远距离台风影响下的陕西大暴雨分析
远距离台风影响下的陕西大暴雨分析（S1）
李明1高维英2    杜继稳3侯建忠1
（1 陕西省气象台，西安，710014；2西安市气象局，西安，710016；3陕西省气象局，西安，710014）
摘要
本文应用常规地面观测资料和NCEP再分析资料，对陕西21世纪发生的三次有重要影响的台风远距离影响的大暴雨天气，从环流背景、动力、热力、水汽条件等方面综合分析。结果表明：三次过程中国大陆中东部存在高压系统，使西风槽或高原槽进入河套移动缓慢；台风主要作用是外围东风气流为河套输送大量水汽或阻挡孟加拉湾和南海的暖湿气流东进而使两股气流向北输送；热带或副热带系统和中高纬西风带系统相互作用形成的中β尺度辐合线是大暴雨的直接影响系统。大暴雨位于850hPa锋生中心或锋生轴线附近；高空急流轴的走向对大暴雨落区有重要作用；小股扩散冷空气在锋区上产生中β尺度“Ω”系统，在“Ω”系统能量比轴的暖湿气流端易激发中尺度对流云团。
关键词：陕西；大暴雨；远距离台风；湿位涡；Q矢量锋生函数
1 引言
台风是我国重要气象灾害，关于台风的研究一直受到重视。一些学者[1-5]发现当台风外围系统与西风槽形成“半热带系统”，既有热带系统丰富水汽，又有中纬系统的斜压性，往往发生暴雨突然增幅现象，因而由台风外围系统造成的降水强度要远比单纯西风带系统造成的降水强度大。张兴强[6]等认为远距离台风中尺度暴雨还与非纬向高空急流密切相关，暴雨发生时,200hPa一般为西南急流，暴雨区位于急流右后方，暴雨增幅时,200hPa 高空急流有增强转竖的趋势。目前把由台风外围系统和中纬度系统相互作用引起的远离台风的北段暴雨为远距离台风影响下暴雨。这类过程由于暴雨落区与台风距离较远，等压面图上直接产生暴雨的系统又不明显，而暴雨往往能突然发生，强度很大，范围也不小，这类强降水突发性强，预报难度非常大，非常难以预报出大暴雨天气。
陕西大部分为黄土高原，属干旱半干旱地区，降水较少，并有减少趋势[7-9]，由于深处
内陆，台风对该区域没有直接影响，多年来很少关注这方面的研究，近些年来该地区的一些学者做了一些分析[10-12]，但都是对某一次天气过程进行分析，认为低层台风外围的东风
气流为河套提供了丰沛的水汽，并没有对这些台风远距离影响下的大降水天气过程作综合对比分析。因此本文对21世纪前10年发生在陕西三次有重大影响的远距离台风影响下的突发性大暴雨天气过程，从天气学角度深入分析，探讨河套地区大暴雨发生发展的机理，总结出预报思路和着眼点，为该地区台风远距离影响下的暴雨、大暴雨天气预报提供技术支持。
2 天气过程和资料
2.1 天气过程概述
2002年6月8日（简称6.8大暴雨）。这次过程有两个大降水区，陕南秦巴山区区域性暴雨、大暴雨，陕北黄土高原区大范围的区域性暴雨（见图1a）。2002 年6月8～9 日陕西境内出
现大范围的暴雨天气，有33个县24 h 降水量达到暴雨或大暴雨，陕南有5个县24 h 降水量超过100 mm，位于关中的西安也降暴雨，长安24 h降水为90.5 mm、蓝田为84.2 mm。暴雨中心位于佛坪，测站24 h 降水为210 mm，局地461.6 mm(调查值)。这次暴雨洪水灾害造成400多人失踪死亡和超过20亿元经济损失。初夏在河套地区出1现如此强烈的暴雨灾害比较罕见。
基金项目：陕西省气象局重点项目“诱发陕西地质灾害暴雨预报研究（2008Z-2）”和创新基金项目“西安多普勒天气雷达盲区
强对流天气研究（2008M-16）”共同资助。
2004年6月29-30日（简称6.29大暴雨）。2004年06月29日下午至30日晚上, 西安地区出现降水天气，多站出现暴雨、大暴雨（见图1b ）。强降雨主要集中在西安南部的周至、户县、长安、蓝田一带, 其中周至县九峰乡降雨量为197.2 mm , 长安区降雨154 mm , 户县涝峪水文站降雨量达56 mm , 蓝田普
