一次中尺度带状暴雨机制分析

吴婷婕，周顺武，陈艺芳，王宇飞

(1.南京信息工程大学大气科学学院，江苏南京 210044；2.福建省莆田市气象局，福建莆田 351100；3.福建省福州市气象局，福建福州 350001)



一次中尺度带状暴雨机制分析

吴婷婕1，周顺武1，陈艺芳2，王宇飞3

(1.南京信息工程大学大气科学学院，江苏南京 210044；2.福建省莆田市气象局，福建莆田 351100；3.福建省福州市气象局，福建福州 350001)

摘要利用地面加密观测资料、常规探测资料和NCEP 1°×1°再分析资料等，从环流形势入手，通过对水汽通量、假相当位温、24 h变温、地面风场、湿焓和压能场等的诊断分析，研究此次暴雨过程的形成机制。结果表明，此次暴雨是在高层槽前和中低层切变南侧的西南气流中产生的；低空西南急流和低层西南风辐合为暴雨提供了充足的水汽，低层涡旋的辐合提供了垂直上升的动力，低层海上回流的冷空气是暴雨产生最直接的促发机制。高压能舌与等湿焓密集带呈带状，且走向一致，强湿焓平流出现时间比实际出现强降水的时间早。冷空气激发带状θse锋区能量释放，东北—西南向的强湿焓平流促使带状强对流的发生，闽东南部900～700 hPa水汽通道畅通，但低层水汽不足，故仅在700 hPa水汽通量高值中心形成暴雨，闽西北水汽匮乏，直接导致其未出现强降水。

关键词带状暴雨；冷空气；假相当位温；水汽通量；湿焓；压能

暴雨作为最严重的灾害性天气之一，其研究一直备受关注，许多学者在暴雨研究领域取得了丰硕的成果。研究表明，暴雨的发生主要与西风带系统、中层西南暖湿气流、东风带系统、地面冷空气活动等密切相关[1-4]，局地性大暴雨则往往表现出对流性降水的特征，且均离不开水汽、热力、动力等条件的配合[5-6]。随着气候的变暖，福建暴雨频数存在增多趋势，近几十年来福建各地自然灾害频繁发生，大范围的异常气候事件时有出现，给人民的生命财产和社会经济带来严重损失，对福建暴雨发生发展机理进行研究、提高预报准确率具有重要的决策和民生意义。

2010年4月21日20：00～22日08：00福建北部地区发生了强降水，22日08：00～23日08：00暴雨落区南压且均匀地呈现带状，分布在漳州北部—厦门、泉州西北部—莆田中部(图1)。暴雨中心位于莆田的中部，是莆田入汛以来最强的一次降水过程，过程累计雨量超过100 mm的有8个站，其中以黄石镇的152.6 mm为最大。此次暴雨过程短时强降水的特征突出，降水时段集中在22日14：00～21：00，16：00～17：00莆田灵川站1 h雨量达45.9 mm。笔者利用地面加密观测资料、常规探测资料和NCEP 1°×1°再分析资料等，从各物理量诊断入手，对此次暴雨过程的降水机制进行分析和总结，以期为今后的暴雨预报提供参考。

1 环流形势分析

21日08:00 500 hPa高纬呈两槽一脊，贝加尔湖的西北部为一高压脊，西伯利亚冷空气越过青藏高原不断入侵河套地区，我国中纬地区上空为槽区控制，21日20：00贝加尔湖形成-32 ℃的冷中心，温度槽落后于高度槽，且高纬的脊开始减弱，因此，22日白天系统加速东移，22日20：00北槽从东北向西南延伸至云南东部，南支槽由广西西部移至广东中部，福建在西南气流控制之下。22日08：00 700 hPa深厚的槽切从东北经黄海、江苏、江西中部延伸至广西东部，850 hPa切变较700 hPa偏南，由黄海经浙江中部进入福建西北部和广东西部。22日08：00后700 hPa槽切位置维持，闽西北的西南风未出现加强趋势，但汕头—厦门一带的西南气流却迅速加强，20：00形成20 m/s的急流中心，暴雨中心位于急流出口处，低层切变快速南压，20：00 850 hPa切变移至福建中部—广东中部，并在福建中部形成了一低压环流，环流上的西南风和东南风辐合不仅为暴雨区提供了水汽来源，风向辐合也为暴雨的产生提供了垂直上升的动力。另外，位于低压切变南侧的汕头和厦门站风速达12 m/s，明显强于同侧的其他站点，强风速辐合将水汽集中到了暴雨中心上空。

