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摘要利用多普勒雷达、卫星云图、加密气象站等高分辨率的探测资料及NCEP再分析资料，分析了引发宁夏2012年7月29～30日极端暴雨过程的成因及中尺度系统特征。结果表明，深厚湿层的存在对暴雨的持续及强度有重要影响；地面辐合线长时间的存在是引发强降水持续的动力抬升条件，辐合线表现为风向或风速辐合，其强度与降水强度密切相关，且与强降雨带走向较一致，多发生在其略偏北一侧；此次大暴雨是MβCS发展并较长时间维持少动的结果；MβCS最成熟时，TBB强梯度区偏向冷云中心区一侧与未来1～2 h暴雨落区有较好的对应关系。
关键词暴雨；极端；中尺度系统；成因；宁夏
中图分类号S161.6；P458.1+21.1文献标识码A文章编号0517-6611（2014）02-00514-05
Abstract The mesoscale characteristic and the cause of an extremely heavy rain in Ningxia during July 2930 2012 was analyzed using many kinds of high spatialtemporal resolution data， such as Doppler radar data， satellite images， autoweather station （AWS） network data and NCEP analysis data. It was revealed that the existence of deep wet layer had a significant effect to the continuity and intensity of heavy rainfall. A surface convergence line lasting for a long period provided a powerful lifting condition which caused the heavy rain. It was showed that the convergence line was represented as a convergence region of wind direction or wind speed， and its strength was closely related to the precipitation intensity. The surface convergence line was in good accord with the pattern of the heavy rainfall， which tends to occur at the north side of the rain belt. The development of MβCS and its immovability also contributed to the heavy rain. At its mature stage of MβCS， a TBB strong gradient area was found locating towards the cold cloud center， which has a good relationship with the heavy rainfall zone in the next one or two hours.
Key words Heavy rain； Extreme； Mesoscale analysis； Causes； Ningxia
宁夏处于我国季风降雨向内陆急剧减少的过渡带，降水具有明显的地域性特征，降水时段集中，区域差异大，7～8月累积降水总量超过年降水量的4/5，年降水量宁夏平原仅有200 mm，六盘山区则多达600～800 mm，且多局部暴雨洪涝等灾害，区域性暴雨发生率低，特别是大暴雨，近49年（1960～2008年）间常规测站仅出现过3 站次，属于典型的天气气候极端事件[1]。同时由于暴雨常会引发严重的洪涝、地质灾害，长期以来一直是预报技术难点和预报员关注的重点。
目前对宁夏典型暴雨已有了一定的认识。纪晓玲等总结提出了宁夏贺兰山东麓暴雨统计预报模型，并指出暴雨落区与850～200 hPa各层气流及中β尺度低值系统的配置关系[2]，认为宁夏突发性暴雨具有明显的中小尺度系统特征[3-4]，中北部强对流降水雷达组合反射率与南方之间有明显的差异[5]，并提出了预报着眼点[6]。尽管如此，因宁夏大暴雨极少发生，已有文献对当地大暴雨研究较少，特别是中尺度系统的分析更是缺乏。为此，笔者利用常规气象探测、多普勒雷达、卫星云图、加密气象站等高分辨率的探测数据及NCEP再分析资料，采用天气动力学和中尺度诊断技术，分析了引发宁夏2012年“7.29” 极端暴雨过程的水汽、热力、动力场空间结构特征，探讨了造成此次大暴雨的成因及中小尺度系统结构、发生发展机制和演变特征，为强暴雨的预报和预警提供科学参考依据。
