某市暴雨天气分析及相关气象服务.docx
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某市暴雨天气分析及相关气象服务
某市暴雨天气分析及相关气象服务
某市地处内陆深处的内蒙古高原,暴雨较为少见。
2012年6月25日-6月28日，内蒙古某市发生暴雨，局部地区出现大到特大暴雨，此次暴雨在某市百年不
遇。
本文说明了某市暴雨的降水实况，造成的灾害，从副高西伸阶段、副高维持阶段、副高东退阶段三个方面进行了分析，包括环流形势、云图、雷达回波、云
底高度等，得出结论：
受贝加尔湖冷涡影响，副高西伸北抬，河套东高西低形势
建立，为暴雨产生提供了水汽输送条件和长时间维持条件。
副高西伸和维持阶段，
河套不断有切变辐合系统生成，并有中尺度对流云团发展。
副高东退阶段，冷涡
后部横槽转竖，槽后冷空气下沉，使锋前暖湿气团抬升，形成大范围锋面强降水。
本文还通过对这次典型暴雨的分析作出相应的公共气象服务。
第一章绪论
在中国气象上规定，24小时的降水量为50毫米或以上的强降雨称之为
“暴雨”。
一般是指降雨量每小时在16毫米以上，或降雨量连续12小时在
30毫米以上，或降雨量连续24小时在50毫米以上的降水。
其降水的强度大
小可以分为三个等级：
24小时的降水量为50～99.9mm称之为“暴雨”；100～
250mm以下称之为“大暴雨”；250mm以上称之为“特大暴雨”。
由于各地区降水和地形特点的不同，所以各地暴雨洪涝的标准也有所不
同。
特大暴雨是一种灾害性极端天气，往往造成洪涝灾害和严重的水土流失，
从而导致堤防溃决和农作物被淹等重大的经济损失和社会影响。
特别是对于
一些地势相对低洼、地形闭塞的地区，雨水不能迅速宣泄造成农田积水和土
壤水分过度饱和，会造成更多影响严重的地质灾害。
世界上最大的暴雨出现在南印度洋上的留尼汪岛，24小时的降水量为
1870毫米。
中国最大的暴雨出现在台湾省新寮，24小时的降水量为1672毫
米，两次暴雨均是热带气旋活动所引起的。
暴雨对人民的生活及生产活动影响很大，所以对一次典型的暴雨过程分
析对以后针对暴雨的预报及研究都有很大的作用及意义。
1.1研究目的及意义
1
中国是一个多暴雨国家，几乎在各省、市、区均有出现。
暴雨主要集中
在夏半年。
暴雨日数地域分布特征明显是南方多，北方少；沿海地区多，内
陆地区少；迎风坡侧多，背风坡侧少。
华南沿海以及江淮流域一些地区平均
每年10天以上，而西北地区平均每年都不到1天。
近几年来国内对暴雨的
关注都愈发强烈，除了对沿海地区的关注外，对西北等内陆地区的暴雨研究
也逐渐增加。
就拿内蒙古某市来说夏季的气候特征降水少、温差大，日照足、
蒸发强，整个夏季来看，雨量≥10毫米的降水累积日数，全市仅为2.2～4.6
天。
这样的气候特征对于暴雨的形成来说有利因素较少，所以某市暴雨也比
较罕见。
2012年6月25日-6月28日某市全市普遍降大到暴雨，局部地区甚至出
现大暴雨、特大暴雨、冰雹等强对流天气，实属百年不遇，是某市从
1954
年有记录以来范围最广、降雨量最大的一次降水天气过程。
持续的暴雨造成
的影响也是相当大的，形成了严重的洪涝灾害，河套地区农作物大面积受损、绝收，农业基础设施的损毁严重，沿山沟口多处爆发山洪，冲断公路，一部分水库溢洪，农田土地积水严重，部分农村房屋倒塌，市区出现内涝，交通出行受到严重影响，造成较大的社会影响。
通过研究此次典型暴雨的形成，过程等，总结出这次暴雨是受贝加尔湖冷涡的影响，结合对应的大气环流形势，各个气象要素之间的相关性，采用天气学方法对暴雨过程进行研究，进一步的阐明了某市暴雨的成因及其特征。
其主要目的在于：
