蘇永玲 李生辰 胡 垚 張雪琦 梅成紅

1 青海省氣象臺(tái)，西寧 810001 2 高原與盆地暴雨旱澇災(zāi)害四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610072 3 青海省氣象科學(xué)研究所，西寧 810001

提 要： 利用2018—2020近三年青海河湟谷地低渦切變影響下強(qiáng)降水天氣個(gè)例地面觀測(cè)、NCEP 1°×1°再分析、FY-2G云圖相當(dāng)黑體亮溫溫度、模式及雷達(dá)拼圖等資料，對(duì)比分析相同環(huán)流背景影響下不同類型強(qiáng)降水環(huán)境條件和成因差異，以及初步評(píng)估模式預(yù)報(bào)能力。結(jié)果表明：伴有雷暴、冰雹、雷暴大風(fēng)等混合性強(qiáng)降水天氣稱為強(qiáng)降水Ⅰ型，以純短時(shí)強(qiáng)降水為主的強(qiáng)降水天氣稱為強(qiáng)降水Ⅱ型。低渦切變是兩種類型強(qiáng)降水的影響系統(tǒng)，強(qiáng)降水Ⅰ型400～300 hPa高空冷平流入侵促使低渦切變系統(tǒng)加強(qiáng)東移，地面冷鋒發(fā)展在河湟谷地形成錮囚鋒。強(qiáng)降水Ⅱ型受副熱帶高壓西進(jìn)阻擋，低渦切變系統(tǒng)和地面冷鋒減弱消失；強(qiáng)降水Ⅰ型主要具有較強(qiáng)的高空干冷急流、高的下沉對(duì)流有效位能，較高的700 hPa和400 hPa溫差以及強(qiáng)的垂直風(fēng)切變均為強(qiáng)對(duì)流發(fā)生提供動(dòng)力條件，產(chǎn)生的強(qiáng)天氣以風(fēng)雹類為主，而強(qiáng)降水Ⅱ型具有較高的0℃層和-20℃層高度、較高的抬升凝結(jié)高度，產(chǎn)生的強(qiáng)天氣以短時(shí)強(qiáng)降水為主；強(qiáng)降水Ⅰ型云圖特征主要表現(xiàn)為午后發(fā)展起來組織化程度高的冷渦云系，相當(dāng)黑體亮溫(TBB)初始中心數(shù)值在-45～-35℃，發(fā)展階段TBB下降至-75～-40℃，強(qiáng)降水Ⅱ型云圖特征主要表現(xiàn)為分散的塊狀對(duì)流云系，TBB初始中心數(shù)值在-35℃左右，發(fā)展階段TBB下降至-70～-50℃；地面輻合線是兩類強(qiáng)降水的觸發(fā)系統(tǒng),強(qiáng)降水Ⅱ型假相當(dāng)位溫?cái)?shù)值大于強(qiáng)降水Ⅰ型，以熱力強(qiáng)迫為主，強(qiáng)降水Ⅰ型垂直速度大于強(qiáng)降水Ⅱ型，以動(dòng)力強(qiáng)迫為主;全球同化預(yù)報(bào)系統(tǒng)相比中尺度天氣數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)更具優(yōu)勢(shì)，ECMWF和CMA-MESO兩種模式對(duì)500 hPa低渦切變有較好的刻畫，ECMWF模式能較好模擬出對(duì)流有效位能，三家模式降水量級(jí)預(yù)報(bào)明顯偏大、降水中心位置偏北偏西，而中國氣象局中尺度天氣數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)CMA-MESO模式在降水預(yù)報(bào)方面略具有優(yōu)勢(shì)。

引 言

青海河湟(黃河與湟水河)谷地，位于青海省東部農(nóng)業(yè)區(qū)，是青海省重要的農(nóng)業(yè)基地。地形復(fù)雜，地質(zhì)環(huán)境極其脆弱，年平均降水量不足500 mm。馬曉玲等(2020)統(tǒng)計(jì)了近31年來青海地區(qū)的雷暴和冰雹天氣變化趨勢(shì),表明青海東部雷暴天氣過程的平均持續(xù)時(shí)間在緩慢增加，雷暴過程帶來的潛在危害在增加。王田壽和李生辰(2007)指出青海短時(shí)強(qiáng)降水具有局地性、夜雨性等特征。近十幾年，河湟谷地夏季短時(shí)強(qiáng)降水頻發(fā)，引發(fā)重大人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失(朱平等，2019)，給預(yù)報(bào)服務(wù)、防災(zāi)減災(zāi)工作造成了巨大壓力，尤其近三年出現(xiàn)在河湟谷地低渦切變影響下的強(qiáng)降水過程，造成河湟谷地嚴(yán)重的洪澇災(zāi)害和人員傷亡，直接經(jīng)濟(jì)損失均在200萬元以上。

青藏高原(簡(jiǎn)稱高原)低渦切變線系統(tǒng)是高原地區(qū)主要的降水系統(tǒng)。本文研究的天氣個(gè)例均是在高原低渦切變影響下的強(qiáng)降水天氣過程，但過程出現(xiàn)時(shí)強(qiáng)天氣類型、降水范圍、降水強(qiáng)度等有明顯的差異。研究表明高原的低渦切變系統(tǒng)移出一般有三種路徑：東北、偏東和東南路徑，其中東北路徑相較其他兩類路徑個(gè)例偏少(師銳和何光碧，2018),高原低渦切變能否移出高原，不僅與高原上的熱力、動(dòng)力作用有關(guān)，同時(shí)與周邊天氣尺度系統(tǒng)的熱力、動(dòng)力作用有關(guān)(顧清源等，2010；郁淑華和高文良，2019)。

Doswell Ⅲ(1987)認(rèn)為對(duì)流不穩(wěn)定、水汽和抬升是對(duì)流天氣發(fā)生滿足的基本條件，對(duì)由這些條件構(gòu)成的環(huán)境參數(shù)特征進(jìn)行研究有助于了解強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生的物理過程(王迪等，2020；黃艷等，2018；楊新林等，2017；田付友等，2017)。樊李苗和俞小鼎(2013)指出不同類型的強(qiáng)對(duì)流天氣環(huán)境條件有明顯差異，短時(shí)強(qiáng)降水天氣與強(qiáng)冰雹、雷暴大風(fēng)天氣相比，主要表現(xiàn)在較小的700～500 hPa和850～500 hPa溫差、弱的垂直風(fēng)切變、較高的0℃層和-20℃層高度和平衡高度、較大的地面和地面以上1.5 km處的露點(diǎn)溫度，而混合型強(qiáng)對(duì)流天氣和強(qiáng)冰雹天氣、雷暴大風(fēng)天氣的對(duì)流層中層存在明顯干層、較大的對(duì)流有效位能和0～6 km垂直風(fēng)切變。

