青海东部一次强对流天气过程分析研究

张广伟 张铖玉

摘要：利用常规高空、地面、卫星、雷达以及各物理量场和数值模式资料，对2019年7月28日出现在青海东部以暴雨、大风为主的强对流天气过程进行了诊断分析，结果表明：亚欧地区中高纬度为处于两槽一脊型环流形势，西伯利亚大槽分裂的短波槽位于青藏高原地区，青藏高原位于副热带高压西北部边缘，副热带高压打开西南地区水汽输送通道；温度槽落后于高度槽，有利于系统加深发展。高层南亚高压配合低层暖空气，有利于强对流天气发生；湿空气配合系统过境造成本次强对流的必要条件。

关键词：青海东部、强对流、暴雨、大风、形势背景

引言

强对流天气是大气对流活动强烈发展而产生的灾害性天气，包括短时强降水、雷雨大风、龙卷风和冰雹等灾害性天气。因其空间尺度小、生命史短、突发性强、破坏力大，一直是天气预报中的难点，除了应用天气图分析天气形势外，通常还要结合分析雷达、卫星探测等方法，再配合中尺度天气分析进行强对流天气预报。青海东部是重要的农业和经济区，农业资源优越，光照充足、灌溉水源便利、谷地的冲积土相对高处较肥沃，由于地处山谷，强对流天气过程极易造成经济损失和人员伤亡。由于时空尺度小和突发性小，其预报和预警工作一直是天气业务中的难点，国内外相关人员对强对流天气的预报进行大量研究，并取得较多成果，但高原地区关系强对流天气过程的研究较少。

程鹏等^[1]结合自动气象站、多普勒天气雷达和探空资料，针对高原地区短时强降水的物理量参数和雷达特征量进行统计和诊断；何卓玛等^[2]利用采用中尺度天气图分析技术，分析了有利于短时强降水系统发生发展的环境场条件、物理量条件以及短历时强降水形成机理，探讨强对流天气中的短时强降水预报的 些着眼点。许丽丽等^[3]基于探空图，使用探空资料计算强对流天气发生时的能量指标及不稳定指标，进一步分析找到适应强对流天气预报指标阈值。

针对2019年7月28日发生的大风、暴雨天气过程，本文利用天气环流背景、地面形势、探空曲线、应用中尺度分析结合各物理量场资料分析强对流天气出现成因，并利用卫星和雷达资料分析此次过程的发展特点和触发机制，探讨强降水和大风天气过程的特征，分析此类天气过程对于高原地区强对流天气预报预警有一定的参考价值，也有利于提高高原地区灾害性天气研究能力。

1、过程概述

2019年7月28日全省实况青海东部地区出现大范围降水，其中在环湖地区和青海东部出现强降水，从28日16时开始，互助、民和、循化均出现短时强降水，其中小时最大降水量出现在民和，达到29.1mm/h，21时开始降水减弱；贵德、河南出现大风天气，最大风速出现在贵德，达到20m/s，大风强度强。

2、环流形势

从2019年7月28日08时500hPa高空场(图1)分析得出，亚欧地区中高纬度为处于两槽一脊型环流形势，中国大陆受槽区影响；西伯利亚大槽分裂的短波槽位于青藏高原地区，冷空气已进入青海，青藏高原位于副热带高压西北部边缘，副热带高压打开西南地区水汽输送通道；温度槽落后于高度槽，有利于系统加深发展，槽后冷空气不断输入，并且风速垂直切变较强，促使低层暖湿气流的能量释放，使低层气流抬升，有利于引起对流性天气。28日20时，副热带高压东移南压，系统使西南暖湿气流加强输入至青藏高原，在青藏高原有暖中心，热力作用促使系统抬升加强。

图1 500hPa温压场：19年7月28日08时（左）19年7月28日20时（右）

3、不稳定条件分析

3.1层结条件

7月28日08时，西宁站的探空资料显示，西宁地区的大气层结条件比较有利于强对流天气发生：第一具有较为深厚的湿层，近饱和层从地面伸到500hPa以上，系统整层水汽条件优越；第二西宁站及周围地区处于高能区，对流有效位能（CAPE）高达889.7J/kg，沙氏指数2.09℃，K指数>32℃；第三西宁站上空的风向自下而上顺转，从西南风转为西北风，表明有强的暖平流输送，垂直风切变较大，低层有逆温层，对大风天气有较好的指示。

7月28日17时，从海平面气压场资料中分析得出青海东南部有热低压中心，对于该地区提供了一定的热力条件，低层的潜热释放有利于产生整层大气湍流运动，加强整层大气不稳定；分析假相当位温场，能量舌由青海东部进入青藏高原，且能量舌位置靠近峡谷地区，沿着地形影响我省，有利于形成山谷风，对于强对流天气发生的落区有很好的指示意义。

从7月28日100hPa高度场（图2）资料分析出青海南部高空有南亚高压存在，在夏季南亚高压使得青藏高原成为一个潮湿不稳定中心，有高空辐散抽吸作用，高空强辐散加强了地面系统辐合抬升，使得整层系统湍流运动加强，是对流性不稳定产生的重要条件。

