暴雨氣候特征及主要影響

李春艷 賈宏元 牛宏宇 顧 寧 薛佩珍

（1.中國氣象局旱區特色農業氣象災害監測預警與風險管理重點實驗室，寧夏銀川 750011；2.寧夏氣象臺，寧夏銀川 750011；3.寧夏石嘴山市氣象局，寧夏石嘴山 753000）

暴雨的產生與大尺度環流背景有關，還與中尺度系統及地域特征有直接關系。寧夏深居西北內陸高原，為典型的大陸性半濕潤半干旱氣候。寧夏暴雨具有明顯的季節變化特點，主要發生在盛夏，暴雨的空間分布具有典型的西北地區暴雨空間分布特征，自東南向西北減少[1-2]。近年來，許多氣象工作者對寧夏暴雨進行了較為全面的分析研究，對寧夏暴雨的環流背景、影響系統及暴雨發生時的要素變化進行了總結，提出寧夏暴雨的主要影響系統是西風槽、切變、低渦和低空急流[3-9]。本文通過分析石嘴山市2009-2018 年自動氣象站、雷達、常規地面及高空觀測資料，總結石嘴山市近10 a 暴雨的時空分布及變化特征，篩選典型個例，分析暴雨多普勒雷達特征，歸納提出石嘴山市暴雨的主要影響，為石嘴山市日常暴雨預報業務提供參考依據。

1 2009-2018 年石嘴山市暴雨空間及時間分布特點

暴雨是指12 h 降水量≥30 mm 或24 h 雨量≥50 mm的降水。通過自動氣象站觀測資料分析，2009-2018 年石嘴山市全市范圍的暴雨共4 次，大武口區共出現暴雨5 次，惠農區共出現暴雨8 次，平羅縣共出現暴雨15 次（表1）。

表1 近10 a 石嘴山市自動觀測站暴雨統計

1.1 暴雨空間分布特點結合表1 可以發現，近10 a 石嘴山市暴雨基本上呈現南北多、中部少的分布趨勢，其中賀蘭山沿山出現暴雨的次數較多。

1.2 暴雨時間分布特點由表1 可知，近10 a 石嘴山市暴雨多數出現在“七下八上”主汛期，穩定維持在7 月初到8 月底。16 次降水過程中，7 月出現6 次區域性降水；8 月多為局地性暴雨，平羅縣出現的次數最多，共4 次。

2 環流形勢分析

暴雨的產生與大尺度環流息息相關，同時也和中尺度系統及地域特征有著直接聯系。從500 hPa 環流場看，當副熱帶高壓偏強且位置偏北時，環流場是典型的“東高西低型”，寧夏位于副熱帶高壓邊緣的西北側，水汽輸送來自印度洋和我國東海，冷空氣來自巴爾喀什湖和貝加爾湖，這是寧夏暴雨的典型環流形勢[10]。通過對石嘴山市全市16 次暴雨過程的環流形式進行統計分析、歸納總結發現，近10 a 石嘴山市暴雨主要由以下2 種環流形勢引起。

2.1 兩脊一槽型歐亞地區環流形勢是兩脊一槽型。巴爾喀什湖和貝加爾湖之間是一個槽區，東亞和烏山為高壓脊區，在烏山脊前不斷有冷空氣輸送；584 線穿過河套地區，在中緯度地區有兩個強盛高壓，兩高之間有一個低槽區。700 hPa上，在蘭州和青海有低渦或切變，通過副高西側的偏南急流或強風速帶向石嘴山市輸送孟加拉灣的水汽和不穩定能量，同時在地面圖上還有冷鋒東移。以上系統配合造成了暴雨天氣。

2.2 兩槽一脊型歐亞中高緯的環流形勢為兩槽一脊型。巴爾喀什湖附近槽的底部不斷有冷空氣分裂擴散并東移，在青藏高原南側形成低槽，而高緯度地區的冷空氣在阻塞高壓的阻擋下，冷空氣沿高脊的底部向河西進入，有利于中緯度低值系統的加深，同時副熱帶高壓邊緣的水汽通道不斷向北輸送水汽，從而造成了暴雨天氣。

3 多普勒雷達產品分析

本文主要進行2018 年7 月22 日暴雨過程的多普勒雷達產品分析。定義暴雨為24 h 降雨量≥50 mm 的降水；大雨為25 mm ≤24 h 降雨量＜50 mm 的降水；中雨為10 mm ≤24 h降雨量＜25 mm 的降水；小雨為24 h 降雨量＜10 mm 的降水。從表2 中可以看到，該過程達到暴雨級別的站點有13 個，達到大雨的站點有2 個，達到中雨的站點有2 個，為小雨的站點有1 個，降水大值區主要集中在賀蘭山沿山一帶。

