2016年7月23—24日宁夏一次区域性大到暴雨过程分析

2016年7月23—24日宁夏一次区域性大到暴雨过程分析毛璐;李娜;任小芳;张肃诏
【摘要】利用常规和自动站气象观测资料、多普勒雷达、卫星云图及NCEP再分析资料,对2016年7月23—24日宁夏一次区域性大到暴雨过程的大尺度环流背景、影响系统、雷达及卫星图像、物理量场等特征进行了分析研究.结果表明,此次区域性大到暴雨过程主要是在高层冷空气触发西太平洋副热带高压持续北抬所带来的暖湿能量背景下,激发700 hPa上暖式切变产生,且200 hPa急流、500 hPa西南气流、700 hPa偏南气流、850 hPa东南气流四股特征气流交汇于宁夏北部地区.雷达图上表现为长时间以层状云降水回波为主的混合性回波,期间不时有强对流单体生成,且暴雨出现时径向速度场呈明显的"S"形分布.诊断分析表明,低层水汽充足,水汽辐合条件较好以及有利的动力抬升条件,都是降水较强的重要因素.Tbb强梯度区对强降水落区有较好的指示意义.
【期刊名称】《宁夏工程技术》
【年(卷),期】2017(016)004
【总页数】6页(P303-308)
【关键词】暴雨;影响系统;诊断分析
【作者】毛璐;李娜;任小芳;张肃诏
【作者单位】中国气象局旱区特色农业气象灾害监测预警与风险管理重点实验室,宁夏银川 750002;宁夏气象防灾减灾重点实验室,宁夏银川 750002;宁夏气象台,宁夏银川 750002;吴忠市气象局,宁夏吴忠 751100;中国气象局旱区特色农业气象灾害监测预警与风险管理重点实验室,宁夏银川 750002;宁夏气象防灾减灾重点
实验室,宁夏银川 750002;宁夏气象台,宁夏银川 750002;中国气象局旱区特色农
业气象灾害监测预警与风险管理重点实验室,宁夏银川 750002;宁夏气象防灾减灾重点实验室,宁夏银川 750002;宁夏气象台,宁夏银川 750002
【正文语种】中文
【中图分类】P458
宁夏地处西北内陆，境内地势多起伏，由于其特殊的地形、地貌和所处地理位置，使宁夏暴雨具有落点分散、时间短、强度大、局地性强等典型的西北地区暴雨天气的特点[1—3]，易引发山洪、泥石流、山体滑坡和崩塌等灾害，对人民安全和农牧业生产造成很大的影响，危害程度十分严重。

因此对暴雨预报的研究是极有现实意义的。

多年来，宁夏也有不少学者作了相关研究。

陈楠[4]等利用多种探测资料综
合分析得出，暴雨的形成是不同层结多种因素的共同作用导致；并探究了中尺度暴雨云团的发展与强降水的关联。

纪晓玲[5]等通过研究发现“东阻形势”和西南低
空急流的维持是暴雨持续的主要原因。

胡文东[6]等从降水场时空特征、中尺度天
气学成因等方面分析导致暴雨的成因，并发现宁夏精细化预报系统的物理量产品对暴雨过程的细节变化有较好的描述能力。

贾宏元[7]等发现在多尺度系统相互配合
背景下，中尺度系统是直接激发局地暴雨的关键因子。

然而，每次过程都有各自的特点，本文在已有研究成果总结暴雨预报经验[4—8]的基础上，分析了2016年7月23—24日宁夏区域性大到暴雨天气过程的大尺度环流背景、影响系统、雷达及卫星图像、物理量场等特征，试图进一步提高预报人员对本地暴雨天气过程的认识，并提出了预报要点。

1 天气实况
7月23日白天到24日夜间，宁夏大部出现了明显降水天气，银川、石嘴山、中
卫三市大部、吴忠市北部和东部及固原市东部出现中到大雨，其中贺兰山沿山银川段、银川市中南部、吴忠市北部及东部、中卫市北部以及石嘴山固原两市东部部分乡镇达到大到暴雨。

据23日08：00到25日08：00的统计，最大累计降水量
出现在盐池县高沙窝镇营西村，为97.5mm，最大小时雨强出现在灵武市石槽村
煤矿，为56.5mm，银川降水达49.3mm。

