陕西渭河流域一次区域性暴雨天气过程分析

王 英，谢逸雯，高 萌，刘 帆，胡国玲

（咸阳市气象局，陕西咸阳712000）

0 引言

渭河流域地处青藏高原东北部，属于暴雨的少发区，但其暴雨具有历时短、强度大、局地性的特征，极易引发洪水、滑坡、泥石流等气象衍生灾害，因此做好暴雨预报，加强预报的针对性和预见性，有助于做好防灾减灾等预报服务。暴雨作为中国主要的气象灾害之一，其发生时的环流系统及形成机制多年来一直都是气象工作人员研究的重点[1-6]。陕西气象预报人员从天气学、物理量场、水汽条件等方面对陕西暴雨做了很多研究，认为：盛夏暴雨的产生与落区与西太平洋副热带高压位置紧密相关[7-10]；登陆台风外围低空急流与西风带低值系统的共同作用以及地面冷锋的动力抬升有利于黄土高原东部暴雨发生发展[11-15]；暴雨过程降水的多少取决于水汽含量、降水持续时间和水汽的垂直输送速度[16-20]等。笔者利用常规观测资料、气象自动站降水监测资料、NCEP再分析资料等，对渭河流域这次暴雨天气过程进行分析，试图探讨本次暴雨过程的成因和形成机制。

1 降水概况

2016年8月24日8时—25日20时，陕西渭河流域出现了一次明显降水天气过程，宝鸡的千阳、岐山县，咸阳的长武、兴平、彬县、泾阳县，西安的高陵县，渭南的华阴县共计4市8县区出现暴雨，流域内＞50 mm区域降水站点共计139个，＞100 mm的有9站，过程累积最大降水出现在千阳草碧，为136.9 mm。强降水主要集中在24日22时—25日8时，其中1 h降水量超过50 mm有26个区域站，最大为武功小村站，达到82.3 mm。

24日14时流域北部开始出现分散性雷阵雨天气，16—18时对流加强，铜川和咸阳交界出现强雷阵雨天气，随后迅速减弱。20时开始在流域内有南北2块强对流云团生成，分别位于宝鸡北部和西安咸阳交界处，两地出现雷雨大风天气，随后宝鸡北部系统加强东移南压，南部系统偏弱移动缓慢，强云团25日3—6时在西咸交界汇合，关中西安、咸阳南部遭遇再次强降水袭击。6时以后强降水云团东移加快，同时降水范围扩大，流域东部渭南出现暴雨天气。25日8时以后降水减弱转为普雨，缓慢东移至18时降水完全结束。本次暴雨天气持续时间长、强度大，是一次大范围的罕见的暴风雨天气过程。

2 环流背景分析

2016年8月11—24日，咸阳连续14天出现35℃以上持续性高温天气，南部部分县区最高气温超过40℃，为此次暴雨提供了大量的能量储备，正是在这样的气候背景下本次暴雨产生。

暴雨发生期间在对流层高层200 hPa新疆北部—蒙古—东北北部一直有一风速为45～60 m/s的高空急流，呈ENE-WSW走向，渭河流域处于高空急流右侧辐散区，有利于持续性暴雨上升运动和深对流形成。暴雨发生前期，对流层中层中高纬为一槽一脊形势，乌拉尔山为一阻塞高压，其前部在贝加尔湖—巴尔喀什湖有横槽存在，冷槽落后于高度槽。40°N附近为明显的西风带锋区，我国中东部大部分地区处于异常强大的西太平洋副热带高压控制区，台风“狮子山”在东海132°E、25°N附近活动（图1）。随着横槽西段略南压，北段转竖东移至东北—内蒙西部，同时引导贝湖附近冷空气向东南扩散，与副高的暖湿空气交汇，对流天气发展。

图1 2016年8月24日8时500 hPa环流形势及200 hPa高空急流+700 hPa风场图

对流层低层700 hPa有人字形切变位于关中北部和西部，位置非常有利于关中西部、北部上升运动加强和不稳定能量释放。850 hPa上在河套西部有高压存在，陕西处于东北低涡后底部，高压在向东南移动程中其前部东北风不断加强，引导冷空气向西南发展，在渭河流域形成回流冷垫，加强了暴雨区的湿斜压不稳定，有利于释放有效位能，发展扰动。

