2018年8月2日~4日，受西亚大槽分裂的短波槽影响，青海东部出现了一次大降水天气过程，此次降水过程持续时间较长，降水强度以及总降水量都属历史同期罕见。利用MICAPS实时观测资料和NCEP再分析资料(2.5˚ × 2.5˚)对本次降水过程的降水实况，天气环流形势，水汽条件，动力条件，不稳定条件和卫星云图等几方面进行分析。结果表明：本次降水过程主要受青海北部西亚大槽分裂的短波槽以及青海出现的低涡及切变线等天气系统的影响，是典型的北槽南涡型大降水天气；暴雨过程的水汽输送主要分为两路，一路是从孟加拉湾和南海途经四川盆地到青海东部，另一路是从东海向东直接输送到青海。输送来的大量水汽在低层辐合并向上输送，形成深厚的湿层，为暴雨的发生提供水汽条件。低空辐合，高空辐散以及从低空到高空的垂直上升运动为暴雨的发生发展提供了动力条件；低层中西亚大槽断裂的短波槽携带的槽后干冷空气和西太平洋副热带高压西南侧输送的偏南暖湿气流交汇，大气处于不稳定的状态；β中尺度对流云团在700 hPa切变线附近发展，表明此次降水过程有中小尺度系统的参与。 On August 2-4, 2018, under the influence of the short-wave trough split in West Asia, a heavy precipitation weather process occurred in eastern Qinghai. The precipitation process lasted for a long time, and the precipitation intensity and total precipitation is rare in the same period of history. In the paper, the real-time observation data of MICAPS and NCEP data (2.5˚ × 2.5˚) are used to analyze the precipitation, weather situation, water vapor conditions, dynamic conditions, unstable conditions and satellite cloud images of this precipitation process. The results show that the precipitation process is mainly affected by the short wave trough split in the West Asia trough in the north of Qinghai and the low vortex and shear moving northward in Qinghai, which is a typical heavy precipitation weather in the north-trough with south-vortex. The water vapor transport in the rainstorm process is mainly divided into two ways; one is from the Bay of Bengal and the South China Sea through Sichuan Basin to the east of Qinghai, and the other is directly from the East China Sea to Qinghai. A large amount of water vapor converges in the lower layer and is transported upward to form a deep wet layer, which provides water vapor conditions for the occurrence of torrential rain. A large amount of water vapor converges in the lower layer and is transported upward to form a deep wet layer, which provides water vapor conditions for the occurrence of torrential rain. Low-level convergence, high-altitude divergence and vertical ascending motion from low to high provide dynamic conditions for the occurrence and development of torrential rain. In the lower layer, the dry and cold air behind the trough from the short