茂名一次暴雨低空急流脉动与强降水的关系

彭丽英， 吕卫华， 詹国伟

(茂名市气象局，广东茂名　525000)



茂名一次暴雨低空急流脉动与强降水的关系

彭丽英， 吕卫华， 詹国伟

(茂名市气象局，广东茂名525000)

摘要：利用茂名博贺观测站提供的高时空分辨率的LQ-7风廓线雷达资料对茂名2008年6月5—6日暴雨过程的强降雨时段进行分析，结果表明：超低空急流风速中心的出现和较强降水的出现在时间上相吻合；低空急流的脉动及向地面扩展程度与中小尺度强降水之间有着密切关系，低空急流指数对强降水的出现和雨强的大小有一定的预示作用，对短时强降水的临近预报也有着指示作用。

关键词：天气学； 风廓线； 暴雨； 低空急流脉动； 茂名博贺观测站

暴雨是广东的主要灾害性天气之一，易造成城市内涝、局地泥石流、山洪和山体滑坡等灾害，暴雨也是天气预报中的重点和难点，不少专家已经研究了华南前汛期暴雨的气候特征[1-4]和对广东前汛期暴雨的个例分析[5-8]。但是综合常规、非常规资料对短时暴雨成因的分析仍然很少。由于常规观测手段得到资料的时空分辨率很低，很难作出定点、定时、定量的精细化预报，而风廓线雷达(wind profiling radar，WPR)有利于分析中小尺度低空急流脉动[9]，它是通过检测大气湍流反射的微弱信号来实现测风目的，对大气中随高度分布的风向风速进行连续观测。风廓线雷达测量结果具有连续性和实时性，并具有很高的时空分辨率[10]，每10 min完成一次体扫描，为研究强降水和低空急流中小尺度脉动之间的关系提供了可能[11]。罗秋红[12]揭示了风廓线雷达资料垂直环境场的气流分布和现象。运用风廓线雷达研究强降水的文献还有很多，如叶爱芬[13]用垂直风廓线来推断风暴的平流速度，当平流速度偏小时，造成局地强降水；完整垂直风廓线的出现和维持是大面积强降水出现的征兆，而垂直风廓线完整性破坏且回波顶高度下降是强降水减弱的标志[14]；强降水和低空急流强度的对应关系较好，特别是300 m超低空急流[15]；祁秀香等[16]得出强降水出现与低空急流脉动及在垂直方向上传播关系密切的结论；刘淑媛等[17]利用风廓线雷达探讨过低空急流与强降水有密切的关系。为了茂名市以后在临近、短时预报中更好地利用风廓线雷达资料预报强降水提供一些预报依据，本研究利用茂名博贺观测站风廓线雷达资料详细分析了2008年6月5—6日茂名地区一次强对流暴雨(以下简称“6·06”暴雨)与低空急流脉动的关系。

1资料说明

本研究应用茂名博贺观测站LQ-7风廓线雷达资料和自动气象站资料，其中LQ-7风廓线雷达是由日本住友电气和京都大学共同开发的风廓线仪，观测频率为1 375 MHz，扫描波束5束，垂直分辨率为100 m， 时间分辨率为10 min，垂直方向有80层，取最大高度为6 100 m。黄健等[18]曾采用GPS探空测风资料，对LQ-7风廓线雷达的性能进行了检验。检验结果表明，该风廓线雷达在各种天气条件下，都具有较好的探测精度，风速相对误差均小于10%，风向误差小于15°。

2强降雨概况

受南支槽和切变线的影响，2008年6月5—6日茂名市出现了该年入汛以来范围最广、强度最强的一次大暴雨天气过程(图1)。由图1可见，强降水中心位于茂名市中东部地区，其中6月5日08：00—7日08：00(北京时，下同)全市自动气象观测站录得48 h累积雨量超过200 mm的有5个站点，分别为：茂名市一中(203.9 mm)、茂名羊角(211.1 mm)、茂港小良(213.0 mm)、电白黄岭(247.6 mm)和高州新垌(234.8 mm)。该次强降水空间分布不均匀，呈东南多、西北少的特点。

由于中小尺度的水平范围为几十至200或300 km，因此本研究取距茂名博贺风廓线雷达(21.460°N，111.323°E)80 km范围内的电白9个自动气象站来探讨茂名低空急流脉动和强降水的关系。用电白各站小时雨量的最大值来代表该时雨强，组成了雨强的时间系列。

图1　茂名2008年6月5日08：00—7日08：00

3天气背景分析

500 hPa中低纬地区南支槽活跃，2008年6月5日08：00有一南支槽位于四川、贵州、云南一带，并且西部不断有小槽东移并入该南支槽中，同时南支槽在东移过程中加深；至6日08：00南支槽已东移至湖南广西一带，茂名市受槽前的偏西到西南暖湿气流控制，且槽后有冷空气南下，与低层暖湿气流交汇。700 hPa上，5日08：00粤西、北部湾一带切变线南端的西南气流明显加大，水汽输送充足，6日气层温湿明显，并达到饱和状态。850 hPa位于华南南部沿海地区的切变线5日起缓慢地从海上北抬；6日08：00的切变线已北抬至广西中东部和广东北部一带，茂名市处于切变线南侧西南暖湿气流的风速辐合区中(图2)；7日切变线进一步北抬，茂名市雨势逐渐减弱。地面，6日有风场辐合在广东南部沿海附近摆动，茂名市处于低值区内。该次强降水过程是大尺度系统和中尺度系统共同作用的结果，即高空南支槽、低层切变线和地面风场辐合的共同作用，大尺度环流为暴雨提供了充沛的水汽条件；并且层结有很大的不稳定度，为强对流暴雨的产生提供了必要条件；低层中尺度辐合起到了触发对流和加强对流的作用。

