长治地区一次暴雨的物理量诊断分析

摘要    利用常规气象观测资料和Micaps实况物理量场资料，对长治市2017年7月26—29日的暴雨天气过程的环流背景、影响系统和物理量条件进行诊断分析。结果表明，500 hPa低压槽、低层切变线和副热带高压为此次暴雨天气过程提供了有利的环流背景;在有利的天气形势背景下，垂直速度、散度、水汽通量散度、相对湿度的有利配置和能量锋区的存在均有利于中、小尺度系统的发展，致使强降水的出现。

关键词    暴雨;物理量;诊断分析;山西长治

中图分类号    P458.1+21        文献标识码    A

文章编号   1007-5739（2020）21-0213-03                                                开放科学（资源服务）标识码（OSID）

暴雨是我国夏季多见的一种灾害性天气，是在有利的大尺度背景下诱发中尺度系统强烈发展造成的[1-2]。局地暴雨发生的空间尺度小、时间短，并且突发性强、成因复杂，因而可预报性差，是预报和研究的难点[3-5]。暴雨常造成突发性灾害，给人民生活生产造成严重的不利影响，威胁人民和国家的财产安全。山西省地形以山地为主，是强降水的多发省份，长治市强降水也有其自身的特点。本文针对2017年7月长治市的一次暴雨天气过程，开展了物理量诊断分析，并对其成因进行探讨，从而为今后此类暴雨的预报提供一定的参考。

1    天气过程概述

2017年7月26—29日山西省逐日降水量分布情况见图1。从图1可以看出，强降水主要出现在山西中南部，降水分布不均匀，27日长治市降水量最大。各县站过程降水量介于34.8～134.6 mm之间，过程最大降水量出现在襄垣县南底，为185.9 mm;最大小时雨强出现在襄垣南底，为75.5 mm。此次降水性质为混合性降水。

此次天气过程发生于两槽一脊的环流背景下，500 hPa低压槽带来的干冷空气和副热带高压带来的暖湿空氣在长治市上空不断交汇、对峙，700 hPa和850 hPa均有切变线影响长治市，且具有一定的前倾结构。探空图上有明显的上干冷、下暖湿不稳定层结，再加上各物理量的有利配合，均为此次强降水提供了有力的动力、水汽和不稳定条件。

2    物理量场分析

2.1    动力条件分析

强烈的上升运动是强降水产生的重要条件[6-8]。从襄垣的垂直速度时间剖面图（图2）可以看出，26—28日襄垣上空均为深厚的上升气流区（100 hPa以下均为上升运动区），其中27日上升运动达到最强，最大上升速度达到-40×10-3 hPa/s，表明该地区有明显的上升运动，低层大气辐合有利于此次强降水的产生。29日后随着系统东移减弱，降水结束。

从散度时间剖面图（图3）可以看出，27日低层辐合最强，对应高层有辐散，且为对称结构，这种低层辐合、高层辐散（对称结构）相互耦合加剧了低层暖湿气流的垂直上升运动，为暴雨产生提供了有利的动力条件[9-10]。29日后垂直速度和散度减弱，降水趋于结束。

2.2    水汽条件分析

强降水的发生，必然有充足的水汽供应。水汽通量散度是表示输送来的水汽集中程度的物理量，负值区为通量辐合，绝对数值越大，越有利于对流系统的发生发展和强降水的产生。从山西长治地区强降水中心襄垣的水汽通量散度时间剖面图（图4）可以看出，26日20：00的850 hPa以下为水汽辐合层，700 hPa为辐散层，这种上干下湿的结构造成了26日20：00前后的强对流天气。27日在700～850 hPa之间水汽辐合最强，对应27日长治市较强降水天气过程。从襄垣水汽通量散度时间剖面图和相对湿度时间剖面图（图5）都可以看出，27日后湿层变深厚，转为稳定性降水。充足的水汽条件为暴雨的发生创造了条件，而随着系统东移减弱，水汽条件变差，降水趋于结束。

2.3    热力条件和稳定度分析

假相当位温是守恒的综合物理量，其结合了温度、气压和湿度等重要气象因素，适宜用于对大气热力性质的分析。假相当位温值较高，表示区域的温度和湿度较高。由于湿位涡守恒，当θse面倾斜，大气水平风垂直切变或湿斜压性增加，引起垂直涡度的发展。暴雨的产生和消失都对应着能量的集聚与释放，θse场中等值线密集表示区域内能量锋区，这也是暴雨发生的必要条件[11-13]。

此次降水过程700 hPa假相当位温和24 h降水量叠加图见图6。从图6可以看出，7月26日20：00到27日20：00的700 hPa有高能舌伸展到山西中南部，与副热带高压西北侧向北输送的西南暖湿气流相配合，极易释放对流不稳定能量造成强降水;而且强降水落区与假相当位温等值线密集区相对应，更进一步验证了能量锋区的存在有利于强降水的发生。

大气温度和湿度在垂直方向上的分布情况决定了大气层结稳定度[14-15]。夏季暴雨多是从积雨云里产生的，其发生不但要有强上升运动和高温、高湿条件，还要有不稳定的大气层结。K指数是反映大气层结稳定度和低层湿度条件的诊断量，K指数越大说明大气层结越不稳定，产生降水的可能性越大[16-17]。按照山西暴雨常规预报经验指标：K指数大于35 ℃，对产生暴雨十分有利。26日20：00，山西中南部地区K指数介于36～42 ℃之间，说明长治市上空已经具备产生暴雨的不稳定层结条件，实况证明，26日强对流天气过程中强降水落区与K指数大值区有很好的对应关系。

3    结语

分析结果表明，500 hPa低压槽、低层切变线和副热带高压为此次暴雨天气过程提供了有利的环流背景。强烈的上升运动和充足的水汽条件是暴雨发生的必备条件[18-19]。此次降水低层辐合、高层辐散（对称结构）相互耦合加剧了低层暖湿气流的垂直上升运动，为暴雨的产生提供了非常有利的动力条件。上干下湿的不稳定层结结构造成了2017年7月26日20：00前后的强对流天气，随后湿层变深厚，转为稳定性降水，降水持续时间长，达到了暴雨量级。垂直速度、散度、水汽通量散度、相对湿度、假相当位温和K 指数的有利配合对长治市强降水的发生有较好的指示意义。高能舌与副热带高压西北侧向北输送的西南暖湿气流相配合，极易释放对流不稳定能量造成强降水，而且强降水落区与假相当位温等值线密集区、K指数大值区相对应，更进一步验证了能量锋区的存在有利于强降水的发生，强降水落区与K指数大值区有很好的对应关系。

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作者简介   李晶晶（1989—），女，山西长治人，工程师。研究方向：短期天气预报、气象服务和气候变化。

收稿日期   2020-06-22