陕南一次区域性短时强降水过程成因分析

乐 静， 胡启元

(1.陕西省户县气象局，陕西户县 710300；2.陕西省气象台，陕西西安 710015)



陕南一次区域性短时强降水过程成因分析

乐 静1， 胡启元2

(1.陕西省户县气象局，陕西户县 710300；2.陕西省气象台，陕西西安 710015)

利用实况降水资料、MICAPS观测资料、风云卫星红外资料以及新一代多普勒天气雷达产品，从环流形势、影响系统、雷达回波等方面对2015年5月7日晚陕南中东部的一次区域性短时强降水过程成因进行了分析，探讨此次强降水过程的发生机制和预报指标分析。结果表明，此次强降水过程发生在东亚一槽一脊的天气背景下，700和850 hPa切变线叠加、地面存在冷锋和辐合线、低空西南暖湿气流强盛，为强降水过程提供了充足的水汽；高空急流配合低层中尺度切变线形成高层辐散、低层辐合形势，为短时强降水过程提供了充足的能量和动力。过程中水汽饱和程度迅速增大，在强烈垂直运动作用下强迫抬升凝结产生强降水，其中水汽主要来自落区上空空气中本身。雷达回波显示，过程中强回波区逐渐形成带状回波，所经过区域出现雷暴大风等灾害天气；同时强降水回波带(≥55 dBZ)在向东南平移的过程中，其自身也有从西南向东北方向的传播移动，造成洋县、旬阳、平利等站出现短时强降水。

短时强降水；区域性；环流形势；影响系统；雷达回波；预报指标

短时强降水作为我国主要强对流天气类型之一，其发生时段、产生机制和造成的次生灾害均是国内学者的主要研究内容，且许多学者从形势背景、能量分析以及不同系统相互耦合等方面提出许多观点[1-5]。如侯建忠等[2]利用陕西极端暴雨与近海台风活动的资料，对其时空分布统计分析和天气学、动力学诊断以及卫星云图等进行综合分析，认为直接产生极端暴雨的是位于西风带冷锋云系前部的中尺度对流云团；王贵军等[5]分析2010年7月13日营口南部到大连北部地区发生的一次局地暴雨过程发现，温度平流的强弱及冷暖过渡带位置均能较好地反映出降水的强度及落区；高比湿区反映出水汽的局地集中，对降雨有指示作用。2015年5月7日晚陕南中东部出现区域性短时强降水过程，对陕南部分山区造成山洪暴发、滑坡泥石流和山体滑坡等多种次生灾害，灾情导致群众房屋进水倒塌、供电中断等。笔者利用实况降水资料、MICAPS观测资料、风云卫星红外资料以及新一代多普勒天气雷达产品，从环流形势、影响系统、雷达回波等方面分析此次区域性短时强降水过程，探讨此次强降水过程的发生机制和预报指标，为研究陕南区域性短时强降水天气提供参考。

1 天气概况

2015年5月7日夜间陕南中东部出现短时强降水过程，此次过程发生时间在上半夜(7日19：00—8日01：00，强降水波及商洛、汉中、安康3市，小时降水量大，其中商洛市丹凤站出现35.0 mm/h的降水(图1)。过程中自动站小时降水量超过20 mm共有6个自动站，乡镇区域站小时降水量超过20 mm共有103个，其中最大为商洛市丹凤县土门站(91.5 mm)。此次短时强降水过程造成商洛市多地部分群众房屋进水、民房倒塌、作物绝收、人员伤亡和供电中断，给群众生产生活带来严重影响，因灾直接经济损失1 867万元。

图1 2015年5月7日19：00—8日01：00累计降水量(单位：mm)Fig.1 Cumulative precipitation from 19:00 May 7th to 01:00 May 8th in 2015

2 环流形势分析

2.1 200和500 hPa环流形势 此次短时强降水过程属于东北冷涡型。7日20：00 200 hPa陕南处于中心风速为60 m/s的高空急流入口区右侧，高层有明显的风场辐散。东亚高纬度环流背景呈一槽一脊(图2)，其中巴尔喀什湖附近的阻塞高压系统中心稳定少动，东北冷涡底部低槽位于关中中部到陕南西部附近，温度槽明显落后于西风槽，说明陕南西部受明显冷平流影响，东部受偏西南气流控制有暖平流。

