副高边缘西安地区一次短时暴雨分析

井 宇，陈 闯，屈丽玮，姚 静

(1.陕西省气象台，西安 710014；2.陕西省气象科学研究所，西安 710014)

暴雨是我国常见的灾害性天气，暴雨预报是我国天气业务预报的重点。随着大气科学和探测技术的进步，气象学家对暴雨形成机理进行了大量研究[1]。王田田等[2]对2012 年 6月 4—5日酒泉地区出现的一次大暴雨过程进行了分析，表明在暴雨发生之前CAPE有一个明显持续增大的过程；张一平等[3]对黄淮地区两次低涡暴雨的中尺度特征分析，发现两次过程对流云顶亮温低至210～220 K；陈永仁等[4]对2012年7月21—22日四川暴雨中的中尺度对流系统特征及其对短时强降雨影响进行分析，表明强降水区域回波反射率因子达50 dBz以上；屈丽玮等[5]对2014和2015年陕西春季首场暴雨过程进行对比分析发现，2015年暴雨过程850 hPa水汽辐合较强，是水汽的主要来源；赵强等[6]对2014年7月8—9日陕北一次区域性暴雨过程进行分析，表明暴雨发生在能量锋区附近。近年来气象学者从多方面对暴雨的天气特征进行研究，但针对陕西短历时暴雨天气特征的研究较少，本文利用常规观测资料、FY2G卫星TBB资料、雷达资料和NCEP 1°×1°再分析资料，对2016年7月24日发生在西安的突发性短时暴雨过程进行分析。

1 降水概况

2016年7月24日08时至25日08时，西安发生了一次暴雨天气过程，其中2站自动站、27站乡镇站累积降水量超过50 mm，其中3站乡镇站累积降水量超过100 mm，降雨量最大为西安小寨站，累积降水量达123 mm，强降水主要集中在24日18—23时，降水强度大、时段集中，造成了比较严重的城市内涝。

2 环流背景

7月24日08时500 hPa天气图(图1a)上，欧亚中高纬为两槽一脊型，巴湖北部为一低槽，贝湖西部为高脊，东北北部为中心值达564 dagpm的冷涡，甘肃南部存在短波槽，西太平洋副热带高压呈东北—西南向，且在江苏、浙江附近形成592 dagpm的闭合等压线，沿副高外围从云南—陕西形成较一致的偏南气流；700 hPa天气图(图1b)上，华东形成316 dagpm闭合高压中心，沿高压外围从云南—陕西北部为一致的西南风，贝加尔湖西侧沿高脊前下滑的冷空气与西太平洋副热带高压外围北上的暖湿空气在宁夏—甘肃东部形成切变；850 hPa(图略)陕西中南部受西太平洋副热带高压外围偏南气流控制，高温高湿。24日20时，500 hPa(图略)位于甘肃南部的短波槽移至陕西北部，且并入东北冷涡底部，西太平洋副热带高压北抬，西太平洋副热带高压外围云南—陕西中部的偏南气流继续维持；700 hPa天气图(图略)上，贝加尔湖西侧高脊前冷空气进一步下滑，云南—陕西偏南风维持，宁夏—甘肃东部切变东移至陕西西部；850 hPa天气图(图略)上沿副高外围从广西—陕西中部增暖明显，出现24 ℃闭合暖中心。受短波槽东移和副高外围西南气流共同影响，配合低层明显的切变辐合，为暴雨的发生提供了较好的动力抬升和暖湿条件。

3 卫星云图特征

利用高时空分辨率的云顶亮温(TBB)资料可以分析中小尺度云系的发展演变[7]。通常，TBB 越低，代表云顶越高，对流发展越旺盛[8]。7月24日13时(图略)中纬短波槽与副高东侧外围之间的东南气流中有零散的对流云团生成，云团中心TBB小于-56 ℃。零散云团逐渐发展合并，15时(图略)形成东北—西南走向的带状对流系统。17时(图2a)云带进一步发展加强，TBB最低值小于-68 ℃；在云带底部新生一β中尺度对流云团(图中箭头所指)，初生云团强度较大，中心TBB达-68 ℃。18时(图2b)云团强烈发展为水平尺度大于100 km的椭圆状对流云团，其中心TBB降低至-72 ℃，结构密实。19时(图2c)云带中部逐渐分离，对流云团面积迅速增大(此时西安位于云团前部的低云中)。20时(图2d)云带中部断裂，对流云团强中心向东发展，且云团中TBB小于-68 ℃和-72 ℃面积迅速增大，对流云团发展旺盛，西安位于对流云团强中心东侧的TBB梯度大值区，19—20时西安小寨站出现56.8 mm/h强降水。21时(图2e)对流云团面积继续增大，云团中TBB小于-68 ℃面积进一步增大，西安位于云团东部TBB小于-72 ℃区域，20—21时西安小寨站出现58.8 mm/h降水。22时(图2f)对流云团在缓慢向东发展的过程中，西南部结构迅速松散，强降水分布在对流云团东北部。23时对流云团结构进一步松散，云顶亮温小于-68 ℃面积迅速缩小，降水减弱。