表2 7 月22 日08：00—23 日08：00 降水量統計表

3.1 環流形式分析2018 年7 月22 日08：00，500 hPa 上，石嘴山位于高空槽前，槽線底部有冷空氣；副高位于華北地區，寧夏地區在副高的西北側暖濕氣流中；700 hPa 在青海、甘肅東部地區有一切變線，并且甘肅地區有一低壓系統，偏南氣流源源不斷輸送水汽。受臺風“安比”影響，副高西伸后東退，副高外圍水汽通道建立，到23 日08：00，副高基本入海；500 hPa 為典型的東高西低型；同時，在23 日08：00，200 hPa，石嘴山市位于高空急流的右側，為輻散區，700 hPa低渦切變線東移至寧夏西部地區，偏南氣流一直維持，提供了良好的水汽條件，內蒙地區為一低壓系統。以上系統的配合為此次過程提供了有利的環流形式。

3.2 雷達分析在銀川雷達掃描范圍內，2018 年7 月22 日14：56 左右，在平羅縣陶樂地區出現了點狀對流云團（圖1左上），云團在30 min 左右發展加強為中心強度為60 dBz的強對流云團（圖1 中上）。該強對流云團自東南向東北方向移動，回波主要影響陶樂地區，但有部分對流單體影響平羅縣和惠農部分地區。此后不斷有對流單體在陶樂生成加強且向東南方向移動（圖1 右上），18：31 左右，強回波移出陶樂地區。在17：51，在賀蘭山沿山石嘴山段附近和平羅西南地區出現點狀對流云團（圖1 左下），云團迅速發展加強為中心強度為65 dBz 的強對流云團?；夭ㄗ晕髂舷驏|北移動，回波面積在不斷增大，19：10 左右強回波基本移出石嘴山。20：18 左右（圖1 中下），受上游地區對流系統的影響，在沿山段出現了從上游地區移過來的回波，回波在沿山段發展加強，逐漸影響石嘴山全市地區，但強回波主要集中在沿山段（圖1 右下）。至7 月23 日6：34，回波移出石嘴山地區，雷暴單體在列車效應中受賀蘭山的阻擋作用，在沿山一帶停滯數小時，造成局地暴雨。

圖1 2018 年7 月22 日降水過程雷達回波圖

3.3 物理量分析此次降水時段主要有兩段，第一段集中在7 月22 日22：00—23 日07：00，第 二 段 集 中 在23 日15：00—23：00，本文主要分析第一段降水的物理量。

從相對濕度的垂直剖面面圖（圖2 左）可以看到，降水時段內低層到高層整層相對濕度條件都比較好，相對濕度在70%～100%，水汽條件充沛，有利于強降水發生。

從垂直速度的垂直剖面圖（圖2 右）可以看到，從低層到高層基本全部為上升氣流，上升速度在600 hPa 表現最為強烈，水汽向高層輸送，利于第二段降水的產生。

從散度的垂直剖面圖（圖3 左）可以看到，降水期間，低層明顯輻合，高層明顯輻散，有較強的上升運動，為降水提供了動力條件。兩段降水過程，有兩個明顯的輻合中心，分別在850 hPa 和500 hPa 左右，第二段降水的輻合中心高度明顯高于第一段降水過程。

假相當位溫場可以直接反映大氣的潛熱和顯熱等熱力結構，從假相當位溫的垂直剖面圖（圖3 右）看到，低層假相當位溫等值線密集區，有明顯的能量鋒區。

從22 日20：00—23 日08：00 850 hPa 和500 hPa 假相當位溫之差（圖4）來看，全市數值均大于零，大氣處于不穩定狀態，大值區恰好處于賀蘭山沿山，不穩定能量較強，對應賀蘭山沿山的降水量級較大，暴雨出現在22 日20：00—23 日06：00 能量的釋放階段。

圖2 石嘴山市2018 年7 月22 日02：00—24 日02：00 相對濕度（左）和垂直速度（右）時間垂直剖面圖

圖3 石嘴山市2018 年7 月22 日02：00 到24 日02：00 散度（左）和假相當位溫（右）垂直剖面圖

圖4 石嘴山市2018 年7 月22 日20：00（左）、23 日02：00（中）和08:00（右）850 hPa 和500 hPa 假相當位溫之差

4 結語

（1）近10 a 石嘴山市暴雨環流形式多為兩槽一脊型和兩脊一槽型。

（2）近10 a 石嘴山市暴雨呈南北多、中部少的分布趨勢，多數暴雨集中在賀蘭山沿山地區；時間分布多數出現在“七下八上”主汛期，穩定維持在7 月初到8 月底。

（3）2018 年7 月22 日的暴雨過程，雷暴單體在列車效應中受賀蘭山的阻擋作用，在沿山一帶停滯數小時，造成局地產生暴雨。

（4）暴雨發生發展的動力條件是上升運動。在暴雨的發展過程中，賀蘭山沿山上空到石嘴山地區較強的上升運動持續時間長，為7 月22 日沿山局地暴雨的發生發展提供了良好的動力條件。