2016-10-07—10-08暴雨过程诊断分析

2019-01-04李帆

科技与创新 2018年24期

李帆

李帆

（舟山市定海区气象局，浙江舟山 316000）

利用常规观测，NECP/NCRE再分析、雷达及自动气象站资料，对2016-10-07—10-08发生在本地的一次大暴雨过程进行诊断分析。结果表明，本次过程是一次副高边缘高空波动诱使低层冷空气渗透南下引发的持续降水；台风倒槽的东南气流带来丰沛的水汽条件和输送源源不断的低层暖湿气流，结合低空辐合，高空辐散的动力配置都为对流天气发展提供了有利的环境，而地面辐合线和垂直上升运动中心的东移南压为其提供了触发机制；雷达反射率因子，以积云层云混合降水为主，经向速度东南气流和地面辐合带对降水起着关键作用。

暴雨；冷空气；灾害性天气；诊断分析

1 引言

暴雨是我国大部分地区多发的一种灾害性天气，持续时间长、强度大的暴雨常会造成山洪暴发、水库垮坝、交通电讯中断等灾害，给人民生命财产和国民经济带来严重危害。随着气象事业的不断发展，众多气象学者对暴雨进行了大量的分析和研究，取得了丰富的经验和方法。通过对上海“0185”特大暴雨过程的中尺度系统分析[1-3]和数值模拟[4-5]后发现热带低压是造成本次暴雨过程的主要天气系统，低压内一系列中尺度对流云团的发展是导致暴雨灾害发生的直接原因，低空急流为本次过程提供了充足的水汽，急流带上的风场扰动及风速辐合是暴雨的触发机制。李峰等[6]研究发现低层到中层偏南气流的加强，使得低层暖湿气流突破冷空气压制，向上爆发，对暴雨有触发作用。何斌等[7]诊断分析2008年影响浙赣皖地区的一次梅雨锋暴雨过程发现，对流层低层高能高湿，对流层中上层有干冷空气入侵，造成大气不稳定层结，诱发暴雨。李彩铃等[8]在对暴雨研究中发现压能场对暴雨落区的预报有着较好的指导意义。尽管如此，暴雨及暴雨的预报依然是天气预报工作的难点，本文选取NECP/NCRE再分析资料、多普勒雷达资料对2016-10-07—10-08发生在本地的大暴雨过程进行了分析，讨论其物理机制和降水成因。

2 天气实况

2016-10-07T20：00—10-08T20：00，定海区出现了一次暴雨、局部地区大暴雨的降水过程。本次过程中定海城区累计降水量为86.8 mm，据全区23个有效区域自动气象站资料统计，全区平均降水量为76.5 mm，累计降水量大于50 mm的站点有20个，占总量的87%.大于100 mm（大暴雨）的站点数量有5个，占总量的22%.最大降水量出现在金塘，过程降水为139.7 mm。本次降水过程主要有3个特征：①本次强降水分布不均匀，呈现出西多东少的态势。②本次降水过程持续时间较长，从2016-10-07T21：00—10-08T20：00，总历时23 h。③本次过程出现短时强降水，2016-10-07T23：00—24：00为最强降水时段，小时雨强最大为35.9 mm（香园社区站）。

3 环流形势分析

本次过程是一次处于副高边缘的高空波动使低层冷空气渗透南下引发强降水的过程。2016-10-07T20：00，500 hPa（如图1所示）中高纬表现为两槽一脊的形势，脊线位于我国新疆中部地区，东西两侧各为两个冷中心，中纬度有东亚冷槽缓慢移动，有利于槽后西北气流引导冷空气南下，影响江南、淮南地区。我区位于槽前，强盛的西南暖湿气流为这次暴雨的发生提供了有利的水汽条件。此时588线位于浙江、福建沿海一带，稳定少动，因此冷涡槽移动较为缓慢，造成本次过程持续时间较长。2016-10-07T20：00，700 hPa有切变线位于江西-安徽-江苏一带，850 hPa有切变线呈东北-西南走向位于浙江安徽交界一带，地面冷锋前部到达安徽北部，我区位于地面倒槽里。此后冷空气进一步南下，700 hPa和850 hPa两层切变东移南压，诱发我区2016-10-07T23：00开始的暴雨过程。由于冷空气是从地面缓慢渗透，700 hPa和850 hPa切变移动缓慢，降水带维持在本地上空。

