潍坊地区一次局地大暴雨天气成因分析

2013-09-12高晓梅马守强王令军闫凤君陈林祥

中国人口·资源与环境 2013年1期

高晓梅马守强王令军闫凤君陈林祥

(1.潍坊市气象局，山东潍坊 261011;2.高密市气象局，山东高密 261500;3.诸城市气象局，山东诸城 262200）

暴雨特别是大暴雨是水资源的重要组成部分，也是引发自然灾害的主要天气之一，它对工农业生产、交通运输和人民生命财产安全有重要的影响。暴雨的发生是由于不同尺度系统相互作用的结果，天气尺度系统提供了有利的环流背景，中、小尺度系统的发展和加强触发了强降水的发生［1－7］。赵宇等［8］对2003 年 4 月发生在山东的一次暴雨过程进行了诊断分析，发现了气旋和暴雨的发生发展及演变机制与物理量场的对应关系。孙兴池等［9］分析了山东一次区域性大暴雨，找出暴雨发生的机制与条件。张少林等［10］对2004年一次暴雨过程进行分析研究，指出了暴雨与高能舌区的对应关系。在实际业务中，对某一地区暴雨发生发展的规律和机理认识仍有许多未解因素，因此加强对本地的暴雨研究有非常重要的意义。

2010年7月17日至20日，受高空西风槽、低层切变线和地面气旋共同影响，山东省出现了一次明显的持续性强降水天气过程，暴雨区主要集中出现在鲁中－半岛一带。从17日晚上至20日，潍坊市出现了暴雨局部大暴雨天气过程，全市过程平均降水量为65.4mm，有2个县市降了大暴雨，其中安丘市12小时内降水量达到104.8mm。此次暴雨过程分布不均，东部大西部小，而且此次暴雨过程分为两个阶段，第一阶段为17日晚至18日，第二阶段为19日下午至20日。本文就其大暴雨天气过程特征及成因进行诊断分析和研究，以期能对进一步做好大暴雨预报提供重要的指示依据。

1 环流形势分析

2010年7月17日20时500hPa图(图略）可以看出，西太平洋副热带高压西伸北抬，588线西伸到东经110°N、29°E附近，山东位于584线附近，西风带北支槽在贝湖东部至河套一带，另外在四川盆地有一南支槽，低层700hPa图(图略）与高空北支槽配合有一低槽，在四川西部有一低涡，850hPa图(图略）在河套以东山西至陕西一带与四川东部分别存在着一条切变线。从低层风场上来看，低空西南急流已经建立起来，鲁中地区正好处于高空北支槽前风场辐合区内。7月17日20时地面图上(图略）在山西的中北部对应着850hPa切变线的区域生成一气旋，17日23时(图略），气旋东移至山东中部，潍坊市位于气旋附近，17日夜间潍坊市降水达到最大，至18日05时(图略），气旋逐渐减弱并东移至鲁东南一带，潍坊市降水逐渐减弱。18日08时(图略），500hPa副热带高压稳定，北支槽东移北收，低层风场大的辐合区已经到达山东半岛，地面图上风场切变也在半岛一带，强降水区暂时东移至半岛。

7月19日08时500hPa图(图略）显示副热带高压西伸北抬，588线控制鲁东南沿海至半岛，在山西南部存在一低涡，配合着低层700hPa和850hPa在山东西部均有明显的风场辐合。并且从低层风场上来看，低空西南急流已经建立起来，急流顶端位于鲁西，有利于鲁西强降水的发生。19日08时地面图(图略）看出在河南中部生成一气旋，并逐渐向东北方向移动，鲁西北处于倒槽顶部，19日上午强降水主要集中在鲁西北。19日17时(图略）气旋位于山东、河北、河南三省交界，潍坊市地面风场东南气流逐渐加大，受其影响，19日下午潍坊市自西南开始降水。19日20时(图略），副热带高压减弱南落，山东省位于584线附近，低涡东移并减弱为低槽，槽线位于鲁西北，850hPa风场转为东北气流，低层风场对鲁西降水不太有利，地面图上气旋向东北方向移动并减弱，但潍坊市仍然有明显的切变线存在，降水持续。20日20时(图略），高空转为偏西气流，低层风场辐合主要在鲁东南至半岛，地面风场也转为偏南风，鲁东南至半岛也存在明显的风场辐合，20日夜间降水主要集中在山东半岛，潍坊市降水结束。