化降雨量48 mm , 西安城区最大降水量104 mm 。降水时段主要集中在29 日21: 00—30 日08: 00。强降雨造成城区21处路段积水, 最深达115 cm , 其中积水在30 cm 以上的积水点有13 处。这次过程造成3人死亡, 城区交通瘫痪, 是西安市一次罕见的特大暴雨过程。
2007年8月8日（简称8.8大暴雨）。2007年8月8—9 日，处于河套的陕西中南部出现突发性暴雨、大暴雨（见图1c ）。其中陕西共出现32站暴雨, 其中麟游、岐山、永寿、咸阳、泾阳、礼泉、兴平、乾县、高陵、佛坪10站出现大暴雨。降水时段主要在8日20 :00至9日17 :00(北京时，下同)。暴雨引发洪涝、滑坡、泥石流等自然灾害及人员伤亡，直接经济损失8.29 亿元。
2.2 资料
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本文采用1°×1°间隔6 h 的NCEP 再分析资料、地面观测资料、卫星云图资料分析陕西三次远距离台风影响下大暴雨过程的发生发展机理。
3 天气环流形势和影响系统分析
6.8大暴雨，8日20：00（图略），500hPa 欧亚大陆环流形势呈两槽两脊型，两脊分别位于中亚和华东到东北一带，两槽分别位于青藏高原东部、蒙古国和日本海，河套处于西风槽前西南气流当中。500、700hPa 从四川、重庆到河套中南部基本处于一致的西南气流当中，700hPa 风速在10-12 m/s 之间，接近急流，陇南到陕西西南部有中尺度低压环流，台风“浣熊”位于台湾东南部，地面上河套处于倒槽中，倒槽轴线呈西南-东北向，西北路和东路配合有冷空气，河套地区深厚的暖湿空气处于两路冷空气夹击当中，激发了不稳定能量释放。
6.29大暴雨，29日20：00（图略）500hPa 欧亚大陆环流形势呈两槽两脊型，两脊分别位于新疆和中国中东部，两槽分别位于青藏高原到蒙古国和日本海，河套处于东北-西南向的弱高压脊中，700hPa 从陕北东南部经关中中部到陕南西部有东北-西南向气旋性环流，台风“蒲公英”位于台湾东南部。地面上河套处于低压倒槽当中，倒槽轴线基本呈南北向。
8.8大暴雨，8日20：00（图略），500hPa 欧亚环流形势是西太平洋副高西伸北抬，588线位于陕西东南缘，东北冷涡稳定维持在东北，青藏高原北部到蒙古国为弱脊，中高纬度河套处于西风槽当中，台风“帕布”位于台湾南部，700hPa 关中西部和陕南西部处于气旋性环流当中。
三次大暴雨过程环流和影响系统均表现为：我国中东部存在稳定的高压系统，台湾东南海面上有台风维持，西风槽或高原槽由于中东部高压脊的阻挡，进入河套后稳定维持，中高纬度的西风带系统和低纬的台风外围系统相互作用，形成半热带系统，为大暴雨的产生提供了丰沛水汽和不稳定能量。
4  高空急流及其次级环流分析
6.8和6.29大暴雨高空急流非常类似，以6.8暴雨为例，在强降水发生时，200 hPa
重阳节老人寄语中国大
陆上空主要有三支高空急流（图2），急流呈西北-东南向，急流中心风速达60m/s，河
套以西到华北有一条西南-东北向的急流，急流中心风速在45 m/s，还有一支中心位于吉林的
极锋急流，中心风速60 m/s，西南急流和极锋急流形成的人字形急流带，经向度明显，同时西南急流快速向东北方向移动，并入极锋急流，河套中南部正好处于西南急流入口区的右侧，在整个河套都处于正散度场中，有两个辐散中心，陕南中南部中心值达6×10-5s-1，陕北西北部中心值为4×10-5 s-1，暴雨、大暴雨区正好处于这个位置，落区、强度和散度中心非常一致。沿大暴雨中心，即急流入口区108°E做纬度-高度剖面图，可以看出，强降水出现前（图3a）由急流引起的次级环流不是一个单一的
