1. 引言
雷暴天气是中国主要的灾害性天气之一，伴随短时强降水的对流性暴雨具有空间尺度小、生命期短、突发性强的特点，易引发山体滑坡、泥石流、山洪等灾害。中国年均雷暴日数超过45 d的区域主要分布在新疆西北部、西藏中部、青海南部、四川西部及沿长江以南地区，其中西藏大部分地区雷暴日数呈现出明显的增加趋势[1]。青藏高原地区处于中国年平均雷暴日数高值，但其年平均雷暴时数较小，表明其对流活动持续时间比平原地区更短[2]。西藏位于青藏高原西南部，地域辽阔、地形复杂、降水量分布极不均匀，夏季强降水具有季节性强、降水次数少、持续时间短的特点，受独特的地理环境影响，强降水的突发性、局地性更为显著[3]。青藏高原在其动力和热力作用下，是我国一些重要天气系统如青藏高原低涡、切变线的生成源地，这两类天气系统是在高原地形作用下形成的常见的天气系统[4]-[6]。高原低涡是指反映于500 hPa等压面上在青藏高原上生成的有三个站风向呈气旋式环流的低涡或有闭合等高线的低压[7]，集中出现在每年的4~9月，其中6月份最多[8]，是青藏高原夏季强降水形成的主要天气系统之一。
日喀则位于青藏高原西南部，南部紧靠马拉雅山，西部为阿里高原，北接藏北高原，地形呈现出丘陵和山地交错的特点。特殊的高原气候特点造成当地频发强对流天气，日喀则市强降水天气过程大多是系统性和对流性共同作用的混合型降水天气过程，同时具有季节性强、持续时间短等特点[9]，主要高空环流分型主要影响系统有高原中西部低涡系统、沿江切变系统以及高原低槽，其中切变线是造成日喀则强对流天气的主要影响系统[10]，当孟加拉湾热带低压系统不断有暖湿气流北上高原，与高原处切变线等系统配合[11]，雷达降水回波和对流云团沿中尺度切变线加强并移动时产生明显的“列车效应”时[12]，日喀则市易发强对流天气。
2. 资料与方法
本文所用资料为美国环境预报中心NCEP发布的全球再分析资料、日喀则市各气象站逐小时数据、日喀则雷达站资料、FY-2G卫星资料。其中，NCEP再分析资料水平分辨率为1˚ × 1˚、时间分辨率为6 h。本文通过分析高低空环流形势、动力及热力结构特征、卫星及雷达探测资料，分析引起暴雨的热力、动力、水汽条件以及天气系统演变特征，探究此次暴雨的天气成因及物理机制。
3. 实况天气简介
2023年8月6日08:00~7日08:00日喀则市224个监测站共205个站有降雨，其中大雨(25~49.9 mm) 6个站，中雨(10~24.9 mm) 39个站，小雨(0.1~9.9 mm) 160个站。最大降雨量为35.8 mm，出现在昂仁县秋窝乡，最大小时雨强出现在江孜县日朗乡，出现在6日18:00~19:00，小时雨强20.0 mm/h，达到短时强降水标准。此次强降水导致日喀则市部分乡镇房屋及河堤有不同程度受损，对人民群众生命财产安全造成了一定影响(见图1)。
Figure 1. Distribution of precipitation in Kaze from 08:00 on August 6 to 08:00 on August 7
图1. 8月6日08:00~8月7日08:00日喀则降水量分布
4. 诊断分析
4.1. 环流形势
由对流层上层200 hPa形势场分析可知6日08时(图2(a))，高空强西风急流较为活跃，我国新疆北部以及内蒙古西北部地区存在风速超过40 m/s的风速大值区(高空急流)，分布范围东西跨度较大。至6日20时(图2(b))，急流区进一步向东移动，此时位于蒙古南部以及我国内蒙古中北部地区。此时日喀则市为偏北气流，且处于暖区。至7日08时(图2(c))，高空槽线此时位于我国内蒙古西部–甘肃省中部–青海省北部一线，暖区向北移动，此时位于日喀则北部地区，同时在青海省东部以及四川省西北部也形成了两个暖中心。至7日20时(图2(d))，槽线进一步向东移动，此时位于我国内蒙古西部至河西走廊地区，日喀则市仍处于暖区位置。由以上分析可知，此次强降水天气过程中，高空动量下传作用较为显著，且日喀则市处于暖区位置，高低空冷暖交汇较为显著，有利于强降水天气的发展。
(a)
(b)
(c)
(d)
Figure 2. 200 hPa height field. (a) 08:00 on 6 August, (b) 20:00 on 6 August, (c) 08:00 on 7 August, (d) 20:00 on 7 August