地面图上，24日在蒙古国西部有一冷高压维持，高压前部为宽广的冷锋锋区，陕西西南部处于暖低压控制区。随后冷高压南压和暖低压加强北抬，冷暖空气迅速在关中西部和北部交汇，强对流天气发生。25日暖低压移出陕西，冷锋南压至关中南部，冷空气主力南下，降水自西向东逐渐结束。

3 环境场条件分析

3.1 能量分析

24日8时开始，850 hPaθse场从四川到陕北南部为一致的高能区，θse均在84℃以上，表明大气低层已经聚集了大量的不稳定能量。20时（图2a）从陕南至陕北南部西均处于高能区，延安—天水为明显的能量锋区，其前部高能舌呈东北—西南走向，位于四川到流域西部，宝鸡、咸阳位于能量舌顶部，θse大于88℃，对流天气开始在能量锋及能量舌附近发展，随后能量锋逐渐东移南压。25日8时，能量锋区位于流域东部至陕西西部，高能区中心移至陕南东南部，流域西部暴雨区θse减小至72℃以下，流域中东部受能量锋南压出现暴雨大风天气。分析表明，流域西部主要受850 hPa能量锋及高能区系统影响，以雷电、暴雨为主，随着能量锋过境，流域中东部出现大风及暴雨天气。

从位势稳定度分析（图2b），24日8时和20时暴雨发生区△θse(500～850)＜-8℃，暴雨区层结不稳定，随着对流的发生发展，不稳定能量快速释放，25日8时△θse＞0℃。

分析24日8时西安探空图发现，500 hPa高度以下为深厚的湿层，有一定的CIN，CAPE值较小，K指数为37℃，SI指数为-0.18，低层风向随高度顺转，有暖平流；14时随着环境温度的升高，湿度略有减小，CAPE增大到2909 J/kg，K指数为37℃，SI指数为0，CIN为0，不稳定能量增强；20时湿层依然很厚，K指数增大到41℃，CAPE为969 J/kg，有利于暴雨产生。

3.2 水汽条件

暴雨发生前期，23日20时850 hPa上在河套南部至陇东南有比湿值大于16 g/kg的湿舌，随着时间发展湿舌不断向东北伸展，至24日8时最为强盛，其值一直维持在16 g/kg以上。24日20时湿舌开始南压（图3a）。25日8时，比湿锋区已经南压至流域中部，比湿值迅速减小至10～14 g/kg。

700 hPa比湿场上也一直对应一个10～12 g/kg高值区（图3b），相对于850 hPa比湿场的变化，700 hPa比湿锋区南压明显滞后，为明显的前倾结构。25日8时锋区处于陕北中部，流域东部仍处于12 g/kg的高值中心，与东部暴雨发生时段吻合，20时锋区南压至流域南部。由此可以看出，暴雨出现时段与700 hPa比湿高值区对应较好，相对850 hPa系统发展，降水时段稍微滞后，比湿场的前倾结构造成层结极其不稳定，也是本次对流性暴雨发生的必要条件。

图2 2016年8月24日20时850 hPa θse场(a)和△θse(500～850)场(b)

图3 2016年8月24日20时850 hPa(a)和700 hPa比湿场(b)

24日20时700～850 hPa水汽通量图上（图4a），有南北2支水汽输送带在渭河流域形成水汽辐合带，南支水汽由台风外围偏东气流与孟加拉湾偏南气流在四川南部交汇北上形成，北支水汽自贝加尔湖—蒙古国东部，经过河套地区在关中一带达到最强，2支水汽的辐合造成暴雨区低空水汽大大增强，为强降水提供了充沛的水汽。分析风矢量及水汽通量值分析发现，本次暴雨过程的水汽主要来源为蒙古的东北急流，其贡献远远大于南方。24日20时在蒙古至流域西部均有水汽通量中心轴，暴雨区位于能量轴底部前方，25日8时水汽通量轴明显东移南压。

分析各层水汽通量散度发现（图4b），24日8时850 hPa关中及陕南西部处于水汽通量散度辐合中心前部，为弱的水汽辐合区。20时山西至四川西部形成明显的水汽辐合带，关中西部水汽通量散度值为-1×10-6g/(cm2·hPa·s)，咸阳、宝鸡北部达到-2×10-6g/(cm2·hPa·s)，与之对应在700 hPa以上均处于水汽通量辐散区，上干下湿对流开始发展。08时水汽辐合中心明显东移至河南郑州一带，关中南部及东部水汽通量散度维持在-1×10-6g/(cm2·hPa·s)，降水继续。20时关中大部转为水汽辐散区。

