2018年8月1—2日河西走廊中部一次局地短时暴雨天气过程分析
时间：2023-06-06 15:35:19 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
张浩文，崔 宇，狄增文
1.张掖市气象局，甘肃张掖 734000；
2.甘肃省气象局，甘肃兰州 730020；
3.张掖市气象局，甘肃张掖 734000
短时暴雨的小时降水强度大、局地性强，预报的难度较大。通常我国东部沿海区发生暴雨的频数多、强度大; 而西北干旱区虽然发生暴雨的频数少、强度相对弱，但因其突发性强，预报难度大，加之干旱区植被覆盖率低，水土涵养差，因此由其引发的泥石流、滑坡、山洪等衍生自然灾害通常会给工农业生产和人民生命财产造成严重损失。西北地区大部分地区年降水量少，日降水量达到 50 mm 的过程也很少。就西北暴雨强度而言，与国内其他地区相比，半日或日平均强度较弱，但短历时暴雨强度相差不大。西北地区气象工作者对西北暴雨的气候特征、环流和系统、物理条件、概念模式、低空急流、卫星云图和雷达回波特征、地形和下垫面影响、预报方法等方面进行了研究。钱正安等[1]研究表明，河西走廊地区出现副高西伸等特定有利环流形势下，核心旱区的主要水汽源地在台海区。卢焕珍等[2]研究指出，副高边缘暖湿气流,低空弱切变、弱对流抑制和北部冷空气南下为强降雨提供了有利的条件。针对2018年8月1—2日发生在河西走廊中部的一次局地短时暴雨天气过程，从环流形势、卫星云图、雷达回波、数值预报对此次过程的预报表现等方面，分析了此次暴雨天气过程，为我国西北干旱区暴雨天气的预报提供着眼点，为地方政府防汛减灾提供参考依据。
1.1 过程概述
受到副高外围暖湿气流与南下冷空气的共同影响，8月1日下午至2日白天，张掖市出现中到大雨，山丹、民乐局地暴雨，山丹双湖出现大暴雨天气，最大降水出现在山丹双湖（75.4 mm）。暴雨过程局地性强、持续时间短、强度大，112个自动气象站中，达到河西地区暴雨标准（≥30 mm）仅有6站。但仅双湖站从2日01:00~04:00，连续3 h的小时降水量超过10 mm，达到河西地区短时强降水标准，其中02:00~03:00 1 h降水量达24.7 mm，01:00~04:00 3 h降水量达53 mm，累计降水量达75.4 mm。从8月1日12:00—8月2日07:00累计降水量可以看出，强降水主要集中在山丹南部沿祁连山一带，其中存在明显的大值中心（图1）。
图1 张掖市2018年8月1日12:00—2日07:00累计降水量
1.2 气候背景
甘肃张掖市深处内陆，远离潮湿的海洋气流，降水稀少且变率高，属于典型的温带大陆性气候。而2022年从7月中旬开始，副热带高压北抬至华北甚至东北，张掖市处在副高西侧588线附近。异常偏北的副高使得来自南海的西南季风水汽跨过乌鞘岭，副高南侧的台风带也向北，带来了丰富的水汽，致使今年主汛期局地暴雨多，极端性强。
2.1 500 hPa环流形势
2018年8月1日08:00 500 hPa环流形势图上，副高控制我国华北至东北一带，588线最西部达到河套地区，从巴湖到河西西部，不断有小槽东移，形成阶梯槽，副高外围584线在甘肃省呈西北—东南走向，孟加拉湾的水汽沿副高外围向河西中部输送。北支槽底部冷空气沿着阶梯槽不断下滑，被副高阻挡在青藏高原东北部边坡，冷空气在高原边坡堆积。温度场上，温度槽明显落后于高度槽，在巴湖附近有1个-13℃的冷中心，冷平流较强。1日20:00 500 hPa环流形势图，河西西部的短波槽略微东移，从内蒙古西部到甘肃中部的西北—东南向高压稳定维持，河西走廊中部有明显的冷暖交汇区，大气斜压性增强（图2）。2日08:00，短波槽东移至张掖、武威交界处，南支槽也东移至青海东部，副高稳定少动，副高外围584线向东收缩至河套至陇东一线。河西中西部转为槽后西北气流，降水减弱。
