河西走廊一次大雨天氣診斷分析

第２８卷第ｊ期２０１０年３月

文章編號一

乾旱氣象

河西走廊一次大雨天氣診斷分析

滕水昌　，殷玉春２

（１．甘肅省永昌縣氣象局，甘肅

永昌７３７２００；２．甘肅省武威市氣象台，甘肅

武威７３３０００）

摘要：對２００９年８月１８日發生在甘肅省河西走廊中部區域性大雨從天氣形勢、物理量場、水汽條

件、衛星雲圖特徵進行了綜合分析，發現５００ｈｐａ巴爾喀什湖至新西伯利亞阻高的發展使得脊前冷槽南壓加強，為這次區域性大雨形成提供了冷空氣**，副熱帶高壓明顯西公升北抬為大雨形成提供了充足的水汽**；７００　ｈｐａ低空低渦的輻合為大雨產生提供了必要的上公升運動，並促使對流不穩定層結的產生和發展。同時發現，中低層不穩定能量觸發，在大尺度鋒面降水雲系中產生中尺度對流雲團活

動，是造成局地雨強較大的主要原因。高低空螺旋度「上負下正」的配置，對強降水的**和落區有良好的指示作用。

關鍵詞：大雨；物理量場；天氣診斷

中圖分類號：ｐ４５８．１２１

文獻標識碼：ａ

引言大雨通常產生在有利的大尺度環流背景下，

１降水情況

根據相關資料，這次大雨具有降水異常集中和持續性長的特點，最大雨量出現在民樂縣，過程雨量達４３．４　ｍｍ，最小為烏鞘嶺雨量１０．８　ｍｍ，連最北邊的金昌站雨量都達２９．２　ｍｍ，民勤２６．２　ｍｍ。本文依據張掖市、金昌市、武威市各站１８日雨量運用

由中小尺度天氣系統發展形成。它常常引起洪澇

災害，對基本設施和人民生命財產造成損失。２００９年８月１７日晚至１８日發生在河西走廊中東部的區域性大雨是近幾年來較為明顯的一次天氣過程。張掖市、金昌市、武威市先後出現區域性強降水，雨量在ｌ０～４０　ｍｍ之間，是河西走廊中東部近１０　ａ少有的區域性大雨，其中永昌縣區域站雨量在之間，也是近１０　ａ間該縣出

反距離加權插值法製作了河西走廊中東部降水量等值線圖（圖１）。可以清晰地看到在之間降水的分布狀況。

現的最大降水。近年來，國內許多專家學者利用各類物理量對中小尺度暴雨進行診斷分析，以揭

示暴雨過程中各類物理量場的演變特徵。如鄭仙照等。。指出：

暴雨產生在低層正渦度中心和高層負渦度中心相配合，有不穩定能量儲存的高能區。李雲等分析了暴雨雲團與強烈的水汽輻合有關，同時白肇燁等

對暴雨成因機理在物理量場

等方面進行了研究。本文從天氣學條件、物理量場診斷等方面分析這次大雨的活動規律和物理成

因，力求加強對該類天氣過程的認識，提高其預報準確率

收稿日期改回日期

作者簡介：滕水昌（１９６６一），男，甘肅武威人，工程師，主要從事天氣預報分析研究

８２乾旱氣象２８卷

２　環流背景

１７　１３０８時５００　ｈｐａ高空天氣圖上，中高緯呈西

２ａ）。而且在１７　ｅｔ２０時的流場垂直分布場上５００

～３００ｈｐａ高原到走廊中部南側為強勁的西南氣流，

低東高型，巴爾喀什湖至新西伯利亞有阻塞高壓形成，西薩彥嶺東到貝爾加湖有一中心高度為５６０　ｈｐａ的冷渦存在，冷中心為一２０℃，蒙古國受其影響，冷渦底部已越過阿爾泰山直逼河西，而副熱帶高壓西伸明顯，５８４線已躍過格爾木（高度５８６　ｈｐａ）以西並

偏北側為西北氣流，５００ｈｐａ流場的輻合線位於走廊

中部，走廊中部上空處在西北急流和西南急流的交匯處（圖略）。７００　ｈｐａ存在輻合中心，表明河西走廊中部低空有切變線低渦存在（圖２ｂ）。地面冷鋒已於１７日２０時逼近額濟納旗一張掖～都蘭一線，在