分析发现，本次暴雨过程的水汽来源主要来源于中低层700、850 hPa，850 hPa的东北急流为本次暴雨天气提供了水汽主要来源，东北急流与偏南风的交馁造成渭河流域辐合加强，使得短时强降水的产生成为可能。

图4 2016年8月24日20时850 hPa水汽通量场(a)和水汽通量散度场(b)

3.3 上升运动分析

24日14时散度垂直剖面图上，宝鸡北部700～850 hPa出现弱辐合中心，700～400 hPa为辐散中心。20时低层辐合明显加强及东移，700 hPa以下在104—110°E为辐合区，800 hPa有两个中心分别位于105°E和109°E附近，对应宝鸡西北部及咸阳一带，中心值分别为-16、-12 g/(cm2·hPa·s)，700～300 hPa处于辐散区，强中心出现在500、250 hPa附近又为一辐合区，150 hPa为辐散场，散度从低到高呈现明显的辐合-辐散双重结构。25日8时散度场上系统东移，但在106.5°—110°E附近仍维持低层明显的双重结构。研究表明，这是高原东侧暴雨过程常见的一种散度场结构，这种结构对中尺度对流系统的形成和维持的动力作用相当明显，为暴雨区强烈的上升运动发展、深对流的形成等提供了十分有利的条件。

暴雨区涡度场上，24日20时500 hPa以下为正涡度区,强涡度中心强度达到14 s-1，位于700、500 hPa以上为负涡度区，存在低层正值高层负值的配置。25日8时正涡度中心东移，整层均为正涡度平流区，中心强度为28 s-1，位于850 hPa，前期的涡度配置有利于对流发展，而整层为正涡度区有利于上升运动。

垂直速度场上，24日20时关中西部上升气流明显加强，伸展至200 hPa以上，最大上升速度处于600 hPa达到-2.5 Pa/s，强烈的上升运动促使深对流加强，有利于水汽向高层输送，湿层深厚。同时，在宝鸡和咸阳交界处107°E附近850 hPa以下有上升气流发展。25日2时宝鸡西部上升气流区域明显东移，同时最大上升高度降低至700～800 hPa附近，对流强度有所减弱。原来位于107°E附近的上升气流迅速发展，在108°—110°E 扩展至 300 hPa，中心强度为-1.4 Pa/s，位于850 hPa附近，在107°E和109°E附近出现下沉气流，自西向东垂直速度场出现上升—下沉—上升—下沉分布，最大值高度值依次降低，形成垂直上升运动强、下沉运动弱的不对称结构，这种不对称结构是气旋暴雨的一种产生机制，这种分布形成的垂直次级环流是暴雨发生发展的重要动力机制，所产生的抽吸作用有利于上升气流的加强和维持，同时，促使暴雨区中尺度系统的产生和维持，有利于局地对流的加强。25日8时流域内上升气流高度降至600 hPa以下，最大上升速度区和下沉速度区呈同一高度分布，对流强度逐渐减弱。

4 结论

（1）本次暴雨天气是在副高异常强大的情况下发生的，对流层中层冷空气的扩散，低层切变线及地面冷锋是影响本次暴雨的主要天气系统。

（2）渭河流域西部暴雨主要受能量锋及高能区系统影响，以雷电、暴雨为主。流域中东部受能量锋过境影响，以大风及暴雨天气为主。位势稳定度分析发现，暴雨发生前层结不稳定，随着对流的发生发展，不稳定能量快速释放。

（3）本次暴雨过程的水汽来源主要来源于中低层700、850 hPa，850 hPa的东北急流为本次暴雨天气提供了水汽主要来源，东北急流与偏南风的交馁造成渭河流域辐合加强，使得短时强降水的产生成为可能。

（4）暴雨区散度场从低到高呈现明显的辐合-辐散双重结构，这种结构有利于中尺度对流系统的形成和维持，为暴雨区强烈的上升运动发展和深对流的形成等提供了动力条件。

分析表明：垂直速度场上最大上升速度对应高度决定了对流的强弱。暴雨区垂直速度场出现上升—下沉—上升—下沉分布，当最大值高度值依次降低，有利于对流的发展和维持，最大值高度值呈同一高度分布时对流逐渐减弱。

图5 2016年8月24日20时垂直速度剖面图(a)和25日2时垂直速度剖面图(b)

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