2018-07-11忻州暴雨天气过程分析

张占良，徐卫丽，刘爱东，贾素贞，李红梅



2018-07-11忻州暴雨天气过程分析

张占良1，徐卫丽2，刘爱东3，贾素贞4，李红梅5

（1.山西省河曲县气象局，山西 忻州 036599；2.山西省朔州市气象局，山西 朔州 036002；3.山西省繁峙县气象局， 山西 忻州 034300；4.山西省太原市气象局，山西 太原 030082；5.山西省长治市气象局，山西 长治 046000）

利用忻州市各级自动站观测资料、micaps4.0.7实况分析资料、T639模式实况分析资料、雷达资料等应用天气学原理和物理量诊断方法对2018-07-11忻州市暴雨过程、特征进行了分析，结果表明忻州此次暴雨过程主要是由蒙古冷涡底部分裂的冷空气和副高外围暧湿空气交汇形成。2018-07-10T20：00，在系统移动过程中700 hPa存在偏南风大风速带，风速辐合区在忻州西部，造成该区域夜间出现暴雨，到2018-07-11T8：00加强为低空激流，急流头位于忻州东部，是该区域白天出现暴雨的主要原因。受北上台风“玛莉亚”的影响，副高稳定少动，降水时间较长，也是形成暴雨的重要因素。从物理量场分析，探空资料表明此次降水过程气层较稳定，暧云厚度高，云层降水效率高；空气比湿场分析表明，降水前后水汽上游和落区忻州中低空比湿9～16 g/kg-1，满足降暴雨的水汽条件；垂直速度场分析表明降水前后水汽上游和落区忻州500 hPa和700 hPa上垂直速度﹣2.0～﹣0.3 hPa/s，满足形成暴雨的动力条件。雷达组合反射率因子分析表明，此次暴雨主要由30～35 dBz的层状回波云层多波次移过测站引起，具有强度不大、持续时间长的特点。

暴雨；短波槽；副热带高压外围；切变线

1 引言

暴雨一般是指08：00至次日08：00或20：00至次日20：00，100 mm＞降水量≥50 mm的降水天气过程[1]，降水量超过100 mm时又可分为大暴雨和特大暴雨。山西暴雨天气具有强度大、时间集中的特点，多出现在7、8月份。尤其2018年忻州市降雨量陡增，多数县市7月份比历年平均降水量偏多30%左右，各地多次出现分散性暴雨。忻州横跨山西的中北部东西，地形复杂，出现暴雨时，对农业生产提供了丰富的水资源，但同时也是重大气象灾害之一，有可能造成洪涝、城市内涝、地质灾害等险情。2018-07-11山西省发生了大范围降水天气过程，暴雨带主要分布在忻州的东部和西部及临近的吕梁西北部，太原、晋中的东北部一带。本文通过忻州市各级自动站观测资料、micaps4.0.7实况分析资料、T639模式实况分析资料、雷达资料等应用天气学原理和物理量诊断方法对这次忻州暴雨发生过程、特征进行了分析总结，以逐步提高台站暴雨天气的预报水平，做好汛期气象服务工作。

2 天气实况

由图1可看出，2018-07-11，忻州市出现了全省最强的暴雨带，2018-07-10T20：00降水从西部的保德开始，至2018-07-11T20：00，主要降水云系移出东部的五台和繁峙，暴雨结束。全市183个自动观测雨量站有77个乡镇降水量超过50.0 mm，达到暴雨级别，56个乡镇降水量超过25.0 mm，达到大雨级别，国家站最大降水量出现在保德，达80.4 mm，区域站降水量最大出现在河曲县社梁乡，达93.7 mm，最大小时降水量出现在2018-07-11T06：00偏关县楼沟乡，达21.1 mm。由于6月份全市降水量严重偏少，此次降水过程有效消除了旱情，除个别县出现局部农田被淹没和道路被毁坏的情况外，没有造成大的灾情，但全市防汛任务变大、地质灾害险情陡增。

