河发生历史上50年一遇的严重洪灾，汉中的多个乡镇遭遇袭击，一时造成电力设施、交通设施的受损中断。溢水河、漾家河以及喜神坝河的洪峰流量均超警戒。28日15时30分，汉江支流冷水河三花石站出现超保证洪峰流量1840 m3/s，重现期相当于50年一遇。南郑县是这次暴雨洪涝的重灾区。为了保证灾区群众的生命安全，南郑县于28日12时紧急组织危险区15000多人员转移，有效减少了人员伤亡，但还是造成了1名人员失踪。

截至当年6月30日09时，陕西省汉中、安康、宝鸡、咸阳、渭南、延安、铜川等7市28个县（区），451000余人遭到暴雨及其引发的洪涝灾害的危害。灾害期间，34000 余人紧急转移，13人失踪，4人死亡；当地农作物共有378.90 万hm2受灾，46.50万hm2绝收；造成了9亿多元的直接经济损失。

2.2 水汽通量

根据6月23日资料显示，有多个水汽通量中心，分别位于孟加拉湾附近（中心值>27 g/（cm·hPa·s）），南海附近（中心值>27 g/（cm·hPa·s）），以及靠近我国海岸的西北太平洋上（中心值>18 g/（cm·hPa·s））。有利的风场条件，有利于将水汽往我国输送。盛行西南风将来自于孟加拉湾附近的水汽往我国内地输送。此外，还可以看出，风场在我国青藏高原-青海等地区发生辐合，因而在青藏高原中东部也出现了一个高水汽通量中心（中心值>27g/（cm·hPa·s））。对于西北太平洋上的水汽中心而言，偏南风一部风将水汽往北输送，到了35°N附近，风场发生偏转，一部分水汽随着偏西风流向中东太平洋，还有一部分水汽在偏东风的作用下，往我国大陆输送。

6月24日，几个水汽中心的位置没有太大变化，但是水汽高值中心范围比23日都有所减小，23日我国大部分地区（东北、中东部，包括陕西省）成片的水汽，到了24日水汽变得分散，往我国东北部输送。水汽仍在我国新疆、青藏高原、青海、甘肃、内蒙古、陕西、陕西等地发生辐合。25日，南海附近的水汽中心值进一步减小，由之前的>24 g/（cm·hPa·s），减小到>18g/（cm·hPa·s），孟加拉湾、西北太平洋、青藏高原附近的高值中心值及范围都有所扩大。尤其是青藏高原附近，水汽增加明显，水汽高值中心已覆盖到青海和甘肃附近。26日，来自上游孟加拉湾、青藏高原附近的充沛水汽，在盛行西南风的作用下，水汽进一步往我国内陆输送，并已经在甘肃、青海省一带产生了一个中心值>15g/（cm·hPa·s）的次高值中心，在我国西南地区也产生一个高水汽中心。相比25日水汽覆盖情况来看，26日，陕西省上空已经处在水汽覆盖区，中心值6～9g/（cm·hPa·s）之间。此时，来自孟加拉湾、青藏高原地区的水汽在盛行西南风、来自南海的水汽偏南风、来自西北太平洋的水汽在偏东风的作用下，源源不断地往我国输送，并可以明显看出水汽在我国中北部、新疆、甘肃、青海、陕西、山西和内蒙古一带发生辐合。27日，孟加拉湾、南海的水汽中心明显减小，但是青藏高原、青海-甘肃2个水汽中心明显增强，水汽覆盖范围变大，已经有向东、向北发展的趋势。陕西省上空的水汽进一步增加到9～12 g/（cm·hPa·s），并且处在高水期中心的边缘，风场、水汽场辐合带。28～29日，随着孟加拉湾、青藏高原、南海附近几个水汽中心的减小，我国北方在范围及强度上都有明显的减弱，28日，陕西省上空的水汽含量相对较为充沛，但是到了29日，随着28日08时至29日08时，一次暴雨过程的出现后，该地区的水汽通量明显减弱，水汽通量值<6g/（cm·hPa·s）。从上述的分析过程来看，来自孟加拉湾、青藏高原充沛的水汽在西南风的作用下，源源不断地往我国内陆输送，同时南海附近的水汽在偏南风、来自西北太平洋的水汽在偏东风的作用下，也在往我国输送水汽。因此，就陕西省2015年6月28日至29日的这次暴雨过程而言，上述4个区域都为本次暴雨的发生提供了水汽源地。