強(qiáng)對(duì)流天氣的產(chǎn)生有很多觸發(fā)機(jī)制。方翀等(2012)認(rèn)為低層切變線和地面輻合線相交的地區(qū)，是對(duì)流單體產(chǎn)生和強(qiáng)烈發(fā)展的區(qū)域。低層垂直風(fēng)切變、低空急流和地形抬升在對(duì)流觸發(fā)和維持中具有重要作用(王寶鑒等，2016)。地面熱力不均勻?qū)е碌木值厣郎厥堑孛嬷谐叨容椇舷到y(tǒng)生成的主要原因，而地面中尺度輻合系統(tǒng)的發(fā)生發(fā)展觸發(fā)了中小尺度對(duì)流系統(tǒng)的形成，導(dǎo)致了局部大暴雨的產(chǎn)生(喻謙花等，2016)。弱冷鋒是觸發(fā)高原東部強(qiáng)對(duì)流天氣的主要地面系統(tǒng)，河湟谷地的喇叭型地形明顯地影響著對(duì)流移動(dòng)和傳播路徑(朱平和張國慶，2015；朱平和俞小鼎，2019)。天氣尺度系統(tǒng)的動(dòng)力和熱力條件能夠?qū)χ谐叨葘?duì)流系統(tǒng)的組織化程度起重要作用(Corfidi et al，1996；孫繼松等，2013)。相當(dāng)黑體亮溫(TBB)梯度最大的地方容易造成強(qiáng)對(duì)流天氣(曲曉黎等，2011)，TBB<230 K為強(qiáng)降水高發(fā)區(qū)域(馬素艷等，2019)。逗點(diǎn)云型、冷鋒尾部與南亞高壓東側(cè)疊置型主要受高低空冷暖平流強(qiáng)烈交匯影響。狄瀟泓等(2018)指出冷渦后部型是高空冷平流強(qiáng)迫下形成的。目前對(duì)短時(shí)強(qiáng)降水天氣預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率仍然較低，中央氣象臺(tái)對(duì)短時(shí)強(qiáng)降水的6 h和24 h時(shí)效預(yù)報(bào)的TS評(píng)分分別為0.18和0.24(唐文苑等，2017)，究其原因是對(duì)短時(shí)強(qiáng)降水天氣發(fā)生機(jī)理認(rèn)識(shí)不足。

當(dāng)代的天氣預(yù)報(bào)，是以數(shù)值預(yù)報(bào)為基礎(chǔ)的天氣預(yù)報(bào)，強(qiáng)對(duì)流天氣的預(yù)報(bào)水平，一定程度上依賴于中尺度數(shù)值模式的準(zhǔn)確性。Anthes(1990)提出假設(shè)使用天氣尺度的常規(guī)資料作為初值條件，可能預(yù)報(bào)出與暴雨、冰雹、龍卷、大風(fēng)、下?lián)舯┝鞯扔嘘P(guān)的中尺度天氣系統(tǒng)和現(xiàn)象。蔡雪薇等(2018)通過數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)，有利的環(huán)境條件對(duì)對(duì)流單體的組織化發(fā)展是有益的。在短時(shí)臨近時(shí)效內(nèi)，上游關(guān)鍵區(qū)域降水信息對(duì)下游地區(qū)降水預(yù)報(bào)具有指示意義，降水概率預(yù)報(bào)具有更高的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率(趙淵明和漆梁波，2021)。

目前針對(duì)高原地區(qū)有關(guān)強(qiáng)降水產(chǎn)生的環(huán)境條件以及觸發(fā)機(jī)制方面的研究工作少，本文通過統(tǒng)計(jì)近三年低渦切變影響下青海河湟谷地強(qiáng)降水天氣典型個(gè)例，試圖尋找產(chǎn)生不同類型強(qiáng)對(duì)流天氣的原因、環(huán)境條件及成因差異，歸納和凝練低渦切變這類影響系統(tǒng)下的強(qiáng)降水預(yù)報(bào)預(yù)警指標(biāo)，并初步對(duì)典型強(qiáng)降水個(gè)例數(shù)值模式的預(yù)報(bào)能力進(jìn)行評(píng)估，做好模式解釋應(yīng)用，指導(dǎo)預(yù)報(bào)員研判低渦切變環(huán)流背景下產(chǎn)生強(qiáng)對(duì)流天氣的類型、范圍、具體落區(qū)等并給出參考依據(jù)。

1 資料與方法

研究區(qū)域河湟谷地，位于青海省東部農(nóng)業(yè)區(qū)，由東往西依次為湟水流域的民和縣、樂都縣、平安區(qū)、互助縣、西寧市、大通縣、湟中區(qū)、湟源縣、海晏縣，及黃河流域的循化縣、化隆縣、尖扎縣、貴德縣，平均海拔2 000 m以上(圖1)。所用資料包括：6次天氣過程高空、地面實(shí)況資料，利用天氣學(xué)方法對(duì)比分析兩類強(qiáng)降水過程實(shí)況特征、環(huán)流特征以及環(huán)境場(chǎng)特征和成因；對(duì)應(yīng)時(shí)段NCEP 1°×1°再分析資料，F(xiàn)Y-2G云圖TBB資料、地面自動(dòng)站、雷達(dá)拼圖產(chǎn)品、歐洲中期數(shù)值預(yù)報(bào)中心細(xì)網(wǎng)格模式(ECMWF)、中國氣象局全球同化預(yù)報(bào)系統(tǒng)(CMA-GFS)和中國氣象局中尺度天氣數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)(CMA-MESO)等資料。

圖1 青海省河湟谷地觀測(cè)站位置(圓點(diǎn))，西寧、瓦里關(guān)雷達(dá)站位置(三角形)及地形高度(填色)Fig.1 Locations of Hehuang Valley Observation Station (solid dot), Xining and Waliguan Radar Stations (triangular) as well as terrain height (colored) in Qinghai Province

2 強(qiáng)降水天氣分類

選取2018—2020年河湟谷地受低渦切變影響、有暴雨洪澇災(zāi)害、直接經(jīng)濟(jì)損失在200萬元以上的短時(shí)強(qiáng)降水個(gè)例6例(表1)，強(qiáng)降水天氣主要發(fā)生在6—8月，大部分個(gè)例發(fā)生在午后到傍晚。下文研究按照短時(shí)強(qiáng)降水天氣發(fā)生時(shí)是否伴隨其他強(qiáng)天氣,分為強(qiáng)降水Ⅰ型(伴隨雷暴大風(fēng)、冰雹等混合型強(qiáng)對(duì)流天氣)和強(qiáng)降水Ⅱ型(純短時(shí)強(qiáng)降水為主)兩類展開。Ⅰ型有4例，最多出現(xiàn)13站次短時(shí)強(qiáng)降水，最大小時(shí)雨量為42 mm，最多伴有5站次雷暴大風(fēng)，最大風(fēng)速為22.7 m·s-1，產(chǎn)生暴雨洪澇、雹災(zāi)、泥石流等災(zāi)害。Ⅱ型有2例，最多出現(xiàn)15站次強(qiáng)降水，最大小時(shí)雨量為37.4 mm，主要以暴雨洪澇災(zāi)害為主。以2018年7月18日和8月2日天氣過程，以下簡(jiǎn)稱“7·18”和“8·2”天氣過程,其災(zāi)情重，直接經(jīng)濟(jì)損失均在5 000萬元以上，傷亡人數(shù)最嚴(yán)重，因此將這兩次天氣過程作為典型研究個(gè)例。