wave trough of the West Asia trough converges with the southerly warm and humid air transported to the southwest of the West Pacific subtropical high, and the atmosphere is in an unstable state. The development of β mesoscale convective cloud clusters near the 700 hPa shear line indicates that meso- and small-scale systems are involved in this precipitation process.
赵海玲，毛文书，花瑞阳
成都信息工程大学大气科学学院，四川 成都
收稿日期：2020年7月6日；录用日期：2020年7月22日；发布日期：2020年7月29日
2018年8月2日~4日，受西亚大槽分裂的短波槽影响，青海东部出现了一次大降水天气过程，此次降水过程持续时间较长，降水强度以及总降水量都属历史同期罕见。利用MICAPS实时观测资料和NCEP再分析资料(2.5˚ × 2.5˚)对本次降水过程的降水实况，天气环流形势，水汽条件，动力条件，不稳定条件和卫星云图等几方面进行分析。结果表明：本次降水过程主要受青海北部西亚大槽分裂的短波槽以及青海出现的低涡及切变线等天气系统的影响，是典型的北槽南涡型大降水天气；暴雨过程的水汽输送主要分为两路，一路是从孟加拉湾和南海途经四川盆地到青海东部，另一路是从东海向东直接输送到青海。输送来的大量水汽在低层辐合并向上输送，形成深厚的湿层，为暴雨的发生提供水汽条件。低空辐合，高空辐散以及从低空到高空的垂直上升运动为暴雨的发生发展提供了动力条件；低层中西亚大槽断裂的短波槽携带的槽后干冷空气和西太平洋副热带高压西南侧输送的偏南暖湿气流交汇，大气处于不稳定的状态；β中尺度对流云团在700 hPa切变线附近发展，表明此次降水过程有中小尺度系统的参与。
关键词 :海东，暴雨，槽，低涡
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暴雨是指短时间内产生较强降雨的天气现象。中国气象上一般将24小时降水量达到50 mm，12小时降水量超过30 mm，或者小时降水量超过16 mm的降雨规定为暴雨天气。但西北地区作为我国的干旱区，深居内陆，远离海洋，更是由于高海拔地形对水汽的阻挡，造成西北大多数地区的年降水量都很少 [
利用MICAPS包含的观测数据对欧亚地区的高，低空及地面形势分析，得出暴雨发生前后的环流形势；用NCL，GRADS，Meteoinfo等软件对每日四次的再分析数据进行分析绘图，得出散度场、涡度场、垂直速度场等的特征，结合降水实况资料分析出此次降水过程发生的原因及动力机制。
2018年8月2日~4日青海省海东市出现了一次大到暴雨天气过程。本次降水从2日凌晨开始，到4日08:00趋于结束，海东市大部分城镇降水量达到暴雨量级(图1)。民和县古鄯镇，西沟乡，新民乡三个乡镇降水量超过150 mm。李二堡、官亭、满坪、马营四个乡镇降水量超过100 mm，循化县清水乡专堂村降水量达102.2 mm。化隆县塔加乡塔一村102.9 mm。而乐都区瞿昙，中坝，峰堆等四个乡镇累计降水量达132.2~281.2 mm，达到大暴雨量级。其中，此次暴雨过程两日的降水中心均为乐都区中坝乡，24小时降水量分别达到133.4 mm、116.9 mm，日降水量都接近我省有气象记录以来的全省日降水量极值。乐都中坝乡两天合计降水达250.3 mm，而乐都地区的多年平均年降水量为329.1 mm。也就是说，两天下了大半年的量，创历史极值。此次强降水过程引发了山体滑坡，泥石流，山洪等次生灾害，导致多条道路中断，致使农田，房屋及基础设施等受到严重损害。
此次降水过程开始前，8月1日20时高空图500 hPa上的中高纬环流形势大致呈两槽一脊型，两槽分别位于巴尔喀什湖附近和亚洲东部地区，脊区位于贝加尔湖附近。随后西亚大槽在巴尔喀什湖附近发生断裂，出现许多分裂的短波槽。槽后的西北气流携带冷空气不断南下并影响西北地区(图略)。2日08时，中高纬的环流形势基本保持一致，北部分裂的短波槽略有东移。2日20时(图2(a))青海东部出现低涡中心，气流辐合明显，海东市位于低涡前部。588线继续向西移动，青海大部位于副热带高压的高湿区内，海东湿度明显增大(T-Td≤ 2)。3月08时冷空气与副热带高压外围的偏南暖湿气流在青海东部地区交汇。3日20时(图2(b))，低涡南压，588线继续向西向北移动。副热带高压西侧形成水汽通道，持续为海东地区提供暖湿气流。4日08时，青海大部分被副热带高压所控制降水趋于结束。
图1. 海东市降水量分布图
图2. (a) 8月2日20时500 hPa环流形势；(b) 3日20时500 hPa环流形势