一是通过对这次典型暴雨过程的分析，了解在某市发生暴雨的原因及形成机制。
二是通过分析这次暴雨过程，为日后再次出现相似天气提高预报准确率。
三是通过对这次典型暴雨过程分析，做出相应的公共气象服务内容，实现暴雨预防和减少暴雨带来的灾害损失等。
1.2研究领域概况
目前国内文章分析北方的暴雨过程分析文章多为一次典型暴雨过程的分
析，例如杨翠芝在对内蒙古包头地区2008年7月30日-31日大到暴雨天气过
程的分析是基于常规的天气资料和卫星云图，利用天气学的原理及方法，分析
了包头地区大到暴雨的降水特征，总结了一些具有物理意义的降水预报指标，
可以为以后的降水预报提供可靠的依据，而产生原因是因台风凤凰的登陆，然
后导致副热带高压西伸北抬，沿副热带高压的外围东南风加强，从而使充沛的
水汽输送到河套地区，导致包头2008年7月30日-31日普降大到暴雨，局部
暴雨。
严华等人在对内蒙古科左后旗2010年5月5日-5月6日出现的大到暴
2
雨天气过程进行了分析，利用高空形势，T213数值预报产品、物理量场分析，此次暴雨过程主要是高空低涡和地面河套倒槽相结合所产生的，河套倒槽在此次降水过程中起到了关键性的作用，是主要的影响系统。
金淼等人在对内蒙古
阿荣旗地区春季一次强降水的天气分析，同样利用大气环流形势包括高空形势、
地面形势，以及数值预报、卫星云图、物理量的分析等，
2010年5月18日-5
月19日的强降水主要高低空影响系统是是高空低涡和蒙古气旋，西南的暖湿气流建立和输送为此次降水提供了较好的水汽条件。
乌文奇等人通过利用高空形
势、地面形势的实时资料和卫星云图，对内蒙古通辽地区
2012年7月20日-7
月23日暴雨过程进行分析，结果表明此次暴雨的环流背景是高空受低涡的控制、地面受气旋的影响，低层的正涡度值较大，有利于暴雨对流天气发生和发展。
根据近几年对内蒙古地区暴雨文章的分析得出结论，分析一次暴雨过程是从形成机制和原因等方面进行的，多采用天气学原理及方法进行分析，主要分析的暴雨过程的特征，但是对于暴雨发生时和发生后的公共气象服务方面研究较少，尤其是针对典型的暴雨天气过程。
1．3本文研究内容
本文通过对2012年6月25日至6月28日暴雨的大气环流形势，高空形势
（500hpa、700hpa、850hpa）地面形势、以及各个天气要素、物理量、云图、雷达回波等的分析，较为完整的分析了此次暴雨天气过程，并且针对这次暴雨过程做了相应的公共气象服务。
第一章介绍了研究目的和意义和内容以及研究概况和缺陷。
第二章介绍了内蒙古某市的主要地形概况、气候概况以及降水特点。
第三章从大气环流形势、气象要素及物理量分析暴雨过程形成原因及机制。
第四章针对此次暴雨过程做出相对应较为完整的公共气象服务。
第二章某市自然环境背景
2.1地理位置
某市地区地处内陆深处的内蒙古高原，位于东经105°12’-109°53’,北纬
40°13’-42°28’之间，东临包头市，南接鄂尔多斯，西枕阿拉善盟，北靠蒙古共
和国南戈壁省，西南依黄河与乌海市相望。
全市东西长378公里，南北宽238公
3
里，面积6.6万平方公里。
（见图1.1）
图2.1某市地理位置
2.2地形特征
某市地区属于内蒙古高原的一部分，由于地质的运动，阴山及其北部隆起，阴山的前部断陷，形成比较明显的三种地貌：
北部高平原、中部山地丘陵和南部
平原。
阴山有较大的沟谷68条，北部冷空气途经这些沟谷极易形成“狭管风”，与南来暖湿气流交汇非容易形成强对流天气，产生冰雹和距地山洪。
2.3气候概况
某市地区地处中纬度地区，位于大陆深处，远离海洋，地势高漫，是中温带大陆性气候与季风气候的交界区。
这里冬寒夏炎，四季分明，降水少、温差大，
日照足、蒸发强，春秋短促、冬季漫长，无霜期短、风沙天多，雨热同季、灾害频繁。
