河南一次低涡大暴雨影响过程

2015-04-05王晶晶

河南科技 2015年14期

王晶晶

（信阳市气象局，河南信阳 464000）

西南低涡是青藏高原特殊地形与环流相互作用下的产物。它在生成初期是一个十分浅薄的中尺度系统，但其发展东移所带来的剧烈天气影响甚为严重，在影响我国的众多重大暴雨洪涝过程中，西南低涡都扮演了重要角色［1］。关于西南低涡的形成与发展及其造成的洪涝灾害等，近年来是许多气象学家研究的热点，研究表明［2，3］，西南低涡与不同天气系统的相互作用将影响低涡发展，对于低涡暴雨过程个例值得剖析研究。

2013年5月25-26日，河南省沿黄及其以南地区普降暴雨，豫中、豫东及豫南地区部分站出现了大暴雨，5月25日8时到26日20时，全省降水量达50mm以上的有90个站，其中达100mm以上的有32个站。整个降水过程对流发展并不强烈，以稳定性降水为主，所以此次过程降水时空分布较为均匀。

1 环流背景

1.1 形势场分析

500hPa：2013年5月25日08时高空500hPa在50°～70°N高纬地区，乌拉尔山以东和贝加尔湖分别有一高压脊，两高压脊之间是一宽广的低压槽。在贝加尔湖西面的大低压槽中不断分裂出小股冷空气经河西走廊南下。甘肃南部到四川有一低槽，槽后为冷平流，槽前为暖平流，低槽发展加深；25日20时高空500hPa我国南部、中东部地区处于槽前宽广的西南气流中，风速逐渐增大。

图1 25日20时高空500hPa形势场

图2 25日20时地面形势场

700hPa：2013年5月25日08时高空500hPa低槽对应中层700 hPa在四川东部上空出现的308位势什米闭合低压环流，2013年5月25日20时此低压环流在中层西南气流引导下已移至陕豫交界处，河南省东北部上空形成西南偏南气流与东南气流的暖锋式辐合与切变相结合的环流形势，切变线两侧的风向基本垂直。西南急流也已伸展到河南省南部。

850hPa：2013年5月25日20时144位势什米闭合低压环流中心东移至重庆北部上空，低涡前部的暖锋式切变线北抬至长江沿岸，我省处在低涡移动前方的东南气流中。

地面形势：2013年5月25日08时地面气压场比较清晰，华北为一小高压控制，黄淮、江淮以及长江以南广大地区为低压倒槽控制，我省处于倒槽顶部的偏东气流中。此低压倒槽不断向东北方向发展，最终形成一气旋。

1.2 高、低空急流、切变线与暴雨落区

如图1所示，25日20时在高层200hPa等压面上出现了中心风速≥30m/s的高空急流，它从陕西南部经山西南部、河北南部、渤海延伸至朝鲜半岛南部，并呈反气旋式环流形势。同时在700hPa等压面上出现了中心风速≥12m/s的低空急流，它经广西、湖南伸向湖北东部，并呈气旋式环流形势。河南省黄河以南地区此刻正处在高空急流入口区的右侧、低空急流中心的左前方，这种高、低空急流的配置非常有利于强降水的发生。中、低层700 hPa和850hPa的切变线在东移过程中缓慢北抬，中低层切变线两侧的偏南风和东南风组成了暖锋式辐合与切变线相结合的结构，25日20时河南黄河以南大部分地区已经处于两条切变线之间。25日20时至26日08时大于等于50mm的暴雨落区主要发生在黄河以南地区。如图2所示，26日08时在高层200hPa等压面上的高空急流从河南中部经河北山东交界线、渤海延伸至朝鲜半岛中部。而700hPa等压面上的低空急流有所东移北伸，它从广西北部经湖南南部、江西西北、安徽伸向江苏西北部。豫鲁徽苏交界地区此刻正处在高空急流入口区的右侧、低空急流中心的左前方。中、低层700hPa和850hPa的切变线继续东移北抬，豫鲁徽苏交界地区处于两条切变线之间。26日08时至26日20时大于等于50mm的暴雨落区也正好发生在豫鲁徽苏交界地区。这与《天气学原理与方法》中提到的强降水往往落在700hPa和850hPa的切变线之间的结论相吻合。另外，中、低空西南风急流左侧是正涡度和辐合对应的上升运动区，而高层高空急流入口区的右侧为辐散区，这种高层辐散低层辐合的上下层配置，进一步加强上升运动。

