哈密市一次暴雨过程成因分析及数值预报检验

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瓦热斯江1雷彦2
（1新疆维吾尔自治区哈密市气象局，哈密839000;2青海省海东市气象局，海东810699）
摘要:利用常规观测资料,EC—thin初始场资料,NCEP再分析资料，分析了2017年8月17—19日哈密市一次暴雨过程。

结果表明，南亚高压双体型，中亚低槽东移南下的有利大尺度环流背景下，中、高、底层3支气流为暴雨提供了有利的动力及水汽条件，中尺度辐合与切变对降水起到积极作用。

水汽来自西北、西南、东南3个方向。

暴雨发生前各物理量表现为底层辐合上升，高层辐散下沉的动力配置；对EC细网格、T639数值预报模式降水量产品进行检验发现,EC细网格与T639总降水量产品的大雨预报准确率较高,EC 细网格大尺度降水量产品预报准确率偏低,EC细网格降水量产品对暴雨落区没有预报能力，T639暴雨区预报与实况较为接近，但存在一定的偏差。

关键词:暴雨；水汽输送;物理量;模式检验;哈密市
0引言
新疆虽然为干旱半干旱区，但每年夏季区域性暴雨天气频发,引发山体滑坡和泥石流等地质灾害，给人民的财产和生命安全造成了极大的损失。

新疆暴雨是中高纬西风带及低纬副热带环流多尺度系统相互作用的产物,水汽匮乏且地形多变，降水成因也十分复杂叫近年来，一些学者对新疆暴雨做了大量诊断分析其中对北疆及南疆西部等地暴雨天气的研究占大多数。

杨莲梅等u分析了2007年7月新疆3场暴雨的水汽输送和收支特征，发现一次过程中水汽输送可有西方、东方、南方和北方4条路径，张云惠等冋研究2010年9月16—20日罕见的暴雨过程指出,3支急流的有利配置，中小尺度辐合与对流对暴雨出现起到重要作用。

哈密市地处新疆东部，地域辽阔,天山山脉从东至西横贯中部，山南为伊州区，山北为巴里坤县和伊吾县。

特殊的自然地理条件形成了哈密两大不同气候区域,既有南疆气候特点,又有北疆气候特点:南部光照充足,热量丰富,干旱少雨;北部降水充沛,气候温凉;降水量分布很不均匀，
1作者简介:瓦热斯江•吉力力（1990年3月一）男，维吾尔族, 490610831@ o 总体上北部多于南部,山区多于平原,降水大部分集中在夏季。

哈密南部年平均降水量仅为43.7mm,较少出现暴雨、大雨等天气，但是一旦出现，经常会引起山洪，破坏道路、农田，造成城市内涝等，对当地带来较大的经济损失。

哈密出现大雨及以上级别的降水是小概率事件，这使得对于该地大降水的预报成为长期以来的难点和重点。

多年来，对哈密暴雨的研究不多且较为分散，大多集中在天气学环流分型和气候统计分析，道然•加帕依冋等利用再分析资料对1961—2000年哈密夏季暴雨进行分析指出,哈密暴雨的环流形势可分为巴尔喀什湖低槽东移、南北低槽结合和高空冷涡3种类型，高空低槽和高空冷涡是主要的影响系统。

哈密暴雨个例分析更多集中在对于北部的降水，南部降水的研究，尤其在高中低层气流配置、水汽输送通道等方面的研究还不够深入。

2017年8月18—19日巴尔喀什湖低槽东移南下，造成哈密市出现了大范围降水过程，强降水中心位于哈密南部。

通过对此过程的环流形势，高中低层气流配置，水汽输送通道与水气条件,动力条件等进行综合分析，重点探讨哈密市南部出现大范围降水
麗哈密人，本科，助理工程师，主要从事短期预报工作。

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裁天乞与乞候«««音诲％拿成因,提高对该地大降水的预报能力。

1资料选取和天气实况
1.1选取资料
利用哈密市国家站及加密气象站逐时降水资
料、常规观测资料,EC-thin初始场资料等分析环流
形势、高中低层风场配置等特征;利用NCEP再分析
资料分析、水汽输送及动力条件等。