急流对一次暴雨的发生作用是显著的。观察各层风场我们可以发现，对流层顶200 hpa有东西走向的急流轴，风速大于40 m/s，对流层中部500 hPa在我区北部有西南急流，风速大于24 m/s。我区一直处于高空急流右侧的高空辐散下沉区，结合图1（a）可知有一条地面辐合带正好位于我区附近，这种高空辐散，低空辐合的配置为本次暴雨提供了良好的动力条件。2016-10-07T20：00，700h Pa、850 hPa在我区东南至台湾一带有明显的东南急流轴。结合图1（b）分析可知，2016-10-07T20：00后我区一直位于低空急流左前方，有明显的水汽辐合和质量辐合的上升运动，这条急流轴将我国东海的水汽和暖湿气流源源不断地往我区输送，推动了强降水活动的不断发展。由此可知地面倒槽的形势对本次降水的水汽和能量输送起到了最重要的作用。

分析2016-10-07T20：00各层温度露点差（T-Td）可以发现，20时850 hPa湿舌（湿区）覆盖了整个江南，华南地区，同时我区的温度露点差仅为1 ℃，水汽接近饱和，低层水汽丰沛。同样仍可发现我区也位于700 hPa的广阔湿舌（湿区）中，中低层湿舌相互对应，湿空气厚度较好，这有利于深厚的湿对流的出现，有利于强降水的发生。而在500 hPa的上空我区的北部存在着干舌（干区），这种上干下湿状态的位势不稳定层结有利于对流的发展。

2016-10-08T08：00，700 hPa切变位于我区浙江东部-福建一带，850 hPa切变位于我区至浙江、福建沿海一带，500 hPa高空槽东移至我区前部，地面辐合带东移南压，850 hPa、700 hPa湿区南落缩小，降水过程趋于减弱，此后随着系统进一步东移南压，主要降水带也移出本地。

图1 2016-10-07T20：00和2016-10-08T08：00的中尺度分析

图1中，东西走向实线箭头为500 hPa急流轴，单实线为500 hPa槽，左侧双实线为700 hPa切变线，南北走向左侧箭头为700 hPa急流，右侧双实线为850 hPa切变线，南北走向右侧箭头为850 hPa急流，右侧三角线为850 hPa温度槽，×－×线为地面辐合线，┴┴┴非闭合线为带层注的湿舌，□○□线为850 hPa干线，┴┴┴闭合线为带层注的干舌。

4 物理量分析

4.1 水汽条件

充足的水汽输送是发生暴雨的必要前提之一，每一次暴雨发生都伴随着水汽的累加。水汽通量和水汽通量散度能很好地表征一次过程中的水汽条件，水汽通量可反应水汽的来源和大小，水汽通量散度则能反应水汽的辐合与辐散，特别是低层的水汽通量辐合，对降水强度的贡献十分明显。

2016-10-07T20：00，850 hPa水汽通量场上（图略），我区位于水汽通量高值中心的正中心，最大值达24 g·cm-2·s-1，且在我区南部台湾地区同样存在着水汽通量高值中心，水汽源源不断的通过东南气流向我区输送。至2016-10-08T8：00，850 hPa水汽通量场上可以看出，水汽通量高值区消失，我区水汽通量明显减弱，最大值降至12 g·cm-2·s-1，降水过程也趋于减弱。从2016-10-07T20：00，850 hPa水汽通量散度图上可以看出，在江苏东南部存在着明显的水汽辐合中心，我区位于该辐合区的边缘地带，此后整个辐合中心东移南压，我区开始阵性降水，2016-10-07T23：00—24：00降水达到了此次过程最强时段，区域自动站共有5个站小时降水量超过20 mm，小时雨强最大香园社区35.9 mm。至2016-10-08T08：00，辐合区南压至东海上，降水带也逐渐移出。

4.2 动力条件

观察2016-10-07T20：00—10-08T14：00单点涡度垂直剖面图可以发现，从本次过程开始时对流层中上层就存在着正涡度，正涡度中心位于500 hPa的位置，正涡度中心在2016-10-07T20：00至次日02：00稳定且略有加强，该时段我区位于500 hPa高空槽前，正涡度平流使得地面辐合上升运动加强，地面气旋发展，进一步导致高空辐散加强，为短时强降水提供良好的动力条件。另一方面，从单点垂直速度剖面图上也可以看到，我区对流层中上层始终对应着上升区，且随着时间的推移，上升区的高度得到延伸，上升速度迅速增大，最大速度中心位于500 hPa的位置，2016-10-07T23：00—24：00其中心值超过﹣1.2 Pa/s，这都体现出我区的上升运动从2016-10-07T20：00开始明显加强，2016-10-07T23：00—24：00时段达到顶峰，深厚而强烈的上升运动与该时段发生强降水的实况十分符合。此后上升中心迅速回落，至2016-10-08T08：00强上升中心回落至850 hPa附近，且中心值仅为﹣0.8 Pa/s，降水强度也随之减弱。单点速度垂直剖面和单点涡度垂直剖面如图2所示。