图2　2008年6月6日08：00 850 hPa温度场

4低空急流演变与降水强度的关系

4.1风廓线

图3为2008年6月5—6日茂名风廓线的时间-高度剖面图和全风速等值线图。5日08：00高低层均为一致的偏西气流，5日20：00偏西气流完全转受西南风控制，说明南海西南风迅速加强，并逐渐向上扩展，而西南风不断地输送大量的暖湿空气至茂名地区，这为强降水的发生提供了充足的水汽条件。

5日在低空1～3 km高度上一直维持着一个12 m/s的风速带，说明低空西南风急流一直为降水的发生提供水汽和能量。5日12：00—16：00和6日06：00—13：00在低空1～3 km高度上先后出现了2个超过18 m/s的急流风速中心；6日09：00和12：00在低空的1 km高度以下出现2个超过18 m/s的超低空急流风速中心。它们的时间尺度均为3 h左右，具有中尺度的特征。6日07：00茂名电白出现雨强超过20 mm/h的短时强降水，这和低空1～3 km高度上出现18 m/s的急流风速中心对应较好。18 m/s的急流风速中心在6日09：00降低至近地面，与此同时在高空5 km高度上出现24 m/s的大风速中心，6日10：00茂名电白的雨强最大，达到50.7 mm/h。从高低空超过18 m/s的急流风速中心的出现时间来看，低空1～3 km高度以上先出现风速大值中心，低空1 km高度以下和高空的3 km高度以上出现稍晚，说明超低空急流中心比低空急流中心晚出现十几个小时，超低空急流风速中心的出现和较强降水的出现在时间上相吻合，同时跟高空急流风速中心也有一定的对应。另外，虽然5日在低空1～3 km高度上始终存在一支12 m/s的西南风急流，但缺乏低空急流的脉动，所以5日降水强度并不大。这说明低空急流的存在不一定立刻引发强降水，它只是起着提供水汽和能量的作用。可见，强降水跟低空急流向近地面层扩展程度有密切的关系，这也证实了西南风急流向下扩展的同时可能存在动量下传，引起低空扰动加强，从而引发强降水的结论[17]。

时间

由以上分析可知，西南风急流在该次强降水中起着3个较显著的作用：一是西南风急流在对流层低层存在较强的暖平流；二是对流层中下层还存在较强的水汽输送；三是风速的增强激发了强降水中尺度系统。

4.2低空急流演变与降水强度的关系

为了进一步了解低空急流演变与降水强度之间的关系，本研究定义了一个低空急流指数I=V/D，即1.5 km以下低空急流中心的最大风速V(m/s)和在该小时中12 m/s风速的最低位置D(km)的比值。由图4可见，在6日大部分的小时雨量超过20 mm的降雨时段对应的低空急流指数I也比较大，特别是6日04：00—08：00，I先于雨强达到极大值，提前时间量为1～3 h。由此可见，低空急流的脉动及向地面扩展程度与中小尺度强降水之间有着密切关系，而且低空急流指数I对强降水的出现和雨强的大小有一定的预示作用。

图4　2008年6月5—6日低空急流指数I和逐时雨量

5结论

1)“6·06”暴雨是大尺度系统和中尺度系统共同作用的结果，即高空南支槽、低层切变线和地面风场辐合的共同作用，大尺度环流为暴雨提供了充沛的水汽条件，低层中尺度辐合起到了触发对流和加强对流的作用。

2)超低空急流中心比低空急流中心晚出现十几个小时，超低空急流风速中心的出现和较强降水的出现在时间上相吻合。

3)中小尺度强降水跟低空急流的脉动及其向地面扩展程度有着密切的关系。

4)低空急流指数I对强降水的出现和雨强的大小有着一定的预示作用，对短时强降水的临近预报也有着指示作用。

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收稿日期：2015-04-16

作者简介：彭丽英(1979年生)，女，工程师，硕士研究生，主要从事天气预报和天气气候预测等工作。E-mail：pengly4037@163.com

中图分类号：P44

文献标识码：A

doi:10.3969/j.issn.1007-6190.2016.01.005

Relationship Between the Fluctuation of a Low-Level Jet Stream of Heavy Rain and Severe Rainfall in Maoming

PENGLi-ying,LVWei-hua,ZHANGuo-wei

(Meteorological Bureau of Maoming City, Maoming 525000)

Abstract：Using the data of a wind profiler with high temporal and spatial resolution (Type LQ-7) at an observation station at Bohe, Maoming, we studied the time of severe rainfall for a heavy rain that occurred from 5 to 6 June 2008. The result is shown as follows. The appearance of the velocity core of a low-level jet stream coincides with that of strong rainfall temporally. The fluctuation and the expansion towards the ground surface of the low-level jet stream are well linked with the severe, meso- and fine-scale rain. Being somewhat indicative of the occurrence and intensity of this severe rain, an index for low-level jet streams is also an indicator in the nowcasting of short-range severe rainfall.

Key words：synoptics; wind profile; heavy rain; fluctuation of low-level jet stream; observation station at Bohe; Maoming

彭丽英， 吕卫华， 詹国伟.茂名一次暴雨低空急流脉动与强降水的关系[J].广东气象，2016,38(1)：19-22.