西宁地区一次副高边缘型暴雨天气过程分析

赵娟 谢启玉

摘要 利用常规地面、高空、云图和雷达资料，分析了2019年8月19日大通的强对流暴雨天气。结果表明：此次大通暴雨是副热带高压边缘产生的强对流天气;副热带高压边缘的西南暖湿气流和高空短波槽引导的偏西气流在西宁地区交汇，为此次强降水天气的发生提供了有利的大尺度环流背景条件;低层暖平流、高层弱冷平流形成了热力不稳定层结;500 hPa西南气流和700 hPa偏东气流提供了充沛的水汽条件;地面冷锋和辐合线提供了中尺度抬升触发机制;强降水落区与地面3 h负变压中心和地面辐合线对应较好;中尺度对流云团活跃，TBB≤-77℃的冷云团影响大通约30 min，强降水落区位于红外云图TBB大梯度区;过程中雷达最强回波达到54 dBZ，速度场上低层西南风和暖平流指示明顯;VIL在此次强降水过程中表现为缓慢增大—维持—迅速减小;风暴质心高度HT在强降水过程中基本在3 km，表现为缓慢上升—下降—略下降的低质心特征。

关键词 副热带高压;暴雨;监测指标

中图分类号：P4 文献标识码：A 文章编号：2095–3305（2021）01–0055–04

2019年8月19日17：00—20日05：00，

西宁地区出现雷电和暴雨天气，此次强降水过程突发性强、降水时段集中、降水强度大，并且强降水出现在密集的负闪区。19日08：00—20日08：00全区共有8站出现暴雨大雨，24站最大降水量出现在大通县鹞子沟（75.9 mm），

其次为大通站（73.4 mm），为有气象记录以来第二多;过程的对流性强降水时段主要集中在19日17：00～21：00，持续约4 h，17：00～18：00大通县宝库黑泉水小时雨强37.4 mm。过程雨量分布不均，暴雨区主要出现在西宁北部的大通县，西宁市区、湟源县和湟中县出现中到大雨。暴雨天气导致大通县遭受洪涝灾害，农作物不同程度倒伏，农房受损，基础设施损毁以及多处河道出现险情，给城市运行造成十分严重的影响。灾害导致大通县16万人受灾，但无人员伤亡。从预报情况来看，相关工作人员对此次降水过程的强度、落区和降水集中时段把握不足。

西宁地区位于青海高原东部和青藏高原东部，平均海拔在2 500～3 000 m，

特殊的地理位置和复杂的地形使其成为青海省大到暴雨的多发地[1]。而大到暴雨天气多由短时强降水造成，由于具有局地性强、历史短、强度大等特征，常常造成城市内涝、山洪、泥石流、山体滑坡等灾害[2]。目前使用的数值天气预报还无法直接精准预报，这也一直是灾害性天气预报的难点。诸多学者对青海东部的强降水天气也进行了研究：张青梅等[3]运用中尺度天气分析技术，对青海东部的3次大到暴雨过程进行对比分析，建立了青海高原副高边缘型大到暴雨天气过程的中尺度天气概念模型;王振海等[4]分析了2014年夏季青海东北部的两次强降水天气过程的冷空气，结果表明青海东北部来自东北冷涡底部的冷空气在地面至700 hPa表现较清楚，西传冷空气较正常西风槽冷空气弱，并易受青海东北部地形阻挡，造成较明显降水过程，此路冷空气在高原500 hPa预报场反映不明显，易造成预报误差;马雪莲等[5]对2009年青海东部的两次大到暴雨天气的卫星云图特征进行了对比分析，发现云图形状结构不同，造成的天气不尽相同;马秀梅等[6]对比分析青海东部2007年两次受副热带高压影响的大到暴雨天气，结果表明副热带高压西伸，外围的西南气流为东部的大降水提供了有利的水汽条件，高空冷平流下滑，触发了能量释放，形成了暴雨天气。通过对西宁地区2019年的这次暴雨天气过程进行分析，试图分析西宁地区强降水预报方面的一些指标，以期为西宁地区的短时强降水预报预警提供参考。

1 环流背景

过程前期副热带高压呈带状不断西伸，8月18日西伸脊点位于88°E附近，青海高原位于副高584线的暖高压控制，同时巴湖低槽发展，底部的短波槽分裂下滑。18日20：00副高略东退，19日08：00青海高原35°N以南副热带高压和青藏高压之间形成切变线，同时巴湖槽底的短波槽东移至青海北部;700 hPa青海东部受切变线影响，低层有较强的辐合抬升，20：00两高之间的切变线仍然维持，副高边缘西南气流输送水汽和能量至青海东部（图1a）。从图看出，过程中500 hPa冷平流不显著，高空冷强迫较弱;西风带短波槽东移引导低层（700 hPa）弱冷空气南下，与副高西侧暖湿气流交汇于青海东北部，为此次暴雨天气提供了有利的环流背景。

