2019年9月12—14日陇南市持续性暴雨天气成因分析.pdf

现代农业科技2023 年第 22 期资源与环境科学2019 年 9 月 1214 日陇南市持续性暴雨天气成因分析宁和平段秀兰张 锋（陇南市气象局，甘肃陇南 746000）摘要本文对 2019 年 9 月 1214 日陇南市出现的一次持续性暴雨天气过程的成因进行了分析。结果表明：此次强降水天气过程中副热带高压外围有较强的西南气流稳定维持，同时 700 hPa 存在明显的强风速带的辐合，低层强烈辐合为暴雨的发生、发展提供了动力条件；对物理量场分析发现，这次持续暴雨过程中，中低层有明显的湿层及水汽辐合，为降水提供了充足的水汽条件；对流云团演变特征表明，此次持续性强降水是在青海东南部的对流云与四川北部的对流云系东移合并加强后逐渐减弱的过程中发生的，具有明显的局地性。关键词暴雨；副热带高压；切变线；低空急流；辐合；对流云团；甘肃陇南；2019 年 9 月 1214 日中图分类号P458.1+21.1文献标识码A文章编号 1007-5739（2023）22-0136-05DOI：10.3969/j.issn.1007-5739.2023.22.034开放科学（资源服务）标识码（OSID）：Causes of Continuous Rainstorm in Longnan City During September 12th-14th,2019NING HepingDUAN XiulanZHANG Feng(Longnan Meteorological Bureau,Longnan Gansu 746000)AbstractThis paper analyzed the causes of the continuous rainstorm weather process in Longnan City duringSeptember 12th-14th,2019.The results showed that there was a strong southwest airflow that stably maintained in theperiphery of the subtropical high during the strong precipitation weather process.At the same time,there was an obviousconvergence of strong wind belt at 700 hPa,and the strong convergence in the lower layer provided the dynamicconditions for the occurrence and development of the rainstorm.Through the analysis of the physical quantity field,itwas found that there was an obvious convergence of moisture and water vapor in the middle and lower layers during thecontinuous rainstorm process,which provided sufficient water vapor conditions for precipitation.The evolutioncharacteristics of convective cloud clusters indicated that the continuous heavy precipitation occurred in the process ofmoving eastward,merging,strengthening and gradually weakening of convective cloud system in southeastern Qinghaiand northern Sichuan,which had obvious local characteristics.Keywordsrainstorm;subtropical high;shear line;low-level jet stream;convergence;convective cloud;LongnanGansu;September 12th-14th,2019陇南市地处甘肃省南部，属秦巴山地、岷山山脉与黄土高原的交汇地带，境内高山峻岭与峡谷、盆地相互交错，地形复杂，气候差异大，既是气候敏感区，也是生态脆弱区1-5。