2环流形势特征和主要影响系统
降水前期，欧亚中高纬维持两槽一脊，乌拉尔山以东广大地区维持宽广的高压脊（图2a），其底部不断有短波槽分股东移，中纬度气流平直，冷空气侵入频繁，副高较弱，且588 dagpm特征线断开，主体位于海洋上，副高脊线位于在33°N附近，584 dagpm线在宁夏北部附近摆动。统演变（图2b）可以看出，原位于内蒙西部和高原东部的700 hPa低涡随着西风带系统的东移及偏南暖湿气流北抬，快速移至宁夏北部合并成一明显具有涡旋结构的系统，同时在其东部和南部分别出现了一个横切变及竖切变线，竖切变线前、横切变后西南气流显著加强，在宁夏北部出现了强烈的辐合区。同时宁夏上空处于200 hPa高空急流出口右侧，呈反气旋性环流，即大气在此层为辐散场。这种高空辐散、低空辐合的环流特征为此次过程提供了较强的动力抬升条件，另外地面上有一弱冷锋东南下移过宁夏，迫使暖空气抬升，加强了锋线附近的上升运动。30日20：00，低涡、切变线明显东移，宁夏降雨也逐渐减弱结束。 3物理量场诊断分析
3.1水汽条件
3.1.1相对湿度。29日20：00降水开始后，相对湿度时空剖面（图3a）上反映宁夏上空37.5°N以北高空高湿层一直表现得很深厚，750～350 hPa相对湿度均超过了80%，并不断在加强，而300 hPa以上高层干区明显，存在强湿度梯度区，表明高层有干空气侵入，属于典型的上干下湿极不稳定的湿度层结结构；30日08：00后，虽然低层湿度仍较大，但高湿层高度迅速下降，相应降水明显减弱。辐散中心在200 hPa，低层辐合与高层辐合的重叠区对应降雨的极大中心，暴雨区上空，高层正散度辐散与低层负散度辐合相配合，是触发暴雨的动力机制。表现在垂直速度场上，宁夏上空整体以上升运动为主，上升中心位于500～300 hPa附近。对流层中上层较强的垂直速度产生强劲的抽吸作用，促使低层暖湿气流辐合上升。4中尺度天气系统分析
4.1地面中尺度辐合线利用加密自动站逐时风场（图5）资料，分析地面风场对暴雨的作用，结果发现，大暴雨过程产生的2个强降水中心（银川附近及贺兰山滚钟口），地面一直伴随着2个长度为几十到200 km的中尺度辐合线的影响，持续时间长达10 h，辐合线既表现为风向也有风速辐合，其与强降水区域对应较好。29日22：00银川以东区域就出现了弱的辐合；23：00雨强明显加强，相应在银川东侧形成了8 m/s西北风与6 m/s东南风的强辐合线；30日00：00除了有弱的风向辐合外，银川以东区域东南风迅速加强至10 m/s，风速出现了明显辐合，2 h内辐合线以北的银川、贺兰站降水量超过了40 mm，同时在银川以西的贺兰山，也存在一个弱的辐合区，只是强度较弱，沿山降水量不强；01：00左右，贺兰山沿山SN风加大至8 m/s，辐合加大，此区域降水明显加强；02：00～05：00银川附近地面风场仍有辐合存在，但仅表现为弱的风向和风速辐合，降水开始减弱；07：00左右这种辐合强度又有所增强，不过与前次辐合最强时相比仍较弱，降水强度均低于15 mm/h；10：00后辐合缓慢南下，强降水区也南撤，14：00辐合消失，降水停止。在整个降水过程中，银川站5 mm/h以上的强降水维持了近9 h，期间地面辐合线也长时间存在，其强度与降水强度密切相关，且强降雨带与地面辐合区的走向较一致，多发生在其略偏北一侧。地面辐合线长时间的存在是引发此次大暴雨持续的动力抬升条件。另外，贺兰山滚钟口的辐合强度虽明显不及银川附近，但降水强度仍超过了银川，分析认为，可能是由于贺兰山东麓一直吹较强东北风，叠加了明显的地形抬升所导致的结果。
4.3多普勒雷达资料分析限于常规探高资料较低的时间分辨率，一些重要的天气系统许多细节演变特征往往无法分析掌握，大大影响了预报水平的提高。近年来，借助于多普勒雷达反演的高时间分辨率的风场，可对常规高空探测资料起到重要的补充作用。29日20：00常规探高资料反映700 hPa无低空急流，最大风速仅有8 m/s，但从雷达反演风场（图7）可清楚发现，宁夏南部700 hPa 22：00出现了12 m/s西南低空急流，23：00后继续加强至14 m/s，且维持到了30日01：00；同时在29日22：00银川站上空形成了10 m/s东南风，30日00：00～01：00风速增强至12 m/s，在宁夏中北部形成了西南风与东南风的强暖式切变线，此强切变的形成与维持相应造成了在辐合区出现了40 mm/h以上的大暴雨；02：00风速变小，降水减弱；09：00后风向转为偏北风，宁夏北部降水减弱结束。图62012年7月29日20：00～30日02：00 TBB场分布图72012年7月29日21：00～30日09：00雷达反演700 hPa逐时风场径向速度场显示，29日22：00以后在银川偏南方向有一条较明显的垂直风切变，上、下层分别为偏北风、偏南风，高度大致在2 km（800 hPa），距离测站20 km左右，切变中心位于银川东南部的永宁附近，已有文献认为[8]，这种切变环境使上升气流倾斜，降水质点能够脱离出上升气流，而不致因拖带作用减弱上升气流的浮力；同时，降落到下沉气流中的降水质点，因蒸发冷却和下沉拖带作用，会增强下沉冷空气出流，从而维持和激发了上升气流增强，因此这种形式的维持也是此次大暴雨形成的原因之一。
