“7.18”山东暴雨过程分析I：暴雨过程诊断分析

谭伟才，文映方，李启华

(1. 75839部队，广东广州 510510；2.贵州省贵阳市气象局，贵州贵阳 550001；3.解放军理工大学气象海洋学院，江苏南京 211101)



“7.18”山东暴雨过程分析I：暴雨过程诊断分析

谭伟才1，文映方2，李启华3

(1. 75839部队，广东广州 510510；2.贵州省贵阳市气象局，贵州贵阳 550001；3.解放军理工大学气象海洋学院，江苏南京 211101)

利用常规气象资料、1°×1°一日4个时次的美国环境预报中心的FNL再分析资料、0.25°×0.25°的TRMM卫星逐3 h降水再分析资料，从大尺度环流形势、水汽条件、动力条件以及对流不稳定层结等方面，诊断分析“7.18”山东暴雨过程。结果表明，此次暴雨过程具有时间短、强度大、范围广的特征，降水雨带自北向南运动。影响此次暴雨的主要天气系统是东北冷涡、西风槽、西南低涡、低空急流和副热带高压。暴雨过程中湿度条件非常充足，水汽的强烈辐合为此次暴雨提供了直接的水汽条件；对流层低层的强烈辐合、中高层辐散的环流配置形势有利于产生强烈的垂直上升运动，对暴雨的形成提供动力条件；暴雨开始前山东地区上空存在较强的对流不稳定层结，有利于强暴雨的产生。

暴雨；诊断分析；环流形势；水汽条件；动力条件

我国是一个受暴雨影响严重的国家，自建国以来，我国已发生过多次严重的暴雨洪涝灾害，如河南“75.8”暴雨灾害、1998年特大洪涝灾害、2008年北京暴雨过程等。近年来，随着全球气候持续变化，暴雨、特大暴雨灾害事件的发生频率呈现增长的趋势[1]，随之带来的灾害损失也不断增加。因此，加强对于暴雨过程的预报和相应的防灾减灾工作变得尤为重要。近几十年来，气象学者采用多种研究方法，从产生暴雨的环流背景形势[2-3]、影响暴雨的天气尺度系统[4-5]、中尺度系统[6-7]、暴雨的中尺度动力分析[8-9]等多个角度对暴雨过程进行了大量的研究。笔者利用常规气象资料、1°×1°一日4个时次的美国环境预报中心的FNL再分析资料、0.25°×0.25°的TRMM卫星逐3 h降水再分析资料，从大尺度环流形势、水汽条件、动力条件以及对流不稳定层结等方面，对2007年7月18日发生在山东的一次暴雨过程进行诊断分析，探讨产生此次暴雨的成因，为今后暴雨灾害性天气预报提供一定的参考依据。

1　暴雨概况

2007年7月18～19日，山东省上空形成了一个中尺度对流复合体，造成了全省大范围的对流性降水，山东全省平均降水量为61.6 mm，全省123个气象观测站有106个的降水量>30 mm，100 mm以上大暴雨主要集中在山东西北和中西部地区[2]。降水带来了洪涝灾害，使山东人民生命财产遭受巨大损失。从山东地区暴雨主要雨带逐3 h移动分布(图1)可以看出，降水雨带自北向南运动，降水时间主要集中在7月18日13：00～19日06：00。因此，此次降水具有时间短、强度大、范围广的特征。

2　大尺度环流形势分析

17日08：00 500 hPa，高纬地区主要系统为位于贝加尔湖以北的低压中心，低压西南侧的偏北风配合位于河套东南部、蒙古地区的稳定脊，引导冷空气南下；低纬地区主要系统为位于云贵川一带的低压槽和副热带高压，低压槽前和副高顶后部的西南风气流不断向山东地区输送暖湿空气。到18日08：00(图2a)，之前位于贝加尔湖以北、中西伯利亚地区的低压中心加强东移南压，中心位置已移至黑龙江一带，引导冷空气加速南下；低纬地区，副高脊线北抬，四川南部的低压槽加深，使得槽前的西南风暖湿气流加强。

17日08：00 850hPa，在对流层低层对山东地区造成影响的系统主要是位于黑龙江以北的低压中心，其西部的偏北风气流不断向南输送干冷空气；同时，位于四川的低涡系统，与副高西北部的西南气流相配合将暖湿空气向北输送。到18日08：00(图2b)，低空急流向山东地区输送暖湿空气，为暴雨提供了充沛的水汽条件。

由以上分析可知，7月17～18日的大尺度环流形势是有利于山东地区暴雨产生和发展的，其主要影响系统为东北冷性低涡、西风槽、西南低涡、低空激流和副热带高压。东北冷涡南部的低压槽加深东移，使得冷空气南下；西南涡发展配合副高加强使得暖湿空气向北输送是此次暴雨发生的2个重要条件。