全市气象灾害种类多、强度大、发生频率高、危害重，特别是夏季，局地性强对流性天气频发，强降水常引发山洪、泥石流等灾害，给陇南市农业生产、经济社会发展和人民生命财产造成严重的影响和损失。西北地区地处我国内陆，地域广阔，地形复杂，夏季局地性暴雨灾害频发，许多学者针对西北地区暴雨过程做了不少的研究、分析，并取得了很多成果6-11。强对流天气是甘肃省主要的灾害性天气之一，是导致泥石流、山洪、中小河流洪水等灾害的主要原因，因而对暴雨发生机制的探讨及预报技术的总结具有重要意义。本文就 2019 年 9 月 1214 日陇南市出现的一次大范围暴雨天气过程的成因进行分析，探讨其发生、发展的机制，以期为今后强降水天气过程的预报提供借鉴。基金项目 甘肃省气象局项目“陇南雷达产品在短时临近预报预警中的应用研究”（Ms2021-12）。第一作者 宁和平（1976），男，高级工程师，从事短期天气预 报 及 气 候 与 生 态 方 面 的 研 究 工 作。E-mail：收稿日期 2023-03-081361天气实况概述2019 年 9 月 1214 日陇南市出现了一次大范围持续暴雨天气过程，12 日 8：00 至 13 日 8：00，陇南境内大部分地方降中到大雨，其中 152 个区域观测站出现大雨，93 个区域观测站出现暴雨，文县口头坝出现大暴雨，降水量为 104.6 mm；13 日 8：00 至 14 日8：00，全市普降中到大雨，两当县普降大到暴雨，其境内的显龙、杨店、泰山、兴化降水量分别达 61.6、39.7、38.4、37.6 mm。此次秋季降水天气过程范围广、降水量级大、持续时间长、降水时空分布不均，陇南南部及东南部降水量级明显大于北部（图 1），并引发了局地山洪、泥石流等地质灾害。2天气学分析2.1高空形势分析从图 2 可以看出，9 月 12 日 8：00 500 hPa，新疆东部维持为低压槽区，温度槽明显落后于高度槽，冷中心位于新疆北部，其中心最低温度为-22，本地有明显的冷空气输送，青海东部有一切变线东移南压。低层 700 hPa 河西西部为一明显的温度槽，并分裂冷空气不断南下影响陇南，陇南地区受较强的西南气流控制，甘南与陇南交界处维持一切变线，冷暖空气在此交汇。20：00 500 hPa 副热带高压（下称副高）略有东退，低槽区已东移南压至甘肃河西中部，从河西中部到河套地区维持为一切变线，说明冷暖空气在此堆积。陇南西南气流明显增强，位于青海东部的切变线已东移南压至陇南西部，冷暖空气在此交汇并南压。低层 700 hPa 上陇南西南气流维持，从孟加拉湾到陇南地区形成了一个完整的水汽输送带，冷空气进一步加强并南压至陇南地区，切变线已东移南压至陇南南部至陇东一线。13 日 8：00 500 hPa，588 线在陇南以南稳定维持，陇南仍处于副高边缘较强的西南气流控制，从陇中到甘南西南部仍有切变线东移南压，河西西部仍有冷空气南下，700 hPa 辐合区位于陇南东部与陕西省交界处。20：00 500 hPa 上切变线已东移南压到陇南境内，14 日 8：00 500 hPa 副高明显东退，陇降雨量/mm250.0100.0250.050.0100.025.050.010.025.00.110.0图 19 月 12 日 8：00 到 14 日 8：00 陇南市累积雨量分布abdc注：a、b、c、d 分别表示 8：00 500 hPa、8：00 700 hPa、20：00 500 hPa、20：00 700 hPa 高空图。图 29 月 12 日 8：00 和 20：00 500、700 hPa 高空分析南上空转为偏西气流，低层 700 hPa 为西北气流控制，本次降水过程结束。此次强降水过程持续时间较长，陇南南部及东南部降水量级比较大，这主要与副高外围较强的西南气宁和平等：2019 年 9 月 1214 日陇南市持续性暴雨天气成因分析137现代农业科技2023 年第 22 期资源与环境科学流稳定维持有关，同时与 500 hPa 上的高原切变线不断形成并东移南压，以及 700 hPa 上水汽辐合区的位置密切相关。2.2云图演变分析形成此次持续性强降雨过程的对流云团（图 3）在9 月 12 日下午发展加强，22：0023：00 达到最强，其中四川北部是对流云团的发展和加强区。如果在四川北部有后续对流云团的发展、加强，则随着副高边缘的对流云团进一步东移，可能会造成陇南南部及东部的持续性暴雨。如果有高温高湿等能量条件，青海东南部有天气系统（切变线、低槽）的配合，对流云系发展会速度更快、强度更强。