“7·14”浙中北地区强降水的中尺度结构分析

黄艳 蔡敏 金培

(金华市气象局，浙江金华321000)

1 概述

对暴雨的研究表明，暴雨的强度和出现地点与中尺度扰动的活动密切相关［1－3］。近年来随着科技日新月异，暴雨的研究工作不再仅仅着重在大尺度环流条件和中α尺度天气系统，也开始逐渐注意到中β尺度天气系统的作用了。

2012年7月14日后半夜到15日上午浙江省中部地区出现了区域性暴雨到大暴雨天气，累计雨量60～120 mm，局部130 mm以上。强降水中心主要分布在浦江、义乌、兰溪等市，其中义乌市大陈镇部分农户房屋进水，33.5 hm2水稻被淹，2处发生地质灾害，经济损失达200多万元。

本次发生过程具有范围小，强度强，时间短的特点，本文对这次暴雨过程的天气系统、实况观测资料及物理量场进行诊断分析，讨论了其中尺度系统的活动特征，及高空低涡与暴雨位置的关系，对今后的暴雨预报工作有一定的指示意义。

2 天气系统特征

2.1 主要天气特征

在这次暴雨天气过程前，浙江省受西太平副热带高压的影响，出现了持续14 d的晴热高温天气，积聚了大量的不稳定能量，也为后来的大暴雨提供了前期环境条件。

2012年7月12—15日，东亚中高纬天气形势相对稳定，500 hPa上东北冷涡移动缓慢，冷涡中心基本维持在黑龙江东北角一带，巴尔喀什湖也维持一个切断低涡，塔里木盆地到贝尔加尔湖为一稳定的高压脊控制，西太平洋副热带高压脊线维持在26°N附近;700和850 hPa的切变线位于江淮地区，相差1个纬度左右的距离，切变线南侧为一致的西南和西南偏西风，最大风速为20m/s，切变线北侧为东风和东北偏东风;地面锋面由东西向逐渐变为东北—西南向，位于27°N～32°N。14日08时，东北冷涡仍呈现温度槽滞后高度槽的配置，温度槽引起的斜压，加之底层波动的强迫使得长江中下游地区高空槽后的气块在北方冷空气的推动下向南运动的过程中相对涡度增加，从而强迫其北侧出现偏东风扰动，使得西风气流在槽区北侧重新连接，形成了一个新的闭合低压中心［4］，随着低涡中心的东移并入东北冷涡槽，低层切变线移出，此次降水过程也逐渐趋于结束。大降水区位于500 hPa涡中心东南侧的700和850 hPa的切变线之间。

此次降水过程与浙江省典型暴雨天气形势中的冷锋切变型比较相似［5］，主要由中低层切变的发展加强、低层西南急流和地面静止锋共同作用产生，伴随着低层切变的减弱，降水过程逐渐趋于减弱。

2.2 触发机制

降水的天气尺度影响系统为中低层切变线，强降水开始的区域(小时雨量大于10 mm)在宁波、绍兴的中北部，处于(500～850 hPa)相当位温差大于－9的不稳定区。由天气系统和物理量综合示意图可见(图1):1)对流层中层有弱冷空气沿华北槽后的西北气流南下渗透;2)降水过程开始前一日低空急流已经建立，低空急流轴在上海—南昌—长沙一线，高空急流轴在35°N附近，但是到14日20时浙中地区暴雨发生前低空急流却减弱了，这与各学者对长江中下游地区西南低空急流活动有明显的日变化的研究结果相符［6－7］，而高空急流增强且南压至30°N附近，暴雨发生后低空急流增强不明显，此时高空急流轴略有南压，近地面层925 hPa切变线(14日20时实况探空图略)出现在浙中一带，2 h后开始产生强降水。