4.3 热力条件

假相当位温se是重要的温湿特征参数，是能量的表征方式之一。观察图3（b）可以发现在本次过程发生之前，浙江、福建地区处在高湿高能的控制之下，而我区北部存在着由北向南渗透的se相对较低的干冷空气。观察假相当位温单点垂直剖面图发现，在2016-10-07T20：00—10-08T05：00，我区对流层700 hPa以下，假相当位温都随高度升高而减小，低层假相当位温值达到351 K，这说明在低层的暖湿气流之上有相对的干冷空气堆叠，我区上空处于上干下湿的对流不稳定状态。而在700 hPa以上的高度，假相当位温随高度不发生变化，这表明大气位于相对的对流稳定状态，这能有效地防止低层暖湿气流向上扩散，保证能量被储藏在低层。结合之前分析可知，至2016-10-07T23：00，垂直上升速度、水汽辐合带、地面辐合线各个条件都得到契合，触发短时强降水。随着图3（c）地面冷空气渗透南下，等se线堆积，我区以北出现能量锋区，至2016-10-08T08：00，图3（d）锋面移动到我区附近，冷暖空气交汇导致斜压不稳定能量的释放，正好对应2016-10-08T07：00—10：00我区的较强降水时段。由于主要能量已经在之前得到释放，因此本段降水强度并不是十分强。

图2 单点速度垂直剖面图和单点涡度垂直剖面图

图3 单点假相当位温垂直剖面图

5 多普勒雷达产品分析

利用新一代多普勒天气雷达对出现在我区的本次大暴雨天气进行了连续跟踪发现在降水出现之前，雷达站西南部存在大范围的自西南向东北移动的混合性降水回波，我区在2016-10-07T23：00之前影响的回波强度不强，都是以阵性降水为主，2016-10-07T23：00我区西南有回波强度≥45 dBz的对流单体生成，数个对流单体造成定海本站单小时32.0 mm的强降水。单体移出后我区受层状云降水回波的影响，回波强度均小于40 dBz，至2016-10-08T08：00后冷空气南下，降水带南压。

根据此次暴雨过程的多普勒雷达径向速度图分析发现：在PPI图上，在降水开始时雷达站50 km范围内存在一对正负中心，中心值达到15 m/s，结合风场可知东南急流将水汽源源不断的输送至我区。此后50～100 km范围内0速度线逐渐转为S型，我区为稳定的暖平流降水；风速达到27 m/s的负大大风区域出现，有利于对流加强和维持。至2016-10-07T23：00低层有辐合线，触发短时强降水。此后东南急流减弱，降水强度减弱，至2016-10-08T07：00开始出现逆风区和气旋辐合，与冷空气南下引发的第二段降水相对应。

6 结论

本次降水是一次在中高纬两槽一脊形势下，东亚冷涡缓慢东移，引导低层冷空气渗透南下引发的强降水过程，中低层均有切变南压，且由于系统移动缓慢使得降水带在本地停留时间较长，为本次过程提供了较好的动力条件。同时台风倒槽的地面形势为本次降水提供了充沛的水汽初始场和暖湿气流的输送。这种配置造成了我区本次降水持续时间长，累积量大。从物理量诊断分析来看，我区一直位于高湿区中，水汽通量值较大，充足的水汽含量和持续的水汽输送为强降水的发生提供了有利的初始条件；低层的辐合上升和高空的辐散抽吸有利于强烈的上升运动，为暴雨发生提供了良好的动力条件；本地在短时对流发生前存在着上干下湿的不稳定层结，伴随着水汽辐合带，垂直速度中心的和地面辐合线的移近触发第一轮短时强降水，由于大量能量得到释放，第二轮冷暖气流交汇引发的对流性降水强度不大，但在未来的预报中仍需关注冷锋带来的降水可能性。

此次过程主要以积云层云混合型降水回波为主，覆盖面广，降水持续时间长；但在降水回波带中出现的数个对流单体造成了短时强降水。根据经向速度图分析，东南急流水汽输送和地面辐合带对本次降水提供了重要条件。

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2095－6835（2018）24－0052－03

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10.15913/j.cnki.kjycx.2018.24.052