山西北部一次区域性大暴雨成因分析

发布时间：2019-10-16

　　摘 要：应用常规气象观测资料、NCEP1°×1°再分析资料和卫星云图高分辨率相当黑体亮温(TBB)资料，对2012年7月 20~21日山西北部大暴雨过程的成因进行了分析。结果表明：此次区域性大暴雨过程发生在阻塞高压稳定维持以及副高进退的环流背景下;200hPa高空辐散场的长时间维持促使了上升运动的加强，有利于强降水的持续;700hPa低涡切变线是大暴雨产生的主要影响系统;低空西南急流的建立和维持为大暴雨的产生提供了源源不断的水汽和能量条件;降水前期不稳定能量的聚集为大暴雨的产生积累了能量，有利于大暴雨区的对流不稳定发展;副高边缘β中尺度对流云团的不断生成、发展与合并，导致强降水的产生，大暴雨出现在对流云团的东南侧。

　　关键词：区域性大暴雨 影响系统 成因分析

　　山西地形起伏异常显著。特殊的地形与不同尺度天气系统相互作用，使得山西降水具有突发性强、时空分布极不均匀的特点。2012年7月20～21日，山西北部出现了区域大暴雨天气过程，造成了较大的人民财产损失和人员伤亡。本文利用NCEP1°×1°再分析资料和卫星云图高分辨率相当黑体亮温(TBB)资料，试图对大暴雨过程前后环流背景、要素和形势配置进行分析，并对一些物理量进行诊断，以揭示山西大暴雨形成的原因。

　　1 降水概况

　　2012年7月20日20时～21日20时(北京时，下同)，受副热带高压进退影响，山西省北部出现区域性暴雨和大暴雨天气，24h降水量介于0.1～268.1mm之间。其中，20个县市、159个乡镇出现了暴雨，5个县市、33个乡镇降水量在 100mm以上。大暴雨主要出现在21日00时～20时，小时最大雨强为64.5mm/h(怀仁河头站)，持续17～20h。

　　2 大尺度环流背景

　　2.1 500hPa环流形势

　　18日08时500hPa上，55°~65°N、65°~75°E有阻塞高压开始生成，到20日08时，阻塞高压稳定维持。冷空气的不断补充，位于50°~60°N、95°~115°E的切断低压不断加强。18~20日阻塞高压和切断低压稳定维持。20日20时贝尔加湖附近冷涡携带较强冷空气南下，21日08时形成西风槽东移南下，到达蒙古国—河套一带。19~20日副热带高压不断西伸北抬，20日20时5880gpm特征线西脊点伸至107°E 附近。控制山西省主要为5840gpm特征线。21日02时，副高迅速东退，5840gpm特征线也南退至临汾—阳泉一线，冷暖空气在此交汇，为大暴雨发生提供了有利的水汽和能量条件。

　　2.2 200hPa高空辐散场

　　20日20时200hPa上山西省北部处于高空急流入口区右侧，并且辐散场开始加强，21日02时山西省北部出现超过8×10-5s -1的散度中心，08时散度中心继续加强，超过了 14×10-5s -1。降水期间，山西省北部上空超过6×10-5s -1的辐散场持续维持了12h左右，之后移出山西省，造成21日02时至14时山西北部12h降水量超过100mm。

　　3 影响系统分析

　　21日02时低涡东移北上至38°~40°N，106°~108°E 区间内，同时南风气流开始加强，08时低涡缓慢东移至 37°~40°N，107°~109°E区间内，低涡切变线位于山西省北部，切变线南侧的西南风加强，达到16m/s，急流轴的出口指向山西省北部，风速的辐合正好位于此;14时低涡移至山西省北部附近，水汽输送带持续维持，西南低空急流加强，造成了山西省北部的区域大暴雨天气。

　　4 物理量诊断分析

　　4.1 不稳定条件分析

　　20日20时河套—山西北部地区已经处于抬升指数负值区，中心强度达到-4，至21日14时之前，山西北部都维持抬升指数负值区，抬升指数大值区强度有所减弱，20时之后转变为正值区，大气层结趋于稳定。

　　大暴雨开始前12h，20日20时850hPa假相当位温图上， ≥348K的高能舌伸向河套北部，山西省西北部位于≥348K 的高能区内，θse的密集带呈东北—西南向位于内蒙古境内。21日08时，高能舌继续维持，山西省西北部的中心强度达到352K，θse密集带南压，到达河套地区，这一地区也是冷暖空气的交汇区，大暴雨出现在θse密集带偏高能高湿区一侧，有利于大暴雨区的对流不稳定发展。

　　4.2 水汽条件分析

　　此次大暴雨过程，20日水汽通道开始建立，21日西南低空急流将水汽源源不断地输送到山西省北部，21日08时山西省北部850hPa的比湿达到14g/kg，整层空气接近于饱和。

　　20日20时700hPa上河套西南部开始有水汽通量的大值区出现，中心强度达到16g/s·hPa·cm，对应850hPa上也有 15g/s·hPa·cm的极值区出现。21日08时水汽通量大值区东移至山西省境内，与西南低空急流相配合，说明有大量的水汽向山西上空输送。21日02时700hPa上，河套-山西北部维持一水汽通量散度的负值区，负值中心位于山西北部，至14时水汽通量散度负值区稳定维持，为大暴雨的发生提供了有利的水汽条件。

　　4.3 动力条件分析

　　21日08时大暴雨区上空400hPa以下为正涡度区，正涡度中心位于600~700hPa之间，中心强度达到12×10 -5s -1， 400hPa以上为负涡度区，中心强度达到-10×10-5s -1，表明正涡度垂直层次较深厚，低层辐合高层辐散，有利于大暴雨的产生。08时800hPa以上为垂直速度的上升区，垂直速度中心位于300~400hPa之间，中心强度达到-2.5×10-2hPa·s-1，对应河曲站在05~10h出现了较强的降水。

　　5 卫星云图相当黑体亮温(TBB)特征分析

　　21日00时，副高边缘TBB≤-53℃的冷云盖位于河套北部，随着高空槽带来的冷空气到达山西北部，副高边缘的降水云团随之东移。02时沿副高边缘在降水云团母体后部激发出5个β中尺度对流云团。06:00~07:00河曲站1h降水量达到20.8mm，到9时MCS迅速减弱并消散，04:00~10:00 河曲站6h降水量超过了80mm。11时β中尺度对流云团中心强度TBB值达到-63℃，在其东移的过程中造成了山西东北部的暴雨天气。20时之后，对流云团移出山西省，山西北部降水减弱并趋于结束。

　　6 结语

　　阻塞高压维持及副热带高压的进退为大暴雨的产生提供了有利的大尺度环境背景条件;200hPa高空强气流流出使山西北部上空辐散增强，有利于上升运动的加强，高空辐散场的长时间维持，有利于降水的持续性;低涡切变线是大暴雨产生的主要影响系统;西南低空急流和水汽通道的维持提供了充沛的水汽条件，有利于大暴雨的产生;低层辐合和高层辐散，以及强烈的上升运动是大暴雨发生的动力条件;降水前期不稳定能量的聚集为大暴雨的产生积累了充分的能量，有利于大暴雨区的对流不稳定发展;沿副高边缘不断有β中尺度对流云团生成、发展与合并，强降水出现在对流云团的发展与合并过程中，大暴雨出现在对流云团的东南侧。

　　参考文献

　　[1] 吕梅,陆汉城.春季江淮气旋发展的诊断研究[J].气象科学,1997,17(1):10-16.

　　[2] 吕梅,周毅,陆汉城.气旋快速发展的机制分析[J].气象科学,1998,18(4):348-354.

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