一次豫东暖区暴雨特征分析

2017-07-10康庄康邵钧

安徽农业科学 2017年18期

康庄康邵钧

摘要利用常规气象资料、数值预报产品、卫星云图和雷达回波等观测资料，从环流特征、影响系统、物理量场等方面，对2016年7月19—20日豫东地区一次暴雨特征进行分析。结果表明，此次暴雨主要有暖区对流降水造成，范围广，强度大，主要影响系统有副热带高压、低涡、切变线和低空急流等。动力条件有低层正涡度增大，辐合加强，有利于上升运动。西南和东南急流提供充沛水汽，暖云层和湿层厚，层结不稳定，降水效率高，雨强大。云图表现为斜压叶状云系，雷达为多单体涡带状回波。

关键词暖区暴雨；环流特征；影响系统；卫星云图；雷达回波；物理量场

中图分类号 S161.6 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2017）18-0148-03

Abstract Using the observation data such as conventional meteorological data， numerical forecast products， satellite cloud images and radar echoes， the characteristics of rainstorms in the eastern Henan Province during July 19-20，2016 were analyzed from the aspects of circulation characteristics， influence system and physical field.The results showed that the rainstorm was mainly caused by the convective precipitation in the warm area.The range was wide and the intensity was large.The main influence systems were subtropical high， low vortex， shear line and low level jet.The dynamic condition was that the positive vorticity of the lower layer increases， and the convergence was enhanced， which was favorable for the ascending motion.Southwest and Southeast jet provided abundant water vapor， warm clouds and wet layer thick， unstable stratification， high precipitation efficiency， strong rain.Cloud was the baroclinic leaflike structures， and radar was single vortex band echo.

Key words Warm rainstorm；Circulation characteristics；Influence system；Satellite cloud image；Radar echo；Physical field

暴雨是豫東夏季主要灾害性天气之一，一般具有降水强度大、范围广、雨量分布不均匀等特点，对暴雨的诊断分析和预报研究一直是气象工作者的难题。陶诗言[1]指出，暴雨是各种尺度天气系统相互作用的结果，大尺度环流为暴雨产生提供了有利背景，中小尺度天气系统则是暴雨的直接制造者。朱乾根等[2]阐述了暴雨形成的条件：充足的水汽供应、强烈的上升运动和较长的持續时间。国内一些气象专家学者对河南乃至全国区域暴雨发生的机制和特征进行了分析[3-5]，但暖区暴雨研究相对较少[6-7]。笔者利用常规观测资料、数值预报产品、卫星云图、雷达回波等气象资料，对2016年7月19—20日商丘暖区暴雨天气过程的特征进行分析，为以后夏季豫东地区此类暴雨预报提供参考依据。

1 资料选取

常规观测资料采用高低空观测资料及商丘市所辖7个国家气象站降水实况资料；非常规观测资料采用商丘市165个自动气象站降水资料、FY-2E卫星云图、商丘雷达站CINRAD/SB型新一代多普勒天气雷达探测资料；数值预报产品采用欧洲细网格资料；气象资料通过中国气象局气象信息综合分析处理系统（MICAPS4）和雷达显示工作站（PUP）分析调用。

2 暴雨特征

2016年7月19—20日，受低涡切变线和地面气旋东移北上共同影响，商丘全市大部地区出现暴雨，其中宁陵、睢县、民权大暴雨，为2016年汛期最强降水，并伴有短时强降水、雷暴大风等强对流天气。这次降水过程有以下特点：①降水总量大，强度强。19日08∶00—20日08∶00各县市降水量为42.1～184.1 mm，平均降水量96.3 mm；最大降水量为宁陵的184.1 mm，宁陵6 h最大降水量为126.8 mm，3 h最大降水量为84.0 mm，1 h最大降水量为39.8 mm；最大小时雨强出现在梁园区谢集（19日23∶00—24∶00），为54.3 mm。②强降水范围广。全市达到暴雨及以上量级的雨量站有124个，占全市站点（165个）的75%，其中暴雨65个（占39%）、大暴雨59个（占36%）。

③降水时段集中。一方面全市降水时段主要在19日12∶00—20日05∶00；另一方面强降水有2个高峰期，分别是19日19∶00—21∶00和19日23∶00—20日02∶00。