暴雨前期，青海大部处于低涡中。青海北部有一短槽，青海东部有切变线，容易产生持续性大降水。2日08时青海大部气压略有升高。但切变线海东仍在维持。海东东部有较强的偏南风，有利于输送南方的水汽(图略)。2日20时(图3(a))，青海中部又出现低涡，海东处于低涡前部。青海北部移来一短槽，槽后干冷空气南下至青海。海东的切变线仍维持。西太平洋有台风活动，开始有偏东风向西输送东海的水汽。3日08时副高外围偏南暖湿气流明显增强，切变线东移至青海东部(图略)。3日20时(图3(b))，312线沿青藏高原外围向西北移动，海东有偏南的暖湿气流输送，海东切变线减弱。4日08时，青海东部受副热带高压影响，海东基本为东南风气流，切变线消失，降水趋于结束(图略)。
通过以上分析表明，此次降水过程是西北地区典型的北槽南涡型大降水天气过程，500 hPa的短波槽和低涡、700 hPa的切变线是本次降水过程的主要影响系统。
图3. (a) 8月2日20时700 hPa环流形势；(b) 8月3日20时700 hPa环流形势
水汽条件不仅仅取决于当地已有的水汽，还必须要有水汽源源不断地输送到暴雨区 [
图4. (a) 2日0时700 hPa急流；(b) 2日12时700 hPa急流；(c) 3日0时700 hPa急流；(d) 3日12时700 hPa急流
一场暴雨过程的形成只有水汽的水平输送是远远不够的，只有输送来的大量的水汽在该地区积聚并向高层输送，才能形成深厚的湿层，为暴雨的发生提供有利的水汽条件。从2日08时700 hPa水汽通量散度图(图5(a))上可以看出青海东部出现为较强的水汽辐合中心。500 hPa (图5(b))处有弱辐合。2日20时700 hPa (图5(c))处水汽通量散度负值区有所减弱，其辐合上升中心也稍有东移。500 hPa处(图5(d))海东水汽通量散度接近0，为水汽无辐散层。3日08时(图5(e))水汽辐合中心值仍减小，辐合减弱。500 hPa处(图5(f))海东水汽通量散度值接近−2 × 10−7g × cm−2× hPa−1× s−1。3日20时700 hPa处(图5(g))海东市有水汽弱辐合。500 hPa处(图5(h))水汽基本没有辐合上升。而400 hPa处水汽通量散度都为0，300 hPa高度以上有弱的辐散。这种低层的水汽辐合上升以及高层的辐散下沉为暴雨过程的发生发展提供了必要的水汽条件。
图5. (a) 2日08时700 hPa水汽通量散度图；(b) 2日08时500 hPa水汽通量散度图；(c) 2日20时700 hPa水汽通量散度图；(d) 2日20时500 hPa水汽通量散度图；(e) 3日08时700 hPa水汽通量散度图；(f) 3日08时500 hPa水汽通量散度图；(g) 3日20时700 hPa水汽通量散度图；(h) 3日20时500 hPa水汽通量散度图
沿102.5˚E做出涡度场的垂直剖面图，并对图进行分析。2日06时(图6(a))，海东南部700 hPa附近有正涡度中心，中心值达24 × 10−5s−1。2日12时(图6(b))，正涡度中心东移到海东上方，且高度升高到500 hPa附近，高层有弱的负涡度区。到2日18时(图6(c))，中低层的正涡度区强度减弱，高层的负涡度略有增强。3日00时(图6(d))，正涡度中心移出海东，海东中低层仍然被正涡度控制，300 hPa高度以上被负涡度区控制，低层气旋式环流、高层反气旋环流的配置为暴雨提供了很有利的条件。3日06时(图6(e))，海东北部出现一个强度为16 × 10−5s−1的正涡度区，海东市处于该正涡度区，海东的正涡度强度有开始增加。且高层的负涡度强度也有所减弱。至12时(图6(f))，海东上方低层700 hPa附近出现强度为12 × 10−5s−1的正涡度中心，在400 hPa附近也有一个强度为10 × 10−5s−1的正涡度中心。在300 hPa高度以上为负涡度。18时(图6(g))，在500 hPa附近出现正涡度中心，但其强度仍有所减弱。高层仍为负涡度区，且强度已经增加。4日0时(图6(h))，低层的正涡度中心强度增强，但是其正涡度区高度降低至400 hPa附近。除此之外，200 hPa附近出现一弱的正涡度中心。06时，低层的正涡度区不断减弱，被负涡度代替，降水趋于结束。
图6. (a) 2日06时涡度场；(b) 2日12时涡度场；(c) 2日18时涡度场；(d) 3日00时涡度场；(e) 3日06时涡度场；(f) 3日12时涡度场；(g) 3日18时涡度场；(h) 4日00时涡度场
强降水天气的发生和发展除了要有充足的水汽以外，还必须要有低空辐合、高空辐散的动力条件。沿102.5˚E做出散度的垂直剖面图，并对图进行分析。2日0时(图7(a))，海东地区低层受负散度控制，呈现辐合的状态，500 hPa层高度以上受正散度控制，呈现辐散状态。2日6时(图7(b))，海东地区低层的辐合增强，无辐散层高度升高到350 hPa高度附近。12时(图7(c))低层辐合和高层辐散的强度均减弱。3日0时(图7(d))，中低层的负散度区强度减弱，高层的正散度区高度很高，且在200 hPa和300 hPa之间为辐散强度最大，强度值为−10 × 10−6s−1。3日6时(图7(e))，中低层的正散度区强度增强，但正散度区高度降低到400 hPa以下；中层受负散度区控制，呈现辐合状态。3日18时(图7(f))，低层的正散度减弱，500 hPa~200 hPa层受负散度控制，辐合强度较弱，但辐合层高度很高。200 hPa高度以上有强的正散度中心，强度值为10 × 10−6s−1，呈辐散状态。4日0时(图7(g))中低层的辐合层高度降低到400 hPa。4日6时(图7(h))，中低层基本为无辐散层，高层为弱的辐合层。这样的高低空配置不利于降水的产生。