2.3.1降水特征
空间分布：
全市年降水量分布基本为自西北向东南递增。
由西北部不到80
毫米，增加到东南部260毫米，相差近180毫米。
由于阴山南坡较陡，同时为东
亚季风的上游，夏季由东南季风带来的暖湿空气，受阴山的阻挡和抬升，使降水
量增加，而山后的西北地区受东亚季风影响微弱，降水量明显减少；同时地表植
被总体分布亦为山前好于山后，东部好于西部，尤其乌后旗的西部，沙漠交错、
砾石纵横，植被稀疏，恶劣的生态环境又影响降水的增加。
巴彦淖尔地区境内的
多雨中心在东南部的乌拉山两侧，这主要因为该地区植被覆盖率高，加之山体对
4
夏季东南来的海上暖湿气流的阻挡抬升作用，使雨量明显增加，达到近300毫米（见图2.2）。
图2.2某市年降水量分布图
时间分布：
年际分布—巴彦淖尔地区降水量年际变率较大，总趋势略增
（见图2.3）。
mm
年降水量历史演变曲线
降水量历史演变趋势
降水演变趋势拟合分析
270.0
250.0
230.0
210.0
190.0
170.0
150.0
130.0
110.0
90.0
70.0
1954
1958
1962
1966
1970
1974
1978
1982
1986
1990
1994
1998
2002
2006
2010年
图2.3某市年降水量历史演变趋势分析
月际分布—某市各站年降水量在127～233mm之间，从各站月平均降水量看，
一年中近70%的降水集中在
6～8月，雨热同季，但变率大，保证率低（见表2.1）。
表2.1
某市各月平均降水量（单位：
0.1mm）
月份
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
全年
磴口
0.5
1.0
3.4
5.3
14.4
24.8
25.8
38.5
21.5
5.9
1.4
0.8
143.3
临河
0.8
1.2
3.1
3.8
14.2
19.3
29.8
45.3
22.4
6.6
1.6
0.9
148.9
5
杭后
0.6
1.5
2.8
3.7
11.1
20.5
30.9
33.5
23.7
6.2
1.3
0.9
136.7
五原
1.3
2.5
4.3
4.2
13.3
21.1
40.4
46.0
25.8
8.9
1.8
0.8
170.4
乌前旗
1.1
2.4
5.6
5.5
18.1
23.5
58.0
57.9
30.6
10.8
1.7
1.1
216.3
大佘太
1.7
2.2
5.4
6.9
20.3
29.7
58.5
59.9
31.2
12.4
2.2
1.7
232.1
乌中旗
1.6
1.8
4.1
3.7
14.8
25.9
52.1
55.8
27.4
7.9
2.0
1.5
198.6
乌后旗
1.1
1.2
2.1
2.9
12.5
18.2
35.8
29.3
15.9
5.1
1.7
1.0
126.8
海力素
1.2
1.2
3.0
4.6
12.4
20.3
33.6
32.4
15.4
4.8
2.5
2.1
133.5
平均
1.1
1.7
3.8
4.5
14.6
22.6
40.5
44.3
23.8
7.6
1.8
1.2
167.4
各级降水量日数—从1981～2010年各级降水日数饼图1.6看出，降水量级R≥0.1mm平均日数44天，占75%，R≥5mm、R≥10mm、R≥25mm、R≥50mm、R≥100mm诸多量级平均日数总和只占25%（见图2.4）。
图2.4某市各级降水日数饼图
2.3.2某市水资源特点
河套地区的天然降水远不能满足作物生长需要，主要依靠黄河水灌溉进行农
业生产，河套灌区是一首制灌区，一个轮水周期为20天左右，遇到干旱年份，