图2 2018年8月1日20:00 500 hPa环流形势
2.2 700 hPa环流形势
2018年8月1日08:00 700 hPa环流形势图上，在张掖上空存在切变。受12号台风云雀影响，从南海到河西中部存在显著南风气流，最大风速14 m/s，将南海的水汽源源不断地向河西地区输送。内蒙古西部到河西地区有中心温度达16℃的暖中心。1日20:00，显著南风气流减弱，青藏高原上暖中心增强，中心温度达20℃，在低层积攒了大量的不稳定能量（图3）。张掖上空的切变线略微东移，蒙古西部有一低槽东移。2日08:00，显著南风气流增强为低空急流，最大风速达18 m/s。切变线东移至甘肃中部，强降水落区随之逐渐东移，河西中部降水逐渐减弱。
图3 2018年8月1日20:00 700 hPa环流形势
2.3 地面天气形势
8月1日14:00，河西中东部受热低压控制，中心气压值为992 hPa，冷空气主力位于新疆西部，冷空气前锋已经入侵河西，开始进入张掖。20:00，冷空气进一步入侵，由于冷空气较弱，气压梯度较小，但河西中东部积聚的不稳定能量较多，已经有强对流开始发展。2日02:00，冷空气前锋到达张掖、武威交界处，在张掖、武威交界处的山丹南部突降暴雨（图4）。08:00，冷空气前锋到达武威，武威以东开始出现强降水，张掖市降水逐渐减弱。
图4 2018年8月2日02:00地面形势
2.4 高低空系统相互作用
在本次短时暴雨的过程中，低层辐合上升（地面冷锋与700 hPa切变线叠加产生强劲的上升运动），高空辐散（200 hPa为反气旋式环流），形成了整层的上升运动，为短时强降水提供了动力条件。而低层高温高湿，中层有明显的干冷空气侵入，500 hPa 24 h变温达到-4.3℃，使得大气的不稳定度上升。而且甘肃省除了酒泉西部，其他地区的K指数均≥30，中心最大值在内蒙古临河，达到46，体现了大气不稳定度较高，而且水汽饱和程度很高。在此次过程中，冷空气较弱，而且高空200 hPa风速较小。主要是因为大气高能高湿，中层又有明显的干冷空气侵入，进一步增强了大气的不稳定性（图5）。
图5 2018年8月1日20:00中尺度分析
3.1 FY-2G红外云图
从FY-2G红外图像上看，1日20:00，造成山丹南部短时暴雨的对流云团主要从青海东部生成之后，沿着584外围东南气流向西北方向移动，翻过祁连山后，在山丹南部明显加强，云顶亮温达到227 K，从而造成了山丹南部的局地暴雨（图6）。在青海东部，沿着副高外围产生的对流云团，呈气旋式旋转，并沿着584线向西北方向移动。2日02:00，在山丹南部遇到地面冷空气与中层干空气侵入后，对流云团增强，造成了山丹南部的局地短时强降水与暴雨天气。2日08:00，对流云团减弱，向西北移出张掖市，张掖的降水逐渐结束。
图6 2018年8月2日02:00 FY-2G水汽图像
3.2 雷达回波特征
分析张掖站多普勒天气雷达8月2日01:00~04:00的 雷 达 回 波 图，2日00:54，从平山湖到李桥附近为强度较低的多单体风暴，回波强度最大接近40 dBz，张掖东部开始出现降水。01:57，多单体风暴增强，35 dBz以上强回波区扩大，并且连成一片，最强回波接近45 dBz，降水增强，双湖出现小时17.6 mm的短时强降水。02:38，多单体风暴进一步增强，回波最强达到接近50 dBz，并且略微向西北移动，强回波区位于双湖；