图2 2019年7月28日08时100hPa温压场迭加风场

3.2水汽条件

水汽条件是强对流天气特别是短时强降水天气发生的重要条件。从7月28日08时700hPa比湿场看到，青海东南部比湿达到10g/kg，海东南部达到12g/kg，位于比湿大值区中，水汽条件优越。28日08时300hPa西宁温度露点差为6℃，且在西宁东部与甘肃中部有温度露点差小值区，整层水汽饱和，因此在过程发生前青海东部天气系统整层水汽条件较好，对于短时强降水的产生提供了优秀的水汽条件；20时300hPa温度露点差中心在青海北部和甘肃中部，对降水落区有较好的指示。

分析700hPa高度场（图3），7月28日在印度半岛形成了低值中心，此系统引导孟加拉湾暖湿气流沿着气旋边缘向北输送至青藏高原西部，东部副热带高压引导太平洋暖湿气流北上，进入青海东部，整个高原大部地区有比较好的比湿和水汽供应条件，7月28日08时，500hPa青藏高原大部处于高湿区，有利于形成青藏高原低层的暖湿条件。

图3 2019年7月28日08时700hPa比湿大值区（左）与700hPa水汽通量散度场（右）

3.3抬升作用

结合高空形势分析，蒙古气旋发展强盛，使得我国北部持续不断的产生小波动，两槽一脊的环流形势使得北方持续产生小波动，而副热带高压和印度低压使得弱小波动南下受阻，温度槽落后于高度槽，有利于系统加深发展，在青海东南部中高层干冷空气与低层暖湿空气交汇，易形成锋面抬升作用，促进对流性天气产生。由于分别受到湖陆风与河谷风影响，较大降水区域出现在青海环湖地区及青海东部黄河流域附近，贵德、河南地区主要受地形抬升的影响，山谷风显著，造成两站出现瞬时大风。

4、卫星云图

2019年7月28日15时，从卫星红外云图资料分析，在青海湖北部及海北地区有弱的对流云发展，且海东南部有云顶亮温较低的小范围对流云产生，海南、果洛地区对流云发展旺盛；16时海南地区对流云发展旺盛并东移，此时对流云系影响地区已经出现降水，17时青海东南部两块对流云系合并，亮温中心位于亮温中心在黄南北部102°E附近，云顶亮温低，对流云系发展高度高，18时形成大范围的对流云团，海东中北部位于对流云团北部边界轮廓明显、边界清晰的云系下方，满足产生短时强降水的条件，对应了18时民和产生最大小时降水，19时和20时，对流云团移动缓慢，有利于产生持续性的强降水天气。

5、雷达分析

西宁站多普勒雷达多时段多仰角组合反射率因子产品显示，2019年7月28日15：46BT在青海海东上空有小范围的对流云产生，最大回波强度在30～35dBz，随后继续发展东移，16：22BT，在组和反射率图中分析出互助、民和北部对流云系回波增强，最大回波强度达到45～50dBz，在对流云系东移南压并发展的过程中，对流云系范围不断扩大；17：03BT，民和地区西部回波强度增强，最大回波强度达到50dBz，对流云系南压至循化、民和地区，最大回波强度开始减弱，由于山地阻挡，循化地区雷达监测受限。

分析17时51分至18时03时的基本速度产品，贵德北部地区在正速度极值区中出现负速度的极大值，极大值达到-27m/s，是典型的速度模糊现象，表征此时贵德北部附近出现极大风速；河南地区受地形阻挡和距离较西宁雷达较远影响，不易观测数据。

结论

通过分析7月28日青海东部的短时强降水过程，其形成机制主要是西伯利亚大槽分裂的短波槽带来冷空气伴随副热带高压，使得西南水汽输送条件优秀，槽后冷空气不断输入，风速垂直切变较强，促使低层暖湿气流的能量释放，其他参数对于对流天气也有指示意义，可得出以下结论：

1. 500hPa西伯利亚大槽分裂的短波槽带来冷空气伴随副热带高压的影响，提供了此次短时强降水天气足够的抬升条件。

2. 优秀的层结条件，前期能量和热量的堆积，充足的水汽和水汽通道，青海南部高空的南亚高压具有辐散抽吸作用，及地形因素是造成强对流天气的必要条件。

3. 从红外云图的云顶亮温区和边界明显的云带边缘对强降水的落区有很好的指示意义。

4. 多普勒雷达的组合反射率对强降水区域有一定的指示意义，基本速度产品对雷暴大风出现的时间和落区有较好的表征。

参考文献

[1]程鹏,罗汉,陈佩璇,曹彦超,李宝梓,陈祺.庆阳黄土高原短时强降水统计特征及预警指标[J].干旱气象,2020,38(02):319-328+352.

[2]何卓玛,索琳,马秀梅,王志远,雷生国,王小丽.海东市短时强降水天气过程的中尺度分析[J].青海气象,2016(01):53-57.

[3]许丽丽,杨令,蒋帅.基于探空图作岳阳强对流天气预报指标的分析[J].中低纬山地气象,2020,44(02):86-90.