2 物理量场分析

2.1 水汽条件分析

要产生大暴雨，大气中必须具备充分的水汽含量和充足的水汽供应［11］。水汽通量表示单位时间内通过单位面积的水汽量，它的水平分布能揭示暴雨的水汽来源及主要水汽通道［12］。从17日20时水汽通量图(图略）可知，850hPa有一支明显的水汽输送带，为来自孟加拉湾地区的西南气流，西南－东北向的水汽通量值区从四川一直延伸至山东，暴雨区水汽通量值为 12 g·cm－1·hPa－1·s－1。700hPa与其类似。充沛的水汽自孟加拉湾输送到潍坊地区，为第一阶段的暴雨产生提供了有利条件。从19日20时水汽通量图(图略）可知，850hPa有两支水汽输送带，一支是来自东海的东南暖湿气流。另一支则来自孟加拉湾地区的西南气流，两支水汽输送带把充沛的水汽输送到潍坊地区，为第二阶段潍坊的暴雨提供了条件。从19日20时各层水汽通量(图略）来看，大值中心集中在600－850hPa之间，即来自孟加拉湾地区的西南气流是此阶段暴雨的最主要水汽输送带。由于这个水汽通量大值是向西北方向输送，使潍坊上空的水汽通量不断加大，为强暴雨提供了充沛的水汽。

水汽通量散度表示输送来的水汽集中程度的物理量。水汽通量散度负值区为通量辐合，绝对数值越大，越有利于对流系统的产生发展和强降水的产生。从这次过程850hPa水汽通量散度与比湿的分布图上(图略）可以看出:水汽条件在对流层中下层比较充沛，17日20时，整个山东上空比湿都在16g/kg，说明山东上空水汽含量充足，同时除鲁西北外，山东都处于水汽通量的辐合区，辐合中心较大区位于鲁中南部及鲁南。与此时段的强降水落区还是比较吻合的，潍坊南部出现强降水，其中安丘出现大暴雨，降水量达104.8mm。19日20时，比湿强度、水汽通量散度较17日20时，有所减弱，中心往东南移，强降水落区也由此往东往南移动，潍坊强降水也主要位于东南部的高密，降水量64.8mm。

2.2 热力条件和稳定度分析

从此次降水过程850hPa相当位温分布图(见图1）可以看出，7月17日20时850hPaθe山东有一条近南北向的高能舌伸展到山东北部，与高温高湿不稳定区相对应，中心达到348K，与副热带高压西北侧低空西南急流向北输送的暖湿空气相配合，极易释放对流不稳定能量造成强降水。19日20时，除鲁西北地区外，山东大部地区处于大于340 K的高能区内，在鲁中形成一东北西南向的密集带，并明显南压，在鲁西形成了明显的向南弯曲，表明冷空气西北部侵入，触发不稳定能量释放，产生对流性强降水，实况强降水产生在暖空气一侧。

图12010年7月17日和19日850百帕相当位温分布图(a）:17日20时;(b）:19日20时(单位:K）

大气层结稳定度是由大气温度和湿度在铅直方向上的分布情况所决定的［11］。夏季暴雨多是从积雨云里产生的，所以不但要有强上升运动和高温、高湿条件外，还要有不稳定的大气层结。K指数是一个反映大气层结稳定度和低层湿度条件的诊断量，K指数越大说明大气层结越不稳定，产生降水的可能性越大。按照山东暴雨常规预报经验指标［12］:K指数大于35℃，具备产生暴雨的条件。17日20时(图略），鲁中南部、及鲁南地区k指数均大于36℃，说明山东上空已经具备产生暴雨的不稳定层结条件，实况证明，此次暴雨落区跟k指数大值区相吻合。19日20时(图略），除鲁西地区外，山东上空k指数均大于36℃，鲁中的西南部地区还出现大于40℃的大值中心，这与实况暴雨落区具有很好的对应关系。