④降水特性。主要由暖区对流降水造成，暖区降水开始时间早，强降水中心较为分散，持续时间长，气旋降水阶段为螺旋雨带，移动性强，持续时间较短。

3 环流特征和影响系统

7月19日08∶00，500 hPa低槽位于河套东部、四川东部到云南西北部，588 dagpm线位于广东北部、江西南部、福建北部到浙江南部；低层850 hPa，西南低涡中心位于四川东部和重庆西部交界处，其暖切位于四川东部、重庆北部、湖北北部、河南南部、安徽中部到浙江北部，南侧西南急流自广东、广西向北伸展至湖北东部和安徽南部。19日20∶00（图1），500 hPa低槽移至河套东部、河南中部到湖北中部，588 dagpm线位于广东北部、江西中部到浙皖交界处；850 hPa，低涡中心移至河北南部，暖切位于河北南部到山东中部，其南侧西南急流自广西、湖南向北伸展至湖北东部和安徽中部。

综合分析，19—20日，200 hPa高空南亚高压增强，为东部型，高空急流自河南北部向北伸展至河北北部；500 hPa副高西伸，低槽和副高对峙，环流经向度加大，形势稳定，西南暖湿气流进一步加强，一支西南急流不断向东北方向伸展至华北东部，另一支东南急流从东海向西北伸展至河南北部，两支低空急流在河南上空交汇，形成大气不稳定层结，并提供充沛水汽，低层有低涡沿暖切并随西南急流缓慢向东北方向移动，西南风速最强，达30 m/s，低渦切变线附近风速辐合加大，同时边界层辐合线和急流风速脉动在高湿区触发对流，商丘市位于高空急流入口区和低空急流出口区，湿对流有效位能CAPE值较大，利于强对流天气的发展。21日随着副高逐渐增强北抬，商丘市雨势明显减弱。

4 卫星云图特征

分析7月19日12∶00—20日05∶00 FY-2E红外云图和水汽图像演变可知，西南气流水汽输送通道明显，有一条东北—西南向的暖输送带，降水云团不断在暖输送带内向东北方向移动，初始表现为斜压叶状云系，分散对流逐渐组织化，随后发展成逗点云系，成熟为螺旋状云系。在红外云图上（图2），有降水云团合并加强，并逐渐发展成中尺度对流云团MCC，云顶亮温低，暴雨发生在TBB高梯度区；在水汽图像上，干湿分界线明显，其西北部有明显暗区，表示有干冷空气和下沉运动，东南部有西南急流和水汽云团，并向东北方向移动，云层水汽含量逐渐增大；19日20∶15，宁陵上空中尺度对流云团TBB值达243 K，随后逐渐减小。由此可见，在大尺度暖输送带中，有中尺度对流云团生成、发展，产生暴雨。

5 雷达回波特征

分析7月19日19∶50商丘新一代天气雷达组合反射率因子发现，在大片稳定降水回波中镶嵌着对流降水回波，表现为多单体涡带状，水平范围较大、边缘破碎、无明显边界，为层积混合性降水回波，回波强度為40～45 dBz，强中心为55 dBz，回波顶高度为11～12 km，强中心顶高为8～9 km，对流发展旺盛时，最大回波顶高度达15.8 km，回波移向与高空引导气流方向基本一致，即整体回波由西南向东北方向移动，但移速缓慢。同时回波带的西南端不断有对流回波生成、发展、加强，并向东北方向移动，在暴雨区生消，导致列车效应。层积混合降水的过程就是积云单体不断新生、发展、并入层积混合云主体的过程。

分析7月19日19∶50商丘新一代天气雷达基本径向速度和风廓线产品可知，回波表现出风向辐合、0速度线“S”型和速度模糊等特征；从低层到高层为南风和西南风，风向顺时针旋转，表明有暖平流，处于暖区降水中；低空风速较大，风速超过12 m/s，中心最大值达63 m/s，表明有西南急流和东南急流，由于风速大，在正负速度区中有速度模糊特征。

6 物理量场分析

6.1 层结条件

降水系统中暖云层越厚，越有利于高降水率的产生，降水效率愈高，雨强愈大。分析7月19日20∶00宁陵站欧洲细网格模式探空资料发现，1 000～200 hPa垂直高度层上，各层相对湿度均大于83%，低层850和925 hPa接近饱和，分别为99%和98%，湿层厚；另外，抬升凝结高度（LCL）和自由对流高度（LFC）低，分别为113.3和627.3 m；0 ℃层高度为5 503 m，暖云层厚；K指数为37.8 ℃，SI指数为-0.03 ℃，大气层结不稳定。可见，暖云层厚和湿层厚，层结不稳定，降水效率高，雨强大。