12 日 20：00 在四川北部至陇南南部强对流云团发展、加强，青海东南部分散的对流云团在东移过程中加强并与四川北部的强对流云团有合并的趋势，见图 3（a）（b）；22：0023：00两对流云团合并并东移，对流云团中心的云顶亮温-80，此时对流云系发展达到最强，见图 3（c）（d）。23：00 之后，随着对流云系的东移发展，强对流云团的范围逐渐扩大，对流云的发展开始减弱，陇南南部及东部的强降水亦出现在这一阶段。abdc注：a、b 为 9 月 12 日 20：0023：00 红外云图；c、d 为 9 月 13 日 20：0023：00 红外云图。图 39 月 1213 日 20：0023：00 红外云图2.3雷达回波特征分析从雷达组合反射率因子演变可以看出，9 月 12 日20：20，陇南地区为回波强度35 dBZ 的对流云带，强降水云带分布范围广，呈现片状分布特征，见图 4（a）。45 dBZ 的强回波区主要在陇南南部，陇南市康县东南部45 dBZ 的强回波呈向南走向的“弓”形特征，对应短时强降水区主要出现在陇南南部的武都、文县、康县等地。21：10，位于陇南南部与四川北部交界处的强降水回波北抬并进入陇南南部，强降水回波区范围亦扩大，见图 4（b）。说明随着上升运动，水汽从四川北部输送进入陇南。随着水汽输送带东移北抬，45 dBZ 的强回波东移到陇南东部，根据地面降水量分析，21：20 左右陇南东部成县境内雨量明显增大。22：30，由四川北部进入陇南南部的强降水回波云团注：a、b、c 分别为 20：20、21：10、22：30 的雷达组合反射率因子回波图。图 49 月 12 日 20：0023：00 雷达组合反射率因子回波图138继续北抬，并与陇南南部对流云团完全汇合，在陇南南部再次出现45 dBZ 的强回波对流云区，见图 4（c）。说明此次持续性暴雨天气过程前期水汽辐合区集中在陇南南部地区，并随副高边缘的西南气流向东输送。2.4水汽条件及垂直运动分析2.4.1水汽条件分析强降水的形成必须有水汽的输送和累积12-16。从 12 日 8：00 以后，湿度明显上升，在陇南上空形成高湿区，1213 日相对湿度90%区域到达 500 hPa高度，见图 5（a）。通过对水汽通量散度的变化分析，在此次降水过程中水汽辐合有明显的日变化，见图 5（b），低层水汽辐合主要出现在夜间到白天这一时间段，主要辐合区高度在 600 hPa 以下，而到了夜间，水汽以辐散为主，这可能与气温的日变化有密切的相关300350400450500550600650700相对湿度/%注：a 为相对湿度；b 为水汽通量散度。图 59 月 1214 日相对湿度和水汽通量散度的变化300350400450500550600650700水汽通量散度/（10-6gcm-2hPa-1s-1）9 月 9 日9 月 10 日9 月 11 日9 月 12 日9 月 13 日9 月 14 日日期9 月 9 日9 月 10 日9 月 11 日9 月 12 日9 月 13 日9 月 14 日日期关系。2.4.2垂直运动分析通过分析垂直运动的日变化发现，上升运动主要出现在下午，与对流云团发展的时间大致相同，但垂直运动发展的时间迟于低层水汽辐合的时间，有利于将低层辐合的水汽和能量向高层输送，有利于对流云的形成和发展。同时，在副高外围的西南气流中，存在持续的上升运动，从而将水汽和能量源源不断地输送到降水区，为此次持续性暴雨天气过程的形成创造了非常有利的水汽及能量条件。2.5低空急流分析通过对 9 月 12 日 20：00 700 hPa 流场和全风速场配置的分析可以看出，在流场中，西南暖湿气流发展非常强烈，同时冷暖气流的交汇带主要位于陇南地区。陇南南部处于 812 m/s 强风速带中，强风速中心位于陇南以东，最大风速达 16 m/s，具体见图 6（a）。通过 13 日 2：00 EC 细网格数值预报分析可以看出，700 hPa 陇南东部至南部一线维持一低涡切变，水汽辐合在此得到进一步加强，此时陇南地区特别是陇南南部降水达到最强，具体见图 6（b）。ab注：a 为 2019 年 9 月 12 日 20：00 700 hPa 流场和全风速场配置；b 为 9 月 13 日 2：00 EC 细网格 700 hPa高度场、风场。图 6低空急流分析（实线为流线，虚线为等风速线）由此可见，700 hPa 低空急流为陇南此次持续强降水输送了充足的水汽，同时也形成了风场的辐合，700 hPa 切变线的存在使这种辐合作用进一步加强，低层辐合触发了垂直抬升机制，从而形成了较强的上宁和平等：2019 年 9 月 1214 日陇南市持续性暴雨天气成因分析139现代农业科技2023 年第 22 期资源与环境科学升运动，为暴雨的发生提供了动力条件。