表1 2018—2020年低渦切變影響下分型典型短時(shí)強(qiáng)降水個(gè)例實(shí)況與災(zāi)情Table 1 Cases and disasters of typical short-term heavy precipitation under the influence of low vortex shear from 2018 to 2020

強(qiáng)降水Ⅰ型典型代表為“7·18”天氣過程，強(qiáng)對(duì)流天氣集中在午后(16—20時(shí)，圖2a)，落區(qū)位于河湟谷地的循化、尖扎、民和、化隆等地區(qū)域站，伴有12站次短時(shí)強(qiáng)降水(≥20 mm·h-1)，5站次雷暴大風(fēng)(≥17.2 m·s-1且伴有雷電)以及冰雹天氣(冰雹沒有出現(xiàn)在測(cè)站，但有雹災(zāi))，雷暴大風(fēng)與冰雹天氣先于短時(shí)強(qiáng)降水發(fā)生，其中1站次出現(xiàn)40 mm以上小時(shí)雨量，1站次達(dá)30 mm以上，造成循化多個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)泥石流和冰雹災(zāi)害，經(jīng)濟(jì)損失達(dá)9 000萬元，因?yàn)?zāi)死亡2人。強(qiáng)降水Ⅱ型典型代表為“8·2”天氣過程，強(qiáng)對(duì)流天氣出現(xiàn)在夜間(20—22時(shí)，圖2b)，落區(qū)位于河湟谷地的化隆、循化、尖扎等地區(qū)域站，伴有3站次短時(shí)強(qiáng)降水和雷電天氣，其中小時(shí)雨量30 mm以上的為1站次。兩次天氣過程均具有雨強(qiáng)較強(qiáng)，短歷時(shí)，局地性等對(duì)流性特征。

3 強(qiáng)降水環(huán)流形勢(shì)和關(guān)鍵環(huán)境參數(shù)

3.1 兩類強(qiáng)對(duì)流天氣環(huán)流形勢(shì)

500 hPa低渦切變是強(qiáng)降水Ⅰ型和Ⅱ型的影響系統(tǒng)，環(huán)流形勢(shì)是西低東高型。河湟谷地濕度條件：Ⅰ型500 hPa為西南氣流(8～20 m·s-1)，比濕為2～7 g·kg-1，700 hPa上為一致東南風(fēng)(4～12 m·s-1)，比濕為9～12 g·kg-1。Ⅱ型500 hPa上為東北氣流或者偏南氣流(4 m·s-1)，比濕為0～1 g·kg-1，700 hPa上西北風(fēng)或者偏南風(fēng)(2 m·s-1)，比濕為13 g·kg-1。兩種類型強(qiáng)降水700 hPa比濕是關(guān)鍵，產(chǎn)生短時(shí)強(qiáng)降水，700 hPa 比濕至少在9～13 g·kg-1。地面輻合線、地面干線或者地面冷鋒對(duì)低渦切變類強(qiáng)對(duì)流天氣起觸發(fā)和組織作用(表2)。

圖2 2018年(a)7月18日16—20時(shí),(b)8月2日20—22時(shí)閃電觀測(cè)實(shí)況(紅加號(hào)：正地閃，綠加號(hào)：負(fù)地閃)和短時(shí)強(qiáng)降水(彩色圓點(diǎn)：小時(shí)降水量)、雷暴大風(fēng)(黑色風(fēng)向桿：≥17 m·s-1)Fig.2 Lightning observations (a) from 16:00 BT to 20：00 BT 18 July and (b) from 20：00 BT to 22：00 BT 2 August 2018 (red plus sign： positive ground flash, green plus sign： negative ground flash) and short-term severe precipitation (color dots： hourly precipitation amount), thunderstorm and gale (black wind barb： ≥17 m·s-1)

強(qiáng)降水Ⅰ型“7·18”天氣過程，受副熱帶高壓(以下簡(jiǎn)稱副高)東撤和西南氣流的共同影響，500 hPa 低渦切變線移出青海并向東北方向發(fā)展，給下游地區(qū)造成強(qiáng)降水。強(qiáng)降水Ⅱ型“8·2”天氣過程受副高西伸阻擋，低渦切變線沒有移出河湟谷地,造成局地短時(shí)強(qiáng)降水天氣后減弱消失。同樣是低渦切變，“7·18”天氣過程12小時(shí)間隔低渦移動(dòng)趨勢(shì)(圖3a，3b)可見，副高東撤，高空400～300 hPa西北干冷急流是關(guān)鍵，不斷補(bǔ)充到低渦北部，引導(dǎo)低渦發(fā)展東北行，地面冷鋒加強(qiáng)為青海湖錮囚鋒，加強(qiáng)了低渦切變的發(fā)展。強(qiáng)降水Ⅱ型“8·2”天氣過程 12小時(shí)間隔低渦移動(dòng)趨勢(shì)圖(圖3c，3d)可見，副高西進(jìn)，阻擋低渦發(fā)展東移，地面冷鋒消失，減弱低渦切變的發(fā)展(青海河湟谷地平均海拔為2 300 m，700 hPa 相當(dāng)于平原邊界層925 hPa，600 hPa相當(dāng)于平原850 hPa，500 hPa相當(dāng)于平原700 hPa)。

3.2 探空形態(tài)和關(guān)鍵環(huán)境參數(shù)

強(qiáng)降水Ⅰ型“7·18”天氣過程(圖4a)，08時(shí)溫濕廓線呈上下開口的“X”型，上干特征與中高層干冷急流卷入有關(guān)，整層濕層比較淺薄。強(qiáng)降水Ⅱ型“8·2”天氣過程(圖4b)，08時(shí)溫濕廓線呈上開口的“V”型，上干下濕特征明顯，下濕特征主要與中低層暖濕平流對(duì)應(yīng)。