从925 hPa 24 h变温场(图2)来看，21日20:00我国东北—华中一线被负变温控制，22日08：00北部冷空气经渤海、黄海从长江口入侵华南，盘踞在江南、华南的冷空气强度明显加强，冷中心达-15 ℃，温度锋区呈东北—西南向，控制了浙江南部、福建西北部和广东北部。22日08：00后北方的冷空气继续从海上扩散，20：00浙江—福建中北部沿海24 h降温幅度达12～14 ℃，福建中北部到浙江中南部被-15 ℃负变温中心控制，温度锋区顺时针旋转并南压至福建中南部，闽南出现弱的负温度脊，说明冷空气从海上和内陆同时入侵。从实况看，22日20：00带状暴雨恰好落于温度锋区，可见冷空气对此次暴雨的产生起直接的促发作用。

2物理量诊断分析

2.1水汽条件从22日08：00和14：00沿118°E的水汽通量剖面(图3)可以看出，22日08：00～14：00暴雨区上空的水汽通量大值区一直维持在900～700 hPa，08：00和14：00 850～700 hPa高值中心均位于粤东—闽东南。22日08：00水汽通量高值中心在25°N，恰好位于暴雨区上空，14：00高值中心从08：00的850 hPa抬升至800 hPa，强度由27 g/(s·hPa·cm)减弱至24 g/(s·hPa·cm)，低层水汽通量值低于3 g/(s·hPa·cm)。可见，从08：00开始强的水汽通道就在闽东南建立起来，而福建的西北部处在水汽低值区，水汽匮乏，且由于闽东南低层水汽通量很弱，整个降水过程的水汽条件并不深厚，所以未给福建带来全省性的强降水，但900～700 hPa水汽通量高值中心很好地对应了暴雨区。

2.2θse锋区和冷空气22日10：00冷空气从宁德北部沿海扩散到罗源，宁德沿海吹东北风，此时θse等值线密集带位于福建西部，呈东北—西南向。分析22日15：00地面风场(图4a)发现，此时海上冷空气向西南扩散，与从西路南下的冷空气在漳州—莆田的西部相遇，龙岩市、漳州、泉州和莆田的西部转为一致的西北风。22日14：00 925 hPaθse场(图4b)显示，此时θse锋区也迅速南压至漳州—莆田的西部，强度维持。冷空气与θse锋区交汇，激发了θse锋区的斜压能量[7]，在θse等值线密集带中形成了与其平行的带状强降水区。随着θse锋区南压，22日20：00锋区位于闽南沿海，冷空气也南下影响泉州，带状降水区域也随之南压至厦漳泉沿海。