此次降水影响上述多个地区，特别在乡村引发部分沟道、坡面来洪及低洼地积水，造成局地农作物受淹、村道毁坏、房屋及水利防洪工程受损等，给人民生活和生产带来了极大的不便。

2 大尺度环流背景与影响系统分析
2.1 大尺度环流背景分析
500hPa图上（图1），降雨过程发生前，欧亚中高纬地区基本维持“两槽一脊”型，其中一个低压槽位于新疆以北，并且逐渐在巴尔喀什湖附近形成闭合低涡（22日20：00），槽线从低涡中心延伸出来呈西北—东南走向，槽底不断有扩
散冷空气东移南下，另一低压槽位于贝加尔湖以东至我国东北地区之间；23日08：00起处于东移过程中的巴尔喀什湖附近的槽线在青海地区加深，携带冷空气的西
北气流与北抬的南支气流在宁夏中南部地区汇合，有明显的横切变生成，随后
584 dagpm线进一步北抬至宁夏以北地区，宁夏逐渐出现降水；此后副热带高压继续北抬接近宁夏南部边缘地区，北方下滑冷空气东移并与副热带高压外围的西南气流在宁夏以西地区生成东北—西南向切变，至24日20：00，宁夏地区基本受
偏西偏南气流控制，在此期间，宁夏出现区域性大到暴雨的过程。

可见，在此次过程前，副热带高压持续北抬聚集了大量暖湿不稳定能量，冷空气的入侵触发高能量的释放，从而促使产生强烈的上升运动使暖湿气流被抬升，形成强对流天气，产生短时强降水。

图1 2016年7月23日08：00、20：00，24日08：00、20：00 500 hPa 高
度场和风场
700 hPa图上（图2），23日08：00宁夏固原北部即有暖式横切变生成，随着
南支暖湿气流的增强北抬，当日20：00切变已抵达宁夏中部的中卫至吴忠一带，宁夏中北部的降水随即开始；24日08：00，偏南气流几乎覆盖了除石嘴山地区
之外的宁夏大部地区，横切变增强且呈西南—东北走向，同时偏南气流强度进一
步加大，最大达14 m/s，已达到低空急流强度，说明水汽通道已全面打开，为此次降水过程提供了充足的水汽和能量；24日白天伴随着冷空气东移南下，切变系
统快速东移，至20：00主体已移出宁夏，仅有尾部残留在固原地区，全区降水减弱，至24日夜间逐步结束。

2.2 影响系统分析
降水过程前，500 hPa上冷槽主体位于新疆至甘肃西部一带，青海地区存在一切
变线，700 hPa甘肃东南部有低涡，宁夏中部处于暖式切变线控制之下，为暴雨
发生提供动力抬升触发因子；500 hPa上宁夏北部负变温区的存在，说明已有明
显冷空气侵入，另外低层700 hPa存在高湿区，这种下暖湿上干冷层结为暴雨的
发生积累较强的不稳定能量。

同时，200 hPa存在显著西北气流，强度为36 m/s，基本接近急流强度，其出口区位于宁夏中北部，高层辐散有利于上升运动的发展；200 hPa的西北气流、500 hPa的西南气流、700 hPa的偏南气流、850 hPa的
东南气流交汇于中卫北部至银川南部一带地区，该流场配置符合宁夏暴雨模型，但不利的条件是除200 hPa气流之外，中低层三股气流相对较弱（图3）。

图2 2016年7月23日08：00至24日20：00 700 hPa风场分布
图3 2016年7月23日20：00中尺度分析
3 雷达图像特征分析
3.1 基本反射率、垂直累积液态水含量综合分析
由之前的分析可知，此次过程宁夏北部的降水主要集中在23日夜间到24日上午，
因此重点关注该时段内银川雷达产品时序演变。