強(qiáng)降水Ⅰ型西寧探空關(guān)鍵參數(shù)(表3)，600 hPa下沉對(duì)流有效位能(DCAPE，平均為285.5 J·kg-1)比強(qiáng)降水Ⅱ型DCAPE(平均為166.3 J·kg-1)大，說明混合型強(qiáng)天氣需要更高的下沉對(duì)流有效位能，更容易產(chǎn)生雷暴大風(fēng)。700 hPa和500 hPa溫差(T700-500)以及700 hPa和400 hPa溫差(T700-400)能表征靜力穩(wěn)定度，其平均值分別為16.4℃和26.4℃，明顯比強(qiáng)降水Ⅱ型(分別為14.5℃和23.8℃)大，表明強(qiáng)降水Ⅰ型主要反映的是垂直方向溫度差動(dòng)平流造成的熱力不穩(wěn)定，而強(qiáng)降水Ⅱ型反映的是中低層暖平流造成的位勢(shì)不穩(wěn)定。對(duì)流有效位能(CAPE)和垂直風(fēng)切變是表征雷暴發(fā)展強(qiáng)弱，探空形態(tài)以及組織化程度的重要參數(shù)。0～6 km垂直風(fēng)切變(實(shí)際減去海拔2 km，即為4 km風(fēng)切變)，強(qiáng)降水Ⅰ型(平均為17.5 m·s-1)明顯高于強(qiáng)降水Ⅱ型(平均為7.0 m·s-1)，另外，強(qiáng)降水Ⅰ型由于高空強(qiáng)冷平流的作用使得0℃層和-20℃層高度(平均分別為5 689.5 m 和8 876.7 m)比強(qiáng)降水Ⅱ型(平均分別為5 797.5 m和9 091.0 m)偏低，所以更容易產(chǎn)生冰雹等混合型強(qiáng)對(duì)流天氣。強(qiáng)降水Ⅰ型的抬升凝結(jié)高度(平均為686.3 m)比強(qiáng)降水Ⅱ型(平均為723.0 m)偏低。

表2 2018—2020年分型典型短時(shí)強(qiáng)降水個(gè)例環(huán)流形勢(shì)及影響系統(tǒng)Table 2 Circulation situation and impact system of typical short-term severe precipitation cases from 2018 to 2020

圖3 2018年7月18日(a)08時(shí)、(b)20時(shí), 8月2日(c)08時(shí)、(d)20時(shí)低渦、副高及地面冷鋒移動(dòng)趨勢(shì)Fig.3 The movement trend graphs of low vortex, subtropical high and ground cold front at (a) 08：00 BT and (b) 20：00 BT 18 July, (c) 08：00 BT and (d) 20：00 BT 2 August 2018

總之，強(qiáng)降水Ⅰ型具有較強(qiáng)的高空干冷急流、高的下沉對(duì)流有效位能、較高700 hPa和400 hPa溫差以及強(qiáng)的垂直風(fēng)切變，這些都為強(qiáng)對(duì)流發(fā)生提供了動(dòng)力條件，產(chǎn)生的強(qiáng)天氣以風(fēng)雹類為主。而強(qiáng)對(duì)流Ⅱ型具有較高的0℃層和-20℃層高度、較高的抬升凝結(jié)高度，產(chǎn)生的強(qiáng)天氣以短時(shí)強(qiáng)降水為主。

圖4 (a)“7·18”天氣過程08時(shí)(14時(shí)溫度23℃和露點(diǎn)溫度14℃訂正)與(b)“8·2”天氣過程08時(shí)(14時(shí)溫度18℃和露點(diǎn)溫度16℃訂正)西寧站探空形態(tài)(紅線：溫度廓線，綠線：等比濕線，藍(lán)線：濕絕熱線)Fig.4 The sounding patterns at Xining Station for (a) the 18 July 2018 weather process at 08：00 BT (correction of the 14：00 BT temperature 23℃ and dew point temperature 14℃) and (b) the 2 August 2018 weather process at 08：00 BT (correction of the 14：00 BT temperature 18℃ and dew point temperature 16℃)(red line: temperature profile, green line: isotropic wet line, blue line: wet adiabatic line)

表3 河湟谷地分型典型天氣形勢(shì)個(gè)例發(fā)生前西寧站關(guān)鍵對(duì)流參數(shù)值Table 3 Values of key convective parameters at Xining Station before the occurrence of two types of typical weather conditions in Hehuang Valley

4 中尺度對(duì)流云發(fā)展演變

4.1 云圖特征

強(qiáng)降水Ⅰ型云圖特征主要表現(xiàn)為午后發(fā)展起來組織化程度高的冷渦云系，TBB初始中心數(shù)值在-45～-35℃，發(fā)展階段TBB下降至-75～-40℃?！?·18”強(qiáng)對(duì)流天氣過程09時(shí)，水汽圖像(略)表現(xiàn)為“T”型“逗點(diǎn)”云系，干涌明顯，對(duì)應(yīng)下沉運(yùn)動(dòng)，歸因于中高層干侵入，與高空西北急流對(duì)應(yīng)，12時(shí)頭邊界清晰，干冷西北氣流對(duì)著頭邊界吹，16時(shí)，“逗點(diǎn)”云系逐漸發(fā)展為“S”型斜壓葉狀云系，對(duì)流云團(tuán)位于低層西南氣流一側(cè)。14時(shí)強(qiáng)降水發(fā)生前500 hPa，青海中部存在低渦切變線(圖5a)，切變線北側(cè)300 hPa西北氣流干侵入(大于20 m·s-1黑色風(fēng)向桿)持續(xù)補(bǔ)充到低渦北部，南側(cè)為700hPa西南氣流(大于16 m·s-1紅色風(fēng)向桿)，300 hPa西北干冷氣流和700 hPa西南暖濕氣流共同持續(xù)補(bǔ)充到云系中，維持并加強(qiáng)對(duì)流系統(tǒng)發(fā)展，河湟谷地TBB中心數(shù)值在-40℃左右。20時(shí)(圖5b)，TBB中心數(shù)值明顯下降，云團(tuán)面積不斷擴(kuò)大，有多個(gè)單體組織合并加強(qiáng)，中尺度對(duì)流系統(tǒng)沿著西南氣流發(fā)展成一條線狀對(duì)流云帶，尺度較大，長(zhǎng)約為600 km，寬約為200 km，屬于α中尺度對(duì)流系統(tǒng)，這一時(shí)段對(duì)流發(fā)展旺盛，TBB中心數(shù)值約在-75℃，低渦切變線、高空干侵入以及中低層西南氣流三者不斷觸發(fā)α中尺度對(duì)流系統(tǒng)發(fā)展，促使α中尺度對(duì)流系統(tǒng)組織化程度加強(qiáng)，給循化地區(qū)(黑點(diǎn))造成短時(shí)強(qiáng)降水、冰雹、雷暴大風(fēng)等劇烈的強(qiáng)對(duì)流天氣。隨后對(duì)流單體移速加快，云系東移出境(圖5c)，宣告河湟谷地降水結(jié)束。