3数值预报对比分析在日常预报业务工作中，对降水量级的预报与把握上，数值预报产品是主要的参考因素之一17-18。在陇南较为明显的降水天气过程服务中，EC 细网格和NCEP 区域模式相对而言是较为稳定、参考性较强的两种较常用的数值预报模式。本文以此次持续性强降水天气过程为例，比较两者对强降水天气过程的预报效果。EC 细网格 12 日 8：00 起报，未来 24 h 累积降水量预报图表明，陇南大部分地方降水量在 25 mm以上，其中 50 mm 以上的降水集中在陇南南部及东南部，东南部局地达到 100 mm，与实况基本相符，具体见图 7（a）。NCEP 区域模式 12 日 8：00 起报，未来24 h 累积降水量预报则预报陇南南部及东部降水量在 25 mm 左右，其余地方降水量均小于 25 mm，具体见图 7（b）。ab注：a 为 EC 细网格数值预报；b 为 NCEP 区域模式数值预报。图 72019 年 9 月 12 日两种数值预报降水量预报量级对比分析通过对以上两种常用降水量预报模式对比分析表明：EC 细网格降水量级预报结论与实况基本接近，具有较强的参考性；NCEP 区域模式对较强降水过程的降水量级预报偏小，但较大降水量落区预报与实况基本相符。在实际应用中，将两者结合使用，对主要降水落区的预报有很好的指示意义19。4结论1）此次持续性强降水过程具有明显的局地性特点，陇南南部及东南部降水量级比较大，与副高外围较强的西南气流稳定维持有关，同时与 500 hPa 上的高原切变线不断形成并东移南压，以及 700 hPa 上水汽辐合区的位置密切相关。2）根据对对流云系发展过程的分析，四川北部是对流云团的发展和加强区，对流云团在午后开始发展，22：0023：00 达到最强，之后逐渐减弱。此次陇南持续性强降水是在青海东南部的对流云与四川北部对流云系东移合并加强后逐渐减弱的过程中发生的，具有明显的局地性。3）通过对这次强降水天气过程开始前雷达回波特征的分析，这次强降水回波对流云团分布范围较广、移速慢、持续时间较长；45 dBZ 的强回波对流云团主要分布在陇南南部；水汽输送由四川北部进入陇南南部，并在此强烈辐合；700 hPa 低空急流触发了垂直上升运动，为暴雨的发生、发展提供了动力条件。4）通过对比分析常用的 EC 细网格数值预报及NCEP 区域模式对此次大范围持续性降水量级的预报结果，EC 细网格对降水量级的预报与实况更为接近，NCEP 区域模式对这次较强降水过程的降水量级预报偏小，但较大降水量落区预报与实况基本相符。参考文献1 吴新年，孙成权，王学定，等.陇南山地生态环境建设基本方略J.干旱区资源与环境，2000，14（2）：17-24.2 王晓峰.陇南地区脆弱生态环境特征分析J.宁夏师范学院学报，2008，29（3）：59-62.3 王艳萍，何峰，王力，等.陇南市武都区土地生态服务功能价值评估及其变化分析J.甘肃农业大学学报，2012，47（4）：110-117.4 杜婕，韩佩杰.基于 ArcGIS 区统计的陇南市生态敏感性评价J.测绘与空间地理信息，2018，41（7）：99-102.5 刘英英，石培基，刘春雨，等.基于 GIS 陇南市生态功能区划及环境友好型土地利用模式J.干旱区资源与环境，2011，25（1）：39-43.6 钮海全，丁永红，赵建玲.宁夏北部一次暴雨天气过程分析J.农业科学研究，2014，35（2）：89-93.7 艾冠男，王燕，王舒.乌鲁木齐市 2018 年 8 月 12 日大到暴雨天气过程分析J.农业灾害研究，2021，11（4）：66-67.8 王英，谢逸雯，高萌，等.陕西渭河流域一次区域性暴雨天气过程分析J.农学学报，2018，8（6）：28-32.9 张雅斌，武麦凤，侯建忠，等.陕西 4 次台风远距离暴雨过（下转第 146 页）140现代农业科技2023 年第 22 期资源与环境科学异分析J.农业经济，2013（8）：73-75.22 欧文军，罗秀芹，安飞飞，等.气候变化与我国木薯北移的可能性分析J.中国热带农业，2014（4）：4-8.23 周平.全球气候变化对我国农业生产的可能影响与对策J.云南农业大学学报，2001，16（1）：1-4.24 王敬涛，王素琴.气候变暖下的中国农业N.中国气象报，2012-03-27（3）.25 吕睿杰.农业气象变化对农作物生长的影响及应对措施J.现代农业科技，2020（7）：201.26 雷萃.气候变化问题的环境伦理研究D.大连：大连理工大学，2013.27 姜海如，郑治斌.气象与经济关系探讨C/中国气象学会.