新乡市大到暴雨天气过程个例分析

赵素菊

【摘 要】利用常规气象资料，对新乡市5月16日发生的大到暴雨天气过程进行天气动力学分析，结果表明：这次大到暴雨过程是在有利的大尺度环流背景下，有较强南下冷空气和北上西南暖湿气流的共同作用，在中纬度地区形成深厚的SW急流，从而诱导西南低涡和低空急流的形成和发展。西南低涡、低空急流和地面冷锋是造成这次天气过程的主要天气系统，在这些天气系统的共同作用下，产生大到暴雨天气过程。强降水的落区位于地面冷锋前部、低空急流的前端。

【关键词】大到暴雨；冷锋；急流；西南涡

0.引言

2005年5月16日，新乡市所辖八个县（市）普降大到暴雨，降水量分别为辉县35.7mm、卫辉46.6mm、获嘉42.5mm，新乡39.0mm，原阳42.9mm，延津40.8mm，封丘36.0mm，长垣38.7mm（图1）。华北地区的降水80%-90%出现在6-8月，主要集中在雨季，其中又以7月下半月和8月上半月最集中[1]，春季的强降水过程很少，本文根据现代天气预报的基本特点，资料信息量大、数值预报产品丰富、预报工具多[2]。采用暴雨预报的技术和方法，对本次过程进行分析和研究。气象研究人员对暴雨预报方法进行了深入的研究工作[3-5]，随着数值天气预报的迅速发展，常规气象资料和数值预报产品相结合，运用《天气学原理与方法》分析研究天气预报，仍是现代天气预报的基础。

1.中、短期环流形势的演变及分析

过程前期，500hPa图上，中高纬度地区维持二槽一脊型，副热带高压维持在南海一带。由于副高的加强北抬，和欧亚大陆发展东移的高脊合并，从南海到贝湖的东侧形成强大的暖性高压脊。由于暖性高压脊的形成，使得高脊后有强盛的SW气流得到强烈发展。16日08时在张掖、兰州、成都到思茅一线形成深厚的低槽。从温、压场的配置来看，该天气尺度系统是非对称的、斜压的，因此天气系统是发展加强的。在低槽前部的河套地区有饱和区；同时在重庆、达川到安康形成强盛的西南急流轴，轴线上的风速都在20m/s以上。强盛的西南急流，为降水天气的产生提供了水汽、能量和动力条件。

700hPa：14日20时，高原东部形成西南涡。15日20时，西南涡发展东移到玉树和达日一带，在低涡前部，从贵州、鄂西到郑州形成急流轴，新乡地区位于急流轴的前端，在这里有风速的辐合，有水汽和能量的聚集，有利于强降水天气的产生。16日08时，在延安和成都一带各生成一个低压环流， 低槽位于延安、西安到成都一线，延安到邢台形成一条切变线，延安附近的低涡将沿切变线向东北方向移动，新乡地区将处于低涡的东南象限里，这里对应着强降水的落区（图2）。从我国的西南到黄河南岸产生广阔的急流区，强盛的西南急流，源源不断地把水汽、能量、涡度输送到新乡地区，为强降水天气的产生提供了水汽和动量。

850hPa：由于冷暖空气活跃，15号08时在成都到重庆一带生成西南低涡形成。16日08时，西南涡略有加强北上，低涡中心位于重庆到成都一带，低槽和切变线分别位于达川、重庆到昆明和达川、南阳到南京一线。低涡中心沿切变线方向移动，即东移北上影响新乡地区（图3）。

地面图：15日08时在临河、兰州到托托河生成冷锋，西南地区有倒槽形成。在冷锋东移发展过程中，与西南地区向东北方向强烈发展的倒槽合并，生成黄河气旋。16日14时，同时受气旋影响出现强降水时段。

受高层西南急流、中低空西南涡和黄河气旋的共同作用在新乡地区产生大到暴雨天气。

2.数值产品的分析和检验

2.1欧洲风场、流场分析

欧洲中心的风场、流场预报检验，500hPa：15日20时，达日、甘孜到巴塘有一低槽，新乡地区处于槽前宽广的西南气流里；16日20时低槽发展东移到太原、洛阳、安康到重庆一线，槽前西南气流明显增强，新乡地区处于强盛西南气流的前端。700hPa：16日20时，由气旋性弯曲发展成西南涡向东北方向移动，其中心位置位于延安到太原一带，新乡地区位于气旋的东南象限，对应于强降水落区。由欧洲的风场预报来看，对这次降水系统的生成、强度和移动，和实况比较接近，预报能力较强，对天气分析预报有一定的参考价值。