图2. 200 hPa高度场。(a) 8月6日08时，(b) 8月6日20时，(c) 8月7日08时，(d) 8月7日20时
强降水一般出现在有利的高低空系统配置下，为了研究强降水发生时的天气系统配置，分析500 hPa上6日08时(图3(a))，亚欧大陆中高纬度地区基本表现为“两槽一脊”型环流形势，高压脊位于我国内蒙古东北部至华北地区一线，2个低压槽区分别位于蒙古中部至我国内蒙古中西部一线，以及我国东北地区东部至朝鲜半岛一线，呈带状分布，同时在我国青海省东部至四川省西北部一线还有一槽线；西太平洋副热带高压(以下简称副高)在中低纬地区较强，西伸脊点在(115˚E，22˚N)附近(图2(a))。至6日20时(图3(b))，暖中心位于日喀则市东部，此时副高有所减弱，且暖区范围有所增大，日喀则市处于东北与西南气流的交汇区域，持续的冷暖空气交汇，为强降水的发展提供了有利条件。至7日08时(图3(c))，此时日喀则市转为偏南与西南气流，暖区也进一步向东移动。至7日20时(图3(d)，副高显著南退，暖区基本覆盖整个青藏高原地区，此时日喀则市仍处于偏南气流区域。由以上高空环流形势分析可知，由孟加拉湾输送至我国青藏高原地区的暖湿气流与偏北气流交汇，为强降水的发生发展提供了较为有利的天气形势。
(a)
(b)
(c)
(d)
Figure 3. 500 hPa height field. (a) 08:00 on 6 August, (b) 20:00 on 6 August, (c) 08:00 on 7 August, (d) 20:00 on 7 August
图3. 500 hPa高度场。(a) 8月6日08时，(b) 8月6日20时，(c) 8月7日08时，(d) 8月7日20时
4.2. 水汽条件
源源不断的水汽输送以及水汽辐合是强降水发生的基本条件之一，降水区上空水汽含量的多寡对暴雨的产生、发展和结束有着直接的影响，同时某地降水的强度及频率与该地上空整个大气柱的水汽含量以及水汽饱和程度有着紧密的关联[13]，分析8月6日~7日整层水汽通量发现，高原南部水汽通量处于高值区，并随偏南风向高原输送水汽(见图4)。
(a)
(b)
(c)
(d)
Figure 4. Whole layer water vapor integration. (a) 08:00 on 6 August, (b) 20:00 on 6 August, (c) 08:00 on 7 August, (d) 20:00 on 7 August
图4. 整层水汽积分。(a) 8月6日08时，(b) 8月6日20时，(c) 8月7日08时，(d) 8月7日20时
同时，某地降水的强度及频率与该地上空整层大气可降水量有着紧密的关联，通过整层大气可降水量分析此次日喀则市的强降水过程的水汽条件，可以看到，6日08时(图5(a))，在我国西藏地区大气可降水量整体均较大，大值区中心位于日喀则西部地区，其中心最大值超过110 kg/m2，且通过持续的西南气流，水汽进一步向日喀则市输送，为强降水的发生提供了较为充沛的水汽。至6日20时(图5(b))，大气可降水量大值区仍位于我国西藏南部以及东南部地区，且日喀则市的大气可降水量超过了100 kg/m2，表明此时日喀则市的水汽条件较好，有利于强降水天气的持续。至7日08时(图5(c))，我国西藏大部地区的大气可降水量均超过90 kg/m2，其中日喀则市大气可降水量超过了110 kg/m2，这表明由于持续的西南气流，将大量暖湿气流不断输送至降水区。至7日20时(图5(d))，超过90 kg/m2的大气可降水量大值区向东南方向移动，强降水天气过程趋于结束。由以上分析可知，此次强降水天气过程中，日喀则市上空整层大气可降水量均维持在较高水平，为强降水天气的发生发展提供了较为有利的水汽条件。
(a)
(b)
(c)
(d)
Figure 5. The whole layer of precipitable water. (a) 08:00 on 6 August, (b) 20:00 on 6 August, (c) 08:00 on 7 August, (d) 20:00 on 7 August