图1 2018-07-11山西省降水量分布图

3 环流形势分析

3.1 2018-07-10天气形势

由图2可看出，2018-07-10T20：00，山西北部位于200 hPa急流头右侧，是辐散区，有助于下层气流上升。500 hPa上蒙古冷涡中心位于50°N，100°E附近，其底部裂出的短波槽位于宁夏一带。副高5 880 gpm线北抬到35°N，山西位于5 880 gpm线外围西南气流区，暧湿气流从东海输送到山西。台风“玛莉亚”位于副高南侧的台湾海峡，受其阻挡，副高位置少动。700 hPa冷切变线位于宁夏以北，850 hPa冷切变位置稍落后于700 hPa冷切变线，整体属于前倾槽，槽前盛行辐合上升气流，忻州西部处于前倾槽较远的前方。同时在700 hPa上可以看到从南海到山西全境有大的风速带，水汽通道形成，到山西中部有风速辐合，产生上升气流，另外水汽在忻州西部（风速带头部）堆积，上升，在前倾槽的东移过程中，逐步形成稳定性降水。地面冷锋（图略）位于中蒙边境中段，华北位于其东南方位，冷锋前暖区增温，锋面抬升气流上升，有助于形成降水。

图2 2018-07-10T20：00天气形势

3.2 2018-07-11天气形势

由图3可看出，2018-07-11T08：00，500 hPa上蒙古冷涡中心位置少动，台风“玛莉亚”向西北继续伸入大陆，受其阻挡，副高西脊位置向西少动，直到2018-07-12T08：00台风越过西脊点，减弱为热带低压后，副高才明显东退，但北脊伸入渤海至日本海一带，与蒙古冷涡形成对峙，受其影响短波槽西退至宁夏西部甘肃境内，700 hPa上陕北有冷切变线，850 hPa冷切变线位置少动，整体已转变成后倾槽，在槽前继续维持稳定的层状云降水。在700 hPa风场上有西南-东北向的急流[3]存在，南海水汽继续北上，急流头在忻州东部，共同作用造成东部降雨增多，形成暴雨。地面图（图略）上，冷锋位置少动，锋前降雨带继续维持。由于高空槽后冷气流的引导，西北地区的东部地面已处于高压区，正在向山西方向移动。

2018-07-11T20：00，500 hPa蒙古冷涡消失，短波槽减弱，随副高北抬，忻州虽然仍受西南气流控制，但已减弱。700 hPa上影响山西的冷式切变线已到山西中部，位于山西中北部的忻州逐步被偏东风和西风所控制。地面图（图略）上忻州已被大陆高压所控制，至此，造成忻州暴雨的天气形势已不复存在。

4 暴雨过程的物理量诊断分析

4.1 探空资料分析

利用太原探空站2018-07-10T20：00—2018-07-11T08：00的T-logP（如图4所示）可以看出，指数分别是34.6 ℃、32.8 ℃，小于当地强对流天气指标35 ℃，对流性较差；指数分别为1.47、2.77，都大于0 ℃，发生雷暴的可能性小；650 hPa以下湿度显著增大，湿层较深厚；凝结高度分别为877.7 m、913.2 m，0 ℃层高度分别为5 055 m、5 068 m，当地拔海高度为1 036 m，可知暖云云层厚度大于4 km，厚的暧云层保证了云粒子在降水系统的下沉气流中较少被蒸发，有利于提高降水效率[2]。

图3 2018-07-11T08：00天气形势

图4 2018-07-10T20：00和2018-07-11T08：00的T-logP

4.2 水汽条件

研究湿空气的垂直运动时常用比湿表示空气湿度。2018-07-10T20：00，700 hPa和850 hPa比湿如图5所示，2018-07-11T08：00，700 hPa和850 hPa比湿如图6所示。在此次忻州暴雨过程中，2018-07-10T20：00，700 hPa上陕西和甘肃南部到山西中北部，比湿为9～12 g/kg-1，大值区位于陕西和甘肃南部，忻州西部比湿为10～11 g/kg-1，东部比湿为9～10 g/kg-1；850 hPa上陕西和甘肃南部比湿为11～16 g/kg-1，忻州比湿为10～11 g/kg-1。2018-07-11T08：00，700 hPa上陕西和甘肃南部比湿为11～12 g/kg-1，忻州比湿为9～11 g/kg-1；850 hPa上陕西和甘肃南部比湿为11～15 g/kg-1，忻州比湿为11～13 g/kg-1。表明暴雨开始时和进行时在水汽的上游和落区忻州中低层水汽比湿基本都保持在10 g/kg-1[4]以上，并且水汽上游都较大，可见低层水汽充足，配合空气上升运动，把低层的水汽输送到中高层，有利于发生暴雨。