圖5 2018年7月(a)18日14時(shí)(初始)、(b)18日20時(shí)(發(fā)展)、(c)19日02時(shí)(消亡)，2018年8月(d)2日14時(shí)(初始)、(e)2日20時(shí)(發(fā)展)、(f)3日02時(shí)(消亡)500 hPa流場(chǎng)及300 hPa≥20 m·s-1大風(fēng)(黑色風(fēng)向桿)及700 hPa≥16 m·s-1大風(fēng)(紅色風(fēng)向桿)與衛(wèi)星云圖分布(填色)(“D”為500 hPa低渦中心) Fig.5 The 500 hPa flow field and 300 hPa ≥20 m·s-1 wind direction rod (black) and 700 hPa ≥16 m·s-1 wind direction rod (red) and satellite cloud image (colored) distribution at (a) 14:00 BT (initial) and (b) 20:00 BT (developing) 18 July, (c) 02:00 BT (dying) 19 July,and at (d) 14:00 BT (initial) and (e) 20:00 BT (developing) 2 August, (f) 02:00 BT (dying) 3 August 2018 (D: the 500 hPa low vortex center)

強(qiáng)降水Ⅱ型云圖特征主要表現(xiàn)為分散的塊狀對(duì)流云系，TBB初始中心數(shù)值在-35℃左右，發(fā)展階段TBB下降至-70～-50℃?！?·2”強(qiáng)對(duì)流天氣過程14時(shí)強(qiáng)降水發(fā)生前500 hPa(圖5d)，青海河湟谷地受低渦切變影響，出現(xiàn)分散的γ中尺度對(duì)流系統(tǒng)，中心TBB達(dá)到-50℃左右，20時(shí),強(qiáng)降水發(fā)生前1小時(shí)(圖5e)，中尺度對(duì)流系統(tǒng)位于西南氣流轉(zhuǎn)東南氣流暖式切變線且氣旋性曲率最大一側(cè)，偏南氣流數(shù)值約為4～8 m·s-1，較“7·18”過程明顯偏弱，云團(tuán)面積較小，近似圓形，尺度大約為200 km，屬于β中尺度對(duì)流系統(tǒng)，低渦切變線以及冷暖空氣交匯形成的溫度鋒區(qū)和鋒生不斷觸發(fā)β中尺度對(duì)流系統(tǒng)發(fā)展，TBB約在-60℃左右，對(duì)流組織化程度較弱，給化隆地區(qū)(黑點(diǎn))造成短時(shí)強(qiáng)降水天氣。降水發(fā)生后500 hPa(圖5f)，β中尺度對(duì)流系統(tǒng)明顯減弱南壓，預(yù)示降水減弱。

4.2 中尺度對(duì)流觸發(fā)系統(tǒng)

4.2.1 地面輻合線

在高溫、高濕和對(duì)流不穩(wěn)定的環(huán)境層結(jié)下，地面輻合線有利于觸發(fā)對(duì)流產(chǎn)生降水(易笑園等，2011)。圖6給出了地面風(fēng)場(chǎng)、35 dBz初始對(duì)流回波輪廓、1小時(shí)降水量以及地形高度疊加?！?·18”過程中，17時(shí)尖扎地區(qū)出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水(≥20 mm·h-1，綠點(diǎn))，尖扎地區(qū)位于山谷迎風(fēng)坡一側(cè)且地面具有高溫高濕條件(T=20℃，Td=13℃)，大于35 dBz初始對(duì)流在尖扎西側(cè)發(fā)展起來，吹向尖扎地區(qū)的西北風(fēng)和河谷倒灌的偏東風(fēng)形成清晰的中尺度地面輻合線(圖6a)，強(qiáng)對(duì)流天氣首先在地面中尺度輻合線附近發(fā)展起來，并沿著高空西北氣流或偏北氣流向東南移動(dòng)。追蹤短時(shí)強(qiáng)降水的強(qiáng)度和位置演變可以發(fā)現(xiàn)，17—18時(shí)(圖6b)，它們隨著中尺度地面輻合線的移動(dòng)而移動(dòng)，二者對(duì)應(yīng)較好，大于35 dBz對(duì)流東移加強(qiáng)發(fā)展，回波面積增大，強(qiáng)降水產(chǎn)生。18—19時(shí)(圖6c)，短時(shí)強(qiáng)降水范圍擴(kuò)大，大于35 dBz對(duì)流加強(qiáng)合并發(fā)展，組織化程度較強(qiáng)，降水強(qiáng)度顯著增大(2站次雨強(qiáng)≥30 mm·h-1，藍(lán)點(diǎn))，形成一條東西向雨帶，南風(fēng)加大，使得中尺度輻合線西段北抬，整體呈東西向，形成一條α中尺度線狀對(duì)流系統(tǒng)。19—20時(shí)，短時(shí)強(qiáng)降水隨著中尺度輻合線東移(圖6d)，大于35 dBz對(duì)流分散開，較強(qiáng)回波中心給下游民和地區(qū)造成短時(shí)強(qiáng)降水。短時(shí)強(qiáng)降水生命史為4～6 h，具有短歷時(shí)特征。“8·2”過程有類似特征，21時(shí)，化隆地區(qū)出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水(1站次雨強(qiáng)≥30 mm·h-1，藍(lán)點(diǎn))(圖6e)，化隆地面相對(duì)暖濕(T=17℃，Td=13℃)，大于35 dBz對(duì)流首先位于山谷迎風(fēng)坡一側(cè)地面中尺度輻合線南側(cè)發(fā)展起來，隨著河谷偏東風(fēng)倒灌略加強(qiáng)，中尺度輻合線西進(jìn)南壓影響尖扎地區(qū)(圖6f)，造成尖扎地區(qū)短時(shí)強(qiáng)降水天氣，大于35 dBz對(duì)流脫離強(qiáng)降水東移減弱。短時(shí)強(qiáng)降水生命史為2～3 h。可見，地面輻合線與降水中心、降水回波有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，地面輻合線是造成兩次對(duì)流降水的主要觸發(fā)系統(tǒng)。

