太行山地形影响下的新乡市夏季降水分布特征

摘 要：为了揭示太行山复杂地形对新乡市夏季降水分布的影响，本研究借助ArcGIS10.0软件的克里金插值法、自然间断点分级法等，对新乡市近年来夏季平均降水量做了空间插值分析，并通过2016年7月19日的一次地形暴雨过程，具体阐述太行山地形对新乡市降水落区的影响。结果表明：新乡市夏季降水高值集中在西北部的太行山区，且降水量分布与地形变化呈现良好的对应关系。地形是2016年7月19日新乡市局地特大暴雨的重要触发机制，低层东南风在山脉东侧迎风坡被迫抬升，大量水汽及不稳定能量在新乡市上空堆积并伴随中尺度气旋持续生成，地形使降水增幅明显。本研究可以为提高新乡市地形暴雨的监测和预报服务水平提供参考依据。

关键词：暴雨；落区；ArcGIS；太行山

中图分类号：P458 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20170733187

引言

暴雨与地形关系密切，地形的陡然变化能够为大气运动带来不同的动力、热力效应，因而时常引发天气系统产生局部的异常天气，给预报带来很大难度。新乡市处在太行山南麓与华北平原结合地带，地势自西北至东南呈阶梯下降，高差显著。由于太行山的复杂地形可明显改变边界层流场结构，因此即便在同一影响系统控制下，新乡市各站降水量也有显著差异。2016年7月18日22：00—19日8：00，新乡市全区出现暴雨、局地特大暴雨，强降水主要集中在北部的太行山迎风坡，最大值过程雨量357.6mm，为一次典型的地形暴雨。笔者将对新乡市近年来夏季降水量进行统计汇总，借助ArcGIS10.0软件绘制降水分布特征，并探索强降水局地高发的根本原因。此外，针对2016年7月19日这次典型的由地形引起的局地特大暴雨过程进行成因分析。

1 新乡市夏季降水分布特征

借助ArcGIS10.0软件的克里金插值法、自然间断点分级法等，对新乡市2011—2016年夏季平均降水量进行空间插值分析，结果如图1所示。可见，跑马岭至宝泉水库一线及其以北为平均降水量大于300mm的区域，且降水量自西北至东南呈递减趋势。将新乡市DEM数据（图2）与该降水量进行对比后发现，夏季降水量高值集中在西北部太行山区，且降水量分布与地形变化呈现良好的对应关系。由此更证实，太行山复杂地形对新乡市夏季降水产生了明显的增幅作用。

2 地形对新乡市夏季降水中的作用

太行山呈东北西南走向横亘于新乡市西北部，山区占新乡市总面积的22%，复杂地形对新乡市的天气系统特别是暴雨有着重要影响。研究表明，地形对大气环流及天气气候的主要影响可分为动力效应和热力效应[1]，下面将从这2方面展开详细阐述。

2.1 动力效应

当来自海上的暖湿不稳定气流向太行山东侧迎风坡吹送时，其中一部分气流被迫抬升，产生上升运动，一部分气流则呈不规则折向，产生气旋性辐合。新乡市夏季低空盛行西南风至偏东风，当暖湿气流遇到地形抬升时，常在迎风坡形成位势不稳定层结。研究表明，中尺度低涡伴随强烈的水汽辐合及位势不稳定层结，并具有大尺度上升运动，容易产生强降水。新鄉市地形特点复杂，尤其是辉县市北部近似两面环山的直角地形，有利于中尺度扰动发生。当气流进入该区域后，地形影响给予气流的气旋性曲率容易形成地形切变线，而它能为中尺度低涡或辐合线的发展创造有利条件[2]。

2.2 热力效应

地形的热力效应主要体现在2方面：由于不同下垫面受热而产生的热力对流；气流被迫抬升时所引起大气潜热释放。当低层大气存在水汽、热量集中或气旋性辐合时，将有利于垂直环流发展。地形引发的上升运动虽然仅限于低层，但伴随水汽在向上运动的过程中逐渐凝结进而释放潜热的机理，可导致中、高层大气升温，从而促进垂直环流伸展更高。由于这种正反馈的作用，最终将导致降水出现显著增幅[3-5]。新乡市西北部山区在夏季夜晚常有对流回波生成，这也与地形的热力效应息息相关。夜晚时，地表释放辐射能会使温度降低，而这将导致迎风坡上正的气压扰动增强。研究表明，气压扰动可以提高地形的阻塞作用，进一步加强气流在迎风坡的被迫抬升。