1.2天气实况
降水过程强降水时段主要集中在18日02:00-
17:00,6个国家站过程降水量分别为：伊州区
14.8mm、巴里坤23.8mm、伊吾11.3mm、淖毛湖4.7mm、十三间房0.7mm。

全市11个区域自动站24h 降水量达暴雨，最大降水中心出现在农十三师黄田农场巴格达什连队,过程降水量达56.4mm,24h降水量为46.1mm,三道岭矿区lh降水量达14.2mm o过程结束后，哈密城区出现了不同程度的内涝，积水导致城区多处道路车辆无法通行。

2环流背景和影响系统
2017年8月13日20:00时lOOhPa南亚高压存在2个高压中心，分别位于伊朗高原及青藏高原中部，南亚高压双体型建立;14—15日伊朗高压中心强度强于青藏高压，中心值达到1692dagpm,高压脊振幅表现为东强西弱,副热带长波槽建立于70°E左右。

17日20:00（图1）青藏高压加强，长波槽开始东移并南伸至35°N附近,这种环流形势是新疆夏季典型的强降水配置叫出现这种大尺度环流背景有利于在哈密市南部出现暴雨。

19日随着伊朗高压减弱衰退并与青藏高压打通消失,南亚高压双体型解体,降水结束。

16日08:00500hPa欧亚范围内环流经向度较大,呈一槽两脊型。

位于东西伯利亚的高压脊较为强盛,欧洲脊东北伸与乌拉尔脊叠加加强发展,脊顶伸至70。

E以北，脊前偏北气流引导冷空气南下使中亚低槽加深加强并形成低涡冲心值为564dagpm o 16日20:00—17日20：00伊朗高压东西震荡，西太副高缓慢西伸，588dagpm线西伸至110°E以西。

极地有低槽南下，乌拉尔脊垮台,推动中亚低槽转向并分支分段东移南下，其南段南伸至30。

N以南o18-19H冲亚低槽东移北收,西太副高缓慢西伸,位于甘肃东南部至蒙古国一带高压脊发展北挺,阻挡低槽东移,使其移动缓慢，在哈密上空滞留较长时间导致大降水的出现。

3风场特征
3.1高、中、低空气流配置
分析EC—thin初始场高、中、低空风场可知，此为典型的夏季暴雨配置。

200hPa西南急流从南疆西部进入新疆,急流轴延伸至哈密东部,急流中心位于40°E,90°N附近,17—19日急流中心东移北上，移动至45°E,95°N—带，最大风速达到了50m-s1，西南急流在高空起到了抽吸作用，使上升运动进一步发展加强。

暴雨发生在高空西南急流入口区右侧。

500hPa风场上,17日20时（图2）南疆西部为西南偏西气流，在南疆东部转为西南偏南气流并延伸至哈密偏西地区上空,18日偏南气流继续东移，其最东端到达哈密东部,南方暖湿空气沿着这股气流,接力输送至哈密上空。

在夏季降水预报中,低空偏东急流是动量、热量和水汽的高度集中带，为暴雨提供了动力和热力条件铁17B20：00时700hPa哈密南部存在_支偏东急流，最大风速达14m・s-i,18日08:00偏东急流转为东南向，急流中心最大风速达到18m・s-i。

来自北疆的西北气流,来自南疆的西南气流,来自河西走廊的东南气流在哈密与吐鲁番交界汇合，气流汇合区在18日缓慢移过哈密南部，使水汽从不同方向往降
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水区汇合，并在低层迅速集中，造成强的辐合上升运
动，不同方向的气流在哈密南部汇合后转为偏南风 吹向东天山南坡，地形的抬升作用使辐合在此处最
强，增强了水汽的辐合与集中，降水得以进一步加 强，造成南部山区的暴雨。

中高层西南气流，中低层偏东、偏西气流在哈密
上空叠加,此为典型的夏季暴雨配置,三股气流的相
互作用能够增强整层大气的动力抬升，并为大降水 提供有利的水汽条件。

图2 2017年8月17日20:00时500hPa 风场（风速/nrsT
3.2中尺度辐合与切变
18日08：00时700应8哈密卞:羌交界有西风、 西北风与东南风的中尺度辐合，吐鲁番一哈密交界 有中尺度切变线，切变线及辐合线的过境时间及移
动路径与强降水时段和降水落区相对应，可以判定 中尺度辐合、切变对降水起到积极作用。