4.3 动力条件分析

空气的垂直运动可以引起水汽、热量、动量、涡度等垂直输送，同时与大气的绝热变化和水平辐合辐散运动密切相关，可以引起湿度、温度、涡度的变化，对天气系统的发生和发展有很大作用。2018-07-11T08：00，500 hPa和700 hPa垂直速度如图7所示。分析暴雨发生前后的各层空气的垂直速度，可以看出2018-07-10T20：00忻州350 hPa～700 hPa（图略）垂直速度基本为0 hPa/s，空气发生垂直运动的可能性小，500 hPa和700 hPa（图略）上升气流中心都位于陕西中部和甘肃南部境内，中心值分别为﹣2.0 hPa/s、﹣0.8 hPa/s，随着蒙古冷涡和短波槽的东移，上升气流中心很快向山西的中北部移动；2018-07-11T08：00忻州整层大气从低层到高层垂直速度已变为负值，500 hPa和700 hPa垂直速度分别在﹣0.8～﹣0.4 hPa/s和﹣0.6～﹣0.3 hPa/s之间，500 hPa上中心值位于忻州东北附近，700 hPa上中心值位于忻州中部。可见忻州暴雨开始前后中低空存在深厚的上升气流变化，为暴雨提供了充足的动力条件。

5 多普勒雷达资料分析

从降水时间和强度看，2018-07-11发生的全省性大到暴雨主要属于层状云连续性降水。分析山西雷达拼图资料的组合反射率因子连续演变情况，可以看到2018-07-10T20：00在忻州的西南部陕北与我省吕梁境内有大片的降水云系发展，如图8（a）所示，形态为大片层状云团，云系基本呈“一”字形整齐排列，西北至东南宽度约400 km，自西南向东北侵入山西，云系的东南部已到达晋中南部，中部云层已到达保德境内，最大强度为35 dBz。至2018-07-11T00：00，云系主体前部到达繁峙；05：30河曲保德偏关回波最强，如图8（b）所示；07：24忻州定襄原平等地最强，如图8（c）所示；09：06繁峙代县五台回波最强，如图8（d）所示；11：06神池五寨岢岚等地回波最强，如图8（e）所示。忻州降水过程强度最大为40 dBz。从2018-07-10T20：00云系入境忻州到2018-07-11T18：00云系移出繁峙，不断有强度为30～35 dBz的降水云层自西南向东北移过各个测站，强回波过测站后逐渐减弱，然后再有强回波云层过来，如此反复导致忻州各县形成大到暴雨天气。

图5 2018-07-10T20：00，700 hPa和850 hPa比湿

图6 2018-07-11T08：00，700 hPa和850 hPa比湿

图7 2018-07-11T08：00，500 hPa和700 hPa垂直速度

图8 2018-07-10—2018-07-11雷达组合反射率因子时空分布

6 结论

最后得出的结论为：①蒙古冷涡底部分裂的冷空气和副高外围暧湿空气交汇，系统在移动过程中逐步由前倾槽转为后倾槽，受700 hPa切变线、大风、激流等天气系统的共同作用，主要表现为稳定的层状云降水，持续时间较长，形成暴雨。受北上台风“玛莉亚”的影响，副高稳定少动，降水时间较长，也是形成暴雨的重要因素。②利用太原探空资料近似分析忻州上空大气层结，从指数、沙氏指数可以看出本次暴雨天气发生强对流雷暴天气的概率小，云层较稳定，湿层较深厚，暧云厚度大，云层降水效率高。③水汽上游和降水落区中低层空气比湿大于10 g/kg，水汽上游比湿较大，并且持续时间较长，不仅提供了充足的水汽而且延长了降水时间，有利于忻州东西部大范围暴雨发生。④在降水开始时和降水过程中水汽上游和降水落区中高层垂直速度为负值，紧临高值区，有利于水汽、热量、动量、涡度等垂直向上输送，为暴雨发生持续提供了水汽和能量。⑤雷达回波组合反射率因子表明此次暴雨回波强度最大为40 dBz，以35 dBz以下为主，降水云层主要为层状云，30～35 dBz回波云层多波次移过测站，降水强度不是很大，但持续时间较长，多数测站降雨时间在12 h左右。

［1］郝寿昌，秦爱民，李馗峰.山西省天气预报技术手册［M］.北京：气象出版社，2016.

［2］郝莹，姚叶青，郑嫒嫒，等.短时强降水的多尺度分析及邻近预警［J］.气象，2012，38（8）：900-908.

［3］苗爱梅，武捷，赵海英，等.低空急流与山西大暴雨的统计关系及流型配置［J］.高原气象，2010（4）：123-130.

［4］任鹏娟，程海霞.山西晋城一次罕见的大暴雨过程分析［J］.山西气象，2017，119（2）：2-3.

2095－6835（2018）21－0034－03

P458.121.1

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2018.21.034

张占良（1969—），男，高级工程师，研究方向为天气监测与预报服务。

〔编辑：严丽琴〕