穿越急流轴的环流圈，而是在急流轴两侧30-50N之间有4个环流圈，在大暴雨中心有最强的上升运动，中心位于600 hPa，值为-0.9 Pa/s，在大暴雨中心环流圈以北上升和下沉运动交替出现，存在三个环流圈。9日02：00强降水出现时（图3b），大暴雨中心的上方环流圈的上升支运动明显增强，中心速度达-1.4 Pa/s，其他环流圈明显减弱，主要成为急流轴南侧上升，北侧下沉的单垂直环流圈。如何生成目录
横贯中国，中心位于新疆，风速达50 m/s，呈西北-东南向，纬向明显。徐海明等[13]从理论分析和实例计算表明，当高空急流呈西北-东南向倾斜时，在出口处的右侧出现较强的辐散场，大暴雨发在高空急流轴出口处右侧强辐散区的下方。图4表明，8.8大暴雨高空急流出
口区右侧陕西为辐散区，辐散中心位于关中西南部，值为4×10-5  S-1，此次过程的大暴雨
落区和辐散中心位置相当吻合。图5a为8日20： 00强降水出现前沿大暴雨中心（108°E）
经向垂直剖面图，在急流轴两侧30-50°N之间也有4个明显的环流圈，在大暴雨区环流圈
的上升运动最强，中心值为-0.5Pa/s，在500-600 hPa之间，9日02：00（图5b），降水强度增大后，暴雨中心环流圈的上升支-0.8 Pa/s，急流轴下方的其他环流圈基本消失，成为急流轴南侧上升，北侧下沉的单环流圈。
从三次大暴雨过程来看，高空急流轴的走向不同，对大暴雨落区有明显的影响，急流轴呈西南-东北向，暴雨、大暴雨区在急流入口区右侧；急流轴呈西北-东南向，暴雨、大暴
雨区在急流出口区右侧，暴雨落区走向和急流轴走向也一致。陕西出现大暴雨前高空急流轴下方有多个环流圈存在，大暴雨出现时，急流轴下方的次级垂直环流成为南侧上升、北侧下称的标准单圈环流。最聪明的狗
5 大暴雨雨团中尺度流场分析
大暴雨是在有利的大尺度的背景下的中小尺度系统造成的。6.8大暴雨过程在9日02：00，850hPa流场（图6a）上陕北西北部和陕南西部有两个明显的中尺度辐合带，辐合带由西北
路冷空气和从南海北上的暖湿气流形成，冷暖空气的交汇为大暴雨提供了水汽条件和触发机制，位于陕南西部的中尺度辐合带向东南移动，在陕南产生大暴雨，雨带呈西南-东北向，和中尺度辐合带一致，而位于陕北西北部的中尺度辐合带也造成该区域出现暴雨。6.29过
程（图6b），中尺度切变线上的涡旋与大降水雨团配合很好，台风“蒲公英”在我国南海，其西北侧外围的气流进入河套和南下的西北气流在黄河沿线、关中中部到陕南东南部形成近似东北-西南向中尺度切变线，在西安略偏北区域的切变线上有一个中β尺度涡旋，在该涡旋的西北方向有一个中β尺度的辐散系统存在，该系统向外流出的一支气流向西南流入中尺度涡旋，这种成对的中尺度系统在700hPa（图略）仍存在，说明在低层有一个中尺度垂直环流存在，在500hPa（图略）上正好呈反位相，河套中部已成为反气旋曲率，其西北方呈气旋性曲率，由此可以看出6.29过程，大气的非地转性很强。8.8大暴雨过程，8日20：00（图6c）台风“帕布”靠近广东沿海，其北侧和副高南侧形成狭窄的东风气流通道，深
入河套，这支东风气流和河套北部的反气旋环流南下气流支在关中中南部形成一条近于东西向的中尺
度辐合线，9日02：00（图略），中尺度辐合线略微南压，在关中中西部偏南地区的中尺度辐合线更为明显，700hPa上也基本表现为该形式。这三次过程的共同点就是热带系统台风和中高纬度西风带系统作用在河套形成中尺度对流系统（MCS），该系统是造
成大暴雨的直接影响系统。
6 水汽条件分析
三次过程虽然均有台风参与，但是台风的作用有所不同。从700hPa水汽通量流场（图7a）可以看出，6.8过程台风主要是对西南暖湿气流和来自南海的暖湿气流的阻挡和维持，使两支气流向北不断向河套输送水汽，陕西处于水汽通量大值区，850hPa（图略）也类似，因此6.8过程河套中低层都处于水汽通量大值区，湿层较厚。6.29过程700hPa（图略）河套无热带或副热带水汽通量向北流向河套，水汽通量值也很小，而在850hPa上主要从南海有水汽通量北上和台风北侧水汽通量进入河套，在陕西关中、陕北南部形成一个水汽通量大值区，6.29过程湿层较浅。8.8大暴雨过程水汽输送通道非常明显，