3 由地形引起的一次局地特大暴雨过程分析

3.1 降水概况

2016年7月18日22：00—20日8：00，受低涡和地面气旋东移北上共同影响，新乡市普降暴雨，局地特大暴雨。其中，降水量超过100mm的共52个站点，超过250mm的共5个站点。强降水主要集中在北部山区，最大过程降水量357.6mm出现在辉县市陈家院乡。

3.2 天气形势分析

7月18—19日，500hPa天气图上东部沿海稳定的高压脊与北抬的副热带高压相互叠加，形成稳定的高压坝。加之青藏高压显著增强，因此两高之间形成对峙，逐渐切断出低涡影响新乡市。700～925hPa天气图上急流轴持续北抬，新乡市位于东南风急流最大风速中心前方，与太行山走向接近正交的暖湿气流源源不断向其东侧迎风坡吹送。

3.3 地面中尺度分析

由于中低空较强暖湿气流向北输送，促使地面图上四川东部至河南西部的黄淮暖倒槽发展。18日夜间，地面暖倒槽顶部到达河北南部，从地面中尺度分析图上（图3a）可以发现，自河北有偏北风携带弱冷空气扩散至豫北，与盛行的偏东风在新乡市东部交汇，形成一条辐合线。太行山沿线露点温度相差约5℃，两侧干湿分布不均易导致大气层结不稳定。加之925hPa的10m/s超低空偏东风急流与山脉正交，暖湿气流持续向山脉迎风坡吹送，促使地形性上升速度加大。因此，大量水汽在辉县市上空凝结，在山区不断触发中小尺度强对流系统，产生了第一阶段极高的降水效率。14：00（图3b），太行山东侧出现了一条辐合线和一条干线，后部干冷空气缓慢向东推进。在博爱与武陟之间生成了一个中尺度气旋，其自西向东移动过程中，给新乡市南部带来了大范围降水。17：00—20：00，该中尺度气旋在封丘县附近长时间滞留，降水效率极高。而地形影响给予气流的气旋性曲率，是第二阶段中尺度气旋持续生成的关键因素。

4 小结

本研究通过整理新乡市辖区内131个自动雨量站2011—2016年夏季平均降水量，并借助ArcGIS10.0软件做空间插值分析后，清晰展现出降水分布特征。降水高值集中在西北部太行山区，其分布特征与地形变化呈现良好的对应关系。由此证实，太行山的复杂地形对新乡市夏季降水产生了明显的增幅作用。

太行山地形是新乡市夏季强降水的重要触发机制，这也是西北部山区平均降水量偏高的主要原因。地形影响主要分为动力效应、热力效应。动力效应表现在：辉县市北部近似两面环山的直角地形可使暖湿气流在迎风坡形成位势不稳定层结，从而为中尺度低涡或辐合线的发展创造有利条件。热力效应表现为：山区复杂的下垫面在受热后易产生热力对流，气流被迫抬升时大气的潜热释放能促进垂直环流伸展到更高的高度。

2016年7月19日新乡市局地特大暴雨过程为一次典型的地形暴雨。与太行山走向近乎正交的暖湿气流源源不断吹向太行山迎风坡，致使低空形成位势不稳定层结，在山区持续触发中小尺度强对流系统。此外，由于地形影响给予气流的气旋性曲率，导致中尺度气旋持续生成并在封丘县附近长时间滞留，带来极高的降水效率。

参考文献

[1]廖菲，洪延超，郑国光.地形对降水的影响研究概述[J].气象科技，2007（03）：309-316.

[2]陶诗言.中国之暴雨[M].北京：科学出版社，1980：13-23.

[3]柴东红，景华，孟凯，等.地形暴雨的多普勒天气雷达观测分析[J].气象科学，2010（03）：366-372.

[4]高坤，翟国庆，俞樟孝，等.华东中尺度地形对浙北暴雨影响的模拟研究[J].气象学报，1994（02）：157-164.

[5]陈志昆，张书余.地形在降水天气系统中的作用研究回顾与展望[J].干旱气象，2010（04）：460-466.

作者简介：田晓璐（1988-），女，河南新乡人，助理工程师，本科，主要从事短期天气预报方面的研究。