2016年洛阳一次区域暴雨天气成因分析

郭换换

(河南省洛阳市气象局，河南洛阳 471000)

暴雨是我国最常见的灾害性天气，关于暴雨的研究一直受到气象学者的高度重视。近年来，随着各种新型观测资料、再分析资料以及数值模拟等诊断方法的运用，许多气象学者加强了对暴雨过程的研究及对不同暴雨过程之间的对比分析[1-5]，并取得了许多对预报预警业务有指导意义的研究成果。洛阳多山区和丘陵，暴雨主要集中在夏季，由暴雨导致的泥石流、山洪、山体滑坡等灾害频发，关莉娜等[6]通过对洛阳市45年的逐日雨量资料统计分析发现，洛阳暴雨中心在北部的丘陵区和南部山区；任石厚等[7-8]对1980—1994年洛阳 6、7 月份区域性大到暴雨进行了环流分析，归纳出一些预报着眼点。2016年7月18—19日，受高空低槽、中低层低涡和切变线及低空急流的共同影响，洛阳市出现了2016年入汛以来的一次区域性强降水过程，北中部出现了暴雨天气。笔者利用常规气象观测资料、NCEP逐6 h的1° × 1°再分析资料和雷达产品等资料，对此次暴雨过程进行分析，以期为此类天气的分析预报、预警提供参考。

1　降水概况

2016年7月18日20：00—19日20：00洛阳市出现了2016年入汛以来的一次最大范围强降水过程。此次过程具有降雨强度强、覆盖范围广的特点。全市过程降雨量在25.0～49.9 mm有93站，50.0～99.9 mm有104站，100.0～249.9 mm有13个站，最大降水量在宜阳县高坡垴，为138.4 mm。

受此次暴雨影响，部分县市出现灾情，19 413人受灾，紧急转移安置64人，部分农作物被淹、冲毁或倒伏，27户45间居民住房倒塌或严重损坏，直接经济损失约606万元。

2　大尺度环流特征分析

7月18—19日500 hPa平均高度场上，亚欧40°N以北为一高一低的环流形势，40°N以南为两槽两脊形势，2个高压脊分别位于青海中部至西藏东部和东北西部至东部沿海地区，两脊间深厚的低槽从内蒙古中部延伸至川东地区，是此次过程高空的主要影响系统，副高位置偏东影响不大。

18日20：00 200 hPa，急流呈西北—东南走向，洛阳位于急流轴的右侧，有利于该区域上升运动的发展；500 hPa低槽在陕西西部至川东一带，700 hPa低涡在陕西西南部，在500 hPa高空槽前正涡度平流和上升运动的作用下，低涡不断发展加强影响洛阳；地面图上为东高西低形势，以偏东风为主有弱冷空气的扩散。由此第1阶段的降水发生，强降水区位于低空急流出口区左侧、高空急流出口区右侧、500 hPa槽前与700 hPa低涡前侧的区域内。850 hPa东南急流的建立为暴雨的产生提供充足的水汽；急流轴左前方正切变涡度区为对流活动的发生提供了有利的动力条件。地面上暖倒槽的东移和地形的抬升有利于上升运动的发展，也为降水的产生提供了一定的动力条件。

19日08：00，洛阳仍位于200 hPa流场的分流区、500 hPa高空槽前与700 hPa低涡前侧。850 hPa东南急流维持，向北伸至黄河沿岸，配合地面暖倒槽的继续东移北抬，在19日11：00左右，第2阶段的降水开始，20：00以后降水逐渐停止。

3　物理量诊断分析

3.1充足的水汽供应对于持续时间较长的暴雨来说，需要有源源不断的水汽输送，以补充降水产生所造成的气柱内水汽的减少[9]。分析整层水汽通量(图1)可以看出，降水开始前18日20：00有2条水汽通道，即低层的东南风将东部沿海的水汽和低空西南急流将南海的水汽共同输送至洛阳地区。19日02：00水汽通道仍然维持，东南急流的建立加强了东南方向的水汽输送，为降水的维持提供了充足的水汽供应。08：00西南方向的水汽输送通道向北推进并有所加强，洛阳地区大气整层水汽通量进一步加大。19日14：00西南方向的水汽通道继续向北推进，成为主要的水汽来源。