图1 14日08时(a)和14日20时(b)天气系统与物理量的综合示意图

可见该次暴雨可能与高空急流的加强的关系更为密切，高空急流的右后方的辐散抽吸作用有利于上升运动的维持与发展。低层切变线及高空急流的作用是发生暴雨的触发机制。

3 中尺度结构特征分析

3.1 水汽结构

降水开始前(14日08时，图2a)，26°N ～33°N之间从地面到600 hPa均为水汽通量辐合区，最强辐合中心(－26 ×10－7g·cm－2·hPa－1·s－1)在850 hPa 附近(28°N)，600 hPa 上为水汽通量弱辐散区，表明前期大气中低层已为强降水积累了足够的水汽。暴雨出现后(15日02时，图2c)水汽释放，而低层西南急流减弱，没有水汽补充，水汽通量辐合减小(25°N ～29°N)，700 hPa以上为水汽通量辐散区，最大中心在近地层附近，850 hPa水汽通量散度值减小不到－10×10－7g·cm－2·hPa－1·s－1，强降水区域也随着850 hPa水汽通量散度中心的移出而减小消散，再对应地面6 h雨量，可见中尺度暴雨常出现在水汽通量辐合中心附近。

3.2 流场与热力结构

暴雨发生前(14日20时，图2b)，30°N附近600 hPa以下θse随高度降低，存在着明显的对流不稳定。θse锋区位于33°N附近，先向南倾斜然后转向北，28°N处的上升气流明显，并在700 hPa附近有气流沿θse锋区向上斜升到300 hPa，然后分散为南北两支气流，一支继续向北走，一支向南到锋后35°N附近下沉，为暴雨期间对流层中高层非绝热加热，造成南北温度梯度加大后，下沉的干冷气流使得600 hPa附近出现θse低值区，并在θse锋区附近形成直接的热力环流，有利于上升运动带的维持。暴雨发生后(15日20时，图2d)，暴雨区对流不稳定能量得到一定释放，600 hPa以下浙中一带的大气层结对流不稳定虽然仍然存在，但位置向南压，且700 hPa以下无上升气流，θse锋区也向南压至30°N附近，对应地面6 h雨量来看，15日02时最大中心≥40 mm，到15日20时，最大中心只有10 mm，且范围明显缩小。

图2 暴雨前后水汽通量散度、热力结构剖面图和6 h地面雨量图

3.3 动力结构

由涡度和散度的纬向(沿30°N)剖面图可见，14日08时(图 3a)110°E ～120°E 为正涡度柱，最大正涡度在850 hPa附近，最大负涡度在200 hPa附近。正涡度层厚度厚，自地面延伸至 500 hPa，118°E附近 600 hPa近似无辐散层，辐散中心最大在250 hPa，正涡度柱高层辐散底层辐合，辐散中心略向西倾斜。20时正涡度柱向西移2个经度左右的距离，此时辐合发生的大气层很浅薄，在800 hPa以下。由它们的径向(沿118°E)剖面图可以看出正涡度柱略向北倾斜，辐合中心在降水开始时也在800 hPa以下(图3b)，暴雨发生在正涡度柱大值区的南侧。

图3 14日08时沿30°N涡度纬向垂直剖面图(a)和14日20时沿118°E散度经向垂直剖面图(b)

3.4 低涡与暴雨

从500 hPa的形势演变可知，13日20时在豫陕交界一带有低压环流存在，但无闭合中心，而12 h后低压环流迅速发展，在晋豫交界一带形成低涡，此时大降水区域在长江中下游一带，距离低涡中心5个纬度的距离，14日20时低涡中心东移南压，大降水区域也随之东移，浙江中部地区出现区域性暴雨。

分析低涡附近的径向垂直速度分布(图略)可见。13日20时在鲁冀交界存在一个垂直速度的大值中心，但最大值出现在600 hPa(－27×10－3hPa·s－1)，说明了此处上升运动强，陕冀豫交界附近气旋环流逐渐明显，但此时强度较弱，低涡未形成。14日08时低涡环流形成，中心位于鲁北，此时低涡中心附近的上升运动更为突出，垂直速度的大值中心从700 hPa伸展到400 hPa，700 hPa、500 hPa和 400 hPa 3 层的值分别为 －25 × 10－3hPa·s－1，－ 33 × 10－3hPa·s－1，－37 ×10－3hPa·s－1，400 hPa 的值最大，上升运动的高度明显增高，说明此时也是低涡迅速发展的时候。15日02时垂直速度的大值区南压至28°N附近，从08和20时高空形势图看，低涡中心东移过程中有南压趋势，而20时至次日08时时段正是浙中强降水发生的时候。

而从低涡的纬向垂直分布图(图略)也可见，14日20时在低涡后部(西侧)有一准倾斜的下沉气流，由300 hPa的高空延伸至近地面，大值中心在400 hPa，使后部低压系统得到加强，形成暴雨系统内部的上升气流和外部下沉气流，低压系统接近最旺盛时期，随后出现了强降水，到15日02时，结构被破坏，后部变为800 hPa以上为上升气流，以下为下沉气流，暴雨结构被破坏，6 h以后降水减弱。