23日18：09中卫市沙坡头区和
同心中部开始有回波，最初回波强度在15～40 dBZ，随后6 h，逐渐变为均匀回
波并持续向北及西北方向移动，最大强度达30～35 dBZ，24日01：00左右强
对流单体从中卫市北部开始生成；24日02：00至04：00是中卫市北部、吴忠
市东部和北部回波旺盛期，表现为以层状云降水为主的混合性回波，强度维持在20～35 dBZ，向北缓慢发展移动，在此期间，沙坡头区和盐池与吴忠交界处、盐
池范围内不断有强对流单体生成，最大值在55 dBZ以上，其中03：27左右这些分散的强对流单体合并成一条强度45 dBZ以上的带状回波，并持续8个体扫，对应该范围内强降水开始，降水前期垂直液态水含量（VIL）较小，03：10起，银
川市南部至永宁东部的区域最大垂直液态水含量达20 kg/m2，且随着回波北移，有所加强，03：55后减小至10 kg/m2以下；04：00至06：00，絮状回波全面北移合并，逐渐覆盖吴忠市以北地区，仍旧为层状云降水为主的混合性回波，并不断有强对流单体在银川市东部和西部生成，且位于银川市西部的分散单体合并为“弓”形回波并向西移，最大中心强度达55 dBZ以上；05：00至07：00为持
续的最大回波强度在40 dBZ以下的层状云降水均匀回波，造成银川及周边地区强降水，同时，回波开始再次北移；08：00至10：00是银川降水间歇期，10：00以后又有35 dBZ以下的小范围回波，此后回波全面北移，12：00以后回波基本
移至平罗及以东地区，其余地方回波结束。

总体而言，此次降水主要是长时间的以层状云降水回波为主的混合性回波北移，期间不时有强对流单体生成造成。

3.2 径向速度分析
银川周边较强降水开始前期，0.5°仰角，银川附近低层整体呈东北气流的辐合形势，05：23从2.4°仰角上，银川以西地区径向速度场分布开始呈“S”形，这比强降
水的开始时间提前了20～30 min；此后的4 h内，径向速度场“S”形分布逐渐
东移至雷达站上空，流场分布连续且较有规则，零速度线清晰、平滑且连续，“S”
形曲率大，说明风随高度顺转，即上空存在暖平流，而暖湿平流的输送为强降水天气提供充沛的水汽和热力条件，另银川附近有正、负速度大值区，呈牛眼结构（图4圈示），说明在中低层存在较强的东北风气流，有冷空气向南扩展，高空仍维持偏南气流，风场结构呈现出典型的“下冷上暖”。

4 水汽条件分析
4.1 相对湿度分析
重点分析宁夏中北部降水较强时段，沿106.5°E作相对湿度场的垂直剖面图，24
日02：00（图5a），37°N～38°N区域内 400 hPa以下相对湿度均大于70%，说明中低层的水汽条件相对较好，最大在550～450 hPa附近，且在450 hPa以
上存在强湿度梯度区；随着夜间南支暖湿气流的逐渐北抬，24日08：00（图
5b），整个区域内水汽条件进一步增强，宁夏中北部550 hPa以下相对湿度均＞80%，尤其是700 hPa以上，几乎接近饱和。

图4 7月24日07时57分银川雷达径向速度分布
4.2 水汽通量散度分析
再分析同样时段内水汽通量散度的分布情况。

24日02：00，700 hPa的中低层，银川以南的区域均处于水汽辐合上升区内，且在（37.5°N、105°E）附近存在辐合中心，而在500 hPa以上，该区域则为辐散中心，高层辐散低层辐合的有利降水
配置十分明显，至当日08：00（图 5c、图 5d），该种配置结构依然存在，但中
心区域向东北方向移至（37.5°N、105°E）附近，这与该时段内的强降水中心基本对应。

24日14：00（图略），高低层均转为辐散。

图5 7月24日02：00至08：00水汽分布特征图
5 动力条件分析
5.1 涡度场分析
从沿106.5°E涡度场的垂直剖面图上可知，23日白天到夜间，涡度场基本表现为
低层正涡度、中高层负涡度，但是涡度中心强度较小。

24日02：00（图 6a），37°N～38°N 区域内正涡度增强，中心位于650 hPa，570 hPa以上转为负涡度，且正负涡度中心连线向北倾斜，表明大气层结呈不稳定结构，有利于强降水产生和维持。

后期该种结构转为整层的正涡度，有利形势被破坏，降水趋于结束。

5.2 散度场分析
散度场剖面上，强降水前期的23日20：00，宁夏中北部低层辐散高层辐合的配
合形势已经建立。

至24日02：00（图6b），750 hPa 以下均为辐合，且强度进一步增强，辐合中心位于39°N的800hPa，750 hPa以上为弱的辐散区域，这种配置产生的抽吸作用，促使低层水汽辐合上升，是触发强降水的动力机制，但是辐合中心较强降水中心偏北一些。