5小结
（1）此次大暴雨具有明显的中尺度特征，且是由MβCS
发展并较长时间维持少动造成的。MβCS最成熟阶段时，TBB强梯度区偏向冷云中心区与未来1～2 h暴雨落区有较好的对应关系。
（2）地面辐合线的较长时间的维持是造成此次大暴雨的重要原因之一；强降雨带与地面辐合线的走向较一致，且多发生在其略偏北一侧。
（3）暴雨发生时，湿对流有效位能（Cape）有明显的增大，其对大暴雨发生时有较好的指示意义。
（4）深厚湿层的存在一方面为此次大暴雨的形成提供了充沛的水汽，另一方面凝结潜热释放增加了层结不稳定，对强降水的持续及强度有重要影响。
（5）多普勒雷达反演的风场可对常规高空探测资料起到重要的补充作用。
参考文献
[1] 丁永红，王文，陈晓光，等.宁夏近44年暴雨气候特征和变化规律分析[J].高原气象，2007，26（3）：630-636.
[2] 纪晓玲，桑建人，杨侃，等.贺兰山东麓暴雨环流统计预报模型[J] .干旱区资源与环境，2009，23（8）：104-109.
[3] 贾宏元，穆建华，孔维娜.2004年宁夏一次区域性大到暴雨的诊断分析[J].干旱气象，2005，23（2）：24-29.
[4] 纪晓玲，冯建民，穆建华，等.宁夏北部一次短时暴雨中尺度对流系统的特征分析[J].大气科学学报，2010，33（6）：711-718.
[5] 胡文东，丁建军，刘建军，等.宁夏一次局部强降水中尺度时空特征合成分析[J] .宁夏工程技术，2004，3（3）： 225-230.
[6] 张广平，穆建华，周翠芳，等.2010年宁夏北部一次区域性暴雨天气的成因分析[J].安徽农业科学，2010，38（20）：10770-10773.
[7] 张晰莹，王承伟.高纬地区罕见的MCC卫星云图特征分析[J].南京气象学院学报，2007，30（3）：390-395.
[8] 俞小鼎，姚秀萍，熊廷南，等.多普勒天气雷达原理与业务应用[M].北京：气象出版社，2006：93.
关键词暴雨；极端；中尺度系统；成因；宁夏
中图分类号S161.6；P458.1+21.1文献标识码A文章编号0517-6611（2014）02-00514-05
Abstract The mesoscale characteristic and the cause of an extremely heavy rain in Ningxia during July 2930 2012 was analyzed using many kinds of high spatialtemporal resolution data， such as Doppler radar data， satellite images， autoweather station （AWS） network data and NCEP analysis data. It was revealed that the existence of deep wet layer had a significant effect to the continuity and intensity of heavy rainfall. A surface convergence line lasting for a long period provided a powerful lifting condition which caused the heavy rain. It was showed that the convergence line was represented as a convergence region of wind direction or wind speed， and its strength was closely related to the precipitation intensity. The surface convergence line was in good accord with the pattern of the heavy rainfall， which tends to occur at the north side of the rain belt. The development of MβCS and its immovability also contributed to the heavy rain. At its mature stage of MβCS， a TBB strong gradient area was found locating towards the cold cloud center， which has a good relationship with the heavy rainfall zone in the next one or two hours.