03:06，不断有新的强回波生成，向西北方向移动，产生列车效应，使得山丹南部一直处在强回波的范围之下，降水也在此时最强，两站出现短时强降水，双湖小时降水量达到24.7 mm（图7a）。04:32，多单体风暴进一步向西北移动，而且强回波区域减小，形成带状，强度减弱，减弱到35 dBz，降水开始减弱。从图7可以看出，强回波区最高高度只达到5 600 m，所以此次强对流天气只产生了暴雨。从03:12速度图像上可以看出，低层是西北风，从中层开始转为东南风，风向在低层随高度逆转，存在明显的冷平流，中层5 500 m左右有14 m/s的风速大值区，中层有明显的干冷空气侵入（图7b）。
图7 张掖站雷达2018年8月2日03:06（a）与03:12（b）雷达回波强度
4.1 数值预报模式降雨预报产品分析
利用ECMWF细网格产品资料对此次局地性短时暴雨天气过程进行检验分析。从ECMWF细网格对2018年8月1日08:00—2日20:00之间的各种时段的降水量预报可以看出，ECMWF预报24 h降水量大值区是在祁连山沿山地区与平山湖以东的整个山丹县，最大降水量级为中雨量级，在10~25 mm之间（图8）。从12 h与6 h降水量可以看出，ECMWF将最大降水时段预报为1日14:00~20:00与2日14:00~20:00，没有考虑2日凌晨的短时暴雨。未能考虑降水量级，降水时段的预报也出现了较大的误差。
图8 2018年8月2日08:00~2日20:00 12 h（a）与14:00~2日20:00 6 h（b）降水量
4.2 数值预报模式形势预报分析
从EC细网格海平面气压形势预报可以看出，地面冷空气在8月1日08:00就已经控制了河西中西部，冷空气前锋已经到达武威，预报冷空气进入张掖时间偏早，这也是预报降水时段在1日14:00~20:00的 主 要 原 因（图9）。1日20:00，张掖附近的海平面气压从1 005降至1 002.5 hPa，冷空气减弱，这也是预报1日20:00—2日08:00之间降水量级只有小雨的原因之一。从EC细网格500 hPa高空形势图可以看出，EC细网格预报1日20:00 500 hPa高空形势，副高外围584线位置比实况略偏东。实况是在青海—甘肃交界，而预报在甘肃中部白银—定西—陇南一线。这也是造成预报的水汽输送偏东，降水区域整体偏东的原因之一（图10）。从EC细网格500 hPa温度预报可以看出，EC细网格预报中空入侵的冷空气较弱，温度比实况高1℃~2℃，而且冷空气主要影响在1日08:00，预报温度为-3℃，在20:00温度升高为-1℃，冷空气减弱。而且从EC细网格比湿预报可以看出，低层预报比湿与实况相近，而中层预报比湿偏高，综合考虑，EC细网格预报的中层侵入干冷空气明显偏弱，而且预报入侵时间偏早，并且584线偏东，在张掖东南部并没有好的配合，所以在张掖东南部降水考虑偏弱。
图9 EC细网格2018年8月1日08:00地面海平面气压
图10 EC细网格2018年8月1日08:00地面海平面气压（a）与20:00 500 hPa形势（b）
此次局地暴雨是在副高外围暖湿气流控制下，大气高湿高能，有在青海东部生成的对流云团沿副高外围584线朝着西北方向移动，到了山丹南部，同时底层有弱冷空气，中层有较强的干冷空气入侵，共同影响下造成一次局地短时暴雨天气。
根据数值预报，在短期预报时，未考虑此次降水天气过程存在降水过程，降水量级偏低，降水时段考虑偏迟等问题。数值预报对这种局地的极端天气的落区、时段和量级预报表现较差。
加强对多普勒天气雷达、卫星云图、区域站10 min降水量等数据的实时监控与研判，根据降水量监控平台的不同时段的阈值，增加预警信号、短时强降水天气提示等产品的提前量，值班预报员通过提高自己的短临预报能力与对多种资料综合应用的能力，以此弥补短期预报对局地极端天气预报的不足。
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