2.2 T213物理量诊断分析

2.2.1垂直速度分析

T213物理量的预报场，500hPa：16日14时在新乡地区西部的平凉附近有最大垂直速度为-240×10-3百帕/秒的上升区，垂直速度的大值区呈南北向分布。20时，中心上升区向东北方向移动，数值增加至-372×10-3百帕/秒。17日08时，垂直速度数值猛增，极值中心位于河北南部和河南北部，数值为 -536×10-3百帕/秒。根据15日20时的预报场来看，在16日14时在河南的西南部有一中心值为-256×10-3百帕/秒上升区。

700hPa：14日20时预报场，16日08时，在我国西南地区武都附近，有垂直速度上升区，垂直速度最大值为-84×10-3百帕/秒。14时，垂直速度上升区东北移，中心移至平凉附近，最大值达-208×10-3百帕/秒，数值迅速增大。20时，最大中心移到延安附近，垂直速度最大值达-396×10-3百帕/秒。17日08时最大值移至河南北部，中心在安阳附近，最大值达-440×10-3百帕/秒。

850hPa：14日20时的预报场，16日20时在新乡地区的西部有垂直速度的上升区，17日08时，在河南北部到河北的中南部有一垂直速度的最大上升区，最大中心在河北南部，中心值达-264×10-3百帕/秒。通过对T213数值预报各层垂直速度的分析可以看出：T213对本次过程在垂直速度的预报上，移动路径上和实况一致，时效上落后36小时，空间位置上偏北3个纬距，因此T213对这次强降水动力过程的预报和实况有一定的偏差。

2.2.2涡度分析

14日20时涡度预报分析表明，17日08时850hPa，在黄河以北到河北中部分别有一正涡度区，最大数值达24×10-5/秒，和实况位置略偏西，时效落后。

2.2.3水汽通量分析

T213水汽通量预报场，15日20时，在重庆一带有120×10-7克/百帕·厘米·秒的大值区，16日02时增大到160×10-7克/百帕·厘米·秒，且向东北方向移动。16日08时，水汽通量中心移到湖北的西北部。14时，水汽中心转向偏东方向移动。20时，减弱东北移。从水汽的移动路径来看，起始位置和天气系统比较接近，移动方向有一定偏差。

从T213的物理量场分析可以看出，T213对这次强降水过程的预报场和实况场有一定的偏差，在指导预报上要进行订正。

3.云图分析

从红外卫星云图的连续演变和对比分析可以看出，16日05时，和西南涡相对应的低涡云系在河套西南部生成，随后逐渐东移；在东移过程中，低涡云系前方沿黄地区有对流云团生成，16日08时图中，a点上方有弱对流云团生成，到10时逐渐减弱消散，14时，a点附近再次有对流云团生成，15时有中尺度雨团在我市的西南上空开始生成，随后雨团发展东移影响新乡地区。和西南涡相对应的降水云系有一个生成发展过程，受中尺度雨团的影响，2小时后降水加强，16-18时在新乡地区产生大到暴雨天气过程，和中尺度雨团影响的时间相一致。

4.日本传真图的分析及应用

从日本降水预报可以看出，14日08时72小时预报：新乡地区的降水量在30-35mm之间，量级基本接近实况。南北各有一中心值，中心值有40mm以上，接近降水实况，位置有些偏差（图4），对本次降水预报很有指导作用。从日本降水预报的连续演变过程分析可以看出：随着时间的临近，降水预报误差的量级却逐渐在减小，对降水预报能力较强。因此，日本降水预报对系统性降水过程预报能力较强，可作为一个参考工具。