2.3湿焓场和压能场综合分析压能是气压场中的位能与动能之和，是动力学参数，湿焓是显热能和潜热能之和，是热力学参数，暴雨的产生都是动力和热力共同作用的结果。在等湿焓线越密集、与等压能线的交角越接近90°的地方，短期暴雨强度越大。等湿焓线密集带与等压能线密集带成近似垂直相交而形成的强湿焓平流，具有湿焓锋生过程，被称为湿焓压锋区，具有斜压不稳定能量，有利于对流的发生[8]。由图5可见，22日08：00高压能舌从广东延伸至福建，中心位于福建中部到广东中部，等湿焓密集带呈东北—西南向，落后于压能高中心，福建西部是低湿焓区，南侧的泉州北部到莆田西南部是一个值达140 ℃的高湿焓中心，等压能线与等湿焓线交角很小；14：00压能舌的强度与位置基本维持，等湿焓密集带南压至闽中南部沿海地区，漳州北部—厦门、泉州西北部—莆田中部出现强湿焓平流，平流强度最大区正好位于莆田到泉州北部；20：00压能舌南压至海上，等湿焓密集带也移至漳州、厦门的沿海乡镇，降水区南压至海上。综上所述，带状暴雨产生在高压能舌和等湿焓密集带中，落区与湿焓平流区吻合，强湿焓平流对应了莆田的暴雨中心；由于强降水于14：40左右开始，而14：00已出现强湿焓平流，所以湿焓平流的产生具有提前性，对预报具有指导意义。

3小结

(1)此次暴雨是在高层槽前和中低层切变南侧的西南气流中产生的。低空西南急流和低层西南风辐合为暴雨提供了充足的水汽，低层涡旋的辐合提供了垂直上升的动力，低层海上回流的冷空气是暴雨产生最直接的促发机制。

(2)θse能量锋区南压，冷空气扩散，两者于22日14：00后在暴雨区上空交馁，激发了斜压能量的释放。带状暴雨区位于θse能量锋区内并与其平行。

(3)高压能舌与等湿焓密集带呈带状，且走向一致，等压能线与等湿焓线在漳州北部—厦门、泉州西北部—莆田中部相交，夹角近似成90°，形成了强湿焓平流，平流区与暴雨区恰好吻合。强湿焓平流出现时间比实际出现强降水的时间早，对日常预报有指导意义。

(4)由于低层水汽供应不足，且水汽通道建立在闽东南，所以福建西北的降水较弱，这也是福建在有利的大环流背景下未出现大范围暴雨的重要原因之一。但900～700 hPa水汽通量高值中心与暴雨区有很好的对应关系。

参考文献

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[8] 陈瑞闪.台风[M].北京：气象出版社，2002：573-579.

Analysis of a Process of Mesoscale Zonal Rainstorm

WU Ting-jie1, ZHOU Shun-wu1, CHEN Yi-fang2et al

(1. Nanjing University of Information Science & Technology, Nanjing, Jiangsu 210044; 2. Putian Meteorological Bureau of Fujian Province, Putian, Fujian, 351100)

Key wordsZonal rainstorm; Clod air; Potential pseudo-equivalent temperature; Moisture flux; Humid enthalpy; Pressure energy

AbstractBy using the ground observation data, ground station data and NCEP 1°×1°reanalysis data, we analyzed the water-vapor flux, potential pseudo-equivalent temperature, temperature variable within 24 h, surface wind field, moist enthalpy and pressure energy field based on circulation pattern. The formation mechanism this rainstorm process was researched. Results showed that this rainstorm occurred in the southwest air flow in the south low-level shear and before top slot. Low-level southwest jet and low-level southwest convergence provided plenty of water vapor for rainstorm. The low-level vortex convergence offered vertical rising power. Cold air in low-level sea back was the most direct trigger mechanism for the occurrence of rainstorm. Intensive belt of equal-humidity enthalpy and high pressure energy tongue were belt-like and had the same direction. Strong wet enthalpy advection appeared earlier than the strong precipitation. Cold air stimulated the energy release of zonalθsefrontal. Strong moist enthalpy advection in the direction of northeast-southwest promoted the occurrence of zonal strong convection. Southeast Fujian had unblocked water vapor path at 900-700 hPa, but the lower water vapor was insufficient. Thus, rainstorm appeared in the high value center of 700 hPa water vapor flux. The lack of water vapor in northwest Fujian directly led to no heavy rain.

作者简介吴婷婕(1986-)，女，福建古田人，工程师，在读硕士，从事中尺度天气诊断研究。

收稿日期2016-02-11

中图分类号S 16

文献标识码A

文章编号0517-6611(2016)07-203-03