2016年5月9日闽北暖区暴雨特征分析

2017-08-30南平市气象局黄待静林银杰刘颍灏

海峡科学 2017年6期

南平市气象局黄待静林银杰刘颍灏

2016年5月9日闽北暖区暴雨特征分析

南平市气象局黄待静林银杰刘颍灏

利用常规气象观测资料，分析2016年5月9日闽北地区暖区暴雨天气过程的形成机理，并对其物理量场进行诊断分析。结果表明，此次暴雨过程发生在高空槽的西南急流中。锋前暖区中边界层内浅薄冷空气侵入、地面中尺度辐合线是暖区暴雨触发的关键因素。东西向的中尺度雨带对雨区分布和强度起到了决定性作用。物理量场诊断分析表明，强降水期间，闽北上空湿层深厚，不稳定能量堆积，高层辐散，低层辐合，有利于强降水的发生。

暖区暴雨西南急流中尺度雨带

暖区暴雨的定义最早由黄士松（1986年）针对华南前汛期提出，此类暴雨局地性较强，降水集中、对流性质明显，同时降水量较一般锋面降水大3～5倍[1-2]。相对于锋面暴雨而言，暖区暴雨成因认识更加不清楚，预报效果也更差，有必要对暖区暴雨展开进一步研究。

2016年5月5日到10日，闽北经历一场强降雨的袭击，过程强降雨持续时间长、强度大，为同期历史罕见。5月9日凌晨，建阳小湖镇下墘村发生泥石流，冲毁两座房屋，造成4死2伤等重大灾害。分析表明，5月9日这天暴雨，暖区特征十分明显，本文重点讨论这场暴雨过程中的环流特征和强降水的形成机理，为今后闽北暖区暴雨提供一些预报思路和参考依据。

1 暴雨过程简介

2016年5月8日20时～9日20时，闽北共有6个县（市）136个区域自动站降雨量超过50mm，其中有21个区域自动站超过100mm（图1a），区域自动站降水的极值中心出现在武夷山星村，雨量为146.4mm，城区雨量以武夷山96.0mm为最大。小时雨强以武夷山里南山44.0mm为最大（出现在9日5时），城区以浦城40.3mm为最大（出现在9日10时）。主要降水时段出现在9日凌晨至上午，从逐3h降雨量（图1b）来看，9日2时闽北中部降水开始发展，5时开始各地降水显著增大，强降水主要集中在9日5时至11时。

图1 2016年5月8日20时至9日20时累计降水量和暴雨过程逐3小时降水量

2 环流背景及影响系统分析

5月8～9日，欧亚中高纬为两槽一脊环流形势(图2a)，贝加尔湖地区到青藏高原为脊，乌拉尔山以东的西伯利亚西部和亚洲东岸为低槽。低纬南支波动频繁，副热带高压呈带状分布，588线位于华南沿海，8日20时，闽北处在副高北侧和南支槽前的暖湿气流中，9日8时，500hPa弱波动东移，邵武站风向由西南风变为西风，弱冷空气侵入。低层，9日08时850hPa和9250hPa冷式切变线（图2b）位于安徽—湖南—广西一带，850hPa≥12m/s的西南风急流从广西延伸至长江入海口，闽北位于低空急流的左侧，这支急流是极好的暖湿空气和不稳定能量的输送带，大量的水汽和能量聚集。邵武站8日20时～9日20时925～850hPa温度升高2℃，低层回暖明显，且闽北地区位于湿舌内，大气层结非常不稳定。地面图上，闽北位于倒槽顶部的暖湿气团中，距离地面冷锋300～400km（图3b）。较强的低空风速辐合和非常不稳定大气层结形成强的上升条件，有利于闽北暖区暴雨的发生发展。