4水汽通量与水汽通量散度
水汽的来源和输送是影响新疆降水强度的关
键，天气来临前，必然有大量的水汽向降水区上空
输送，为大降水的产生提供充足的水汽条件現综合
此次强降水过程中各层水汽通量和强降水区对应 关系发现,700hPa 水汽通量变化对强降水落区有一 定的指示作用。

应用NCEP 再分析资料分析700hPa
水汽通量分布图，结果表明，降水开始前的16-17
日，水汽输送主要由从河西走廊进入哈密南部的偏
东气流提供，此气流以南海作为水汽源地,将暖湿 空气向北输送至甘肃省东南部,后转为偏东气流通
过河西走廊进入哈密南部，17日20:00（图3）哈密
市南部水汽通量普遍＞ 4g-cm -1 • hPa 1 • s _1,最大值达 到8g ・cm7・hPa-i ・s7。

18日出现强降水时段,存在三 支水汽输送带，来自北疆的西北气流水汽输送，来自
南疆西部的西南气流水汽输送，来自河西走廊的东 南气流水汽输送，这三支水汽输送带在哈密南部上
空汇合，水汽通量最大值达到10g ・cm-i ・hPa"・s-i 。

从 哈密站水汽通量散度时间一高度剖面图（图略）可以
看出，降水开始前800 ~ 600hPa 存在强的水汽辐合,
垂直结构呈中低层辐合、高层辐散，符合一般暴雨的 水汽通量散度场垂直结构。

18日02时700hPa 高度
出现＜ -50 X 10_7g • cm -2• hPa -1 • s _1的水汽通量散度辐
合中心,18日08时辐合层增厚，由800hPa 直达
500hPa,但其辐合值有所减弱，到18日14： 00,800hPa 以上高度水汽通量散度均表现为辐散,降 水趋于结束。

图3 2017年8月17日20时700hPa 水汽通量
（水汽通量 /g • crrT' • hPa -1 • s _1）
5动力条件
5.1垂直速度
有了丰富的水汽供应,不一定有暴雨,还需要有
持续的、强的上升运动叫利用NCEP 再分析资料分 析哈密站垂直速度时间一高度垂直剖面图（图4）,降 水开始前，除300hPa 以上有弱上升运动外其余各层 均表现为下沉运动。

18日05时至18日11时，哈密
上空700 ~ 400hPa 为上升运动,400hPa 以上为下沉
运动,600hPa 高度上升运动最强，为-1 .OPa • s 」,与之
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对应的下沉运动最大值在300hPa高度上，为0.5Pa・
s'1,这种高低空配置有利于将底层水汽不断的输送
至暴雨云团,形成暴雨o
图42017年8月17EI08时一19日02时垂直速度时间一高度垂直剖面图（垂直速度/Pax】、时间/
世界时）
5.2散度
此次哈密南部的降水于18日05时开始，最大降水出现在18日10时前后，利用NCEP再分析资料分析哈密站散度时间一高度垂宜剖面图（图略）。

18日02时，散度在800~600hPa为辐合,600~ 500hPa为近似无辐合辐散,700hPa高度辐合强度达到-8xlO^g-s-^cm-^hPa^o18日08：00时800~ 500hPa为辐合,500hPa以上为强辐散，辐散值在300hPa达到9X10-7g•s-1-cm-2•hPa",底层辐合高层辐散的配置持续至18日11：00时左右，这种形势的维持有利于上升运动的发生发展。

5.3垂直螺旋度
垂直螺旋度是垂直速度和垂直涡度的乘积,在一定程度上不仅能反映系统的维持状况，还能反映
系统发展、天气现象的剧烈程度㈣。

暴雨发生时，对应着东疆暴雨区对流层中下层辐合、上层辐散的强上升气流区中螺旋度呈“下正上负”的垂直结构叫从这次过程哈密站的垂直螺旋度时间一高度剖面图（图5）中可以看出，17日14时整层螺旋度较小,之后中下层垂直螺旋度正值开始增大,18日02时在800~900hPa出现25x lO^Pa-s-2的正垂直螺旋度大值中心,在上层此值趋近于零,哈密南部开始出现降水并逐步增大。