Hudson等[7]指出强对流天气的发生和移动，与低层的水汽辐合有密切关系。此次过程中西南路径水汽通道畅通，四川盆地至甘肃南部超过12 m/s的西南风提供了充沛水汽，处于暖湿区域。19日08：00，西宁地区700 hPa Q=13 g/kg，T-Td=2℃;500 hPa Q=1 g/kg，T-Td=23℃，同时中低层温差（700～500） hPa为14℃，形成了上干冷下暖湿的不稳定层结;到20：00 700 hPa比湿仍维持在13g/kg，中层500 hPa增湿显著，比湿增大到6 g/kg，T-Td=2℃;200 hPa青海高原位于南亚高压中心区，青海东部位于高空西风急流分流区右侧，较强的高空辐散利于中低层辐合加强（图1b）。

地面冷锋提供了此次强对流天气的抬升触发机制（图2）。19日高空短波槽东移引导地面冷空气南下，08：00河西走廊+△P24最强9.8 hPa，冷空气还未影响到青海东部;而从南疆进入柴达木盆地的西路冷空气向东推进，+△P24最大3.6 hPa。从河西走廊南下的冷空气较强，11：00 +△P24最强1.4 hPa，一部分冷空气翻越祁连山进入海北南下开始影响东部，另一部分到14：00从东部河湟谷地倒灌侵入。随着冷空气持续渗入，17：00冷空气主力已倒灌影响东部，+△P24最大3.4 hPa，而西路冷空气在午后开始变性，对东部的影响小，到20：00影响大通的+△P24为4.7 hPa，20日08：00 1010 hPa的冷空气影响西宁地区。

西宁站19日08：00和20：00的T-lnP图显示（图3），08：00西宁SI=0.69℃，0℃层到LCL的高度高（5.2 km），说明暖云厚，降水效率高。从风的垂直分布看，08：00西宁地区500 hPa以下风向顺转，有显著暖平流，500 hPa以上为弱冷平流，西宁上空大气处于上干冷下暖湿的不稳定状态;0～6 km垂直风切变14 m/s，利于对流云发展维持。综上可以说明，环境场条件利于伴有强降水的强对流天气发生。20：00大通已出现强降水，探空曲线呈瘦高型强降水形态，CAPE增大为238.4 J/kg，指示大气有较强的热力不稳定较，后期仍可能出现强对流天气。抬升层LCL位于CIN（仅仅11.5 J/kg）之上700 hPa附近，只要近地面存在抬升机制即可触发对流，湿层深厚，厚度达7 km，水汽梯度大，SI减小为0.03℃。

2 中尺度分析

2.1 地面辐合线

Ogura等[10]指出，对流发生前或发生时有中尺度低空辐合和上升运动。Wilson等[11]指出，79%的风暴（96%的强风暴）在辐合线附近发生。从19日地面风场上看，降水开始前19日16：00在青海湖至湟水河谷地一线存在地面辐合线，17：00～19：00大通出现短时强降水，降水开始时（17：00）在大通东部存在东南风和西北风的地面辐合线，18：00～19：00地面辐合线维持在大通鹞子沟附近（强降水区），过程中地面辐合线维持时间较长，提供了抬升触发条件强降水出现在辐合线附近。同时，从地形图看出此次大通的短时强降水出现在河谷地带，地形辐合和迎风坡抬升对降水的加强作用显著（图4）。

2.2 地面气象要素变化

强对流天气发生前后，地面气象要素变化明显。过程前期副高西伸，西宁地区处于副高584线的高压脊控制，17—19日地面气压不断降低，18日青海东部的地面气压为992.5 hPa，19日白天为995 hPa。气壓降低伴随着气温持续升高，18日、19日大通最高气温分别为27.9℃和26.6℃，前期的高温晴热天气为此次强对流天气贮存了较好的能量条件。

根据地面加密观测资料分析了地面3 h变压、气温、露点温度与降水的关系。选取了降水量最大的大通和大通东峡鹞子沟2个站。分析得出，降水出现前或有微量降水出现时3 h变压为负;出现最强降水时，3 h变压为正，且数值最大。此次过程中降水量超过30 mm时，3 h变压超过4 hPa。从气温变化来看，降水开始后气温降低，气温1 h下降≥1℃，小时降水量可能≥8 mm;气温下降≥3℃，小时降水量可能≥16 mm，过程前后2个站点的气温降幅在7～8℃（3 h）。降水开始前地面增湿显著，大通和东峡鹞子沟的露点温度分别达到了18℃和16℃。分析得出，地面露点小时下降≥1℃，小时降水量可能≥8 mm;强降水出现后，露点下降≥1℃，小时降水量也可能≥8 mm。露点温度是表征绝对水汽含量的指标，它的变化相对于气温变幅较小，为3℃～4℃（3 h）;露点温度在降水过程中并非和气温一样持续降低，而是强降水出现后下降缓慢，再之后基本保持不变。结合图可以看出，17：00～19：00大通站和东峡鹞子沟附近有地面辐合线，伴随出现气压梯度增大、露点和气温下降（图5）。