图2 2015年5月7日20：00 200 hPa高空急流和500 hPa高空形势Fig.2 200 hPa high altitude jet stream and 500 hPa situation at 20:00 on May 7th in 2015

图3 2015年5月7日20：00 700 hPa高空形势Fig.3 700 hPa situation at 20:00 on May 7th in 2015

2.2 700和850 hPa环流形势 700和850 hPa陕南上空存在低空切变线，其中700 hPa切变线北侧为16 m/s西北风，南侧为12 m/s西南风(图3)；850 hPa切变线北侧为14 m/s西北风，南侧为2 m/s东南风，可见暴雨落区上空存在明显的风速风向辐合，有利于上升运动产生和维持，同时陕北南部、关中北部有强度为10 ℃的冷中心，陕南上空附近温度梯度线密集，两侧温差达8～9 ℃。

2.3 地面形势 地面图上(图4)，陕南处在陇南冷高压(中心强度1 017.5 hPa)底部和四川南部为热低压系统(中心强度1 002.5 hPa)倒槽前部，受地面冷锋过境影响其当地气压梯度密集(气压差为2 hPa)，同时商洛到汉中南部存在地面辐合线和干线，对触发低层不稳定能量释放有重要贡献。

图4 2015年5月7日20：00地面形势Fig.4 Ground situation at 20:00 on May 7th in 2015

3 主要影响系统分析

3.1 高空急流配合低层切变线 这次过程中200 hPa高空急流呈纬向型分布，6日位于32°N、110°E附近，到7日20：00中心位置东移北上至山东半岛(35°N、130°E),且其尾部分裂成2个中心，位置偏西的高空急流轴呈反气旋式，陕南地区刚好处在其入口区右侧，高层具有风场辐散；低层700和850 hPa切变线位置重叠，风场辐合明显，十分有利于上升运动产生。7日20：00 散度场分布显示(图5)，200 hPa在商洛东部明显存在20×10-5/s的强辐散中心，安康、汉中东部也处于(10×10-5～15×10-5)/s的辐散区内，850～500 hPa均为辐合区，700 hPa出现中心值为-14×10-5/s的辐合中心，可见这种高层辐散、低层辐合的强降水有利形势是由于高低空天气系统相互配合造成的[6]。

图5 2015年5月7日20：00 200 hPa(a)和700 hPa(b)散度场分布(单位：10-5 /s)Fig.5 200 hPa(a)and 700 hPa(b)divergence at 20:00 on May 7th in 2015

3.2 低层中尺度系统触发不稳定能量释放 过程发生前12 h(7日08:00),700 hPa切变线还在关中西部到陕北南部一带，地面陕南处于鞍型场中，切变线前偏南暖湿气流和地面微风、温度高等条件相互配合，有利于前期不稳定能量积累[7]；该时刻安康站低层925 hPa以下存在逆温层，低层湿度大，同时近地面吹风速为2～3 m/s的偏东风，地面温度为18 ℃，也是具备良好的强对流天气发生发展条件。7日20：00，由于白天地面晴空辐射增温，大气层结更加不稳定，安康站T-logP图(图6)已出现一个从700 hPa伸展至200 hPa的细长CAPE大值区(1 392 J/kg)，K指数由23 ℃猛升至40 ℃，SI指数为-3.01 ℃，700 hPa切变线受高空引导气流有所南压，切变线北侧的汉中站由08:00 14 m/s偏南风转为20:00 16 m/s西北风，温度由7 ℃降至3 ℃，此时切变线附近温差达4 ℃，产生了强烈的冷暖气流交汇。从图7可以看出，从重庆到陕南有明显的高能舌，其前部触发不稳定能量生成的对流云团十分旺盛。

图6 2015年5月7日20：00安康站T-logP图Fig.6 T-logP in Ankang Station at 20:00 on May 7th in 2015