Key words Heavy rain； Extreme； Mesoscale analysis； Causes； Ningxia
宁夏处于我国季风降雨向内陆急剧减少的过渡带，降水具有明显的地域性特征，降水时段集中，区域差异大，7～8月累积降水总量超过年降水量的4/5，年降水量宁夏平原仅有200 mm，六盘山区则多达600～800 mm，且多局部暴雨洪涝等灾害，区域性暴雨发生率低，特别是大暴雨，近49年（1960～2008年）间常规测站仅出现过3 站次，属于典型的天气气候极端事件[1]。同时由于暴雨常会引发严重的洪涝、地质灾害，长期以来一直是预报技术难点和预报员关注的重点。
目前对宁夏典型暴雨已有了一定的认识。纪晓玲等总结提出了宁夏贺兰山东麓暴雨统计预报模型，并指出暴雨落区与850～200 hPa各层气流及中β尺度低值系统的配置关系[2]，认为宁夏突发性暴雨具有明显的中小尺度系统特征[3-4]，中北部强对流降水雷达组合反射率与南方之间有明显的差异[5]，并提出了预报着眼点[6]。尽管如此，因宁夏大暴雨极少发生，已有文献对当地大暴雨研究较少，特别是中尺度系统的分析更是缺乏。为此，笔者利用常规气象探测、多普勒雷达、卫星云图、加密气象站等高分辨率的探测数据及NCEP再分析资料，采用天气动力学和中尺度诊断技术，分析了引发宁夏2012年“7.29” 极端暴雨过程的水汽、热力、动力场空间结构特征，探讨了造成此次大暴雨的成因及中小尺度系统结构、发生发展机制和演变特征，为强暴雨的预报和预警提供科学参考依据。
2环流形势特征和主要影响系统
降水前期，欧亚中高纬维持两槽一脊，乌拉尔山以东广大地区维持宽广的高压脊（图2a），其底部不断有短波槽分股东移，中纬度气流平直，冷空气侵入频繁，副高较弱，且588 dagpm特征线断开，主体位于海洋上，副高脊线位于在33°N附近，584 dagpm线在宁夏北部附近摆动。统演变（图2b）可以看出，原位于内蒙西部和高原东部的700 hPa低涡随着西风带系统的东移及偏南暖湿气流北抬，快速移至宁夏北部合并成一明显具有涡旋结构的系统，同时在其东部和南部分别出现了一个横切变及竖切变线，竖切变线前、横切变后西南气流显著加强，在宁夏北部出现了强烈的辐合区。同时宁夏上空处于200 hPa高空急流出口右侧，呈反气旋性环流，即大气在此层为辐散场。这种高空辐散、低空辐合的环流特征为此次过程提供了较强的动力抬升条件，另外地面上有一弱冷锋东南下移过宁夏，迫使暖空气抬升，加强了锋线附近的上升运动。30日20：00，低涡、切变线明显东移，宁夏降雨也逐渐减弱结束。 3物理量场诊断分析
3.1水汽条件
3.1.1相对湿度。29日20：00降水开始后，相对湿度时空剖面（图3a）上反映宁夏上空37.5°N以北高空高湿层一直表现得很深厚，750～350 hPa相对湿度均超过了80%，并不断在加强，而300 hPa以上高层干区明显，存在强湿度梯度区，表明高层有干空气侵入，属于典型的上干下湿极不稳定的湿度层结结构；30日08：00后，虽然低层湿度仍较大，但高湿层高度迅速下降，相应降水明显减弱。辐散中心在200 hPa，低层辐合与高层辐合的重叠区对应降雨的极大中心，暴雨区上空，高层正散度辐散与低层负散度辐合相配合，是触发暴雨的动力机制。表现在垂直速度场上，宁夏上空整体以上升运动为主，上升中心位于500～300 hPa附近。对流层中上层较强的垂直速度产生强劲的抽吸作用，促使低层暖湿气流辐合上升。4中尺度天气系统分析
4.1地面中尺度辐合线利用加密自动站逐时风场（图5）资料，分析地面风场对暴雨的作用，结果发现，大暴雨过程产生的2个强降水中心（银川附近及贺兰山滚钟口），地面一直伴随着2个长度为几十到200 km的中尺度辐合线的影响，持续时间长达10 h，辐合线既表现为风向也有风速辐合，其与强降水区域对应较好。29日22：00银川以东区域就出现了弱的辐合；23：00雨强明显加强，相应在银川东侧形成了8 m/s西北风与6 m/s东南风的强辐合线；30日00：00除了有弱的风向辐合外，银川以东区域东南风迅速加强至10 m/s，风速出现了明显辐合，2 h内辐合线以北的银川、贺兰站降水量超过了40 mm，同时在银川以西的贺兰山，也存在一个弱的辐合区，只是强度较弱，沿山降水量不强；01：00左右，贺兰山沿山SN风加大至8 m/s，辐合加大，此区域降水明显加强；02：00～05：00银川附近地面风场仍有辐合存在，但仅表现为弱的风向和风速辐合，降水开始减弱；07：00左右这种辐合强度又有所增强，不过与前次辐合最强时相比仍较弱，降水强度均低于15 mm/h；10：00后辐合缓慢南下，强降水区也南撤，14：00辐合消失，降水停止。