2014与2015年陕西首场暴雨对比分析

屈丽玮，姚　静，井　宇，郭大梅

(陕西省气象台，西安　710014)



2014与2015年陕西首场暴雨对比分析

屈丽玮，姚静，井宇，郭大梅

(陕西省气象台，西安710014)

摘要：利用常规观测资料、NCEP1°×1°再分析资料、FY-2E卫星资料、汉中多普勒雷达资料，对2014 和2015 年陕西春季首场暴雨过程进行对比分析，结果表明：两次暴雨过程的环流形势和影响系统均属典型的陕西春季暴雨形势“南北双槽型”；2014年暴雨过程水汽辐合强度较弱，700 hPa和850 hPa水汽辐合中心均位于陕南，2015年暴雨过程850 hPa水汽辐合较强，是水汽的主要来源；2014年暴雨过程动力条件稍差，大气层结表现为对流稳定，是稳定性降水，2015年暴雨过程为对流性降水，与夏季暴雨过程相似，其能量条件和动力条件较好；从卫星云图和雷达回波上看，2014年过程以层状云降水为主，维持时间较长，2015年暴雨过程中尺度对流云团在陕南西部停留时间较长，汉中不断有新的云团生成，为明显的积层混合云降水。

关键词：春季暴雨；高空急流；水汽条件；上升运动

暴雨是影响陕西的主要灾害性天气之一。陕西的暴雨主要发生在6—10月，出现在春汛期(4—5月)的暴雨较少，因而对暴雨的研究也多集中于夏季[1-7]，关于春季暴雨的研究较少[8-10]。2014、2015年连续两年陕西春季出现暴雨，因其预报难度大且服务敏感度高，因此有必要进行研究。利用常规观测资料、NCEP1°×1°再分析资料对2014年和2015年连续两年出现的首场春季区域性暴雨过程进行动力学和热力学诊断分析，并利用汉中雷达和FY-2E卫星云图资料进行分析，分析总结陕西春季首场暴雨的特征，为此类天气的预报提供参考。

1过程概况

2014年陕西首场暴雨过程(以下简称2014年过程)出现在4月10日08:00—11日08:00，其中，宁强降水量70.3 mm、汉中65.8 mm、南郑61.4 mm、镇巴51.9 mm、勉县51.8 mm。主要降水时段为10日夜间至11日凌晨，最大小时雨强出现在宁强(10日21:00—22:00降水量为14.5 mm)。尽管雨强不大，但持续时间较长。

2015年3月31日20:00—4月1日20:00陕西关中、陕南出现区域性暴雨天气过程(以下简称2015年过程)。这次暴雨过程是自1961年以来陕西出现区域性暴雨最早的一次，影响范围较大，41县区出现大雨以上降水，其中5站暴雨，1站大暴雨(南郑103.5 mm，佛坪88.8 mm，汉中82.7 mm，乾县56.6 mm，城固52.9 mm，洋县52.0 mm)，主要降水时段为1日08:00—20:00。最大小时雨强出现在南郑(1日12:00—13:00降水量为25.3 mm)。

对比两次暴雨过程实况可以发现两次过程降水特征有明显差别，2014年过程降水维持时间较长，小时雨强较小，雨强分布较均匀。2015年过程发生时间早，且范围更大，降水量分布不均匀，逐小时雨量差别较大，降水集中时间较短，但小时雨强更强，07时至14时小时雨强维持在10 mm以上。

2环流形势对比分析

2.1500 hPa位势高度场

2014年4月10日08：00，500 hPa天气图上，高纬度新疆东部有一弱槽区，贝加尔湖附近为宽广的脊区，日本海北部有一低涡，中纬度青海中部和四川北部各有一浅槽，20：00(图1a)，青海东部浅槽东移，四川北部浅槽北缩，两槽在陇东—川北合并形成西风槽。2015年3月31日20:00，500 hPa天气图上，高纬度上空为两槽一脊型，新疆北部有一低槽，贝湖以西为高脊，东北以东为一浅槽区。中纬度青海东部有一高原槽。4月1日08:00(图1b)，新疆低槽与青海东部高原槽合并加强，形成深厚的西风槽，陕西位于西风槽前。

图1　500 hPa风场和位势高度场(单位为dagpm；a 2014-04-10T20:00，b 2015-04-01T08:00)

研究表明，陕西初夏大降水过程的500 hPa形势主要归纳为南北双槽型和副高高原槽型，南北双槽型的降水关键在于西风槽东移过程和高原槽的结合[11]。这两次过程都有南北双槽结合的过程，这一形势为陕西春季暴雨的典型形势。两个过程的区别在于2014年过程西风槽较浅，而2015年过程西风槽较深。

