2021年9月14—15日中卫市局地暴雨天气成因分析

摘 要：【目的】分析2021年9月14—15日中卫市局地暴雨天气过程的形成机理，为中卫市夏季暴雨降水预报工作提供参考。【方法】利用常规地面观测资料、Micpas地面高空形势场、高空湿度、T-lnP资料、欧洲中心再分析数据集ECMWF ERA5的逐时再分析资料，对此次暴雨天气进行分析。【结果】584 dagpm线从13日20时起北抬，14日20时抬至最高，此后开始南压，雨带南移，15日20时西西伯利亚槽移出中卫。200 hPa高空急流、500 hPa槽、700 hPa槽及低空急流、850 hPa低涡切变、地面冷锋相互配合，台风外围来自南海和黄海的暖湿空气持续向北输送，高低层湿度条件整体较好，湿层深厚；K指数稳定在33～34 ℃之间，低层有暖平流，中层有冷平流，有一定的不稳定能量；动力条件较好，南北地区在不同的时段出现了强上升运动中心，北部地区对流层中低层为强辐合区，高层辐散，上升运动较强，正涡度区较为深厚。【结论】此次降水持续时间长、范围广、雨强小、累计雨量大，高空槽有明显的后倾结构，以稳定性降水为主，上升运动中心与湿层深厚区配合较好，产生了此次局地暴雨天气。

关键词：中卫市；局地暴雨；成因分析

中图分类号：P458.3 " " 文献标志码：A " " 文章编号：1003-5168（2024）12-0110-05

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.12.022

Cause Analysis of Local Rainstorm in Zhongwei City on September 14-15， 2021

CHEN Xingyi1，2，3 "YANG Yuan1，2，3 "HU Na1，2，3 "YANG Gui1，2，3 ZHANG Zejin1，2，3

（1.Key Laboratory for Meteorological Disaster Monitoring and Early Warning and Risk Management of Characteristic Agriculture in Arid Regions，CMA，Yinchuan 750002，China;2.Key Laboratory of Meteorological Disaster Prevention and Reduction of Ningxia，Yinchuan 750002，China;3.Zhongwei Meteorological Bureau，Zhongwei 755000，China;）

Abstract：[Purposes] The formation mechanism of the local rainstorm weather process in Zhongwei City on September 14—15，2021 was analyzed， so as to provide a reference for the forecast work of the summer rainstorm and precipitation in Zhongwei City.[Methods] Using conventional ground observation data， Micpas ground high altitude situation field， high altitude humidity， T-lnP data， and hourly reanalysis data of ECMWF ERA5 reanalysis dataset from European Centre.the local rainstorm weather in Zhongwei city was analyzed on September 14—15，2021.[Findings] The 584 dagpm moved north from 20：00 on the 13th to the highest from 20：00 on the 14th， and then began to pressure south， the rain belt moved south， and the western Siberian trough moved out of the central defender at 20：00 on the 15th. 200 hPa high altitude jet， 500 hPa trough， 700 hPa trough and low altitude jet， 850 hPa low vortex shear and surface cold front cooperate with each other. The warm and humid air from the South China Sea and the Yellow Sea around the typhoon continues to transport northward. The humidity conditions in the upper and lower layers are generally good， and the wet layer is deep. K index is stable between 33 and 34 ℃， and the low layer has warm low flow， while the moderate layer has cold flow and certain unstable energy; dynamic conditions are good， strong rising movement center appears in this area at different times.And in the northern region， the middle and lower troposphere is a strong convergence zone， the upper layer is divergent， the ascending motion is strong， and the positive vorticity area is relatively deep.[Conclusions] The precipitation is characterized by long duration， wide range， small rainfall intensity and large cumulative rainfall. The upper trough has a clear backward structure， which is mainly stable precipitation. The ascending motion center and the deep wet layer are well coordinated， resulting in the local rainstorm weather.