至24日08：00（图略），整层均为辐合上升区，且强度较小，14：00转为弱辐散场。

图6 7月24日02：00涡度、散度场特征图
6 云图分析
23日夜间起，甘肃南部地区持续存在一中-α尺度对流复合体，并且主体逐渐东移，24日02：00左右自中卫进入宁夏区域，随后冷云中心强度逐渐减弱，小于-53℃区域减小，但是04：00在吴忠市北部出现了明显的楔形尖突的强Tbb梯度区
（图7中圆圈区），对应于实况，该地区多个自动站出现小时雨强大于10mm的明显降水；04：00至05：00，-53℃冷云区面积达最大，超过60 000km2，出
现3个冷云中心，分别位于中卫市西部、吴忠市北部和固原市中西部，其中，吴
忠市北部和银川南部交界处的冷云中心Tbb达-58℃（图7中箭头标注），说明
该区域此时云顶高度高，对流发展十分旺盛，该时段同时也是出现强降水的主要时段之一；而位于固原市Tbb低值区域内并没有出现较强降水，足够高的高云会有
相当低的云顶亮温，但若没有低层系统配合，并不一定会有降水发生；05：00至07：00，冷云中心向东北方向移动，银川市周边有Tbb梯度大值区，对应于此时
的短时强降水出现；自07：00起，有另一冷云中心区自南向北移至吴忠、银川市一带，中心强度虽没有上一个对流云团强，但也达-48℃，且持续近3 h，造成该时段内短时强降水。

此后随着云团向东北移动减弱，降水逐渐趋于结束。

可见，Tbb低值区与强降水落区有一定的重合，但并不是所有的低值区都有降水产生，但Tbb强梯度区较好地对应于短时强降水落区。

图7 7月24日04：00—07：00 Tbb演变图
7 结论
（1）西太平洋副热带高压的持续北抬使得宁夏地区能量聚集，冷空气入侵触发不稳定能量释放，高空冷槽、低层切变线是此次暴雨过程的主要影响系统，而四股气流的汇合也为水汽和能量的汇聚有十分重要的作用。

（2）从水汽和动力场诊断分析，降水发生时段内，水汽条件相对较为充沛，同时高层辐散低层辐合的形势加强了水汽上升，涡度场的配置有利也有利于强降水产生和维持。

（3）从雷达回波分析，此次降水主要是长时间的以层状云降水回波为主的混合性回波北移造成的，暴雨是由于不断有强对流单体生消而产生。

径向速度场上开始出现“S”形分布时间较暴雨提前20～30 min，可用于短时监测预报。

（4）卫星云图上，此次过程中强降水落区对应于Tbb低值区，而Tbb低值区并不绝对有降水产生，相较而言，Tbb强梯度区对短时强降水有较好的指示意义，可配合雷达观测资料使用。

【相关文献】
[1]白肇烨，徐国昌，孙学筠，等.中国西北天气[M].北京：气象出版社，1988：250-254.
[2]西北暴雨编写组.西北暴雨[M].北京：气象出版社，1992：6-8
[3]丁永红，王文，陈晓光，等.宁夏近44年暴雨气候特征和变化规律分析[J].高原气象，2007，26（3）：630-636.
[4]陈楠，陈豫英，杨侃，等.一次强对流暴雨天气的环境条件及中尺度对流云团分析[J].干旱区资源与环境，2012，26（7）：85-90．
[5]纪晓玲，贾宏元，沈跃琴．2002年6月7—8日宁夏区域暴雨天气过程分析[J].干旱气象，2004，22（2）：17-22．
[6]胡文东，丁建军，刘建军，等.宁夏一次局部强降水中尺度时空特征合成分析[J].宁夏工程技术，2004，3（3）：225-230．
[7]贾宏元，穆建华，孔维娜.2004年宁夏一次区域性大到暴雨的诊断分析[J].干旱气象，2005，23（2）：24-29．
[8]肖云清，胡文东，赵立斌，等.宁夏中北部两次强暴雨过程综合对比分析[J].高原气象，2008，27（3）：576-583.。