从850hPa的水汽通量流场来看，在台风北侧和副高南侧之间的东风气流将热带和副热带系统的大量水汽输送到河套，在整个河套形成水汽通量大值区，700hPa也是如此。从水汽条件来看，6.8和8.8大暴雨过程水汽丰沛，湿层较厚，但是6.8过程水汽主要是由西南暖湿气流和来自南海的暖湿气流输送，而8.8过程的水汽来自台风外围北侧和副高南侧的东风气流；而6.29过程，湿层较浅，主要是来自南海和台风北侧水汽。侠盗猎车罪恶都市秘籍
7 动力、热力分析
有研究表明高空急流加速有利于大气低层锋生[14-15]。6.8过程9日02：00-08：00和6.29过程30日02：00-08：00，在6小时内200hPa 高空西南急流有一个加速过程，中心值增加了10m/s 。8.8过程从8日20：00-9日02：00，在6小时内200hPa 急流增加了5m/s 。Q 矢量锋生函数是探讨高空锋区变化的物理量，因此下面从Q 矢量锋生函数的角度分析。
Q 矢量公式：
∂Φ∂−∇•∂∂−=p x v Q
g x ϖ        ∂Φ∂−∇•∂∂−=p y v Q g
y ϖQ 矢量锋生函数：θse
Q F ∇•=ϖ  Q 矢量锋生函数包含了动力和热力条件的天气诊断参数，能反映锋区加强或减弱，它与假相当位温梯度项、地转运动的水平切变项及南北汇合项有关。当F ＞ 0时，气团锋生，表示冷暖空气交汇，水汽条件有利，层结不稳定，有上升运动，具备产生暴雨的必要条件，当F ＜ 0，气团锋消。
质量管理标语从850hPa 层Q 矢量锋生函数来看，6.8过程在降水开始时（图8a ），陕南西部逐渐出现锋生，中心值不是很大，9日02：00（图8b ），陕西西南部的锋生迅速增强，表明高空冷暖空气交汇，锋区加强，锋生中心值达40×10-16 K ·hPa  - 1·S – 3，位于佛坪一带，佛坪正是此次大暴雨降水过程的中心，锋生函数的西南-东北向的轴线和大暴雨落区基本一致。6.29过程，29日20：00（图8c ），有三个锋生中心，一个位于四川中北部，一个位于陕西西南部，另一个位于山西北部，与三个降水中心区接近。其中位于陕西西南部的锋生中心值30×10-16K ·hPa  - 1·S – 3，位于锋生中心的凤县6 h 降水达58 mm ， 30日02：00（图8d ），锋生继续向东北发展，中心值达80×10-16 K ·hPa  - 1 ·S – 3，西安位于锋生轴线东端略偏北地方，西安地区降水强度迅速增大，6 h 降水量达75 mm 。8.8大暴雨过程，在8日20：00（图8e ），在关中西部出现正锋生，强降水开始，9日02：00（图8f ），关中、陕
南中西部正锋生进一步增大，中心值为10×10-16 K ·hPa  - 1 ·S – 3，与强降水落区基本一致，6 h 内高陵降水达116.6mm ，岐山101.2 mm ，咸阳98.9 mm ，麟游80.4 mm ，泾河72.8 mm ，扶风64.8 mm ，凤县55.5mm 等多站暴雨、大暴雨天气。之后该正锋生中心开始减弱，降水强度也随之减弱，8.8过程的正锋生中心值比6.8和6.29过程要小许多，从地面温度来看，8.8暴雨过程陕西日平均降温只有2℃，而6.8和6.29过程降温分别达3.7和3.8℃，说明8.8过程的冷空气较弱，但是8.8过程暴雨大暴雨区700hPa 和850hPa 的总温度之和在145℃以上，中心近160℃，而850hPa
与

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