图1　2007年7月18日14：00(a)和20:00(b)山东地区降水分布(单位：mm)Fig.1　Distributions of precipitation over Shandong area on 14:00(a) and 20:00(b)18 July 2007

图2　2007年7月18日08：00 500 hPa(a)和850 hPa(b)位势高度和风场Fig.2　The potential height and wind field at 500(a)and 850 hPa(b)on 08：00 of 18 July 2007

3　物理量诊断分析

3.1水汽条件分析850 hPa比湿可见，17日08：00开始，从河南经山东西部有一条宽广的湿度带向山东东部传播。到18日08：00(图3a1)，湿度带已经覆盖了整个山东地区，比湿基本达15 g/kg以上。从18日20：00(图3a2)开始，湿度带向南移动，到19日08：00主要湿度带已经基本移出山东地区。同时，通过对比不同高度的水汽分布情况可以看出，这条湿度带的移动和发展造成了山东地区上干下湿的的湿度分布结构，从而形成强烈的不稳定层结，有利于暴雨生成。

从850 hPa水汽通量散度分布可以看出，18日08：00山东省北部地区开始存在明显的水汽辐合(图3b1)，到18日14：00，整个山东上空均存在强烈的水汽辐合，水汽通量散度中心位于山东省北部地区，其值达-35×10-6g/(cm2·hPa·s)，与此时刻强降水中心相对应。18日20：00(图3b2)，水汽辐合区南移，山东北部转变为水汽辐散区，中南部仍存在较强的水汽辐合，水汽通量散度中心位于山东西部与河北、河南省的交界处，此时刻降水主要位于山东中南部。到19日02：00，水汽通量辐合区进一步向山东东南方向移动，其中心位于山东东南部，其余区域水汽通量散度均为正值；此时刻山东省内大部分地区降水基本结束，雨带主要位于山东东南部地区。

注：a1、b1为18日08：00；a2、b2为18日20：00。阴影部分为负值区。Note：a1 and b1 were 08：00 on 18 July；a2 and b2 were 20：00 on 18 July.Shadings denoted the negative value area.图3　2007年7月18日850 hPa比湿(a,g/kg)和水汽通量散度[b,10-6g/(cm2·hPa·s)]分布Fig.3　Distribution of specific humidity(a.g/kg)and moisture flux divergence [b.10-6 g/(cm2·hPa·s)]at 850 hPa on 18 July 2007

综上所述，大量水汽的不断供应，暴雨区对流层低层湿度条件的不断维持和发展，使得整个暴雨过程的水汽条件均非常充足。水汽通量辐合区与雨带的分布基本一致，当水汽通量辐合区向南移动时，雨带也向南部移动，表明水汽的强烈辐合为此次暴雨提供了直接的水汽条件。

3.2动力条件从不同时刻不同高度散度场分布可以看出，18日08：00，对流层低层仅在山东西部地区存在一较弱的辐合带活动(图4a1)，山东东部地区为辐散区；500 hPa山东西部地区仍为辐合区，但强度已明显减弱(图4b1)，表明此时刻垂直运动主要集中在山东西部，其余地区较弱。到18日14：00，对流层低层山东绝大部分地区为辐合区，辐合中心位于鲁中；500 hPa山东上空绝大部分地区均为辐散区，低层辐合、中层辐散必然对应强烈的垂直运动，从而产生强烈降水。18日20：00，对流层低层的辐合区向东南方向移动(图4a2)；500 hPa山东省内全为辐合区(图4b2)，表明此时刻垂直运动加强，向上伸展至500 hPa高度以上。到19日02：00，虽然山东省内仍存在较强辐合运动造成的垂直运动，但由于此时刻水汽主要在山东南部辐合，因此降水主要发生在山东南部。由此可知，山东暴雨期间对流层低层的强烈辐合、中高层辐散的环流配置形势有利于产生强烈的垂直上升运动，对暴雨的产生有促进作用。在暴雨后期，虽然山东大部分地区仍存在较强的辐合、辐散运动，但由于水汽辐合减弱，并主要集中在山东南部，因此降水主要位于山东南部。

注：a1、b1为18日08：00；a2、b2为18日20：00。阴影表示辐合区。Note：a1 and b1 were 08：00 on 18 July；a2 and b2 were 20：00 on 18 July.Shadings denoted the area of convergence.图4　2007年7月18日700 hPa(a)和500 hPa(b)散度分布(单位：10-6 s-1)Fig.4　Distribution of divergence at 700(a)and 500 hPa(b)on 18 July 2007

3.3对流不稳定层结从图5可以看出，18日08：00，山东大部分地区均有较强的对流不稳定层结，在32°～39° N垂直方向上假相当位温随高度减少的迹象非常明显，这种分布利于对流不稳定能量的积累和维持。到18日14：00，由于暴雨过程中对流不稳定能量的释放，山东地区整体的对流不稳定层结的强度显著减弱。由此可知，在暴雨发生前期，山东地区上空存在较强的对流不稳定层结，在对流活动的触发作用下，极易产生强烈的降水。