4.2.2 對(duì)流的維持和發(fā)展

強(qiáng)降水Ⅰ型500 hPa假相當(dāng)位溫在344～356 K，垂直速度在-0.6×10-2～0 hPa·s-1，700 hPa假相當(dāng)位溫在352～360 K，垂直速度在-0.8×10-2～0 hPa·s-1。圖7a展示了沿102.45°E的假相當(dāng)位溫和垂直速度隨高度剖面，強(qiáng)降水Ⅰ型“7·18”過程14時(shí)，強(qiáng)對(duì)流天氣區(qū)循化(35.8538°N、102.45°E)南側(cè)有假相當(dāng)位溫等值線密集帶，溫度鋒區(qū)明顯，傾斜度大，垂直伸展到550 hPa以上，假相當(dāng)位溫隨高度減少則對(duì)流不穩(wěn)定，中低層700 hPa以下暖中心，與西南氣流造成的暖平流有關(guān)，加之配合強(qiáng)垂直風(fēng)切變等動(dòng)力條件觸發(fā)了循化地區(qū)短時(shí)強(qiáng)降水、冰雹、雷暴大風(fēng)等混合型對(duì)流天氣。

強(qiáng)降水Ⅱ型的500 hPa假相當(dāng)位溫為352～356 K，垂直速度在-0.2×10-2～0 hPa·s-1。而700 hPa 相當(dāng)位溫為352～364 K，假相當(dāng)位溫遠(yuǎn)比強(qiáng)降水Ⅰ型大，垂直速度在-0.2×10-2hPa·s-1左右。圖7b是沿化隆氣象站(102.25°E)的剖面，強(qiáng)降水Ⅱ型“8·2”過程20時(shí)，假相當(dāng)位溫密集帶在強(qiáng)天氣區(qū)南側(cè)，位溫鋒區(qū)發(fā)展到550 hPa，假相當(dāng)位溫?cái)?shù)值較大，與中低層暖平流對(duì)應(yīng)。由于垂直運(yùn)動(dòng)(垂直速度為-0.2×10-2hPa·s-1)等動(dòng)力觸發(fā)條件不如“7·18”過程顯著，所以假相當(dāng)位溫等熱力條件較充足，觸發(fā)強(qiáng)降水等強(qiáng)對(duì)流天氣。

5 數(shù)值模式預(yù)報(bào)偏差探討

選取“7·18”過程和“8·2”過程兩個(gè)典型代表個(gè)例，利用全球同化預(yù)報(bào)系統(tǒng)ECMWF和CMA-GFS以及中尺度天氣數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)CMA-MESO三種模式產(chǎn)品的環(huán)流形勢(shì)場(chǎng)、物理量及降水量演變與實(shí)況資料進(jìn)行對(duì)比，初步評(píng)估模式的預(yù)報(bào)能力，以期為實(shí)際業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)提供一定的參考。

圖6 “7·18”過程(a)16—17時(shí)，(b)17—18時(shí)，(c)18—19時(shí)，(d)19—20時(shí)；“8·2”過程(e)20—21時(shí)，(f)21—22時(shí)地面自動(dòng)站風(fēng)場(chǎng)、小時(shí)降水量演變與雷達(dá)組合反射率拼圖(紅色線條>35 dBz)以及地形海拔高度(填色陰影)疊加(紅色實(shí)線為中尺度輻合線，藍(lán)點(diǎn)和綠點(diǎn)分別為小時(shí)降水量≥20 mm和≥30 mm)Fig.6 The wind field of automatic station, the evolution of hourly rainfall and radar composite reflectivity puzzle (red line >35 dBz) and terrain altitude (colored) overlay in the 18 July process at (a) 16:00 BT-17:00 BT, (b) 17:00 BT-18:00 BT, (c) 18:00 BT-19:00 BT, (d) 19:00 BT-20:00 BT, and in the 2 August process at (e) 20:00 BT-21:00 BT, (f) 21:00 BT-22:00 BT (red solid line: mesoscale convergence line, blue dot: hourly precipitation ≥20 mm, green dot: hourly precipitation ≥30 mm)

圖7 2018年(a)7月18日14時(shí)循化沿102.45°E,(b)8月2日20時(shí)化隆沿102.25°E的假相當(dāng)位溫(黑線，單位：K)和垂直運(yùn)動(dòng)(紅線，單位:10-2 hPa·s-1)垂直剖面(陰影為地形)Fig.7 Vertical section of pseudo-equivalent potential temperature (black line, unit: K) and vertical motion (red line, unit： 10-2 hPa·s-1) (a) Xunhua along 102.45°E at 14：00 BT 18 July， (b) Hualong along 102.25°E at 20：00 BT 2 August 2018(The shaded area is the terrain)

5.1 500 hPa高度場(chǎng)預(yù)報(bào)穩(wěn)定性對(duì)比檢驗(yàn)

用三種模式預(yù)報(bào)7月17日20時(shí)起報(bào)12 h時(shí)效至18日08時(shí)500 hPa高度場(chǎng)并與實(shí)況對(duì)比(圖8a)，基本都能準(zhǔn)確模擬出影響此次降水過程的兩個(gè)重要的影響系統(tǒng):東西伯利亞冷渦和副高5 880 gpm 的位置和強(qiáng)度。三種模式均對(duì)青海腹地的5 800 gpm位勢(shì)高度模擬出一個(gè)閉合環(huán)流，刻畫與實(shí)況略有偏差。17日20時(shí)起報(bào)24 h時(shí)效的18日20時(shí)(圖略)，新疆北部低渦東移，三種模式都能反映這個(gè)趨勢(shì)，副高5 880 gpm線位置也比較一致，但對(duì)于直接影響青海的5 840 gpm的位置，兩家全球模式ECMWF和CMA-GFS更接近實(shí)況，5 840 gpm的位置直接影響青海地區(qū)暖平流及熱力和水汽輸送，影響降水的強(qiáng)度?！?·2”過程也有類似情況，用三種模式預(yù)報(bào)8月1日20時(shí)起報(bào)24 h時(shí)效至2日20時(shí)500 hPa高度場(chǎng)與實(shí)況對(duì)比(圖8b)，三種模式雖對(duì)5 880 gpm副高位置與實(shí)況較接近，但對(duì)于直接影響青海水汽、熱力、能量的5 840 gpm略有偏差。兩個(gè)過程當(dāng)日08時(shí)起報(bào)12 h時(shí)效相較前一日20時(shí)起報(bào)的形勢(shì)場(chǎng)預(yù)報(bào)略接近實(shí)況(圖略)，簡(jiǎn)言之，模式形勢(shì)場(chǎng)預(yù)報(bào)，全球同化系統(tǒng)相比中尺度天氣數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)更具優(yōu)勢(shì)，當(dāng)日08時(shí)起報(bào)比前一日20時(shí)起報(bào)略具優(yōu)勢(shì)。

圖8 三種模式預(yù)報(bào)的2018年(a)7月18日08時(shí)，(b)8月2日20時(shí)500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)(單位：gpm)與實(shí)況對(duì)比Fig.8 Comparison between the observation and the 500 hPa geopotential height field (unit: gpm) predicted by the three models at (a) 08:00 BT 18 July and (b) 20:00 BT 2 August 2018