Keywords：Zhongwei City; local rainstorm; cause analysis

0 引言

暴雨是我国的主要气象灾害之一。暴雨会淹没农田，使农作物根系腐烂，造成作物减产或绝收。在山区，暴雨很容易诱发山洪、滑坡等次生灾害，造成经济财产损失及人员伤亡。

宁夏暴雨常在7—8月，副热带高压势力较强，海上有台风持续的情况下发生［1］。近年来，许多专家学者研究了宁夏暴雨的发生机理及机制。纪晓玲等［2］研究了宁夏2010年短时暴雨的天气特征；陈豫英等［3］研究了各数值模式间的预报差异以及可预报性；肖云清等［4］分析研究了2018年宁夏一次暴雨过程的物理机制；苏洋等［5］诊断分析了2019年宁夏一次暴雨天气过程。本研究利用常规地面观测资料、Micpas地面高空形势场、高空湿度、T-lnP资料、欧洲中心再分析数据集ECMWF ERA5的逐时再分析资料，对2021年9月14—15日中卫市局地暴雨天气过程的环流背景、影响系统、水汽条件、热动力条件等进行详细分析，揭示过程形成机理，以期为中卫市夏季暴雨预报工作提供参考。

1 降水实况

2021年9月14日清晨至15日白天，中卫市大部普降中到大雨，沙坡头区西北部、海原县史店乡出现大到暴雨，累计雨量普遍在10～50 mm，其中沙坡头区柔远镇和迎水桥镇累计雨量超过了50 mm。最大累计雨量出现在沙坡头区柔远镇为59.0 mm，最大小时雨强出现在沙坡头区柔远镇高营村为10.2 mm（15日02时）。14日02时至15日20时累计雨量有3站超过50 mm：沙坡头区柔远镇59.0 mm，营盘水村57.3 mm，甘塘53.2 mm；9站在40～50 mm之间；19站在30～40 mm之间，其中海原气象站35.9 mm；65站在20～30 mm之间。此次降水主要集中在9月14日02时至13时和15日00时至20时，14日14时至23时是中卫市北部的降雨间歇期，中卫市南部（海原）部分站点出现少量降水，强降水主要出现在15日00时至20时（如图1所示）。

2 环流形势分析

2.1 200 hPa、500 hPa形势分析

2021年9月14日20时200 hPa和500 hPa形势场如图2所示。由图2（a）可知，200 hPa上南亚高压位于高原中部，高空低空急流在新疆至黑龙江一带，中卫市位于高空急流入口区右侧，有强辐散，利于抽吸作用，增强上升运动。由图2（b）可知，13日20时，在欧亚中高纬为两槽一脊环流形势。西西伯利亚至新疆南部为一低压槽，东西伯利亚至蒙古东部为高压脊，鄂霍次克海至日本海为低压槽，灿都台风位于上海东侧。584 dagpm线在河套中上游地区，蒙古南部至青海东部、青海中部至西藏中部均有小槽，中卫位于584 dagpm线南部、蒙古槽前的偏南气流中。14日08时，584 dagpm线北抬，移出中卫，中卫位于偏南气流中；14日20时，西西伯利亚低压槽与蒙古槽、青海槽合并，槽后冷平流加强，冷空气沿着槽后偏北气流移至中卫西部，槽逐渐加深，海原南部至湖北西部有槽生成，副高西伸北抬，584 dagpm线北抬至44°N，中卫位于副高584 dagpm线及588 dagpm线中间的偏南气流中；15日08时，海原槽东移移至陕西南部，西西伯利亚低压槽旋转东移，槽底部移至青海东部，四川中部出现小槽，584 dagpm线有所南压，中卫位于西西伯利亚槽前。15日20时，西西伯利亚槽东移移出中卫，移至固原南侧，中卫受偏西风影响。

综上所述，西西伯利亚冷涡与灿都台风从13日20时开始始终维持在原地，前者不断向下游传播冷空气，后者影响584 dagpm线在中卫附近南北移动，水汽从南海及黄海被副高外围的偏南风不断输送至中卫，加之西西伯利亚低压槽与蒙古槽、青海槽合并东移，造成大范围降水过程。