图5　2007年7月18日08：00(a)和14：00(b)山东地区沿117°E假相当位温的纬向-垂直剖面(单位：K)Fig.5　Zonal-vertical section of pseudo-equivalent potential temperature along the meridian of 117°E over Shandong area at 08：00(a)and 14：00(b)on 18 July 2007

4　结论

(1)此次暴雨过程降水雨带自北向南运动，降水时间主要集中在7月18日13：00～19日06：00。因此，此次降水过程具有时间短、强度大、范围广的特征。

(2)此次暴雨的主要影响系统是东北冷涡、西风槽、西南低涡、低空急流和副热带高压。其中，东北冷涡南部的低压槽加深东移使得冷空气南下；西南涡发展配合副热带高压加强使得暖湿空气向北输送是这次暴雨发生发展的2个重要条件。

(3)暴雨过程中水汽条件非常充足，水汽的强烈辐合为此次暴雨提供了直接的水汽条件。水汽通量辐合区的移动、发展与雨带的移动、发展基本一致。对流层低层的强烈辐合、中高层辐散的环流配置形势有利于产生强烈的垂直上升运动，对暴雨的产生有促进作用。在暴雨后期，虽然仍然存在较强的垂直运动，但由于水汽辐合减弱，并主要集中在山东南部，降水也随之减弱。同时，暴雨开始前山东地区上空存在较强的对流不稳定层结，在对流活动的触发作用下，极易产生强烈的降水。

[1] 吴建成.“7.18”山东暴雨过程的数值模拟和诊断分析[D].南京：南京信息工程大学，2008：1.

[2] 陶诗言.中国之暴雨[M].北京：科学出版社，1980：225.

[3] 张顺利，陶诗言，张庆云，等.长江中下游致洪暴雨的多尺度条件[J].科学通报，2002，47(6)：466-472.

[4] 赵玉春，李泽椿，肖子牛.华南锋面与暖区暴雨个例对比分析[J].气象科技，2008，36(1)：47-54.

[5] 孙淑清，田生春，杜长萱.华南涡旋暴雨的物理对比分析[J].热带气象，1992，8(3)：254-260.

[6] 王楠，刘勇，郭大梅.用多普勒雷达资料对一次区域性暴雨的中尺度分析[J].气象，2007，33(8)：29-34.

[7] 蒙伟光，王安宁，李江南，等.华南暴雨中尺度对流系统的形成及湿位涡分析[J].大气科学，2004，28(3)：330-341.

[8] 孙淑清，周玉淑.近年来我国暴雨中尺度动力分析研究进展[J].大气科学，2007，31(6)：1171-1188.

[9] 黄明策，李江南，农孟松，等.一次华南西部低涡切变特大暴雨的中尺度特征分析[J].气象学报，2010，68(5)：748-762.

Analysis of ‘7.18’ Shandong Heavy Rainfall Process I: Diagnostic Analysis of the Rainstorm Event

TAN Wei-cai1, WEN Ying-fang2, LI Qi-hua3

(1. 75839 Regiment, Guangzhou, Guangdong 510510; 2. Meteorological Bureau of Guiyang City, Guiyang, Guizhou 550001; 3.College of Meteorology and Oceanography, PLA University of Science and Technology, Nanjing, Jiangsu 211101)

Conventional meteorological data, 1°×1° FNL reanalysis data in National Centers for Environmental Prediction every 4 h and 0.25°×0.25°TRMM satellite precipitation reanalysis data every 3 h were used. Conventional observation data were analyzed to diagnose the ‘7.18’ Shandong province rainstorm process in terms of large-scale circulation situation, water vapor condition, dynamic conditions and instable convection stratification. Results showed that the rain gush had the features of short time, strong intensity and wide range, with the rain band moving from north to south. The main influencing synoptic systems to the rainstorm were the Northeast Cold Vortex, westerly trough, southwest vortex, low-level jet stream and subtropical anticyclone, respectively. The humidity condition was abundant, and strong convergence of water vapour supplied the direct moisture condition during the heavy rainfall. The distribution of circulation situation exhibiting strong convergence in lower troposphere and divergence at middle and upper tropo-sphere was helpful to the generation of intense ascending motion, thus provided dynamic condition for the rainstorm. Before the rainstorm, the strong instability stratification over Shandong Province was helpful to the generation of the intense precipitation.

Rainstorm; Diagnostic analysis; Circulation feature; Water vapour condition; Dynamic condition

谭伟才(1991- )，男，湖南娄底人，硕士，从事中尺度气象学研究。

2016-04-30

S 165+.2

A

0517-6611(2016)18-171-04