在整个降水过程中，银川站5 mm/h以上的强降水维持了近9 h，期间地面辐合线也长时间存在，其强度与降水强度密切相关，且强降雨带与地面辐合区的走向较一致，多发生在其略偏北一侧。地面辐合线长时间的存在是引发此次大暴雨持续的动力抬升条件。另外，贺兰山滚钟口的辐合强度虽明显不及银川附近，但降水强度仍超过了银川，分析认为，可能是由于贺兰山东麓一直吹较强东北风，叠加了明显的地形抬升所导致的结果。
4.3多普勒雷达资料分析限于常规探高资料较低的时间分辨率，一些重要的天气系统许多细节演变特征往往无法分析掌握，大大影响了预报水平的提高。近年来，借助于多普勒雷达反演的高时间分辨率的风场，可对常规高空探测资料起到重要的补充作用。29日20：00常规探高资料反映700 hPa无低空急流，最大风速仅有8 m/s，但从雷达反演风场（图7）可清楚发现，宁夏南部700 hPa 22：00出现了12 m/s西南低空急流，23：00后继续加强至14 m/s，且维持到了30日01：00；同时在29日22：00银川站上空形成了10 m/s东南风，30日00：00～01：00风速增强至12 m/s，在宁夏中北部形成了西南风与东南风的强暖式切变线，此强切变的形成与维持相应造成了在辐合区出现了40 mm/h以上的大暴雨；02：00风速变小，降水减弱；09：00后风向转为偏北风，宁夏北部降水减弱结束。图62012年7月29日20：00～30日02：00 TBB场分布图72012年7月29日21：00～30日09：00雷达反演700 hPa逐时风场径向速度场显示，29日22：00以后在银川偏南方向有一条较明显的垂直风切变，上、下层分别为偏北风、偏南风，高度大致在2 km（800 hPa），距离测站20 km左右，切变中心位于银川东南部的永宁附近，已有文献认为[8]，这种切变环境使上升气流倾斜，降水质点能够脱离出上升气流，而不致因拖带作用减弱上升气流的浮力；同时，降落到下沉气流中的降水质点，因蒸发冷却和下沉拖带作用，会增强下沉冷空气出流，从而维持和激发了上升气流增强，因此这种形式的维持也是此次大暴雨形成的原因之一。
5小结
（1）此次大暴雨具有明显的中尺度特征，且是由MβCS
发展并较长时间维持少动造成的。MβCS最成熟阶段时，TBB强梯度区偏向冷云中心区与未来1～2 h暴雨落区有较好的对应关系。
（2）地面辐合线的较长时间的维持是造成此次大暴雨的重要原因之一；强降雨带与地面辐合线的走向较一致，且多发生在其略偏北一侧。
（3）暴雨发生时，湿对流有效位能（Cape）有明显的增大，其对大暴雨发生时有较好的指示意义。
（4）深厚湿层的存在一方面为此次大暴雨的形成提供了充沛的水汽，另一方面凝结潜热释放增加了层结不稳定，对强降水的持续及强度有重要影响。
（5）多普勒雷达反演的风场可对常规高空探测资料起到重要的补充作用。
参考文献
[1] 丁永红，王文，陈晓光，等.宁夏近44年暴雨气候特征和变化规律分析[J].高原气象，2007，26（3）：630-636.
[2] 纪晓玲，桑建人，杨侃，等.贺兰山东麓暴雨环流统计预报模型[J] .干旱区资源与环境，2009，23（8）：104-109.
[3] 贾宏元，穆建华，孔维娜.2004年宁夏一次区域性大到暴雨的诊断分析[J].干旱气象，2005，23（2）：24-29.
[4] 纪晓玲，冯建民，穆建华，等.宁夏北部一次短时暴雨中尺度对流系统的特征分析[J].大气科学学报，2010，33（6）：711-718.
[5] 胡文东，丁建军，刘建军，等.宁夏一次局部强降水中尺度时空特征合成分析[J] .宁夏工程技术，2004，3（3）： 225-230.
[6] 张广平，穆建华，周翠芳，等.2010年宁夏北部一次区域性暴雨天气的成因分析[J].安徽农业科学，2010，38（20）：10770-10773.
[7] 张晰莹，王承伟.高纬地区罕见的MCC卫星云图特征分析[J].南京气象学院学报，2007，30（3）：390-395.
[8] 俞小鼎，姚秀萍，熊廷南，等.多普勒天气雷达原理与业务应用[M].北京：气象出版社，2006：93.