6.2 水汽条件

经分析，此次暴雨有2个水汽输送通道，一个是西南气流加强建立了南北水汽通道，另一个是偏东气流加强建立东海水汽输送。从水汽通量来看，此次暴雨主要有西南水汽输送的，水汽通量逐渐增大，大值区从广西向北经湖南、湖北、河南至山东南部，7月19日20：00（图3），850 hPa水汽通量≥16 g/（cm·hPa·s），中心最大值达34 g/（cm·hPa·s），商丘处于大值区内，水汽通量为30 g/（cm·hPa·s），可见，水汽输送明显。另外，水汽通量散度逐渐减小，19日08∶00，850 hPa商丘附近为负值区，中心值-48×10-6g/（cm2·hPa·s），西部为正值区，宁陵水汽通量散度值为4×10-6 g/（cm2·hPa·s）；至19日20∶00，850 hPa河南大部为负值区，商丘为负值中心，中心值-668×10-6 g/（cm2·hPa·s），宁陵水汽通量散度值为-55×10-6 g/（cm2·hPa·s），水汽通量散度负值减小，水汽辐合明显。由此可见，既有充沛的水汽输送，又有强烈的水汽辐合，满足了暴雨水汽条件。

6.3 动力条件

分析850 hPa涡度场可知，19日08∶00宁陵涡度为-4.6×10-5 s-1，20∶00涡度转为正值，为5.9×10-5 s-1；20日02∶00涡度增大，为19.4×10-5 s-1，正涡度增加。从涡度平流分析，19日20∶00，宁陵处于正涡度平流区，涡度平流为68.5×10-9 s-2，中心值达164×10-9 s-2，正涡度平流加大，低层辐合加强，有利于上升运动。

从中低层700和850 hPa垂直运动场分布来看，在宁陵和商丘附近存在负速度区，有上升运动。分析19日20∶00沿115.4°E垂直速度剖面图发现，19日20∶00，在34.5°N 附近上空，从低层一直到100 hPa左右，为负垂直速度，1 000～2 00 hPa负垂直速度减小，在200 hPa附近有一个负垂直速度大值中心，中心值达-465 Pa/s，此时有强烈的垂直上升运

动，上升速度在加强，对应暴雨中心，也是降水较强的时间。由此可见，上升运动为暴雨提供动力条件，单站上空要有强的垂直上升运动才有利于强降水的发生。

分析涡度、散度、相对湿度、风场垂直剖面可知，正涡度柱发展，产生次级环流，导致上升运动；东北象限切变涡度强迫边界层辐合线；西南和东南象限急流输送水汽和热量。这3个方面共同作用有利于对流产生，导致中尺度涡旋发展，从而产生中低层低涡。

6.4 热力条件

6.4.1

温度平流。分析7月19日08∶00—20∶00 500 hPa温度平流可知，在110°～120°E、30°～40°N区域均为正温度平流，河北南部为正值中心，随着副高西侧西南暖湿气流加强，水汽和热量不断向上向北输送，对流层中下层大气温度升高，正温度平流增强，冷平流减弱，加大了热力不稳定能量的释放。

6.4.2

假相当位温。分析7月19日08∶00—20∶00 850 hPa假相当位温场可知，在河南与山西和河北交界处有一能量锋区，河南处于锋区南部，高温高湿区，其内积累了大量的不稳定能量，在高能舌顶端、能量锋区处不断有对流单体生成，导致列车效应。

7 結论

（1）此次暴雨主要由暖区对流降水造成，范围广，雨强大，且持续时间长；云图表现为斜压叶状云系发展为逗点云系，分散对流逐渐组织化，干空气进入，对流加强，暴雨在TBB高梯度区；雷达表现为多单体涡带状，层积混合性降水回波，有风向辐合、0速度线“S”型和速度模糊等特征。

（2）高空南亚高压强，为东部型，副高西伸，低槽和副高对峙，环流经向度大，低槽和低涡系统深厚，形势稳定；低空切變线附近风速辐合上升，边界层辐合线和急流风速脉动在高湿区触发对流，西南和东南急流提供充沛水汽，暴雨区位于高空急流入口区和低空急流出口区。

（3）暴雨产生的直接成因是中尺度对流系统，而中尺度对流系统和天气尺度的天气系统有着正反馈机制；同时有较高的环境相对湿度和湿层较厚，较低的抬升凝结高度和自由对流高度以及暖云层厚，降水效率高；水汽含量异常大，环境高温高湿，具有动力不稳定和热力不稳定，有利于上升运动发展。

参考文献