中国气象学会 2007 年年会气象经济论坛分会场论文集.广州：出版者不详，2007:62-84.28 田宝星.黑龙江省黑土区玉米生产潜力变化特征研究D.哈尔滨：东北农业大学，2013.29 黄文秀.农业自然资源M.北京：科学出版社，1998.30 潘根兴，高民，胡国华，等.气候变化对中国农业生产的影响J.农业环境科学学报，2011，30（9）：1698-1706.31 李洪林.试论气候变化对农业生产影响J.中国科技投资，2017（6）：325.32 姜群鸥，邓祥征，战金艳，等.黄淮海平原气候变化及其对耕地生产潜力的影响J.地理与地理信息科学，2007，23（5）：82-85.33 周光明.松嫩平原作物气候生产潜力分析及其气候变化响应J.黑龙江农业科学，2009（5）：35-37.34 许朗，刘金金.气候变化与中国农业发展问题的研究J.浙江农业学报，2013，25（1）：192-199.35 党修伍.淮北地区气候变化及其对农业生产影响研究D.合肥：安徽农业大学，2008.36 杨亚清，薄万福，耿雪，等.气候变化对农业生产的影响及应对策略J.湖北农机化，2021（23）：34-36.37 陈朝辉，王安乐，王娇娟，等.高温对玉米生产的危害及防御措施J.作物杂志，2008（4）：90-92.38 单婵，王咏青，商兆堂.洪泽湖湿地气候变化对区域农业生产的影响及对策J.浙江农业学报，2013，25（3）：667-673.39 周文魁.气候变化对中国粮食生产的影响及应对策略D.南京：南京农业大学，2012.40 李彤霄.气候变化对河南省冬小麦生育影响的研究D.郑州：河南农业大学，2009.41 吕彤，郭倩，丁永霞，等.基于 MaxEnt 模型预测未来气候变化情景下中国区域水稻潜在适生区的变化J.中国农业气象，2022，43（4）：262-275.42 张雪雪.气象因子驱动的水稻纹枯病发展动态预测模型研究D.杭州：杭州电子科技大学，2020.43 陈源源.气候变化对中国粮食生产的影响J.中国农学通报，2021，37（12）：51-57.44 章钧凯.气候因子对马尾松毛虫个体发育及怀卵量的影响作用研究D.杭州：浙江农林大学，2014.45 周曙东，周文魁，林光华，等.未来气候变化对我国粮食安全的影响J.南京农业大学学报（社会科学版），2013，13（1）：56-65.46 房世波，韩国军，张新时，等.气候变化对农业生产的影响及其适应J.气象科技进展，2011，1（2）：15-19.47 马应涛.探讨气候变化对农业气象灾害与病虫害的影响J.城市建设理论研究（电子版），2013（17）：1-4.48 杨晓光，刘志娟，陈阜.全球气候变暖对中国种植制度可能影响.气候变暖对中国种植制度北界和粮食产量可能影响的分析J.中国农业科学，2010，43（2）：329-336.49 刘爽.气候变化背景下我国耕地熟制的演变D.芜湖：安徽师范大学，2014.50 王守荣.气候变化对中国经济社会可持续发展的影响与应对M.北京：科学出版社，2011.51 李阔，许吟隆.适应气候变化的中国农业种植结构调整研究J.中国农业科技导报，2017，19（1）：8-17.（上接第 140 页）程的水汽条件对比J.干旱气象，2014（5）：788-797.10 刘新伟，段海霞，赵庆云.甘肃一次区域性大暴雨分析J.干旱区研究，2010，27（1）：128-134.11 李川，陈静，何光碧.青藏高原东侧陡峭地形对一次强降水天气过程的影响J.高原气象，2006，25（3）：442-450.12 郭大梅，许新田，刘勇，等.陕西中南部一次突发性大暴雨过程分析J.气象，2008，34（9）：40-46.13 梁生俊，马晓华.西北地区东部两次典型大暴雨个例对比分析J.气象，2012，38（7）：804-813.14 刘子臣，张健宏.黄土高原上两次低空东北急流大暴雨的诊断分析J.高原气象，1995，14（1）：107-113.15 王劲松，李耀辉，康凤琴，等.西北区东部一次暴雨的数值模拟试验J.高原气象，2002，21（3）：258-266.16 赵庆云，狄潇泓，张铁军.“819”甘肃区域暴雨的特征分析及数值模拟J.干旱气象，2005，23（4）：12-16.17 林纾，陆登荣，王毅荣，等.1960 年代以来西北地区暴雨气候变化特征J.自然灾害学报，2008，17（3）：16-21.18 王锡稳，陶建红，冯军，等.陇南“531”特大泥石流灾害成因分析J.气象，2004，30（10）：43-46.19 张洪芬，李祥科，焦美玲，等.甘肃庆阳 2018 年暴雨异常偏多特征分析J.气象与环境科学，2021，44（3）：61-68.146