5.2 500 hPa流場(chǎng)預(yù)報(bào)穩(wěn)定性對(duì)比檢驗(yàn)

500 hPa低渦切變是兩類強(qiáng)降水過程的直接影響系統(tǒng)，對(duì)于低渦切變刻畫的準(zhǔn)確與否直接影響降水落區(qū)與強(qiáng)度。7月17日20時(shí)起報(bào)的12 h時(shí)效的ECMWF(紅線)和CMA-MESO(藍(lán)線)降水發(fā)生前7月18日08時(shí)青海中部的低渦環(huán)流位置與實(shí)況較為接近(圖9a)，20時(shí)副高東撤，引導(dǎo)低渦切變東北移動(dòng)發(fā)展，同理，ECMWF和CMA-MESO模式對(duì)于河湟谷地低渦切變的強(qiáng)度和位置刻畫較為準(zhǔn)確(圖略)，ECMWF相較CMA-MESO模式更接近實(shí)況。8月2日20時(shí)亦然，副高西進(jìn)，阻擋低渦切變的發(fā)展東移，原地生消，ECMWF和CMA-MESO兩家模式準(zhǔn)確描述了低渦切變的生消狀態(tài)(圖9b)，相較之下，ECMWF模式更接近實(shí)況，更具有優(yōu)勢(shì)，CMA-GFS模式對(duì)于低渦切變的預(yù)報(bào)效果較差(線條略)。

5.3 物理量檢驗(yàn)

5.3.1 比濕

前面基于相似歷史個(gè)例的兩類強(qiáng)降水對(duì)應(yīng)的對(duì)流潛勢(shì)和對(duì)流參數(shù)進(jìn)行了對(duì)比分析。700 hPa比濕是造成青海河湟谷地短時(shí)強(qiáng)降水的重要條件。實(shí)況河湟谷地7月18日08時(shí)700 hPa比濕達(dá)到9 g·kg-1(圖10a)，ECMWF達(dá)到11 g·kg-1(圖10b)，CMA-GFS和CMA-MESO分別達(dá)到10 g·kg-1(圖10c，10d)，CMA-MESO位置偏南。ECMWF和CMA-GFS位置略偏北，三種模式對(duì)700 hPa比濕預(yù)報(bào)較好。8月2日20時(shí)實(shí)況為河湟谷地700 hPa比濕達(dá)到12 g·kg-1(圖10e)，ECMWF(圖10f)和CMA-MESO模式(圖略)的700 hPa比濕預(yù)報(bào)較好，CMA-GFS數(shù)值略偏大(圖略)。

5.3.2 對(duì)流有效位能

對(duì)流有效位能(CAPE)是反映兩類強(qiáng)降水不同類型的關(guān)鍵參數(shù)。強(qiáng)降水過程也是對(duì)流有效位能消耗的過程。探空?qǐng)D上7月18日14時(shí)，西寧站CAPE為1 082 J·kg-1，ECMWF模式模擬14時(shí)西寧的CAPE達(dá)728 J·kg-1，17時(shí)強(qiáng)降水開始發(fā)生時(shí)，CAPE為1 116 J·kg-1(圖11a)，20時(shí)強(qiáng)降水結(jié)束，CAPE消耗為138.25 J·kg-1(圖11b)，ECMWF模式能較好模擬出強(qiáng)降水過程對(duì)流有效位能的積累和消耗過程，數(shù)值與實(shí)況較為接近。CMA-GFS雖對(duì)西寧站的CAPE模擬數(shù)值偏小，但對(duì)循化站CAPE模擬較好，14時(shí)達(dá)1 448.9 J·kg-1，17時(shí)為1 581.1 J·kg-1(圖11c)，20時(shí)為1 411.1 J·kg-1(圖11d)，對(duì)強(qiáng)降水有較好的指示意義。而CMA-MESO對(duì)流有效位能預(yù)報(bào)不具參考性(圖略)。探空?qǐng)D上8月2日20時(shí)，西寧CAPE為870 J·kg-1，ECMWF模式模擬20時(shí)西寧CAPE僅為193 J·kg-1(圖11e)，23時(shí)強(qiáng)降水結(jié)束，CAPE消耗為86.5 J·kg-1(圖11f)，ECMWF模式在此次降水過程中不能模擬出強(qiáng)降水過程對(duì)流有效位能的真實(shí)狀態(tài)，數(shù)值嚴(yán)重偏低。CMA-GFS預(yù)報(bào)CAPE偏西，對(duì)河湟谷地CAPE沒有模擬能力(圖略)，同樣，CMA-MESO對(duì)流有效位能預(yù)報(bào)不具參考性。

圖9 兩種模式預(yù)報(bào)的2018年(a)7月18日08時(shí)，(b)8月2日20時(shí)500 hPa流場(chǎng)(“D”為實(shí)況低渦位置)Fig.9 The 500 hPa flow field predicted by the two models at (a) 08：00 BT 18 July 18 and (b) 20：00 BT 2 August 2018(D： the actual low vortex position)

圖10 2018年7月18日08時(shí)(a)實(shí)況，(b)ECMWF，(c)CMA-GFS，(d)CMA-MESO 700 hPa比濕場(chǎng)，8月2日20時(shí)(e)實(shí)況，(f)ECMWF 700 hPa比濕場(chǎng)(等值線和填色為比濕，單位: g·kg-1 ；紅框?yàn)閺?qiáng)降水區(qū)域，下同)Fig.10 700 hPa specific humidity field at 08：00 BT 18 July: (a) observation, (b) ECMWF, (c) CMA-GFS, (d) CMA-MESO; 700 hPa specific humidity field at 20：00 BT 2 August 2018: (e) observation, (f) ECMWF 700 hPa(contour and colored： specific humidity, unit: g·kg-1; red box: severe precipitation area, the same as below)

5.4 降水不確定性檢驗(yàn)

7月18日17—20時(shí)，短時(shí)強(qiáng)降水實(shí)況降水出現(xiàn)在河湟谷地黃河流域(圖12a)，累計(jì)降水量最大為42 mm，4站次超30 mm，11站次超20 mm，7月17日20時(shí)起報(bào)，三家模式降水與實(shí)況對(duì)比，范圍明顯偏大，中心位置偏北偏西，河湟谷地量級(jí)偏小。對(duì)于短時(shí)強(qiáng)降水降水強(qiáng)度，中尺度天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)CMA-MESO(圖12d)相較全球同化預(yù)報(bào)系統(tǒng)ECMWF和CMA-GFS兩家模式略有優(yōu)勢(shì)，中心略有體現(xiàn)。8月2日20—23時(shí)，8月1日20時(shí)起報(bào)3 h累計(jì)降水量(圖12e)，1站次超30 mm，7站次超20 mm，三家模式預(yù)報(bào)范圍和量級(jí)嚴(yán)重偏大,而中尺度天氣數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)CMA-MESO(圖12h)在降水預(yù)報(bào)方面略具有優(yōu)勢(shì)。