图3 25日20时高、低空急流和中、低层切变线以及其后12小时暴雨落区分布图

图4 26日08时高、低空急流和中、低层切变线以及其后12小时暴雨落区分布图

2 物理量场特征

2.1 水汽通量分析

大暴雨的产生必须要有十分充足的水汽来源，25日08时（图5a）700hPa水汽通量中心出现在中南半岛西北部，强度达16g·hPa-1·cm-1·s-1；水汽通量大值区呈西南-东北向带状分布，其走向与该区域流场方向基本保持一致，主要水汽输送源地为孟加拉湾；此时河南水汽通量较弱，只有2～3g·hPa-1·cm-1·s-1。（图6a）850hPa水汽通量中心出现在广西，强度达18g·hPa-1·cm-1·s-1；主要水汽输送源地为南海；水汽通量大值区呈南北向带状分布，其走向与该区域流场方向基本保持一致；河南处于大值区的东北边，水汽通量值为4～6g·hPa-1·cm-1·s-1。25日20时（图5b）700hPa水汽通量中心向东北方向移动至云贵桂交接处，中心强度略有增强；水汽通量大值区向东北方向伸展，河南处其顶部，强度明显增强，达8～10g·hPa-1·cm-1·s-1。（图4a）850hPa水汽通量中心也向东北方向移动至湖南东部，强度增强24g·hPa-1·cm-1·s-1；与700hpa情况一致，河南也处于“湿舌”的顶部，强度明显增强，达12～14g·hPa-1·cm-1·s-1。河南25日20时到26日08时的暴雨区正处在“湿舌”顶部的水汽通量等值线密集带，此处水汽通量梯度大，而且是低涡移动前方偏南气流的气旋性弯曲处，结果表明强降水的落区不是水汽通量最大的中心值所在区域，而是水汽通量梯度较大的区域附近；高温高湿的偏南气流流入低涡区，可见水汽输送源地有两个，分别是孟加拉湾和南海。26日08时（图5c图6c）水汽通量中心东北移的过程继续增强，“湿舌”顶部已伸向山东，河南已处于“湿舌”顶部的后部，河南东部水汽通量等值线依旧密集，水汽通量梯度大，而西部水汽通量等值线已经变得稀疏，水汽通量梯度小。根据实际降水资料显示，26日08时以后河南西部地区的降水明显减弱，而河南东部地区仍下着大雨。26日20时（图5d图6d）水汽通量大值区进一步东北移，水汽通量等值线密集带已基本不在河南，河南大部分地区转入偏北气流中，实际降水资料显示26日20时以后河南自西向东降水逐渐结束。

通过比较垂直各层的水汽通量，发现水汽通量越到高层强度越小，水汽输送主要发生在500～925hpa之间，其中850hpa水汽通量最大。可见此次低涡强降水过程的水汽输送主要来自中、低层，高层对水汽输送的贡献不大。

图5 25日08时、20时和26日08时、20时700hpa水汽通量场（g·hPa-1·cm-1·s-1）和流场演变图

图6 25日08时、20时和26日08时、20时850hpa水汽通量场（g·hPa-1·cm-1·s-1）和流场演变图

2.2 水汽通量散度分析

大暴雨的产生还要有一个水汽积累的过程，水汽必须在本地集中起来、水平辐合才能上升冷却凝结成雨。25日08时水汽通量散度负值区出现在四川省东部，中心强度达-30×10-6g·hPa-1·cm-2·s-1，负中心出现在低涡移动方向的前侧。25日20时水汽通量散度负值区不断向东移动，范围明显扩大，负中心强度增强为-40×10-6g·hPa-1·cm-2·s-1。至26日08时负中心向东北方向移至河南东部和安徽中北部地区，中心强度增大为-50×10-6g·hPa-1·cm-2·s-1，25日20时至26日08时水汽通量散度负中心经过河南，低层强水汽辐合为大暴雨的产生提供了丰富的水汽条件。26日20时负中心已至山东、江苏沿海，强度有所减弱，水汽通量散度负值区范围明显缩小，并已完全移出河南，预示着强降水很快就要结束。

以上分析可知：河南强降水发生时正是低层水汽通量散度负中心经过之时，水汽通量散度负中心的位置与强降水落区对应关系较好。水汽通量大值中心与水汽通量散度大值中心的移动方向基本相同，但位置有所差异。水汽通量散度中心比水汽通量中心更靠近低涡的中心，并且水汽通量散度中心一般出现在水汽通量等值线最密集的区域。以上说明此类低涡的强降水落区一般出现在低层水汽通量散度负值中心附近，不是水汽通量大值中心区域；而强水汽通量等值线最密集的地方往往是其水汽辐合最强的区域，也就是强降水的主要落区。

通过比较垂直各层的水汽通量散度，发现水汽通量散度越到高层强度越小，例如：700hPa水汽通量散度负值中心绝对值在整个降水过程都比850hPa小，中心最大绝对值只有850hPa的一半不到，26日08时甚至只有850 hPa的五分之一。850～925hPa水汽辐合最强，可见此次低涡强降水过程的水汽辐合主要发生在低层。

2.3 垂直速度分析

图5是穿过低涡中心沿其移动方向（自西南向东北）的垂直速度ω随高度变化的剖面图，分别代表该低涡的生成期、发展期、成熟期和消亡期。由图可见，(图7a）在水平方向上，低涡中心后部3个经度以外为下沉气流，低涡中心后部3个经度到其前部6个经度为宽广的上升气流区。在垂直方向上，最强的上升运动中心就是低涡中心所在的位置，最强的上升运动中心出现在200～700 hPa；上升气流延展至对流层顶，由此可见此低涡是一个十分深厚的天气系统。而在低涡中心所在的位置的低层850hpa以下（最强的上升运动中心正下方）有一极小范围的下沉气流区。（图7b）低涡中心后部下沉气流区相对于低涡中心前移了一个经度，最强的上升运动中心相对于低涡中心也明显前移，并且最强的上升运动中心在垂直方向上有所扩大，向上达对流层顶，向下扩展到925 hpa，其下方的原来的那一小片下沉气流区则被其向低涡中心后部挤压。（图7c）此时以低涡中心为界，其后部已完全被下沉气流区占据，其前部则为深厚的上升气流区，最强的上升运动中心已完全离开低涡中心的位置。（图7d）最强的上升运动中心范围开始明显缩小，预示时低涡开始减弱。可见低涡区并不是具有一致的低层辐合、高层辐散和整层均为上升气流的单一系统，而是上升和下沉气流共存。低涡中心及其前部强烈的上升气流为河南强降水的产生提供了十分有利的动力条件。