图7 2015年5月7日20：00假相当位温(黑线)和卫星云图Fig.7 The pseudo equivalent temperature (black line) and satellite images at 20:00 on May 7th in 2015

图8 2015年5月7日08：00(a)和20：00(b)700 hPa相对湿度分布Fig.8 700 hPa relative humidity at 08:00(a) and 20:00(b) on May 7th in 2015

3.3 中低层深厚湿空气区迅速转化为降水落下 对比7日08：00、20：00，8日08：00 3个时次陕南低层的相对湿度分布(图8)发现，在7日08：00和8日08：00陕南中东部地区相对湿度普遍在20%～40%，空气相对不利于产生降水， 7日20：00对应区域相对湿度猛增至90%～100%，空气达到饱和状态，进而产生短时强降水，其水汽变化特征究其原因在于7日08：00温度较高，温度露点差大，空气处于不饱和状态，8日08：00由于前期降水(同时水汽输送减弱)造成空气中水汽含量降低，相对湿度下降；而由上面分析可知，7日20：00由于温度降低和西南暖湿气流输送，落区上空温度露点差减小，十分有利于水汽凝结，而这种凝结过程在强有力的上升运动配合下，迅速增大并产生强降水。

4 短时强降水预报指标分析

根据陕西省预报人员多年对短时强降水的分析，已总结出一套行之有效的短时强降水预报指标[8-9]，根据指标分析7日短时强降水发生的天气形势可以得出此次过程属于低槽型，其特点为副高偏弱、位置偏南，高原上也有低槽东移，引导700 hPa切变线和地面冷空气东移，给陕西带来短时强降水天气。

预报指标图的高低空形势场(图9a)显示，当冷涡系统位于贝加尔湖附近或西侧，对于陕南强降水最有利的形势为陕南位于500 hPa冷涡底部的低槽东侧和地面冷锋前侧，即地面冷锋过境可触发西南暖湿气流输送的不稳定能量乃至产生对流天气。而对比此次过程发生前的7日08：00高低空形势场(图9b)可以看出，无论是500 hPa还是地面形势场均与预报指标图基本一致，即当预报人员在实际业务预报中，在7日08：00实况分析场上出现类似预报指标图的高低空形势，那么就需要考虑未来12～24 h陕南地区发生短时暴雨的可能性。说明经过检验的本地预报指标对于典型的强降水过程有相当大的可靠性，能够作为对客观模式预报产品的主观分析补充。

注 ：a1、b1为500 hPa形势场；a2、b2为地面形势场。Note:a1,b1.500 hPa situation; a2,b2.Ground situation.图9 预报指标(a)和2015年5月7日08：00实况(b)形势场对比Fig.9 Situation comparison of forecast index(a) and live situation at 08:00 on May 7th in 2015(b)

5 雷达回波分析

分析7日19：00—23：00雷达回波发现，过程降水回波区主要移动方向与卫星云图上对流云团移动方向一致，自西北向东南方向移动，移动过程中强回波区逐渐形成带状回波，所经过区域出现雷暴大风等灾害天气；同时强降水回波带(≥55 dBZ)在向东南平移的过程中，其自身也有从西南向东北方向的传播移动，其产生的“列车效应”给洋县、旬阳、平利等站带来短时强降水。

7日19：06(图10a)，强降水回波呈带状移至汉中站东南部，带状回波东北端有中心超过65 dBZ的对流单体经过洋县，且其东北端不断生成新的对流单体(黑箭头)，造成洋县1 h降水超过30 mm，达到短时暴雨级别；20：03(图10b1),大片降水回波影响安康地区，之前汉中站带状强回波移至汉阴—镇巴附近，而在安康站东北方向旬阳站也激发了新的对流单体(≥65 dBZ，黑箭头)，旬阳站附近降水开始增强，到西南方向带状回波东移与该对流单体合并，增加和维持了单体回波大小，也增大了降水的强度。另外，20：03在安康站南边平利附近开始有弱对流带形成(图10b1白箭头)，该带状回波在20:34受后部西北方向对流前侧上升气流激发，迅速从30 dBZ增长为55 dBZ的回波带(图10b2白箭头)，到21:16其东北部增长为中心大小≥65 dBZ的强对流回波单体(图10b3白箭头)，造成平利出现短时强降水。