2.2高、低空急流

从高空急流和低空急流的分布特征上来看，2014年4月10日20:00，200 hPa高空急流位于西藏—黄河下游一带，陕南位于急流轴中部，汉中、安康风速达到52 m/s，700 hPa风速较小，850 hPa陕南为8 m/s的偏东气流；11日08:00，四川东部—陕南南部形成低空急流。2015年4月1日08:00，200 hPa高空急流有两支，北支位于蒙古国东部—辽宁，南支位于云南—贵州，距离陕西较远。影响陕西的为位于陇东的一支强度相对偏弱的偏南风气流，武都、榆中风速超过30 m/s。700 hPa，陕西中南部有一支较强的偏南风急流，延安风速为22 m/s，甘肃中部有一低涡，低涡底部低槽延伸至四川南部。850 hPa，河南中部—陕南为偏东风急流。可见，2015年过程高空急流相对较弱，而低空急流较强。

2.3地面场

地面图上，2014年过程开始前，河套—内蒙有一低压倒槽，陕西处于暖低压内，贝加尔湖以东—东北以西有地面冷高压存在，山西、河南已有降水发生。10日20：00，东北地面冷高压南移侵入暖区，冷暖空气交汇产生降水。11日08：00，西南地区仍有暖低压发展，陕南位于倒槽中，降水持续，之后冷空气东移减弱，降水趋于结束。2015年过程开始前，青海东部—四川东部有一低压存在，中心气压值为995 hPa，同时，内蒙东部有地面冷高压，地面冷锋呈西北—东南走向，位于内蒙以西—华北。4月1日08：00，西南低压倒槽继续加强向北发展，低压中心降至992.5 hPa，地面冷高压进一步南压，地面气压场经向度加大，陕西受南北向锋区控制，冷暖空气对峙形成强烈的温湿梯度区，有利于形成暴雨。

2014年过程，冷暖空气势力相当，降水维持时间较长，降雨量积累而产生暴雨天气。2015年过程西南暖低压势力较强，弱冷空气入侵后产生强降水，从而形成暴雨，但冷空气快速减弱东退，降水持续时间较短。

3物理量对比分析

3.1水汽条件

2014年暴雨过程开始前，10日20:00，700 hPa天气图上四川盆地东部存在一弱的气旋，对应(10～15)×10-6g/(s·hPa·cm2)的水汽辐合区。850 hPa，四川盆地东部有切变存在，水汽辐合区较700 hPa偏南。11日08:00(图2a)，700 hPa汉中西部有一切变线，四川盆地—安康有西南风急流形成，最大风速为16 m/s，水汽辐合中心在陕南东部，中心值为25× 10-6g/(s·hPa·cm2)左右。850 hPa，陕南南部有辐合存在，中心值为33× 10-6g/(s·hPa·cm2)。

2015年暴雨过程开始前，3月31日20:00，700 hPa河套—内蒙有一支东南急流建立，甘肃民勤风速为24 m/s，此时水汽辐合的大值区偏北，位于青海东南部；850 hPa，陕西东部为较强偏东气流，陕西已形成水汽通量辐合区，中心位于宝鸡，为(15～25)×10-6g/(s·hPa·cm2)。4月1日08:00(图2b)，偏南急流持续输送水汽，700 hPa延安、银川风速达22 m/s，850 hPa东风急流在陕西、甘肃、四川三省的交界地区形成强水汽辐合区，中心极大值达到44.9×10-6g/(s·hPa·cm2)。汉中地区存在较强水汽辐合，整个区域的水汽通量散度为(35～45)×10-6g/(s·hPa·cm2)。

图2　700 hPa(长虚线)和850 hPa(短虚线)水汽通量散度(单位为10-6 g/(s·hPa·cm2)；a 2014-04-11T08:00， b 2015-04-01T08:00)

2014年过程水汽辐合强度较弱，但700 hPa和850 hPa水汽辐合中心均位于陕南。2015年过程700 hPa和850 hPa水汽辐合都较强，但700 hPa水汽辐合区位置偏北，850 hPa位置偏南，对降水的主要贡献来自于850 hPa。

3.2能量条件及稳定度分析

从850 hPa的θse场来看，2014年4月10日08:00，陕北以南地区为一高能舌，陕南θse为52～54 ℃；20:00(图3a)，暴雨发生时，东北路冷空气入侵，高能轴向西略移动，陕南θse为53～56 ℃，没有明显增大。2014年过程从开始到结束，汉中沙氏指数为1～3 ℃，为正值。2015年3月31日20:00，θse高能脊位于宁夏—陇南—陕南，陕南在高能区内部，θse为50～62 ℃，能量值和能量梯度较2014年过程偏高，4月1日08:00(图3b)，暴雨开始，高能区发展加强为高能舌，高能轴线呈南北走向，内蒙古—甘肃西部、内蒙中东部—山西北部分别存在两个低能区，代表冷空气向南扩散，能量场呈Ω型，陕南位于高能区中，θse为60～63 ℃，这只由南向北伸展的高能区代表一股高能的暖湿气流，由低层偏南气流向北输送形成，向暴雨区输送了大量的水汽和能量。4月1日08:00暴雨发生时，汉中沙氏指数为-0.7 ℃，为对流性降水。比较两次过程，2014年过程整体能量较低，汉中大气层结较为稳定，而2015年过程能量较高，能量场梯度大，高能锋区附近降水强。