从整层水汽通量散度辐合的分布(图1)可以看出，降水期间洛阳地区一直位于水汽通量散度的辐合区。降水开始前，辐合中心位于洛阳地区东南部，位置偏东偏南。随着东南急流的建立加强，水汽通量的辐合加强且中心位置逐渐北移，辐合区域范围扩大(图1b)，对应第1阶段降水的发生及雨带的北进。19日08：00(图1c)，水汽通量散度的辐合区东移，强中心位于华北地区，洛阳地区西南部有一弱的辐合中心，强度为-0.8 g/(m2·s)。之后随着西南水汽通道的加强东移，水汽通量散度的辐合区域也逐渐东移，且逐渐南压。至19日14：00，强辐合中心位于洛阳地区东部，但洛阳地区仍处于水汽的辐合区域内。这一阶段水汽通量辐合区的自西向东移动与第2阶段雨带的移动一致。

注：a.18日20：00；b.19日02：00；c.19日08：00；d.19日14：00。矢量箭头表示大气整层水汽通量，单位为g/(m·s)；阴影部分表示整层水汽通量散度的辐合，单位g/(m2·s)Note:a.20:00 on July 18;b.02:00 on July 19;c.08:00 on July 19;d.14:00 on July 19.Vector arrows indicate the whole layer atmospheric moisture flux,the unit is g/(m·s);the shaded areas indicate the convergence of the divergence of whole layer moisture flux,the unit is g/(m2·s)图1　2016年7月18日20：00—19日14:00大气整层水汽通量和整层水汽通量散度Fig.1　The whole layer atmospheric moisture flux and divergence of moisture flux from 20:00 July 18 to 14:00 July 19 in 2016

3.2高低空急流和垂直运动通过对水平风场的垂直分布可以看出，18日20：00(图2a)，在34°N附近900 hPa以下为偏东风，以上至700 hPa为东南风且风速明显增大，将暖湿空气不断向北输送；同时中高层偏西气流与低层的偏南气流在500 hPa附近汇合，有利于上干冷下暖湿条件不稳定层结的形成与发展。此时的上升运动主要位于800 hPa以下的区域内，最大上升速度为-1.5 Pa/s，位于900 hPa附近。在条件不稳定层结和一定的垂直运动条件下，第1阶段的对流性降水产生。19日02：00(图2b)，随着东南急流的建立，中低层的暖湿空气明显增强，最大上升速度强度增大，为-2.0 Pa/s，第1阶段的降水继续维持。08：00，中低层转为一致的东南风，上干冷下暖湿的不稳定层结维持，因上升运动区较前期有所北移，第1阶段的降水逐渐减弱。14：00(图2c)，34°N附近的动力条件较前期明显增强，形成了一个相对比较深厚的上升运动区，最大上升速度中心高度在500 hPa左右，20：00中心高度下降至800 hPa左右。由此可见，上升运动的加强和维持是第2阶段强降水产生和持续的重要原因之一。

图2　2016年7月18日20：00(a)、19日02:00(b)和19日14:00(c)沿112°E垂直速度(单位：Pa/s)的垂直剖面及水平风场(单位：m/s) Fig.2　Vertical section of vertical velocity along 112°E(unit:Pa/s) and horizontal wind field(unit:m/s) at 20:00 BT 18(a) ,02:00 BT 19 (b) and 14:00 BT 19 (c) in July 2016