控制高原，最北到民勤，河西走廊地區處於低槽前部（圖略）。到２０時冷槽南壓明顯，已迅速影響河西

１７日２０：３０的紅外雲圖上，河西中西部及格爾木一都蘭地區受冷鋒雲帶影響，該區域已出現降水，區域性沙塵吹風天氣。

走廊，副高快速東撤，格爾木高度降至５８０　ｈｐａ（圖

圖２　８月１７日２０時和形勢圖

３影響系統

此次降水的主要影響系統有３個：（１）北方冷槽東移南下，因阻高影響使槽後冷平流得到加強，使槽東移加深，不僅為強對流提供了觸發機制，也改變了本地區的溫濕條件並積累了能量，進而改變了當地的層結結構；（２）地面冷鋒東移和７００　ｈｐａ切變線低渦輻合上公升運動，有利於觸發不穩定能量釋放，有

分析，發現７００　ｈｐａ水汽呈逐漸增加之趨勢，２０時形

成以青海湖為中心北跨祁連山到河西走廊中部地區的一的中心輻合區（圖３ａ），而且７００　ｈｐａ上空在柴達木盆地以東有一相對濕度為９０％的溼舌向北伸展（圖３ｂ），說明在河西走廊上空存在水汽的匯聚與增加趨勢，這種狀態為對流天氣和強降水的發展提供了必要的條件。

利於強降水形成和加強；（３）位勢不穩定能量和逗點雲系尾部的多對流單體在降水過程中有利於強降水的形成

４水汽條件分析

水汽是形成降水的必要條件，強降水的形成必須有水汽的輸送和累積，水汽的垂直分布與溫度的垂直分布一樣，都是影響氣層穩定度的重要原因。

一般認為低層７００　ｈｐａ的濕度與降水有直接的關

系。通過對時上下層水汽通量散度的

ｌ第１期滕水昌等：河西走廊一次大雨天氣診斷分析８３

大氣的動力場特徵。在ｐ座標系中，垂直方向的螺旋度計算方法為：

ｈｄ＝一ｘ　ｏｊ

式中表示渦度，表示垂直速度，表示垂直螺旋度，單位通過對８月ｌ８日０８時和２０時垂直螺旋度運用ｍｉｃａｐｓ格點資料計算發現，大

雨前０８～２０時河西走廊中部上空７００　ｈｐａ的螺旋度由負變正，而５００　ｈｐａ螺旋度由一１２０中心迅速變為

一２４０的中心（圖４）。螺旋度「上負下正」的結構非

圖３　８月１７日２０時７００　ｈｐａ水汽通量

常明顯。並隨著冷槽東移南下導致走廊上空中低層

散度（ａ）及７００　ｈｐａ相對濕度場（ｂ）

正螺旋度迅速增大、高層負螺旋度迅速減小，表明低層環境風有利於強對流系統和氣旋性渦旋的發展，必

然會產生強烈的輻合上公升運動，為強降水的產生、加強、維持創造了動力條件。而且在中低層氣流輻合，

高層輻散的作用下正螺旋度上傳趨勢加強，中層負螺

５不穩定能量分析

５．１垂直螺旋度

旋度移向高層，強度也有所加強，這種結構也有利於大雨的發生，大雨發生期間的螺旋度的負值區對應負渦度，正值區對應正渦度區，垂直螺旋度的正負和大小的變化與該區域出現的大雨在時間上有著良好的

近年來螺旋度常用來研究大氣中一些與速度場相關的有旋系統和大雨系統的結構特徵，其大小反映了旋轉與沿旋轉軸方向運動的強度　ｊ，有關文獻資料表明，近年來它常用於強對流天氣的診斷，將螺

對應關係…，且大雨發生在低層正螺旋度中心偏北側。在大雨趨於減弱時，正值高度層逐漸降低，低層螺旋度逐漸變為負值，而高層出現正值，且向東移動，對流上公升運動受到抑制，雨勢逐漸減弱。

