商洛一次局地暴雨诊断分析

2016-05-09黄少妮

陕西气象 2016年2期

关键词：商洛

井　宇，黄少妮，陈　闯

(1.陕西省气象台，西安　710014；2.陕西省气象科学科研所，西安　710016)

商洛一次局地暴雨诊断分析

井宇1，黄少妮1，陈闯2

(1.陕西省气象台，西安710014；2.陕西省气象科学科研所，西安710016)

摘要：利用常规观测资料、NCEP 1°×1°再分析资料、FY2E卫星资料、商洛多普勒雷达资料，从环流背景、水汽、动力条件和不稳定机制等方面对2014年7月28日发生在商洛局地性较强的一次短时暴雨过程进行分析。结果表明：这次短时暴雨过程天气的影响系统主要为短波槽、副热带高压与热低压。低层850 hPa副高西侧暖湿气流北上为暴雨发生发展提供了有利的水汽条件。对流层中高层涡旋运动增强带动低层上升运动发展加强，为对流天气的进一步发展提供了动力条件。短波槽后西北干冷气流与低层偏南暖湿气流形成不稳定层结，加之中低层对流不稳定层结加强，CAPE值及低层湿度显著增大，抬升凝结高度与自由对流高度降低，因此在较低的抬升条件下，触发了此次对流性天气。卫星云图和雷达图上表现为中尺度系统，生命期短，发生发展速度快。强降水主要发生在对流云团强中心西北侧TBB梯度大值区。

关键词：商洛；局地暴雨；不稳定层结

暴雨常引发洪水和泥石流等重大灾害，易造成人员伤亡和重大财产损失，近年来极端暴雨事件时有发生，受到政府和广大人民群众的高度关注[1]。气象学者对暴雨做了大量的研究，刘勇等[2]对一次发生在陕北佳县的特大暴雨成因进行了诊断分析，指出造成这次局地特大暴雨天气是中α尺度对流云团，中尺度特征非常明显；李峰等[3]用雷达产品对北京一次局地强对流天气特征进行了分析，结果表明这次大暴雨过程是由多个中小尺度系统造成的，中尺度特征显著；袁媛等[4]对2013年延安地区盛夏一次强降水天气过程进行诊断分析，指出强烈的上升运动触发不稳定能量释放，为大暴雨产生和维持提供了动力条件；赵东旭等[5]对甘肃武威市一次局地大到暴雨天气成因进行分析，结果表明强烈的不稳定能量和不稳定层结是对流增强、雨强较大的必要条件。本文将利用常规观测资料、NCEP 1°×1°再分析资料、FY2E卫星资料、商洛多普勒雷达资料，对2014年7月28日发生在商洛局地性较强的短时暴雨过程成因进行分析。

1过程概况

2014-07-28T18:00—22:00，商州地区城关办、刘湾办、沙河子镇、板桥镇出现短时大暴雨、大风天气，虽然此次暴雨生命史短，但突发性强且强度大，灾害严重。主要降水时段在28日18:00—22:00，从降水量图(图1)可以看出，降水主要集中在商洛中部。此时段商洛地区2站降水量超过100 mm，6站超过50 mm，最大降水量位于商州站，达121.9 mm，最大降水量强度达65.6 mm/h，降水突发性和局地性强，预报难度较大。

2环流背景

7月28日08时500 hPa天气图(图略)上，欧亚中高纬度为两槽一脊型，贝湖为一高压脊，巴湖西侧、东北东部分别为低槽，巴湖低槽底部多短波槽活动，中纬度青藏高原高压和西太平洋

图1　2014-07-28T18:00—22:00商洛地区降水量(单位为mm)

副热带高压形成鞍型场。副热带高压中心位置偏东偏南，脊线位于120°E附近。低层850 hPa新疆—青海为一中心强度低于142 hPa的热低压，与其配合的暖中心大于27 ℃，副高南侧从南海到陕西南部存在偏南风，但由于副高中心位置偏南，水汽输送通道在到达陕西南部之后向东折。20时，500 hPa巴湖低槽底部有短波槽东移，陕西位于槽底分裂南下的短波槽后偏西北气流中，850 hPa新疆—青海热低压进一步加强，中心强度降低至138 hPa，与其配合的暖中心增强到32 ℃以上，热低压东侧的偏南气流加强，将副高西侧的偏南暖湿气流引导北上。中高层短波槽后偏干冷气流置于低层暖湿气流之上，形成上干冷下暖湿的不稳定层结，为对流性降水天气发生提供了有利条件。

3水汽条件

7月28日08时850 hPa(图略)上，副高外围南海—湖北有一条较为明显的水汽输送带，14时(图2a)，位于新疆—青海的热低压急速发展，低压外围东侧偏南气流加强，增强的偏南气流把副高外围东南气流携带的水汽继续向北输送，水汽输送带由东北向转为偏北，并在商洛地区形成6 g/(cm·hPa·s)的水汽通量中心。随着新疆—青海热低压外围偏南风的进一步加强，南海—陕西东南部水汽输送带建立，20时(图2b)，在商洛地区形成了中心值大于10 g/(cm·hPa·s)的水汽通量中心，为暴雨的发生发展提供了有利的水汽条件。