图52017年8月17008时一19日02垂直螺旋
度度时间一高度垂直剖面图
（垂直螺旋度/lO-^Pa-s-2.时间/世界时）
综上所述，此次天气过程中,散度负值及垂直螺旋度正值最大值出现在降水开始前或刚开始的时间段，具有较好的提前指示意义。

当散度数值减小时垂直速度开始增大，此时降水开始出现并逐渐加强,垂直运动最强时段与最强降水出现时段更为接近。

6降水量预报检验
天气预报业务要向客观化、定量化方向发展，数值预报产品的释用是最直接最有效的途径，也是暴雨预报的主要依据闻。

针对这次暴雨过程，对国内外数值预报模式的降水量进行对比检验，为更好的释用数值预报产品，提高暴雨预报质量提供参考。

这里只检验17日20：00时一18日20：00的降水量。

将EC细网格总降水量（以下简称TP）、大尺度降水量（以下简称LSP）和T639总降水量产品格点资料内插至站点得出的值与站点降水量实况值进行比较分析。

此次天气过程，哈密市87个站点中共有40个站出现大雨及以上级别的降水，表1所示各数值预报模式对出现大雨及以上降水的站点检验结果分析,TP预报准确站点最多，预报准确率达到62.2%,LSP准确率最低，仅为23.8%,T639空报率最高,LSP漏报率最高。

分析模式预报降水量检验结果（表略）,TP与T639预报与实况较为接近,LSP 预报明显偏小，预报效果较差。

分析强降水出现时段,3个模式将强降水均预报在18日白天，预报与
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实况一致。

表1各数值模式预报17020时-18日20时大雨及以上站点数(站点数/个)
模式名称T639ECthin-TP ECthin-LSP 空报站点数1552
漏报站点数151230
预报准确站点数252810
各模式预报降水分布与实况对比,3个模式预报大雨区范围均小于实况,TP准确预报出哈密南北两个强降水中心,但是预报北部降水大于南部,这与实况相反，并且对暴雨没有预报能力。

T639暴雨区预报最接近实况，预报出南部山区的暴雨，漏报了巴里坤东部及伊州区偏西区域的暴雨。

LSP虽然预报降水量比实况明显偏小，对暴雨区没有预报能力，但是强降水范围及中心与实况较为一致，对预报强降水中心有一定的指导意义。

综合上述分析，就此次过程而言,TP与T639对降水预报有一定的指导能力,TP预报效果最好，但要做到精细化预报，仍需预报员对模式预报进一步解释应用，才能提高预报质量。

而LSP模式对于此次降水量级预报明显偏小，这也与LSP在夏季降水量预报与实况相比往往会偏小的经验相一致。

7结论
①此次降水过程发生在南亚高压双体型建立，且东部强于西部，中亚低槽东移南下的有利大尺度环流背景下,高层西南急流、中层偏南气流、低层东南急流三支气流的有力配置为降水提供了充足的动力和水汽条件，中尺度辐合和切变为暴雨的产生起到了积极的作用
②这次降水水汽输送来自3个方向，一是中亚低槽自身携带的水汽从北疆进入哈密南部；二是中低层偏南气流将南海水汽向北输送至甘肃省东部后转为东南偏东气流,经过河西走廊进入哈密;三是中高层中亚南部西南、偏南气流将南方暖湿气流接力输送至哈密。

③暴雨发生前散度、垂直速度表现为底层辐合上升,高层辐散下沉的动力配置,且表现为散度与垂直螺旋度大值出现在强降水开始前或刚开始的时间段,而垂直运动在降水开始后逐渐增大。

④此次过程,TP与T639的大雨预报准确率较高，分别达到62.2%和45.5%,对提高大雨预报质量有一定的指导作用,LSP预报量级偏小，预报能力较差；各模式预报大雨区范围均小于实况,TP与LSP 对暴雨区没有预报能力,T639暴雨区预报与实况存在偏差。

对于预报员，强降水的落区及时段的预报一直是难点,需要进一步对数值预报产品解释应用,提高精细化预报水平。

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