3 雷达回波特征

此次大通强降水回波以积状和层状云的混合降水回波为主（图略）。19日15：00从海北新生发展的对流单体东移进入大通境内，与大通西部新生的对流单体合并缓慢东移。降水前期（17：00～17：31）回波以对流单体为主，回波强度45～50 dBz，VIL增至10 kg/m2。

降水最强时段（17：36～19：10）回波单体合并加强，呈结构密实的块状回波，最强回波54 dBz，回波发展到10 km以上，最高15 km，强回波高度2～4 km，VIL最强达到12 kg/m，并稳定维持;后期块状强回波演变为带状，强度减弱到40 dBz，VIL也减小到3 kg/m左右。过程前期以对流性回波为主，过程中回波发展加强，并表现出低质心特征，移速较快，降水效率高，后期以混合型降水回波为主，回波强度和移速都减弱，整个过程强回波持续时间较长。

分析了此次强降水过程中，组合反射率CR与垂直积分液态水含量VIL和风暴质心高度HT之间的关系（图6）。降水开始前回波强度从45 dBz增大到50 dBz，VIL从4 kg/m增大到12 kg/m，风暴质心高度在3～4 km;强降水出现时段回波强度在45～55 dBz，VIL在8～10 kg/m2，

HT下降至2.0～3.2 km，最低0.5 km;后期回波强度减弱到40 dBz左右，VIL迅速减小到3 kg/m2以下，风暴质心高度略有下降，在1.5～2.5 km，降水也随之减弱。

综上，VIL在此次强降水过程中表现为缓慢增大—维持—迅速减小，最大与回波强度有较好的对应关系。风暴质心高度HT在强降水过程中基本在3 km，表现为缓慢上升—下降—略下降的低质心特征。因此，可以将VIL的大值维持特征和HT的

低质心特征作为强降水天气的雷达监测、预报预警指标。

4 结论

（1）此次大通暴雨是副热带高压边缘产生的强降水天气，副热带高压边缘的西南暖湿气流和高空短波槽引导的偏西气流在西宁地区交汇，形成利于强降水发生的大尺度环流背景;地面冷锋和辐合线提供了中尺度抬升触发机制;低层暖平流、高层弱冷平流形成了热力不稳定层结;500 hPa西南气流和700 hPa

偏东气流提供了充沛的水汽条件。

（2）强降水落区与地面3 h负变压中心和地面辐合线对应较好;过程中降水量超过30 mm时，3 h变压超过4 hPa。

地面气温1 h下降≥1℃，小时降水量可能≥8 mm;气温下降≥3℃，小时降水量可能≥16 mm，过程前后气温降幅在7℃～8℃;降水前地面露点超过16℃，当露点小时下降≥1℃，小时降水量可能≥8 mm;强降水出现后，露点下降≥1℃，小时降水量也可能≥8 mm;露点温度在过程中的变幅在3℃～4℃。

（3）過程中雷达回波最强54 dBz，VIL最强12 kg/m2，强回波高度2～4 km，

表现出低质心的强降水回波特征。VIL在此次强降水过程中表现为缓慢增大—维持—迅速减小;风暴质心高度在强降水过程中基本在3 km，表现为缓慢上升—下降—略下降特征。

参考文献

[1] 李华宏，王曼，闵颖，等.昆明市雨季短时强降水特征分析及预报研究[J].云南大学学报（自然科学版），2019，41（3）： 518-525.

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[11] Wilson J W，Schreiber W E.Initiation of Convective Storms at Radar-observed Boundary-layer Convergence Lines[J].Mon Wea Rev，1986，11（12）：2516-2536.

责任编辑：黄艳飞

Analysis of a Rainstorm Process at the Edge of Subtropical High in Xining

ZHAO Juan et al （Xining Meteorological Observatory， Xining， Qinghai 810016）

Abstract The severe convective rainstorm in Datong on August 19， 2019 was analyzed by using conventional surface， high， satellite and radar meteorological observations， and the results indicated that the rainstorm in Datong was the severe convective weather aroused by the edge of subtropical high.The southwest warm and humid airflow at the edge of subtropical high and the westerly airflow guided by the upper short-wave trough converged in Xining area， which provided favorable large-scale circulation background condition for the occurrence of the strong rainfall.Thermal unstable stratification was formed by warm advection on lower layer and weak cold advection on upper layer.The southwest airflow at 500 hPa and the eastward airflow at 700 hPa offered abundant water vapor conditions. Surface cold front and convergence line provided the mesoscale uplifting trigger mechanism.The heavy rain area corresponded well to the surface 3h negative pressure center and surface convergence line.Mesoscale convective cloud clusters were active. The cold cloud clusters with TBB≤-77℃ had a large influence about 30 minutes in Datong. The strong rainfall area was located in the TBB large gradient area of the infrared satellite image.During the process， the strongest radar echo reached 54dBZ. Southwesterly wind and warm advection in the lower layer of the velocity field were obvious.VIL showed a slow increase-maintenance-rapid decrease and the height of storm center of mass HT was basically about 3km during the rainfall process， which showed the characteristics of low center of slow rise， falling and slightly decrease.

Key words The subtropical high; Rainstorm; Monitoring index