2.3 动力条件分析

垂直上升运动的发展与维持是产生强降水的一个重要动力条件。从高空各层的垂直速度图可以看出，7月17日08时(图略）潍坊地区上空500hPa及以下上升运动速度为正值，这种下沉运动有利于强降水发生前对流不稳定层结能量的积累。从17日20时垂直速度图上(图略）可以看出，500hPa鲁南是强上升运动区，700hPa鲁南及鲁中均处在上升运动区，强降水落区也正好位于此上升区域。潍坊西北部500hPa为下沉区，此时段潍坊西部仅有小雨量级的降水。7月19日20时500hPa垂直速度图上(图略），鲁北地区出现中心为－0.7hPa/s的强上升运动，700hPa上鲁中出现了一条南北方向的垂直上升运动大值区，中心达－0.8hPa/s，为此时段该区域的暴雨产生提供了强烈的上升运动，潍坊正处在该区域内。通过对此次过程垂直速度的分析可以看出，此次强降水过程发生在强上升运动区内。

3 地面中小尺度系统分析

从地面自动站资料图可以看出，自7月17日20时(见图2a）开始，地面自动站逐时低压中心的移动路径与大暴雨落区非常一致，即逐时风场为暴雨落区的预报指标。地面自动站风场(见图2b）显示，7月20日大的环境风场为南风，但潍坊西部及北部沿海有东北风，表明地面有弱冷空气入侵。20日14时开始潍坊附近出现东北风，与东南风构成地面辐合线，这正与潍坊强降水相对应，17－21时地面辐合线维持在招远半岛一带，强降水区东移，潍坊强降水结束。这说明地面辐合线与强降水落区有很好的对应关系，是触发不稳定能量产生降雨的因子。从以上两个降水阶段的中尺度分析可以看出，地面低压移过的路径或地面辐合线对应着强降雨中心。因此分析地面自动站风场，可以清楚了解冷空气入侵的时间、路径、强度，地面低压移过的路径或地面辐合线的移动情况，这对于短时临近预报中确定降水落区、起止时间等具有很好的指示意义。

4 雷达与卫星云图分析

潍坊本地强降水从7月17日下午开始，到晚上21时前后达到最强。7月17日19:07至22:46的雷达图(图略）可以看出，在潍坊南部安丘、高密、诸城附近上空有强回波，范围逐渐增大，强度达到40dBZ并稳定维持，这与17日晚上潍坊南部强降水区相对应。19日晚上是潍坊的第二个强降水时段。降水从下午开始增强，到晚上雨强达到最大。19日13:05青岛雷达图(图略）显示此时强降水回波自西向东移动到潍坊。19日21:06潍坊雷达回波图(图略）显示此时在潍坊北部有一强降水回波，南部有一较弱回波。对应降水实况，此时潍坊北部昌邑降水量比较大。

图2 2010年7月20日20时地面自动站观测图

卫星云图能较细致地揭示对流云团的发展演变。7月17日22时(图略）山东中部及以东地区地区上空有对流云团，而且发展较强，对应地面图上山东有强降水出现，此时在潍坊南部安丘、高密上空逐渐有强对流云团生成，到18日凌晨，云团迅速加强发展并向偏东方向移动。这与潍坊强降水区对应较好。19日20:32卫星云图(图略）显示强对流云带呈南北向，而且发展强烈，自西向东缓慢移动，到20日下午移出潍坊，强降水基本结束。