旋度分析用於暴雨天氣的物理機制研究上，來反映

圖４　８月１７　１３　２０時５００ｈｐａ（ａ）和螺旋度場

５．２假相當位溫０

圖上，７００　ｈｐａ有一舌狀高值自高原向北伸展，走廊中部處於等值線密集區。為了進一步分析大氣的不

是乙個重要的溫濕特徵引數。等線密集

區是位勢不穩定和斜壓不穩定能量集中的區域，一般對應著高能區，在８月１８日２０時假相當位溫０

穩定特徵，對△　的變化進行了計算分析，因為有利於對流的發展　ｍ　，負值愈大，

乾旱氣象２８卷

表示對流不穩定愈強。從ａ０　的時間演變可以進一步看到大雨期間的能量變化與大雨的產生和減弱之

高度順轉，不穩定面積增大且向上擴充套件（圖５ｃ），這種強的位勢不穩定層結在低層正的垂直螺旋度、高層負的垂直螺旋度增大、減小的觸發下，得以快速釋

間的關係。從１７日０８時ａ０　場的分布看到高原西南側有一２４　ｋ的中心向北伸展到河西走廊中東部，△　達一１２　ｋ（圖５ａ），１７日２０時△　場中心呈舌狀

放，這不僅加劇了上公升運動，而且還有利於降水強度的快速增強。１８　ｅｔ８時河西走廊中部ａ０　已減小為一４　ｋ且中心已移到烏鞘嶺以東地區，不穩定能

向東北擴充套件，河西走廊中東部ａ０　達一ｌ６　ｋ，也表明該地區上空存在較強的位勢不穩定能量的增加（圖５ｂ）。而且從２０時ｔ—ｌｎｐ圖上，張掖站７００　ｈｐａ為

量得已釋放，ａｏ，中心值逐漸減小，位勢不穩定度下降，大氣層結趨於穩定，走廊中部的降水也已明顯減

弱偏東北風，５００　ｈｐａ以上由東南風轉為西南風，風隨

圖５　８月１７日０８時（ａ）及２ｏ時（ｂ）ａ０　場，２０時張掖站ｔ—ｌｎｐ圖

５．３　散度、渦度部為２０×１０～ｓ　的高值中心，負渦度區迅速向東移動，１８　ｅｔ０８時走廊中部為正渦度平流區，在２５０　ｈｐａ走廊中東部為４０×１０一ｓ的

在１７日２０時的散度垂直分布場上高原到走廊中西部是一深厚的輻合層，在７００ｈｐａ青海湖上空形成一２０　ｘ　１０～ｓ的輻合中心（圖６ａ），而在２５０　ｈｐａ以上為輻散層，且在２５０　ｈｐａ

高值中心，渦度平流從低層向高層增大，正渦度平流

自西向東移動明顯（圖略）。

上空走廊中西部存在明顯的中心為３０　ｘ　１０～ｓ輻散層（圖６ｂ），這種上層輻散，中下層輻合的垂直

６　雲團特徵

１７日１０：００～１８日０５：ｏ０的ｆｙ２ｃ紅外雲圖

結構有利於地面氣旋的發展。從垂直速度場的分析發現，在１７日０８時都存在強烈的上公升運動，而且在１７日２０時走廊中西部為一上公升運動中心，走廊北側正渦度由低層向高層增加的趨勢非常明顯。１７日０８時５００ｈｐａ祁連山以南及高原中部為一４０　ｘ　１０～ｓ的低值中心，而到２０時已變成２０　ｘ１０～ｓ的正中心，

（圖７）顯示，河西中部地區被層狀云云系覆蓋。在

１９：３０對流雲團在青海湖附近生成並迅速發展，在西南氣流的引導下逐漸向東北方向移動，在移人位勢不穩定區域後逐漸加強，該雲團２１～０２時發展到最強盛階段，雲團深色部分雲頂亮溫在一７０～

一５０　ｃｌｃ之間，淺灰色部分中心區雲頂亮溫　。在一

這種配置會使垂直上公升運動加強，是強對流形成的動力因子與大雨區有較好的對應關係…ｊ。通過分

４５～一３５℃之間，７１ｒ低值強雲團隨雲帶沿低空急

流方向移動，且與水汽及能量輸送帶密切關聯，從

１７日１０：ｏ０～１８日０５：００的水汽影象分析，在這一雲區存在明顯的水汽輸送帶。

如在２２時水汽影象中這一區域變得更白亮，也指示出該區域對流層中上部的水汽增加情況（圖７ｃ）。同時雲區中的積雲

析各高度層次的渦度平流場發現，１７日０８時走廊中西部為負渦度平流區，在２５０　ｈｐａ走

廊中部為一３０　ｘ１０～ｓ　的低值中心，到１７日２０時已變為正值區，在２５０　ｈｐａ走廊西

ｌ第１期滕水昌等：河西走廊一次大雨天氣診斷分析８５

（ａ）（ｂ）

圖６　８月１７日２０時和散度場

（ｂ）圖７　８月１８日ｆｙ２ｃ紅外雲圖

在圍繞高空槽底部向東北方向移動過程中得到加強，在１７日２２時～１８日０１：３０走廊中部雲帶發展為成熟的逗點雲系，覆蓋的區域更大一些，並逐漸向北擴充套件，同時在逗點雲系尾部有發展為更顯著的對