图5. 整层可降水量。(a) 8月6日08时，(b) 8月6日20时，(c) 8月7日08时，(d) 8月7日20时
一个地区上空水汽含量的多寡对强降水的产生、发展和结束有着直接的影响[2]。由图6可知，6日08时，本次强降水过程开始前，在日喀则市近地层至750 hPa之间比湿较大，超过12 g/kg，表明此时日喀则市水汽含量较为充沛，为强降水天气的产生提供了有利的水汽条件。6日20时至7日08时，随着降水过程的持续，日喀则市上空比湿进一步增大，近地层比湿超过14 g/kg。之后至7日20时，降水过程趋于结束，日喀则市近地层比湿有所减小，表明大气中的水汽含量也逐渐减少。由以上分析可知，在此次日喀则市强降水过程中，大气中水汽较为充沛，为强降水的发展提供了较好的水汽条件。
Figure 6. The specific humidity time-height profile in Shigatse
图6. 日喀则比湿时间–高度剖面
4.3. 动力条件
强烈的上升运动是促使强降水过程发生、发展的必要条件之一[1]，而散度、垂直速度通常被用以表征强降水过程中动力条件的强弱。由图7可知，6日08时，强降水开始时，日喀则市近地层至300 hPa上存在显著的垂直运动场负值区，表明该区域存在一定的垂直上升运动，而在300 hPa以上为垂直运动场正值区，表明该区域存在垂直下沉运动，这种交替的上升下沉运动有利于强降水天气的发生发展；同时由散度场分析可知，在近地层至550 hPa上为散度负值区，表明该区域有辐合上升运动，而在高空550 hPa以上为散度正值区，表明在该区域有辐散下沉运动，这种交替的上升下沉运动同样为强降水的发生提供了较好的动力条件。7日02时至08时，日喀则市近地层至500 hPa之间为垂直运动正值区，存在较强的垂直下沉运动，而在500~400 hPa之间为垂直运动负值区，且在550 hPa附近形成了垂直运动负值区中心，其中心最小值小于−0.15 Pa/s，表明在该区域存在较强的垂直上升运动；同时在近地层至550 hPa之间仍为散度负值区，辐合上升运动有所加强，湍流运动较强，为降水的持续提供了有利的动力抬升条件。7日20时至8日02时，在日喀则市上空仍有交替的上升下沉运动，但强度有所减弱，强降水天气趋于结束。由以上分析可知，在日喀则市低空辐合、高空辐散产生的抽吸作用，利于垂直上升运动的加强和维持，为强降水天气的发生发展提供了较为有利的动力条件。
Figure 7. Time-height profile of vertical velocity (isoline, unit: pa/s) and divergence (shadow, unit:) in Shigatse
图7. 日喀则垂直速度(等值线，单位：pa/s)与散度(阴影，单位：)时间–高度剖面
4.4. 热力条件
假相当位温反映了大气的温湿状况，暴雨易出现于θse陡峭和密集区，在其附近都有垂直上升速度大值区与之对应。暴雨发生前后日喀则θse线密集区集中在6日20:00、7日20:00，日喀则700 hPa~500 hPa θse约为100 K，并且出现了陡峭的密集区域，结合对垂直上升运动的分析，说明暴雨前期低层大气已具有引起暴雨天气较强的位势不稳定条件(见图8)。
5. 雷达与卫星资料分析
雷达天气资料能有效监测、预报冰雹等强对流性天气，因此，选取日喀则市相应时间段的雷达资料分析发现(图9)，此次降水过程中回波基本为片状，强回波区域面积较小，大部分区域回波强度较弱，边缘模糊，没有明确的边界，且存在零度层亮带，判断以层状云降水回波为主，伴有一定的混合型降水。日喀则市南侧的单体风暴发展迅速，靠近城区有明显的加强，并迅速出现强回波区(图9(a))，中心强度大于35 dBz，局地出现了50 dBz以上的强回波区，同时，在日喀则市西部出现阵风锋，雷暴主体已经形成，且存在三体散射，有较大出现冰雹的可能性(图9(d))；低层至高层均有较强回波，垂直伸展高度较高，回波顶高在日喀则西北延伸至12千米以上(图9(e))。对流单体进入日喀则市的过程中，组合反射率(CR)、