在作物需水关键期，水份的供需矛盾突出。
在北部高平原没有灌溉条件的地区，
天然降水较少，地下水匮乏，农牧业生产受到严重制约，自然景观荒凉。
就全市
降水特点来看，某市十年九旱，旱涝不均干旱是制约农林牧业经济发展的重要因
素。
暴雨虽然少见，但暴雨给经济发展带来的危害也是非常大的,必须加强暴雨
预报的研究。
第三章暴雨天气过程
3.1降水实况
某市在2012年6月25日晚至28日三天，全市普遍降大到暴雨，局部地区出现大暴雨，特大暴雨，并且伴有大风、雷雨、冰雹等强对流天气，是某市一次
6
百年不遇的暴风雨。
降水持续超过60小时，104个测站全部测到降水，其中37个测站降水量超过24mm，4个站超过50mm，全市的平均降水量打到117.4mm。
这
次降水过程时间长、强度大、范围大，是某市从1954年有记录以来范围最广、
降雨量最大的一次降水天气过程。
本次降水天气分为25日夜间（副高西伸）、26日夜间（副高维持）和27日
白天到夜间（副高东退）三个阶段（见图3.1）。
图3.12012年6月25-28日自动站过程降水量≥140mm柱状图
3.2造成的灾害
强降水引发沿山沟口大面积山洪爆发，部分水库溢洪，城市内涝，交通阻塞，
房屋倒塌，农田积水，农作物倒伏。
全市
7个旗县区有72.61万人受灾，农作物
6
2
6
2
直接经济损失
66.04亿元，其中农业
受灾面积4.86╳10hm,绝收1.35
╳10hm,
损失51.47亿元[2]。
面对如此严重的气象灾害，作为将要走上气象工作工作岗位的年轻学子，认真分析家乡罕见大暴雨发生、发展成因和物理机制，对今后业务能力的提高具有重要意义。
7
图3.2某市2012年6月25日08时—26日08时降水量分布图
3.3天气分析
3．3.1副高西伸阶段
环流形势分析：
2012年6月24日08时天气图上，500hPa亚洲中高纬为两脊一槽型环流背
景[3]，两个长波脊分别位于巴尔喀什湖北部和鄂霍次克海西部，位于贝加尔湖（以
下简称“贝湖”）的冷槽发展加深为贝湖冷涡。
25日08时，贝湖冷涡加强南压，
冷涡的西南部和东南部分别有切变线向外延伸。
20时鄂霍茨克海有阻塞高压闭
合环流形成并西伸北抬，外围576dagpm线随之西伸北抬，迫使贝湖冷涡随之北
抬。
同时，巴彦毛道西侧有短波槽东移，槽前西南风风速14m.s-1，槽后有冷平
流配合（见图2.3）。
700hPa副高外围308dagpm线西脊点西伸至太行山东部。
四川西部高原暖低涡建立，暖低涡东侧有≥6m.s-1偏南风向阿拉善盟南部输送水汽，T-Td≤5℃湿舌北伸至陕西延安与甘肃南部一线（37°N），河套有人字形切变形成，并有12℃线暖舌自某市西南方伸进。
850hPa副高外围144dagpm线西脊点西
伸至太原南部，河套西部至青海北部受暖低压控制，暖中心强度达到28℃。
黄海至河套、东海至河套分别有两支≥4m.s-1东南风水汽输送通道建立，T-Td≤5℃湿舌西伸至山西太原（113°E）。
在河套西南部和东北部分别有暖切变和冷切变生成,并被24℃线暖舌包围。
临河和中旗500hPa与850hPa温差分别为-35℃和
-37℃，假相当位温差Qse500-Qse850=-7℃，超过当地副高西伸阶段的热力不稳定
8
500850
指标（T500-T850≤-32℃）和对流不稳定指标（△Qse=Qse-Qse≤-5），具备了很好的强对流潜势条件。
500hPa短波槽东移，与700hPa人字形切变、850hPa暖切变、地面河套气旋顶部暖锋切变垂直相遇时形成的强抬升，是激发副高西伸阶段不稳定能量释放，强对流爆发的触发机制[16]（见图3.3、3.4）。
物理量场分析：
r
2
q
q
kq
q
根据比湿的局地变化方程式：
V?
