阿拉善盟荒漠地区一次暴雨过程V-3θ图特征分析

黄骏莉

（阿拉善盟气象局，内蒙古自治区 阿拉善 750306）

V-3θ 图是欧阳首承教授以溃变理论为依据，利用特性层资料等高空站资料设计而成的一种分析工具。该方法以结构方式为依据，进而反映非规则信息的结构特征与作用。结合大多数预报工作人员的实践应用能够得出，V-3θ 图分析法能够准确预测灾害性天气等转折性天气现象。例如欧阳首承[1-2]通过研究得出，局地强对流降水天气在V-3θ 图上的征兆及可预测性较为显著，使用V-3θ 图分析法能够准确预报暴雨、冰雹等强对流天气过程。

1 天气概况

2019年6月20日夜间—23日夜间,额济纳旗拐子湖、阿右旗阿拉腾敖包、阿左旗银根、图克木分别出现暴雨，并伴有雷电和短时强降水，累计雨量分别为69.0 mm、68.0 mm、61.6 mm、53.1 mm，最大小时强降水出现在阿左旗图克木（23日19时—20 时，36.9 mm/h），额济纳旗拐子湖日降水量68.9 mm，突破了建站以来历史极值。

2 V-3θ图特征分析

2.1 V-3θ图简介

V-3θ 图又称欧阳位温图，是P-T 坐标图，也是利用探空资料绘制而成的一种垂直方向上的二维图。坐标上T轴的单位是绝对温度K，P轴的单位是hPa，3θ 分别指的是位温θ、假相当位温θsed 及饱和状态下的假相当位温θ*。V-3θ 图分析法主要使用特性层信息的不连续性与非均匀性来较好地反映垂直位置处的涡旋运动。由于涵盖特性层信息，能够使转折性天气预测及精细化预报的时效性与准确率实现显著提升。该方法主要表现出以下几个特征：随着P的增大，若θ、θsed、θ*曲线呈现出平滑的右倾变化，则表明大气对流层结构表现出均匀与稳定性，该情况属于一种人为理想状态，并非真实存在。随着P的增大，若θ、θsed、θ*曲线呈现出左倾或少变、不变，则表明对流层大气垂直结构位于不稳定状态，而且其中还积聚了大量的能量未释放出来；极端天气现象发生之前，V-3θ图300～1 00 hPa附近会出现陡然右倾或出现明显折拐，这一变化趋势表明该层出现有超低温。

滚流指的是横向的水平涡流，其变化曲线往往呈现出不连续指数或切变指数，这一现象包括顺滚流、逆滚流2种。其中前者表现为下层南（东）风、上层北（西）风或者下层维持风速较小的南（西）风，而上层维持风速较大的南（西）风，该现象表明天气即将转坏；相反则被称为“逆滚流”，这一现象表明天气即将转好。当θ曲线、θsed曲线、θ*曲线呈现出左倾状态，则表明存在有潜在的顺滚流。若曲线呈现出右倾，则表明存在有潜在的逆滚流或无滚流。

2.2 暴雨发生V-3θ图特征

本次降水过程中出现4 个暴雨点，其中拐子湖降水量为68.9 mm，突破历史极值，主要降水时间段为21 日12 时—22日3时，其中21日22时、23时2 h降水量达42 mm。阿拉腾敖包降水量为68.0 mm，主要降水时间段为21日14时—19时和22 日 9 时—14 时，其中 22 日 9 时降水量达 30.8 mm。本文选取达来呼布探空站和诺日公探空站V-3θ 图对降水前、降水中、降水后的特征作详细分析。

2.2.1 降水过程前

在拐子湖暴雨天气发生前，21 日8 时达来呼布V-3θ 图（图1）可以看出，250～200 hPa 3 条曲线出现明显右倾且有拐角，说明有明显超低温层，这一现象发生时表明大气垂直结构的均匀性较差，为对流层滚流的产生与发展起到极大程度的促进作用，同时该现象也是发生暴雨天气过程的重要前兆信息；θsed 曲线、θ*曲线在 600 hPa 以上近乎重合，说明 600 hPa 以上水汽接近饱和，有利于降水的发生，θsed 曲线、θ*曲线从低层到高层几乎准垂直于T轴，说明大气层结不稳定；从垂直风向上来看，从低层到高层几乎都是偏东风或东南风，说明整层顺滚流，预示暴雨天气将会发生。