2.3 垂直速度

6月27日，850 hPa与700 hPa上，陕西南部与北部分别位于垂直速度的负值区与正值区，也就是说，陕西南部气流上升，有利于降水发生，而北部气流则是下沉的。但是到了暴雨发生的28日，陕西全省都一致的位于气流上升区，上升速度约为-0.1 hPa/s。到29日，陕西省的部分区域已不在处于垂直速度负值区，当地可能降水有所减小。因此，从垂直速度的角度来看，陕西省的这次降水过程，是从南向北扩展开的，27日，强降水在陕西南部已经开始。在大气环流形势以及水汽通量的配合下，降水区陕西南部向北部推移，28日，整个陕西地区都出现上升气流，降水也随之覆盖全省，甚至造成局地暴雨，诱发洪涝灾害。29日，陕西部分地区已无明显的上升气流，降水会有所减少，天气逐渐晴好。另外，孟加拉湾附近、青藏高原附近以及西太平洋均呈明显的气流上升区。因此，垂直速度对于降水的产生是具有重要作用的。在常规的天气分析和预报中，大气垂直运动往往是一个重要的物理量。

2.4 水汽通量散度场

前文中提到，如果水汽通量散度为正值，则表示研究区域的水汽是流失的；如果水汽通量散度为负值，表示研究区域为水汽集聚区。2015年6月27日至29日，850 hPa和500 hPa水汽通量散度分布情况分析表明，连续的3d中，850 hPa上陕西省均处于水汽通量散度的负值区，27日至29日具体数值分别为-2×10-9g/（hPa·cm2·s）、-5×10-9g/（hPa·cm2·s）和-2×10-9g/（hPa·cm2·s）。可见，该省上空850 hPa上为水汽的聚集，并且在暴雨发生的当日（28日）水汽辐合最为严重，暴雨过后的29日水汽辐合开始减弱。而根据对23日到29日的水汽通量的分析，这些输送到陕西地区的水汽主要来自于孟加拉湾、青藏高原以及西太平洋、南海等地。而对于500 hPa的水汽通量散度而言，27日和28日陕西省上空均为正值，27日为3×10-9g/（hPa·cm2·s），28日为5×10-9g/（hPa·cm2·s），但是29日，该省南北部分别处于正负区。因此，暴雨发生的28日，500 hPa高度上，陕西省上空的水汽是往周围地区流失的。28日，低空水汽辐合、高空水汽辐散都较为明显，高、低空的这种配置，有可能会造成大气低层的水汽上传补充高层流失的水汽。而水汽上升会冷却凝结，就会造成降水的出现。此外，虽然850 hPa在这3 d中均处于负的水汽通量散度区，但是，就具体数值而言，仍以强降水出现的28日负值最大。

3 结论

本文利用NOAA/ESRL PSD提供的逐日温度场、相对湿度场、风场、比湿场、地面气压场等再分析资料，从水汽通量、水汽通量散度以及垂直速度等方面，对2015年6月28日发生在陕西省的一次暴雨过程进行了讨论，并着重分析了本次暴雨过程中的水汽来源及其传输过程。研究结果如下：（1）来自孟加拉湾、青藏高原的水汽输送对暴雨产生有重要作用，而来自西太平洋及高纬西风带、南海等地的水汽输送对陕西暴雨存在一定的加强作用。（2）暴雨期间，陕西省均处于上升气流区，垂直速度上升区与孟加拉湾附近、青藏高原附近以及西太平洋等高水汽通量区的位置具有较好的一致性。（3）水汽通量散度在850hPa上为负值区，有水汽的汇集；而同时段的500hPa上，则为水汽的损失区，高-低空的这种水汽配置状况，有利于水汽的上升，从而增强暴雨的发生。