尾部的積雲北湧十分迅速和明顯，見２３時紅外雲圖（圖７ｂ）。該雲團在向東北方推進的過程中，不斷發

展、加強並與層狀雲系結合，使降水效率增大，在ｌ７日２０時～１８日１時的紅外雲圖上，祁連山中部與張掖市、金昌市區域內的層狀雲中都有發展強盛的

流單體，且處在２０×１０～ｓ　的渦度中心區，沿雲系有急流穿行（圖７ａ，為了分析方便在圖上疊加的等值線為２０時５００　ｈｐａ渦度場，風矢表示２０時５００ｈｐａ的氣流），逗點雲系的生成、發展、成熟也指示出氣旋生成、發展、成熟的階段性特徵。也表明在逗點雲系附近溫度梯度加大，上游存在明顯的冷平流和地面冷鋒的發展與加強。而且近地層低壓在５００

對流單體活動（地面天氣圖上也有相應的觀測表現），此時段也是這一地區雨強最大，降水最為集中的時期，民樂站１８日２１時至１９日０８時雨量達４２．４　ｍｍ，永昌站２２．５　ｍｍ。逗點雲系頭部的輻合雲團影響範圍包括張掖、金昌、武威，祁連山以北民勤到

內蒙古自治區的顎濟納旗的北部的部分地區。

ｈｐａ渦度中心附近，促使低壓加強，低層的輻合在含水量較大和較強的位勢不穩定能量的環境中，可改

６結論變原來的大氣層結，使原來的逆溫層減弱（０８時張掖站逆溫層在層，２０時已減弱，見圖

（１）這次大雨天氣過程青藏高原東部維持較長時間的強勁西南氣流，對強降水提供水汽輸送，５００　ｈｐａ冷槽東移是局地大雨主要的影響系統。７００　ｈｐａ切變線低渦的輻合產生的上公升運

５ｃ），水汽向上輸送，從而有利於對流的發展，對積雲的發展和降水的加強都有明顯的作用。逗點雲系

８６乾旱氣象

［ｊ］．氣象

２８捲動，中低層強的水汽輻合為大雨的發生提供了必要的條件。

（２）風切變和不穩定層結對誘發對流雲團提供

［２］李雲，繆啟龍，江吉喜．２００５年８月１６　１３天津大暴雨成因分析［３］白肇燁，徐國昌，孫學筠，等．中國西北天氣［ｍ］．北京：氣象出版

社了有利條件，正渦度平流由低層至高層的增強和移動，是促使地面低壓和對流發展的重要動力因子，有利於強降水的形成。

［４］朱幹根，林錦瑞，壽紹文，等．天氣學原理和方法［ｍ］．北京：氣

象出版社

［５］吉惠敏，冀蘭芝，王錫穩，等．一次強對流天氣綜合分析［ｊ］．幹

旱氣象［６］賈巨集元，穆建華，孔維娜．寧夏一次區域性大到暴雨的診斷分析

［ｊ］．乾旱氣象

［７］道然加帕依，車罡，李如琦．新疆東部地區大雨的分析［ｊ］．氣

象等壓面上，垂直螺旋度分布和天氣系統有較好的對應關係，大雨過程中垂直螺旋度正值區與７００　ｈｐａ切變線低渦的輻合相一致。同時中

低層正螺旋度、高層負螺旋度，對位勢不穩定能量有觸發作用，垂直螺旋度的變化和移動對天氣系統的移動和發展及大雨的落區、強度有良好的指示意義。

［８］蘭曉波，楊曉玲，李岩瑛．民勤一次大到暴雨天氣診斷分析［ｊ］．

乾旱氣象，２００７，２５（增刊）：４３—４５．

（４）這是一次典型的冷鋒雲系和中尺度對流雲團相互作用，形成積層混合雲造成的大雨天氣過程。

參考文獻：

［１］鄭仙照，壽紹文，沈新勇，等．一次暴雨天氣過程的物理量分析

［ｊ］．氣象

［９］樊曉春，董彥雄，王若安．一次強對流性天氣的發生條件及雲圖

演變特徵［ｊ］．乾旱氣象，２００４，２２（增刊）：２６—２８．

［１ｏ］王淑靜．螺旋度與區域大雨落區［ａ］．省地氣象台短期預報崗

位培訓教材［ｍ］．北京：氣象出版社孫玉蓮，任余龍，馬新榮．甘肅中東部初夏一次暴雨天氣過程的

動力診斷［ｊ］．乾旱氣象

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