图3　850 hPa θse能量场(单位为℃；a 2014-04-10T20:00, b 2015-04-01T08:00)

3.3动力条件

2014年4月10日08:00，散度场上强辐散层在250 hPa附近，位于陕南西南部，而最强辐合发生在700～850 hPa。2015年4月1日20:00，200 hPa辐散最强，中心在四川北部—陕南中部，最强辐合层在850～925 hPa。两次过程辐合层和辐散层的高度有都利于上升运动发生发展，沿强降水中心(32.5°N)做垂直速度剖面，2014年4月10日08:00，陕南700 hPa和850 hPa垂直速度为正值，整个区域为下沉运动。20:00(图4a)，陕南地区垂直速度转变为负值，整个区域为上升运动，最大上升速度为20×10-3hPa/s。2015年4月1日08：00(图4b)，陕南上空对流层内维持上升运动，500 hPa垂直速度最大，大值区位于107°E附近，较2014年过程偏东4个经度，更接近汉中和南郑一带；20:00，陕南中部仍维持上升运动区，最大垂直速度层在700 hPa，强度大于2014年降水过程。与2014年过程相比，2015年过程在汉中地区最大上升速度的高度更高，强度较强。

图4　沿32.5°N垂直速度剖面(单位为10-3 hPa/s；a 2014-04-10T20:00，b 2015-04-01T08:00)

4卫星云图和雷达资料对比分析

卫星云图对中尺度天气系统的变化过程具有较好的显示, 对夏季暴雨中的近地面层冷空气活动的监测有着十分重要的作用[12],因此对暴雨天气的临近预报具有很好的指示意义。

2014年4月10日02：00，位于陇南的云团东移，强度和尺度较小，为零散的层状云，云顶亮温低于-32 ℃，云团不断发展东移，造成持续降水。11日00：00(图5a，图见第11页)，云顶亮温降低，汉中局地低于-41 ℃，同时降水强度增大，加密站小时雨强超过10 mm的有10站，02：00有17站雨强超10 mm；08：00强降水趋于结束。此次过程云顶亮温较高，没有强对流云团生成且发展，整个过程以层状云降水为主。

2015年4月1日凌晨起，西南暖湿气流发展旺盛，对流云团从四川北部向陕南西部发展。03:00，陕西、甘肃、四川交界处出现一中尺度对流云团，最强云顶亮温为-61 ℃。之后云团向东北方向移动，且冷云区面积不断扩大。1日07:00，-53 ℃冷云区主体进入陕西，其南北长450 km,东西宽260 km，降水强度最大的区域位于陕南汉中市一带。随后对流云团缓慢向东北方向移动。08：00(图5b，图见第11页)，对流云团云顶亮温为-61 ℃的冷云区面积达1×104km2，对流云团发展成为中尺度对流复合体。同时，16站小时雨强超过20 mm。09:00开始，对流云团面积缩小；12:00,-53 ℃冷云区呈东北—西南向带状分布，位于铜川—西安—汉中一带；13：00,-53 ℃冷云区仍维持带状分布，缩小至汉中—宝鸡东部， 13:00,有5站降水量超过30 mm；14：00—19：00，-53 ℃冷云区减弱为圆形，陕南西部雨强减弱。此次过程中尺度对流云团在陕南西部停留时间较长，在汉中不断有新的云团生成并维持，造成了陕南西部的强降水。

另外，从这两次过程的雷达回波图可以看出，2014年过程产生降水的回波强度在35 dBz以下，以层云降水为主。而2015年过程产生降水的絮状回波的最大反射率因子超过50 dBz，为明显的积层混合云降水。

5结论

(1) 两次暴雨过程的环流形势均属典型的陕西春季暴雨形势—南北双槽型。2014年暴雨过程水汽辐合强度较弱，700 hPa和850 hPa水汽辐合中心均位于陕南；2015年暴雨过程850 hPa的水汽辐合位于陕南，对降水主要贡献来自于850 hPa。

(2) 2014年暴雨过程动力条件稍差，大气层结表现为对流稳定，属稳定性降水。2015年暴雨过程为对流性降水，与夏季暴雨过程相似，其能量条件和动力条件较好。

(3) 从卫星云图和多普勒雷达回波看出，2014年过程以层状云降水为主，维持时间较长。2015年过程为明显的积层混合云降水，中尺度对流云团在陕南西部停留时间较长，低涡切变造成的辐合抬升与水汽条件共同作用，在汉中不断有新的对流云团生成，产生了暴雨天气。

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文章编号：1006-4354(2016)03-0001-06

收稿日期：2015-08-18

作者简介：屈丽玮(1984—)，女，陕西西安人，硕士，工程师，从事天气预报业务与研究。

基金项目：陕西省气象局科研成果业务化项目(2014T-6)

中图分类号：P458.121.1

文献标识码：A

屈丽玮，姚静，井宇，等. 2014与2015年陕西首场暴雨对比分析[J].陕西气象，2016(3)：1-6.