圖11 2018年7月18日ECMWF(a)17時(shí),(b)20時(shí),CMA-GFS(c)17時(shí),(d)20時(shí)的對(duì)流有效位能，以及8月2日ECMWF(e)20時(shí)，(f)23時(shí)的對(duì)流有效位能(等值線和填色)Fig.11 Convection effective potential energy (contour and colored) of ECMWF at (a) 17：00 BT and (b) 20：00 BT 18 July， CMA-GFS at (c) 17：00 and (d) 20：00 BT 18 July, ECMWF at (e) 20：00 BT and (f) 23：00 BT 2 August 2018

圖12 2018年7月18日17—20時(shí)(a)實(shí)況，(b)ECMWF，(c)CMA-GFS，(d)CMA-MESO的 3 h累計(jì)降水量；8月2日20—23時(shí)(e)實(shí)況，(f)ECMWF，(g)CMA-GFS，(h)CMA-MESO的3 h累計(jì)降水量(等值線和填色)Fig.12 The 3 h accumulated precipitation (contour and colored) from 17：00 BT to 20：00 BT 18 July 2018：(a) observation，(b) ECMWF， (c) CMA-GFS， (d) CMA-MESO; 3 h accumulated precipitation from 20：00 BT to 23：00 BT 2 August 2018： (e) observation， (f) ECMWF， (g) CMA-GFS， (h) CMA-MESO

6 結(jié)論與討論

對(duì)比分析近三年低渦切變影響下河湟谷地兩類強(qiáng)降水Ⅰ型和Ⅱ型環(huán)流形勢(shì)、關(guān)鍵環(huán)境參數(shù)、中尺度對(duì)流云發(fā)展演變特征、觸發(fā)系統(tǒng)及模式預(yù)報(bào)偏差等方面得出以下結(jié)論：

(1)強(qiáng)降水Ⅰ型典型代表“7·18”過程副高東撤， 400～300 hPa高空冷平流入侵促使低渦切變系統(tǒng)加強(qiáng)東移，地面冷鋒發(fā)展在河湟谷地形成錮囚鋒；強(qiáng)降水Ⅱ型典型代表“8·2”過程受副高西進(jìn)阻擋，低渦切變系統(tǒng)和地面冷鋒減弱消失影響。

(2)強(qiáng)降水Ⅰ型具有較強(qiáng)的高空干冷急流、高的下沉對(duì)流有效位能，較高的700 hPa和400 hPa溫差以及強(qiáng)的垂直風(fēng)切變均為強(qiáng)對(duì)流發(fā)生提供了動(dòng)力條件，產(chǎn)生的強(qiáng)天氣以風(fēng)雹類為主。而強(qiáng)對(duì)流Ⅱ型具有較高的0℃層和-20℃層高度、較高的抬升凝結(jié)高度，產(chǎn)生的強(qiáng)天氣以短時(shí)強(qiáng)降水為主。

(3)強(qiáng)降水Ⅰ型云圖特征主要表現(xiàn)為午后發(fā)展起來組織化程度高的冷渦云系，TBB初始中心數(shù)值在-45～-35℃，發(fā)展階段的TBB下降至-75～-40℃，“7·18”過程云圖特征主要表現(xiàn)為“S”型斜壓葉狀云系發(fā)展為線狀α中尺度對(duì)流系統(tǒng)，高空干侵入以及中低層西南氣流作用下不斷觸發(fā)α中尺度對(duì)流系統(tǒng)發(fā)展。強(qiáng)降水Ⅱ型云圖特征屬于β中尺度對(duì)流系統(tǒng)，低渦切變線以及冷暖空氣交匯形成的溫度鋒區(qū)和鋒生不斷觸發(fā)β中尺度對(duì)流系統(tǒng)發(fā)展。

(4)地面輻合線與降水中心、降水回波有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，地面輻合線是兩次對(duì)流降水的主要觸發(fā)系統(tǒng)。強(qiáng)降水Ⅱ型700 hPa假相當(dāng)位溫遠(yuǎn)比強(qiáng)降水Ⅰ型大。

(5)全球同化預(yù)報(bào)系統(tǒng)ECMWF和CMA-GFS以及中尺度天氣數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)CMA-MESO三種模式基本都能準(zhǔn)確模擬出兩個(gè)重要的影響系統(tǒng)即東西伯利亞冷渦和副高5 880 gpm的位置和強(qiáng)度；ECMWF和CMA-MESO兩家模式準(zhǔn)確描述了低渦切變的生消演變狀態(tài)，相較之下，ECMWF模式更接近實(shí)況，更具有優(yōu)勢(shì)；三種模式700 hPa比濕預(yù)報(bào)較好；ECMWF模式能較好模擬出“7·18”過程對(duì)流有效位能的積累和消耗過程，數(shù)值與實(shí)況較為接近。三種模式降水與實(shí)況對(duì)比，范圍明顯偏大，中心位置偏北偏西，河湟谷地量級(jí)偏小，而中尺度天氣數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)CMA-MESO在降水預(yù)報(bào)方面略具有優(yōu)勢(shì)。

本文選取近三年青海河湟谷地低渦切變影響下兩類強(qiáng)降水個(gè)例，在環(huán)流形勢(shì)、關(guān)鍵環(huán)境參數(shù)、中尺度對(duì)流云發(fā)生演變特征、觸發(fā)系統(tǒng)以及數(shù)值預(yù)報(bào)模式偏差對(duì)比方面有了初步的認(rèn)識(shí)，在相同環(huán)流背景下造成強(qiáng)對(duì)流天氣的類型以及降水落區(qū)和強(qiáng)度有明顯差異，但低渦切變影響下的河湟谷地強(qiáng)降水個(gè)例數(shù)量明顯比平原少，強(qiáng)降水特征也不明顯，因此很難選擇大量的樣本個(gè)例進(jìn)行驗(yàn)證。另外由于青藏高原地形的影響，模式預(yù)報(bào)具有較大的偏差，河湟谷地低渦切變影響下強(qiáng)降水定點(diǎn)定量化預(yù)報(bào)對(duì)預(yù)報(bào)員有較大的挑戰(zhàn)性，下一步將通過對(duì)比其他環(huán)流形勢(shì)如副高影響下河湟谷地強(qiáng)降水個(gè)例,深入研究不同環(huán)流背景產(chǎn)生強(qiáng)降水的中尺度系統(tǒng)的觸發(fā)和維持機(jī)制等科學(xué)問題。

致謝：感謝中國氣象局?jǐn)?shù)值預(yù)報(bào)中心和海南省氣象臺(tái)提供的模式資料數(shù)據(jù)。