q
C
t
z
z2
ur
2
稳定度的局地变化方程式：
（
se）
（
V
hse）
p
se
se
t
p
p
p
p2
可以看出，比湿和稳定度的局地变化主要取决于平流变化和垂直输送
[5]。
在25
日20时500hPa河套地区都有来自阿拉善盟北部≥
12m﹒s-1的偏西风，对应比湿
≤3g.kg-1；700hPa有来自北部湾≥6m﹒s-1的偏南风，比湿≥6g.kg-1；850hPa有
来自东海≥4m﹒s-1的东南风，比湿≥8g.kg-1，中低层水汽输送通路畅通，狼山以
北为东北风，协同狼山山脉地形，阻挡作用明显。
在25日20时850hPa比湿场
和假相当位温场上，山西北部13g.kg-1大湿中心和陕西北部70℃高能中心外围均
有8g.kg-1等比湿舌（见图3.5a）和64℃高能舌（见图3.5b）向狼山南麓伸展，比湿与当地暴雨指标（8g.kg-1）等同，假相当位温超过当地暴雨指标（60℃），
且梯度较大，平流强盛，而500hPa以上有干平流和低能槽。
水汽通量散度时间剖面图上，25日20时至27日20时850hPa有≤-6g.hPa-1.cm-2.s-1水汽辐合区，
低层水汽辐合强。
从T639垂直速度时间剖面图看出，25日20时至27日20时均处在-38×10-3hPa.s-1上升区（见图3.6），上升运动强烈。
比湿场和假相当位温场上某市处于梯度大值区，平流较强,500hPa与850hPa之间的湿度和能量差动平流大，局地增湿增能显著，加之垂直速度场上河套处于持续上升区（见图
3.6），高湿高能垂直输送强烈，对流不稳定层结迅速增厚，有利于不稳定能量垂
直积累。
当25日夜间500hPa短波槽东移，与700hPa人字形切变、850hPa暖切
变、地面河套气旋顶部暖锋切变垂直相遇形成强抬升时，激发了副高西伸阶段不
稳定能量释放，触发了强对流爆发。
9
图3.36月25日08时500hPa实况分析
图3.46月25日08时500、700、850hPa实况综合分析
图3.56月25日20时850hPa比湿场（a）和Qse场（b）
10
图3.66月24日20时-28日20时T639垂直速度场时间剖面图
云图分析：
25日21时45分，阿拉善盟上空呈东北-西南向分布的高空槽云系前方有对
流单体首先在乌后旗西部生成之后，在东移过程中遇中低层副高外围阻挡，不断发展增强，东移缓慢。
26日3～5时对流云团覆盖全市，结构密实强盛，这一特
征反映了环境气流的变化和大气的热力不稳定程度[6]，说明500hPa短波槽东移，与中低层辐合系统已处于垂直叠置阶段,上升运动强烈。
从自动监测站的实时降水资料看出，受强对流云团持续影响，乌后旗沿山至乌前旗西南部形成了暴雨带。
雷达回波分析：
基本反射率因子分析：
25日20时，零散回波在乌后旗西部出现。
由于有天气系统配合和地形作用，
回波在越过狼山进入套区后发展加强，范围不断扩大。
在1.5°仰角上，22时
49分回波呈片状，强中心达到58dBZ，并与多个零散回波合并，回波梯度较大，
在移动过程中右前侧不断有新生回波生成（见图3.7a）。
强降水回波持续近5个
小时，某市杭锦后旗一小时降水量达到36.8mm，强降水造成乌后旗沿山山洪爆
发。
基本经向速度和垂直风廓线分析：
在1.5°仰角速度图上，25日20时开始，在乌后旗西部有零散的正速度区，风速在5m.s-1以下。
22时12分，在阴山北部乌后旗境内正速度区中出现了负速
度区，即有逆风区存在，预示回波将进一步增强。
随后该回波在移动过程中负速
度区不断增生连成带状，零速度线十分清晰，正负速度值最大时达到了10m.s-1
11
和-15m.s-1，说明该回波区辐合非常明显，PUP显示有多个中气旋存在（见图3.7b）。
自动雨量站监测到的雨量与速度图对应，强降水出现在正负速度区交汇处。
垂直风廓线（VWP）代表雷达站附近50km范围内风场的垂直分布情况。
从风廓线图可以看到，25日21时，临河雷达站附近1.5～1.8km高度内为东南风，5～6km为西南风，说明该时段内已经有水汽输送到某市境内。
23时27分雷达站5km
以下为南或东南风，风速为
-1
，5km以上为西南风，风速大于
-1
，
8～10m.s
10m.s
最大风速达到25.7m.s-1，说明水汽输送通道已建立。
从26日凌晨，高空风垂直
切变风向呈顺时针旋转，对应的风速切变不明显（见图3.7f），强降水时段出现
在26日4～5时。
随后3km以上均为6～18m.s-1西南风，3km以下为４～12m.s-1
的东南风。
直到13时降水回波减弱，副高西伸阶段强降水停止。
云顶高度和垂直累积液态水含量分析：
从回波顶高产品来看，25日夜间乌后旗沿山一带强回波中心≥45dBZ的高度
达到9km，0℃层高度4.5km，垂直累积液态水含量多在35kg.m-2（见图3.7c），
符合强降水指标。
图3.72012年6月26日3时55分组合反射率因子（a）、经向速度图（b）、垂直
累积液态水含量（c）、反射率因子垂直剖面图（d
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