4 多普勒雷达资料分析

近年来，多普勒雷达的解读及应用日新月异，不仅可以进行较大范围降水的定量估测，还能通过速度图的描述降水质点相对于雷达流入流出的情况，能使人们有可能更加深入的了解暴雨产生的中尺度系统及其流场特征［8］。

该次降水过程多普勒雷达的基本反射率因子表现为积层云混合回波。从金华雷达站0.5°仰角的基本反射率回波演变来看，配合切变线有一条东北—西南向的降水回波带缓慢东移，沿切变线不断有回波生消、移动。14日20:03常山—贵溪一带(a段)和杭州南部—绍兴(b段)各有一个东北—西南向的降水回波发展，但回波最大强度小于43 dBz，到23:02 a段的回波带东移过程中有强中心发展强烈，回波最大强度达58 dBz;15日00:38(图4a)，东移的a段回波和略有东南移的b段回波结合，形成一狭窄的回波带，随后整个回波带移动缓慢，移速小于30 km/s，带上有强降水中心生消、移动。从随后每6 min的雷达回波演变来看，强反射率回波(＞45 dBz)的水平尺度很小，均在200 km以内，强降水可能由中β尺度系统造成。

由多普勒雷达探测到的径向风速可见，15日00:38(图4b)，在金华以东40 km处有一明显的正的径向风速大值中心(＞27 m/s)，这表明对流层中低层存在强风速扰动(或中尺度急流核脉动)，同时发现，暴雨发生时金华西西南方向和东北0～100 km处皆出现了多普勒速度模糊，这表明切变两侧的气流出现了强的风扰动［8－9］，这一特征持续到15日6时以后缓慢减弱，而同时段正是暴雨发生时，表明暴雨与强风速扰动密切相关。另外，从雷达回波顶高演变来说，降水回波高度分布不均匀，局部地区达11～13 km，大多数均在7～8 km左右，这和前面的研究结果相同，此次降水是主要由对流层中低层对流造成。

图4 15日00:38金华多普勒雷达0.5°仰角上探测的反射率因子(a)和径向速度(b)

5 结语

1)7月14日浙中北地区暴雨主要由中低层切变的发展加强和地面静止锋共同作用产生，与高空低涡也密切相关;降水过程最初的触发机制是高空急流抽吸作用下以及925 hPa切变造成的辐合抬升作用。多普勒雷达图像的解读也表明了强降水主要由中低层对流造成，中α尺度切变线上活动着中β尺度的对流系统，并且与对流层中低层的强风速扰动有密切关系。

2)暴雨发生前大气积累了大量的水汽，对流层中低层为明显的对流不稳定层结，降水的触发过程消耗了大量的不稳定能量，暴雨发生后对流不稳定能量得到释放。暴雨期间对流层中高层的非绝热加热造成南北温度梯度加大，在θse锋区附近形成直接的热力环流，有利于上升运动带的维持。

3)低涡的加强发展与暴雨的出现时间一致，强雨带出现在其东南侧的低层切变线附近，也就是正涡度柱大值区的南侧。

［1］ 陶诗言，张庆云，张顺利.1998年长江流域洪涝灾害的天气背景和大尺度环流条件［J］.气候与环境研究，1998，3(4):3－12.

［2］ 张庆云，陶诗言，张顺利等.1998年嫩江、松花江流域持续性暴雨的环流条件［J］.大气科学，2001，25(4):567－576.

［3］ 丁一汇.1991年江淮流域持续性大暴雨研究［M］.北京:气象出版社，1993:97－137.

［4］ 朱乾根，林锦瑞，寿绍文，等.天气学原理与方法［M］.北京:气象出版社，2000.

［5］ 曾欣欣，钮学新，杜惠良.浙江省暴雨的天气气候分析［J］.科技通报，2004(5):397－401

［6］ 王东阡，张耀存.中国东部西南低空急流日变化特征及其机制［J］.地球物理学报，2012，55(8):2498－2507

［7］ 王蕾，张文龙，周军.中国西南低空急流活动的统计分析［J］.南京气象学院学报，2003，26(6):55－64

［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.