图1 2019年6月21日08时达来呼布V-3θ 图Fig.1 The V-3θ diagram of Dalaihubu at 08:00 on June 21,2019

在阿拉腾敖包强降水出现前，21 日20 时诺尔公V-3θ 图（图2）可以看出，250～200 hPa 略有右倾且有拐角，说明有浅薄超低温层存在，这是暴雨发生的前兆信息；θ sed曲线、θ*曲线在400 hPa 附近以下近乎重合，说明整层水汽接近饱和，有利于降水的发生，θ sed 曲线、θ*曲线几乎垂直且略左倾于T轴，600～400 hPa 有多处折拐，说明大气层结不稳定，有对流云发展；从垂直风向上来看，低层为东南风，说明顺滚流已经建立，600 hPa 以上几乎都为西南风，且风速随高度增加明显增大，说明水汽辅合条件较好。以上分析来看，在诺日公附近将有暴雨天气发生。而出现暴雨的阿拉腾敖包、银根、图克木均位于诺日公附近。

2.2.2 降水过程中

拐子湖是在21 日10 时开始出现降水，小时雨量不大，22时和 23 时出现短时强降水，由达来呼布 21 日 20 时 V-3θ 图（图略）可知，200 hPa 超低温层一直存在，它对暴雨的产生和发展有重要的指示意义；θsed 曲线、θ*曲线的重合点从之前的600 hPa 下降到850 hPa，说明整层水汽都维持着饱和状态，θsed 曲线、θ*曲线从低层到高层依然保持准垂直于T轴的状态；从垂直风向上来看，从低层到高层依然保持一致的偏东风，整层顺滚流维持，更加有利于暴雨和强对流的发展。

阿拉腾敖包是21 日14 时出现降水，小时雨量以小雨为主，22日09时出现短时强降水，诺尔公22日08时V-3θ图（图略）显示出：250～200 hPa 右倾更加明显，说明超低温层也更加明显，有利于暴雨的发生；θsed 曲线、θ*曲线从低层到高层几乎重合，说明整层水汽都维持饱和状态，θsed 曲线、θ*曲线垂直于T轴，500～400 hPa出现的多个折拐更加明显，说明大气持续维持着不稳定状态，有利于强对流天气的发展；低层为偏东风，高层为西南风，顺滚流依然维持。

2.2.3 降水过程后

22日3时拐子湖降水就已经趋于结束，从达来呼布22日08时V-3θ图（图略）显示，虽然整层水汽也是接近饱和状态，但是低层到高层基本都转为西北风，顺滚流结束，转为逆滚流，也就预示着恶劣天气将转好。22 日20 时前诺日公周边及下游地区的强降水都已经结束，从诺日公22 日20 时V-3θ图（图略）中看出，θsed 曲线、θ*曲线距离呈增加趋势，且不再位于准平行状态，湿度条件转差，而且低层转为西北风，有逆滚流出现，以上指标与产生暴雨过程不相符合，表明其周围地区暴雨天气过程逐渐趋于结束。

3 结论

此次暴雨降水过程是受纬向环流背景下的小扰动影响，并受中低层地面倒槽、切变线辐合抬升，同时配合有来自孟加拉湾偏南和黄海偏东水汽输送共同作用造成的。

暴雨过程发生时，2 个探空站V-3θ 图中都存在3 条曲线在对流层顶出现右倾和明显的折拐，即有超低温的存在，说明大气垂直结构不均匀；都存在θsed 曲线、θ*的距离保持准平行，说明大气接近饱和，为强降水的发生提供了水汽条件；从高低层的风向风速的变化来看都存在顺滚流或整层顺滚流，说明上升条件较强，预示坏天气即将发生或有所发展；同时多处不规则折拐可反映对流层的高度和大气的不稳定状态。以上条件也都可以作为判断暴雨是否出现的指标。

由于高空站资料空间分布较为稀疏，且时间分辨率不高，所以使用V-3θ 图结构分析法仍然存在着一定的局限性。一般情况下，V-3θ 图只对探空站附近及下游200 km 以内地区的降水有指示意义，而且降水落区较难把握，所以在对该方法进行使用时，应当综合分析地形、雷达与卫星等多种资料，以确保准确地对短时局地暴雨过程的发生时间及其落区进行确定。