图2

3 中尺度雨带活动特征

此次暖区暴雨过程主要由6条中尺度雨带（每小时雨量≥10mm的中尺度雨团组成的空间尺度10km左右的带状雨带）在地面倒槽、中尺度辐合线附近发展，移动所造成（图3）。其中1～3号中尺度雨带是凌晨降水的主要贡献者，中尺度雨团东西排列成东西向中尺度雨带，雨带持续4h左右，向东移动，移动速度20km/h左右，虽然速度较快，但由于形成明显的列车效应，中尺度雨带所经过之处造成明显降水，最大小时雨强达44.0mm。4号雨带8时出现在建阳西部，雨带为西北东南向，排列不似其他雨带东西向，结构较为松散，但是雨带范围更广。上午9时左右5号中尺度雨带发展，位置较1～3号雨带偏北，雨带也呈东西向分布，向东南偏东方向移动，降水效率极高，城区小时极值降水40.3mm（发生在浦城）就是由此雨带造成。10时左右发展的6号中尺度雨带与1～3号雨带排列、移动路径相近，在移动过程中，6号雨带范围有所扩大，随着6号雨带的东移消亡，5月9日15时左右暖区暴雨趋于结束。

图3

4 触发机制分析

由上述分析可见，造成暖区暴雨有多个中尺度雨带，大尺度天气形势和环境场为中尺度系统提供了有利的环境条件，暖区暴雨中尺度对流系统发生的最关键因素是触发条件。虽然冷锋锋区停滞在江南以北（图3b），但受到夜间地面辐射冷却降温影响，边界层内有浅薄冷空气侵入暖区，促使暖区内暖湿空气抬升，不稳定能量释放产生暴雨[1]。从各个层次8日20时和9日8时温度对比可以看到，1000hPa边界层以下闽北有负变温（图4a），浅薄的冷空气侵入到闽北，925hPa至500hPa为正变温，由于浅薄冷空气从边界层侵入时并不改变边界层上部暖湿空气的环境条件，不仅触发了对流的发展，而且有利于边界层水汽向暴雨区上空输送，增加降水量。地面中尺度辐合线在触发强降水中也起到了关键作用。从9日05时地面流场可以看到，武夷山脉附近存在东西向的地面中尺度辐合线（图4b），这对雨团的发生和暴雨的分布有极其密切的关系。本次暖区暴雨的中尺度雨带都在辐合线偏南位置发展起来，且东西向中尺度雨带与辐合线的分布一致，同时移向也受到辐合线的牵制。午后辐合线北抬，暖区降水结束。

图4

5 强降水形成的物理条件分析

5.1 水汽条件

源源不断的水汽输送是暴雨形成的必要条件。分析水汽输送（图5a）可见，强降水期间华南至华东上空有一支潮湿气流，中南半岛北部到日本南部气流非常强劲，气流夹带着丰富的水汽横穿南海北部直至东海，闽北850hPa为西南低空急流控制，源源不断地向暴雨区输送水汽，为暴雨提供了必要条件。

图5

5.2 热力条件

对流有效位能（CAPE）是一种浮力能，是一种潜在能量，只要存在某种触发作用，便可转化为对流上升运动能量，中等强度的对流位能CAPE比极端的CAPE更有利于高降水效率的形成。5月9日2时对流有效位能CAPE大于500J·kg-1，表明大气不稳定能量集聚。从k指数来看（图5b），暴雨发生时闽北k指数≥36℃，有不稳定能量堆积，大气环境场非常有利于暖区暴雨的发生发展。

5.3 动力条件

暴雨区位于高空急流和低空急流耦合形成最有利暴雨发生的动力场的区域。分析5月9日08时沿暴雨区东西向散度垂直分布图（图略），925hPa有点弱辐散，在地面辐合线抬升作用下，上升运动冲破弱辐散层，形成低层负散度区，而高层是正散度区。强降雨期间高层辐散抽吸，低层辐合，形成强烈的上升运动，造成水汽、热量的垂直输送和不稳定能量释放，产生强降雨。