2.2 700 hPa、850 hpa形势分析

2021年9月14日20时700 hPa和850 hPa形势场如图3所示。由图3（a）可知，有低空急流将南海及黄海的暖湿气流不断输送至中卫。13日20时，中卫西北部、甘肃中部有一低涡，配合有冷暖切变，中卫处于偏南气流中；14日08时，贝加尔湖南侧至青海东部有槽，中卫以北至甘肃南部有一切变，温度槽落后于高度槽，槽后冷平流使槽加深；14日20时，贝湖槽与中卫切变合并东移南压，移至中卫中部，14日夜间，中卫市南部有低空急流；15日08时，槽东移，移至中卫市南侧，15日20时，槽整体移出中卫，中卫受高压控制。由图3（b）可知，13日20时，甘肃东南部有一切变，中卫位于切变前的偏南气流中；14日08时，四川北部有低涡生成，蒙古南部有一切变生成，甘肃切变维持不动；14日20时，甘肃切变东移发展并生成低涡，移经中卫，移至宁夏东部，蒙古切变东移；15日08时，甘肃切变与蒙古切变合并为蒙古槽东移，槽底部伸至中卫南部；15日20时，蒙古槽继续东移，移出宁夏。

2.3 地面系统分析

13日20时，四川西北部有低涡，并且低涡顶部有地面辐合线，辐合线顶端位于中卫西北侧；14日08时，宁夏以北、内蒙古西部有低涡，低涡底部有一弱辐合线，伸至中卫西侧；14日20时，内蒙古低涡向西北移动，辐合线加强东移南压，移至中卫北部；15日08时，内蒙古低涡东移，移至内蒙古中部，并且有冷锋从低涡底部伸至中卫中部，地面处于高湿区，中卫处于温度露点差小于5 ℃的显著湿区中；15日20时，锋面南压，移出宁夏，中卫转为高压控制。

2.4 中尺度分析

此次降水的环流形势为河西冷槽型。9月14日02时至13时，584 dagpm线北抬，移出中卫，中卫受偏南气流影响，700 hPa上中卫西侧有一切变，850 hPa上中卫受低涡切变影响，地面场上，中卫西侧有辐合线；15日00时至20时，584 dagpm线南移，500 hPa上西西伯利亚槽南端移过中卫，700 hPa上中卫位于低空急流的左侧，且中卫南部有冷切存在，停留较长时间后逐步移出，中卫位于湿区范围内，850 hPa上中卫南部处于蒙古槽中，地面场上形成冷锋，锋面南压，带来一定的降水。此次降水，西风槽呈后倾结构，以稳定性降水为主。

3 物理量条件

3.1 水汽条件

2021年9月14日20时700 hPa和850 hPa比湿分布如图4所示。由图4可知，14日白天，中卫市700 hPa比湿在8.5～9.5 g/kg，850 hPa比湿在10～12 g/kg，南部均高于北部。14日前半夜，700 hPa比湿由南向北逐步增加，14日后半夜到15日白天，700 hPa比湿由北向南逐渐减小；850 hPa比湿14日夜间由南向北逐步增加，15日白天由北向南逐渐减小。15日08时，中卫市北部700 hPa比湿降至8.0～8.5 g/kg，南部降至8.5～9.0 g/kg，850 hPa比湿在11～12 g/kg；15日15时，全市700 hPa比湿降至6.5～7.0 g/kg，850 hPa比湿降至10～11 g/kg。中低层水汽条件整体较好，符合宁夏暴雨发生发展条件。

3.2 动力条件

3.2.1 涡度、散度。涡度场上，9月15日02时，中卫市（36.1°N～37.7°N）在500 hPa以下为明显正涡度区，最大值位于600～700 hPa之间，涡度为14×10-5s-1，500 hPa以上维持负涡度区，涡度为-8×10-5s-1，北部正涡度区厚度比南部厚，正涡度中心向北倾斜，随时间逐渐增强；06时，北部正涡度增至最大，达24×10-5s-1；08时，北部600～750 hPa逐渐转为负涡度区，南部正涡度区变厚。