4 雷达回波演变特征

地面图上，08时(图略)西安位于低压前部，至17时(图略)随着低压东移西安逐渐转为受低压后部偏北气流影响，低压后部偏北气流引导冷空气南下影响西安。18：33(图略)西安多普勒雷达速度图上，0.5°～2.4°仰角西安附近均为东北风，东北路冷空气从低层楔入暖空气之下，迫使暖空气抬升。从组合反射率图可见，18：33有零散块状回波在西安附近生成，回波中心强度大于55 dBz，此时西安出现零星弱降水。19：19(图3a)0.5°～2.4°仰角径向速度图上，西安附近仍以东北风为主，组合反射率图(图4a)显示块状回波迅速发展，范围增大并形成西北—东南向带状，回波中心强度维持在55 dBz以上，回波移动方向与发展方向近乎垂直，根据文献[9]，则在任何点上都不会产生长时间持续的降水。19：42(图3b)西安以北仍以东北风为主，西安南侧有偏南风发展，并在西安附近形成辐合。强回波在缓慢东移过程中后方有新发展的对流单体并入(图4b)，回波范围进一步增大。回波覆盖了西安—咸阳—礼泉一带，在此回波缓慢东移发展过程中西安部分地方出现强降水。20：05(图略)回波东北部中心强度维持在55 dBz以上，西南部强度减弱。20：29(图略)速度图上西安附近逐渐转为受偏北气流影响，回波带演变为东北—西南向，西安位于回波带南侧弱回波区。21：03之后(图略)依然有强度大于35 dBz回波移过西安，但速度图上西安附近为辐散区，21：00之后西安降水迅速减弱。

箭头所指为β中尺度对流云团；a 17时，b 18时，c 19时，d 20时，e 21时，f 22时图2 2016-07-24 FY2G卫星TBB分布图(单位为℃)

图3 2016-07-24西安多普勒雷达径向速度场(a 19：19；b 19：42，白色圆圈为辐合区)

图4 2016-07-24西安多普勒雷达组合反射率因子(a 19：19；b 19：42)

5 水汽和能量条件

08—14时 700 hPa以下暴雨区水汽通量均小于7 g/(cm·hPa·s)(图略)，20时水汽通量减小至4 g/(cm·hPa·s)以下(图略)，虽然水汽通量值并不高，但盛夏副高边缘大气高温高湿，08—20时暴雨区850 hPa以下比湿一直维持在14 g/kg以上(图略)。08时850 hPa上(图略)，在暴雨区上游宁夏中部—甘肃东部存在一切变，沿切变形成东北—西南向水汽辐合区；14时(图5a)随切变东移，水汽辐合区移入关中西部；20时(图5b)切变线南端的暴雨区附近形成小于-4×10-7g/(cm2·hPa·s)的水汽辐合中心，强辐合区的形成为暴雨的发生提供了有利的水汽聚积条件。08时(图略)暴雨区CAPE值大于400 J/kg；14时(图6a)迅速增长至800 J/kg以上；20时(图6b)随着暴雨的发生，不稳定能量释放，CAPE值减小至600 J/kg以下。暴雨发生前CAPE值显著增长与王田田等[2]分析的结果相一致。

图6 2016-07-24 CAPE分布图(单位：J/kg；a 14时，b 20时)

6 不稳定和动力条件

08时(图略)，沿34°Nθse剖面图上105°E～112°E上空500 hPa附近有两个小于338 K的低值中心。θse从低层至500 hPa随高度降低，大气层结表现为对流不稳定状态，850 hPa以下θse大于352 K，低层高温高湿。14时(图7a)，切变东移至106°E附近，切变东侧750 hPa以下为较一致的偏南风，106°E以东低层θse高值区向上扩展，表明低层暖湿条件增强。106°～112°E 500 hPa以下大气层结依然为对流不稳定状态。20时(图7b)，低层切变东移至107°E附近，切变西侧700 hPa以下出现中心值小于344 K低值中心，在切变附近形成等值线密集的能量锋区，切变东侧107°～112°E 500 hPa以下大气层结维持对流不稳定。

图7 沿34°N的假相当位温(单位为K)和风场剖面(a 14时，b 20时)

08时(图略)，沿34°N散度和垂直速度剖面图上104°E低层切变附近存在中心强度为-4×10-5s-1辐合区，105°E～107°E 400 hPa以下为较弱的上升气流。14时(图8a)切变东移至106°E附近，低层辐合中心东移；105°～107°E附近上升运动增强；109°E(西安)上空弱辐散区间隔分布，600～800 hPa出现弱上升气流区。20时(图8b)，低层切变东移至107°E附近；800 hPa以下辐合区东移至107°E～110°E附近，辐合中心强度为-3×10-5s-1；109°E上空700 hPa为大于2×10-5s-1辐散中心。800～600 hPa上升气流显著发展，触发不稳定能量释放。

图8 沿34°N散度(等值线，单位：10-5s-1)、垂直速度(阴影，单位：Pa/s)和风场剖面(a 14时，b 20时)

7 结论

(1)此次暴雨过程是由东移短波槽、副热带高压和低层切变共同作用生成，受短波槽东移和副高外围西南气流共同影响，配合低层明显的切变辐合，使得暴雨区动力抬升和暖湿条件较好。

(2)强降水与对流云团活动密切相关，造成西安地区短时暴雨的β中尺度对流云团具有初生强度大、发生发展迅速等特点。

(3)暴雨区水汽通量辐合高值区的形成为暴雨的发生提供了有利的水汽聚积条件；暴雨发生前暴雨区低层暖湿条件增强；暴雨发生前和发生时大气层结维持对流不稳定状态；切变东侧上升气流发展，触发不稳定能量释放，为暴雨的发展提供了有利条件。