5.急流分析

低空急流是给中纬度暴雨和强风暴提供水汽和动量最重要的机制。根据统计，低空急流与暴雨之间的正相关系数高达0.80，暴雨一般发生在低空急流风速最大值的左前方。

5.1急流成因机制分析

根据天气图的分析可知：12号位于20°N以南的副热带高压加强北抬，同时，位于50°N以北的冷高压势力也在不断加强；南部的暖性高压势力强大，系统深厚，从低层到高层均受暖高压控制。北部的冷性系统，在850hPa以下表现为冷高压，850hPa以上为冷性低值系统，冷空气势力强大。两种热力性质不同的气团相向运动，使冷暖空气在中纬度地区交汇，形成空气质量的堆积。同时，由于冷暖空气的挤压作用，在水平方向上气压梯度 增大，在空气密度和地转参数的变化所引起的地转风的变化可以忽略不计的情况下，即地转风的变化主要是由于气压梯度的变化引起的，根据地转风公式：V=

由于气压梯度的增大，而使地转风Vg增大，结果在中纬度地区形成急流。这次过程中的急流在水平方向上产生的顺序为先在江淮之间形成急流，然后逐渐加强向北移动；在垂直方向上形成的顺序是由高层向低层发展延伸，即动量的向下传播。

5.2高低空急流的耦合分析

高空急流与锋面及锋面的次级环流有密切的关系，高空急流和锋面统称急流—锋系，它们相伴随的次级环流称急流—锋次级环流。低空急流是一种动量、热量和水汽的高度集中带，低空急流主要是以中尺度扰动的形式向暴雨区输送动量、热量和水汽[6]。高空急流的形成和传播诱导低空急流的产生和发展，高、低空急流的相互作用，引起三维质量—动量调整，三维质量—动量的调整必然伴随天气过程的产生和发展。在高空急流中心的入口区和出口区都有高低空急流的耦合，与高低空急流相联系的次级环流和上升支都位于低空急流的左侧。当地面冷锋前的上升运动与高低空急流耦合的次级环流的上升运动相叠加，有利于垂直运动的加强，产生强的天气过程。同时，在低空急流的前端，有较强的水汽通量和水汽通量辐合。对本次过程来说，高、低空急流和冷锋的配置关系和演变过程满足高、低急流的耦合关系，容易产生强天气过程，其平面配置图如图5所示。这次出现的强降水过程，就是在高、低空急流和地面冷锋的相互配合作用下而产生的大到暴雨过程。

6.降水时空分布规律及特点

15日08时，新乡市上空SW气流建立，降水开始，但由于是受暖性高压脊后部的SW气流影响，即暖气团的控制，降水性质多以阵雨或零星小雨为主，降水量不大。随着系统的发展东移，当冷锋逼近新乡地区时，即有冷空气侵入时，降水强度开始加大，表明冷锋的动力抬升明显，16日16-18时为降水的主要集中时段。强降水的落区位于冷锋前部、低空急流的前端。如图5，这里是暖湿空气的主要上升支。

7.结语

①对于春季强降水的预报，特别是对于长期少雨时段的转折过程，预报着眼点应放在天气尺度环流形势的调整上，只有在大尺度环流形势调整后，才有可能产生较强的天气过程。本次强降水过程是在大尺度环流形势调整的基础上，强冷暖空气在本地上空交汇产生的。

②对于本次区域性的强降水过程，具备了以下几个条件：稳定的天气尺度环流形势、低值系统的生成和发展、深厚的强SW急流，这些条件的形成对大到暴雨天气过程提供了动力条件。

③这次降水过程的主导天气系统500hPa的低槽，影响系统是西南低涡，西南低涡是在大的环流形势调整的过程中、在冷暖空气的交汇地区即在斜压大气中产生、发展起来的。

④用准地转理论很好地解释了急流的成因，通过对高、低空急流耦合和地面冷锋的配置关系，对分析降水落区和强度的预报有一定的参考价值。

【参考文献】

[1]朱乾根，林锦瑞，寿绍文等.天气学原理和方法（第三版）[M].北京：气象出版社，2000：360.

[2]中央气象台.天气预报方法与业务系统研究文集[M].北京：气象出版社，2002.

[3]陶诗言.中国之暴雨[M].北京：科学出版社，1980：1-225.

[4]《华北暴雨》编写组.华北暴雨[M].北京：气象出版社，1992：1-182.

[5]王键，寿绍文.“03·8”辽宁地区暴雨过程成因的诊断分析[J].气象，2003，31（4）：18-21.

[6]丁一汇.高等天气学[M].北京：气象出版社，2005：443-444.