散度场上，9月15日02时，中卫市550 hPa以下为辐合区，400～550 hPa为辐散区，北部辐合区扩展到550 hPa，南部仅扩展到600 hPa，但强度较北部偏强，辐合中心区位于沙坡头区南部至海原，中心值为-8×10-5s-1，400～550 hPa为辐散中心区，中心值为12×10-5s-1，低层辐合高层辐散有利于上升运动的持久发展；02时至06时，辐合辐散中心强度逐渐增强，06时中卫市南、北部均出现强辐合中心，强度增至-18×10-5s-1；08时，北部辐合区高度降至750 hPa，雨带逐渐南移（如图5所示）。

3.2.2 垂直速度。垂直速度场上，9月15日02时，中卫市北部450～850 hPa为上升运动区，南部650～750 hPa为上升运动区，上升运动中心位于中卫市北部，最大值为-0.8 Pa/s；02时至08时，上升运动逐渐增强，04时中卫市南、北部各出现一个强上升运动中心，08时，北部上升运动有所减弱，南部上升运动增至最强为-2.4 Pa/s，高度扩展到250 hPa（如图6所示）。

3.3 探空资料分析

由14日20时民勤站的探空图可知，K指数为34 ℃，易出现雷阵雨天气。700 hPa和500 hPa的温差为10.9 ℃，沙式指数（SI）为3.96，CAPE值为3.9 J/kg，订正到20时（中卫站），CAPE值为90.5 J/kg，不稳定能量偏弱；15日08时，K指数为33.6℃，CAPE值增至85.1 J/kg，订正到08时（中卫站）为418.1 J/kg，600～850 hPa风随高度顺转，低层有暖平流存在，500～600 hPa风随高度逆转，中层有冷平流存在，有一定的不稳定能量，整层均为湿层，有利于出现暴雨天气。

4 结论

①此次降水持续时间长、范围广、雨强小、累计雨量大，是在欧亚中高纬“两槽一脊”形势背景下，由200 hPa高空急流、500 hPa槽、700 hPa槽及低空急流、850 hPa低涡切变共同作用引起的.高空槽有明显的后倾结构，以稳定性降水为主。

②灿都台风始终在东部洋面回旋，台风外围来自南海和黄海的暖湿空气持续向北输送，584 dagpm从13日20时起北抬，降水北移，14日20时抬至最高，此后开始南压，降水南移，伴随切变过境，中卫出现大范围强降水。

③14日夜间至15日上午中卫整层水汽条件均较好，700 hPa比湿在8.5～9.5 g/kg，850 hPa比湿在10～12 g/kg，湿层较厚，为暴雨提供了充足的水汽条件，且上升运动中心与湿层深厚区配合较好，产生了强降水。

④中卫北部地区对流层中低层为强辐合区，高层辐散，上升运动较强，正涡度区较为深厚，正涡度中心向北倾斜，有利于上升运动的持久发展。

⑤K指数稳定在33～34 ℃之间，低层有暖平流，中层有冷平流，有一定的不稳定能量，整层较湿，有利于出现暴雨天气。

参考文献：

［1］肖云清，沈新勇，张晓露，等.贺兰山东麓两次局地暴雨过程的湿位涡诊断分析［J］.暴雨灾害，2020（2）：148-157.

［2］纪晓玲，陈晓娟，邵建，等.2012.干旱区一次锋面过境短时暴雨中尺度系统分析［J］.中国沙漠，32（6）：1731-1737.

［3］陈豫英，陈楠，任小芳，等.2018.贺兰山东麓罕见特大暴雨的预报偏差和可预报性分析［J］.气象，44（1）：159-169.

［4］肖云清，杨苑媛，朱海斌，等.2018年7月22—23日宁夏暴雨天气过程物理机制诊断分析［J］.宁夏工程技术，2019（3）：193-201.

［5］苏洋，贾宏元，任小芳，等.2019年6月25—27日宁夏一次暴雨过程诊断分析［J］.宁夏农林科技，2020（9）：33-35，2，67.