6 结论

(1)此次强降水过程发生在东亚一槽一脊的天气背景下，高空急流配合低层中尺度切变线形成高层辐散、低层辐合形势，是造成短时强降水过程强烈上升运动的主要因素。700和850 hPa切变线叠加，地面存在冷锋和辐合线，比较有利于强对流天气发生。

(2)低层前期存在大气层结不稳定，后期有高能舌向北入侵，配合地面冷锋强迫抬升共同触发不稳定能量释放产生强降水。

(3)过程中水汽饱和程度迅速增大，在强烈垂直运动作用下强迫抬升凝结产生强降水，其中水汽主要来自落区上空空气中本身。

(4)对比短时强降水要素指标，此次过程低空西南暖湿气流更加强盛，切变线为暖式，主要为冷锋触发不稳定产生对流，地面倒槽作用不大。

(5)7日19：00—23：00雷达回波显示，强回波区逐渐形成带状回波，所经过区域出现雷暴大风等灾害天气；同时强降水回波带(≥55 dBZ)在向东南平移的过程中，其自身也有从西南向东北方向的传播移动，造成洋县、旬阳、平利等站出现短时强降水。

注:a.19:06; b1.20:03; b2.20:34; b3.21:16。Note:a.19:06; b1.20:03; b2.20:34; b3.21:16.图10 2015年5月7日汉中站(a)和安康站(b)雷达组合反射率Fig.10 Radar reflectivity of Hanzhong Station(a) and Ankang Station(b) on May 7th in 2015

[1] 杜继稳,李明娟,张弘,等.青藏高原东北侧突发性暴雨地面能量场特征分析[J].高原气象,2004,23(4):453-457.

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[3] 毕宝贵,刘月巍,李泽椿.地表热通量对陕南强降水的影响[J].地理研究,2005,24(5):681-691.

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The Causes Analysis of a Regional Short-time Heavy Rainfall in Southern Shaanxi

YUE Jing1,HU Qi-yuan2

(1.Huxian Meteorological Bureau,Huxian,Shaanxi 710300; 2.Shaanxi Meteorological Observatory,Xi’an,Shaanxi 710015)

Using live precipitation data,MICAPS observation data,satellite infrared data and new generation Doppler weather radar products,a regional short-time heavy rainfall process in southern Shaanxi on May 7th in 2015 was analyzed from aspects of circulation situation,impact system,radar echo,the occurrence mechanism and forecast index of the heavy rainfall process was discussed.The results showed that the heavy rainfall process occurred in the weather background of east Asia "one trough and one ridge",and the joint of shear line between 700 hPa and 850 hPa,the ground had cold front and the convergence line,the low-level southwest strong warm air provided sufficient water vapor for the heavy rainfall process,meanwhile the upper level jet stream and low level mesoscale shear line formed the situation of upper level divergence and low level convergence,which provided sufficient energy and power for the short time heavy rainfall process.The saturation degree of water vapor increased rapidly in the process,and the heavy rainfall caused by forced uplifting and condensation under strong vertical motion,in which the water vapor mainly came from the air over the area.The radar echo showed strong echo region gradually formed the band echo,the area had thunderstorms,strong winds and other disasters where it gone through; meanwhile,it also had its own movement from the southwest to the northeast in the process of translation to the southeast of the strong precipitation echo band (≥55 dBZ),which resulted in short-time heavy rainfall in the stations of Yang County,Xunyang County,and Pingli County .

Short-time heavy precipitation; Regional; Circulation situation; Impact system; Radar echo; Forecast index

乐静(1982- )，女，陕西户县人，工程师，从事气象预报、气象防灾减灾、气象业务管理等工作。

2016-07-15

S 161.6

A

0517-6611(2016)29-0199-05