Figure 8. The time-height profile of pseudo-equivalent potential temperature (unit: K) in Shigatse
图8. 日喀则假相当位温(单位：K)时间–高度剖面
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
Figure 9. August 6 (a) 19:51, (b) 20:21:00 radar combined reflectivity (CR), (c) 19:51, (d) 20:21 VIL, (e) 19:51, (f) 20:56 (ET)
图9. 8月6日(a) 19时51分，(b) 20时21分雷达组合反射率(CR)，(c) 19时51分，(d) 20时21分垂直累积液态水含量(VIL)，(e) 19时51分，(f) 20时56分回波顶高(ET)
垂直累积液态水含量(VIL)与回波顶高(ET)的变化趋势较为一致。垂直累积液态水含量较小且较分散，随着对流体的移动和发展，日喀则市垂直累积液态水含量不断增加，20时左右出现1个小幅度跃增(图9(c)、图9(f))，达到15 kg/m2。而回波顶高基本处于6~14 km (图9(b)、图9(e))，同时，对应组合反射率也属于高值区(图9(a)、图9(d))。整体而言，此次过程的回波自西南向东北移动，强回波维持时间较长，维持10个体扫(60 min)左右。整个降水过程前期为层状云云降水，后期以混合云降水为主，具有高原夏季典型的降水天气特征。
对2023年8月6日午后卫星红外图像演变(图10)分析来看，这次短时强降水天气过程是由高原切变线附近的中尺度对流云团发展而来的。云团形成阶段(14:00~17:00)：在500 hPa高原切变线东侧、青藏高原南部上空有对流云团A生成(图10(a))，对流云团A中最低TBB为−52℃；发展阶段(30日17:00~20:00)：对流云团A于18:00分裂，形成2个对流云团A1、A2 (图10(b))，顺着200 hPa南亚高压北侧偏西风缓慢东移过程中，冷云盖面积迅速扩大，呈椭圆形，边缘光滑，最大TBB梯度位于东侧；成熟阶段(20:00~23:00)：A1、A2云团逐渐合并(图10(c))，冷云盖面积逐渐扩大，呈团状分布，对流云团呈椭圆形，强度在22:00达到最强，对流中心始终位于日喀则附近，至23时，−52℃线开始出现锯齿状，说明对流开始缓慢减弱。
(a)
(b)
(c)
Figure 10. Infrared cloud image of Qinghai-Tibet plateau on 6 August (a) 15:00, (b) 18:00, (c) 22:00
图10. 8月6日(a) 15时，(b) 18时，(c) 22时青藏高原地区红外云图
从各个阶段的云图特征可以看出，本次对流系统在500 hPa高原切变线东侧生成，发展过程中与多个小对流云团接触融合，呈片状排列。中尺度对流云团形成、发展、成熟和减弱阶段，长轴始终呈西北–东南向，与高原切变线位置重合，随着高原切变线的发展移动而变化。组成片状云团的小对流云团外形有的近似圆形，有的近似椭圆，云系稠密，面积相差较大。带状云团后部为下沉的西北气流对应的无云区，前部为高原切变线右侧西南气流，为强正涡度平流区，对应强的上升运动。
6. 结论
1) 此次强降水天气过程中，高空动量下传作用较为显著，且日喀则市处于暖区位置，暖区基本覆盖整个青藏高原地区，由孟加拉湾输送至我国青藏高原地区的暖湿气流与偏北气流交汇，为强降水的发生发展提供了较为有利的天气形势。
2) 强降水天气过程中，日喀则市上空整层大气可降水量均维持在较高水平，为强降水天气的发生发展提供了较为有利的水汽条件。日喀则市低空辐合、高空辐散产生的抽吸作用，利于垂直上升运动的加强和维持，为强降水天气的发生发展提供了较为有利的动力条件，并且暴雨前期低层大气已具有引起暴雨天气较强的位势不稳定条件。
3) 此次过程的雷达回波自西南向东北移动，强回波维持时间较长，本次对流系统在500 hPa高原切变线东侧生成，发展过程中与多个小对流云团接触融合，呈片状排列。中尺度对流云团形成、发展、成熟和减弱阶段，长轴始终呈西北–东南向，与高原切变线位置重合，随着高原切变线的发展移动而变化。