图7. (a) 2日0时散场图；(b) 2日6时散场图；(c) 2日12时散场图；(d) 3日0时散场图；(e) 3日6时散场图；(f) 3日18时散场图；(g) 4日0时散场图；(h) 4日6时散场图
垂直速度之所以有利于降水，是因为垂直速度能直接垂直输送水汽，能量等。垂直速度的大小可以直接影响降水的强弱。在海东市以102.5˚E做垂直剖面图可以看出，2日0时(图略)海东中低层均处于上升运动区，上升运动在400 hPa附近达到最强，速度达到−10 Pa/s。06时(图8(a))海东地区上升运动增强。低层垂直速度增大到−16 Pa/s，高层300 hPa处海东东部上升运动达到最强，海东的垂直速度为−16 Pa/s。12时(图8(b))中层上升运动也有所增强，几乎整层都被上升运动所控制。18时(图8(c))海东地区上升运动有所减弱，500 hPa附近出现弱的下沉运动。3日0时(图8(d))中低层均为上升运动区，250 hPa以上出现弱的下沉运动区。3日6时(图8(e))海东的上升运动又开始增强，其中低层的上升运动最强，垂直速度值达到−16 Pa/s。3日12时(图8(f))中层又出现弱的下沉运动。3日18时(图8(g))海东低层出现下沉运动，但高层仍为上升运动区。到4日0时(图8(h))高层和低层都被下沉运动控制，不利于水汽和能量的垂直输送，暴雨随即停止。
图8. (a) 2日6时垂直速度图；(b) 2日12时垂直速度图；(c) 2日18时垂直速度图；(d) 3日0时垂直速度图；(e) 3日6时垂直速度图；(f) 3日12时垂直速度图；(g) 3日18时垂直速度图；(h) 4日0时垂直速度图
强降水的产生不仅需要有水汽的输送和上升运动，而且必须得具备一定的不稳定条件。假相当位温的变化能够直接反映暴雨过程中冷暖空气的活动情况，而且其高值区的变化与暴雨落区和暴雨发展过程有密切联系，所以可以将假相当位温作为暴雨预报的一个重要指标 [
图9. (a) 2日0时假相当位温图；(b) 2日18时假相当位温图；(c) 3日18时假相当位温图；(d) 4日0时假相当位温图
大范围云的结构往往和各种天气系统有联系，所以根据卫星云图可以追踪和观察天气系统的运动。从8月1日15时(图略)的红外云图上可以看出，在青海的南部地区云系开始发展。20时(图10(a)，云系开始沿着700 hPa的低涡前部的西南气流往东北方向移动。并且在移动的过程中逐渐加强。2日09时(图10(b))，受低空切变线影响，青海东部出现一个β中尺度对流云团，12时对流云团发展到最大。随后与从青海南部沿低涡前部西南气流移来的云系合并。至2日20时(图10(c))，云系移至青海东部，大降水出现在海东地区。受稳定的西南气流影响，云系在青海东部继续维持。3日20时，低涡开始南压，云系随着低涡南移动到青海东南部，云系强度也逐渐减弱。4日02时(图10(d))云系移出海东，云系也开始迅速减弱，海东降水趋于结束。
图10. (a) 1日20时红外云图；(b) 2日09时红外云图；(c) 2日20时红外云图；(d) 4日02时红外云图
对2018年8月2日~4日在海东的一次暴雨过程进行分析，得到以下结论：2018年8月初受到台风“云雀”北上的影响，西太平洋副热带高压偏西偏北，青海省南部持续出现低涡系统并发展加强，随后沿着副高边缘西南气流北上，同时受到低涡切变的影响。除此之外，青海省北部有西亚大槽分裂的短波槽持续维持，为典型的北槽南涡型大降水天气。此次暴雨过程的水汽输送主要分为两路，一路是从孟加拉湾和南海途径四川盆地到青海东部，另一路是从东海向东直接输送到青海。这些输送来的水汽在海东低层汇聚并向上输送，形成深厚的湿层，为暴雨的发生提供了水汽条件；低空辐合上升、高空辐散下沉以及从低空到高空的垂直上升运动为暴雨的发生发展提供了动力条件；低层从西亚大槽断裂的短波槽携带的槽后干冷空气和西太平洋副热带高压西南侧输送的偏南暖湿气流交汇，大气处于不稳定的状态；β中尺度对流云团在700 hPa切变线附近发展，表明此次降水过程有中小尺度系统的参与。通过分析可以掌握西北东部农业区暴雨的发生机制，进而提高此类天气的预报准确都，给当地的防灾减灾工作提供更准确的气象服务及决策依据。
赵海玲,毛文书,花瑞阳. 2018年8月2日~4日海东暴雨天气过程分析Analysis of Rainstorm Weather Process in Haidong on August 2-4 in 2018[J]. 自然科学, 2020, 08(04): 319-333. https://doi.org/10.12677/OJNS.2020.84042
https://doi.org/10.1007/s00376-016-6120-0