4　探空资料分析

分析郑州站探空资料的时间变化(表1)可知，持续性强降水的产生必然与不稳定能量“释放-快速重建”机制密切相关[10]。18日20：00，郑州站对流有效位能(CAPE)由692.2 J/kg迅速增加至1 731.6 J/kg，850与500 hPa的温度差达24 ℃，有较强的热动力条件，利于强对流的产生，同时850 hPa至地面的平均相对湿度达88.75%，水汽条件较好，导致第1阶段强降水的产生。19日08：00，CAPE值依然较大，不稳定能量在第1阶段降水期间释放后又快速积累，达1 413.9 J/kg，850与500 hPa温度差较前一阶段减小，为22 ℃，热动力条件也较第1阶段的强度偏弱，但850 hPa到地面的平均相对湿度达96%，水汽非常充足，从而引发第2个阶段强降水的产生。

表1　2016年7月18—19日郑州站探空资料分析

5　雷达回波特征分析

分析组合反射率因子演变可知，第1阶段集中在汝阳、宜阳的强降水是以强回波为主的对流性强降水，地形和低层偏东风是其产生的主要原因；第2阶段宜阳、新安和市区的强降水则是以层状云降水为主，表现为大片的层状云回波中镶嵌着较强对流云回波，回波的缓慢移动和长时间维持是造成强降水的重要原因。

第1阶段(18日20：00—19日05：00)降水主要是来自东南方向平顶山境内回波所致。18日20：00强回波位于平顶山的鲁山县境内，强度较弱(图3a)。在低层东南风的作用下，20:54位于观音寺附近的回波西移至汝阳县王坪附近，且在山脉迎风坡的抬升作用下，回波发展加强且范围扩大(图3b)。随后强回波继续向西北方向移动，21:18移至汝阳县县城，此时由于东西向山脉的抬升和阻挡作用，回波在原地不断加强且在低层偏东风和地形的作用下向西移动。21:49回波西移至嵩县田湖附近，汝阳县城仍有较强回波，其张河村30 min降水量达32.0 mm(图3c)。22:43强回波移至宜阳境内，汝阳县城附近依然有强回波(图3d),此时由于高空低槽东移及南北向山脉的阻挡作用，宜阳境内的强回波逐渐转向东北方向移动，23:14移至宜阳县城，至23:38强回波继续东北移(图3e);之后不断有回波从汝阳境内向西北方向移动，并在宜阳发展加强(图3f)，“列车效应”导致宜阳境内出现强降水，造成宜阳出现84.9 mm/h的雨量。

第2阶段(19日11:00—20：00)，来自上游三门峡的大片降水回波东移影响新安、宜阳和洛宁，位于渑池县西部沿山脉呈南北走向的强回波带向偏东方向移动影响宜阳北部、新安及洛阳市区北部。在缓慢东移过程中，回波强度变化不大，且持续时间较长，导致新安、宜阳、市区出现强降水。

6　结论

(1)西风带低槽、中低层低涡和切变线、地面暖倒槽是造成此次暴雨的主要天气系统。

(2)高空低槽的发展东移，850 hPa东南急流出口区左侧的辐合区，高空200 hPa的分流区及地面暖倒槽的东移北抬，为暴雨的产生提供了有利的动力条件；地形的抬升和阻挡作用是第1阶段前期对流性强降水产生的主要原因之一。

(3)此次暴雨过程的水汽来源主要是中低层的西南气流和东南气流。这2条水汽通道的维持为暴雨的产生提供了充足的水汽条件。

注：a.20:00；b.20:54；c.21:49；d.22:43；e.23:38；f.00:32Note:a.20:00；b.20:54；c.21:49；d.22:43；e.23:38；f.00:32图3　2016年7月18日20:00—19日05：00第1阶段强降水期间的组合反射率因子Fig.3　The composite reflectivity during the first stage of heavy rain from 20:00 BT 18 to 05:00 BT 19 July 2016

(4)探空资料分析结果表明，暴雨的产生与不稳定能量的释放和快速重建机制有密切联系。

(5)雷达回波特征表明，第1阶段的强降水是以积状云为主的混合性降水，地形和低层偏东风作用是其产生的主要原因；第2阶段的强降水是以层状云降水为主，在大片的层状云降水区中有对流雨团发展，其缓慢移动和较长时间维持是造成强降水的重要原因。

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