图2　2014-07-28 850 hPa 水汽通量(单位为g/(cm·hPa·s))和风场(a 14时，b 20时)

4动力条件

从ω方程中涡度平流随高度变化项[6]可知，涡度平流随高度增加，高层涡旋运动强，高层大气辐散，带动低层大气产生涡旋运动，低层大气将产生补偿性辐合上升运动[7]。08时(图略)，商洛上空整层以负涡度平流为主，盛行下沉气流。14时(图3a)，中层转为正涡度平流，商洛上空低层到中层涡度平流随高度增加，中层气旋性涡度增加，风压场不平衡，产生辐散，带动低层产生上升运动，上升气流开始建立，但由于高层以负涡度平流为主，上升速度区域发展到600 hPa附近。20时(图3b)，商洛上空中高层均转为正涡度，且在250 hPa出现高值中心，中高层涡旋运动进一步加强，从低层至高层几乎为一致的涡度平流随高度增加，形成了一致的上升速度区域，且在850 hPa附近出现上升速度大值中心，有利于水汽和热量的垂直输送和对流的发展。

5不稳定机制

当大气为对流不稳定时，∂θse/∂p>0；当大气为对流稳定，∂θse/∂p<0；当大气为中性，∂θse/∂p=0。08:00(图略)商洛上空低层、中高层∂θse/∂p均为负值，说明商洛地区大气以对流稳定状态为主，08:00探空图上(图略)，CAPE值为0 J/kg，大气为稳定型层结；14:00

图3　2014-07-28涡度平流(单位为10-9 s-2)和垂直速度(阴影，单位为Pa/s；a 14时，b 20时)

(图4a),商洛上空600 hPa以下∂θse/∂p均为正值，表明此时商洛地区大气中低层为对流不稳定状态，同时探空图也表现为潜在不稳定层结，CAPE值增大到1 262 J/kg(图略)；20:00 500 hPa巴湖低槽底部有小波东移，高层短波槽后的干冷气流与低层加强的暖湿气流有利于不稳定度加强，∂θse/∂p(图4b)为正值的区域向上扩展到500 hPa，且在低层出现∂θse/∂p大于10×10-2K/hPa的中心，可看出此时商洛地区对流不稳定加强。20:00的探空图上，商洛上空为上干下湿的配置，CAPE值增大到2 876 J/kg(图略)，层结非常不稳定，低层湿度显著增大，抬升凝结高度与自由对流高度降低，因此在较低的抬升条件下即可触发对流，有利于商洛强对流天气的发生。

图4　∂θse/∂p剖面图(单位为10-2 K/hPa；a 14时，b 20时)

6中尺度云团及雷达回波特征

随着大气不稳定层结的建立和上升运动的加强，28日18:00有中β尺度云团在陕西和山西交界处生成(图略)，位于商洛境内的云团西段强度偏小，其中心值≤-16 ℃，此时商洛的洛南等地开始出现降水；19:00，云团西段迅速发展，最大中心强度为-32 ℃(图5a)，当tBB≤-32 ℃时，表示对流发展旺盛[6]，商洛中北部降水站点逐步增多；20:00，云团东段趋于减弱，其西段进一步增强，表现为团状，最大中心强度增强为-48 ℃，云团西北边缘TBB梯度较大(图5b)，降水强度迅速增大，洛南景村站降水强度达54.9 mm/h；21:00，对流云团继续发展，结构密实，云团中小于-44 ℃和-48 ℃的范围明显扩大(图5c)，在对流云团西侧TBB梯度大值区的商州孝义站雨强达74.2 mm/h；22:00(图5d)，云团结构开始变松散并缓慢东移南压，中心强度降低，此时降水维持，但强度减弱；23:00之后，云团迅速减弱并移出商洛。

图5　2014-07-28 FY-2E TBB分布图(单位为℃；a 19时，b 20时，c 21时，d 22时)

17:00—18:00，强降水发生前，商洛东北部开始有面积较小对流单体出现；之后在原单体的西南侧有新生对流单体东移、合并；18:56，商洛东部出现明显中γ尺度块状对流性降水回波，回波范围较小，主体强度大于35 dBz，中心强度大于60 dBz，回波边缘梯度较大(图6a)。在强回波缓慢南压过程中，商洛的洛南等地出现短时强降水；20:00—21:00，回波主体进一步南压，由于静锥区的存在，回波移入此区时，因距离雷达站较近，可探测的最大高度较低，造成回波移过商州过程中强度减弱，但产生小时最强降水，与TBB演变特征相比，最大雨强时TBB图上的反映更显著(最大雨强时段与TBB最低值时段相对应)；22:00，后回波迅速减弱消散。