地面水汽通量散度在辽宁省暴雨预报中的应用分析

肖光梁 陈传雷 王瀛

摘要    本文应用自动站地面观测数据和NCEP 1°×1°实况数据对地面水汽通量散度在2016年汛期暴雨预报的应用分析。结果表明，对于7个短时大暴雨个例预报效果进行应用检验，其中有6个个例地面水汽通量散度能够提前2～4 h出现负值中心;通过对比预报效果差异，2个短时大暴雨个例影响系统均为高空槽，低空850 hPa均存在切变线系统，均存在CAPE大值区，降水性质均为对流性降水;2个个例降水前期水汽输送程度差别明显，0801个例前期低空850 hPa西南气流风速较小，水汽输送较弱，并且近地面以偏北风辐合为主，相对较干;0813个例低空850 hPa西南气流强劲，降水前期水汽输送效果明显，近地面偏南风辐合为主，加强近地面湿度形势;0801个例水汽输送地区位于平原地区，地势较为平缓，不利于水汽的累计;0813个例水汽输从地势低的平原向较高的山地丘陵地区进行输送，由于地形抬升阻挡作用，极易造成水汽堆积。

关键词    暴雨预报;水汽通量散度;应用;分析;辽宁省

中图分类号    P458.121.1        文献标识码    A        文章编号   1007-5739（2019）12-0189-03

强降水是我国夏季频繁发生的灾害性天气，往往具有发展迅速、致灾性强等特点，易引起城市内涝、山体滑坡、农田渍涝等次生灾害，给社会生产和人民生活带来巨大损失。辽宁地区暴雨天气多发，特别是短时暴雨过程突发性强，致灾性大，严重威胁人民的生命财产安全。

以前的科研工作者对短时暴雨做了一定的研究工作，李青春等[1]在研究北京局地暴雨过程中近地层辐合线的形成与作用中得出，造成局地暴雨的诱发系统主要是近地层切变线;才奎志等[2]利用常规和加密自动气象站观测资料、雷达探测资料，对辽宁黑山地区特大暴雨进行分析得出，此次短时大暴雨地面偏东风和地形强迫抬升作用造成对流单体沿山脉东侧生成、发展和移动，最终导致持续对流性强降雨。孙明生等[3]研究表明，垂直运动，风垂直切变与地形影响中指出地形对“7.21”暴雨存在迎风坡、喇叭口地形，地形中尺度辐合等多种增辐作用，使得北京西南部山区成为对流云团的出发和加强区域。喻谦花等[4]分析河南一次暴雨过程指出，700 hPa水汽通量变化对强降水落区有较好的指示作用，水汽通量散度场上，850 hPa水汽通量散度的变化与暴雨时段和强度有较好的对应：水汽通量散度转为辐合，辐合层增厚为强降水开始的标志，辐合量突然增大标志着降水强度增大。法国Calas等[5]检验了辐合维持，辐合加强合辐散减弱（即地面水汽通量散度）的判据，发现大部分活跃单体（14个中11个）是在对流触发前2～4 h维持辐合的区域内形成的。但对近地面层水汽特征研究较为缺少，并且对短时暴雨的系统性研究也比较缺乏，本文应用地面水汽通量散度对2016年汛期辽宁省7次暴雨过程预报结果进行对比检验分析。

1    地面水汽通量散度方法

根据水汽通量的数值和方向，只能了解暴雨过程的水汽来源。至于暴雨究竟出现在何处，雨量有多大，与水汽通量散度的关系更为密切。刘建文等[6]采用法国Calas的方法计算地面水汽通量散度（HDIVG），公式如下：

HDIVG=-？塄P·（rV）=-r？塄P·V-V·？塄Pr

式中，r为2 m处水汽混合比;V为10 m处风矢量。在多数情况下，式中的第2项水汽平流比第1项质量辐合小一个量级，Calas认为第1项的正负即代表了HDIVG的正负，該项整体负值表示底层的水汽辐合区域。Calas在研究HDIVG底层的水汽辐合时，发现大部分活跃的单体是在对流出现前2～4 h维持辐合的区域内形成的。HDIVG极值中心比降水的极值中心提前出现2 h，且二者具有一定的正相关关系，负值中心对暴雨中心位置具有一定的预报意义，并且对降水强度的变化具有一定的指示意义。

2    个例选取

选取2016年7—8月7次典型短时大暴雨（3 h累计降水量≥100 mm）天气过程，根据降水发生时间、强降水中心以及暴雨影响系统进行分类，如表1所示。

3    个例检验结果

对7个短时大暴雨个例强降水中心落区位置与2～4 h前的地面水汽通量散度的负值中心位置进行定性检验，从而对短时大暴雨中心进行预报检验。

通过对比降水中心和地面水汽通量散度负值中心可以看出，大部分短时大暴雨过程预报效果显著。地面水汽通量散度较降水中心提前2～4 h出现，体现了较好的暴雨预报效果。只有个例5预报效果较差，最近2～4个时次水汽通量散度负值中心与降水中心偏差较大，基本无明显的地面水汽通量散度负值中心出现（表1）。选取预报效果较好的2016年8月13日（下面简称0813过程）和效果较差2016年8月1日（下面简称0801过程）2次个例预报进行对比，如图1、2所示。

4    2次个例分析

4.1    天气形势分析

通过分析个例0801和0813的500 hPa高度场和850 hPa风场可以看出，2次个例的影响系统均为高空槽（图3）。

能量方面，0801过程锦州探空CAPE 3 691 J/kg，沈阳探空CAPE达1 124 J/kg;0813过程大连探空CAPE达2 236 J/kg，丹东探空达2 595 J/kg，所以2次过程均为明显的对流性降水过程（图4）。

0801过程低空850 hPa存在明显的切变线系统，588线位于山东一带，位置偏南，由于低空850 hPa风速较小，水汽输送较弱;0813个例低空850 hPa也存在切变系统，588线位于渤海附近区域，接近大连南部地区，低空850 hPa西南风速较大，具有较强水汽输送效果。

所以2次过程高空影响系统相似，降水性质相同均为对流性降水，低空850 hPa均存在切变辐合系统，不同之处0813过程水汽输送更加强烈，持续稳定输送水汽。

4.2    地面辐合线系统分析

图5为应用NCEP 1°×1°国家自动观测站的整点风场数据，所用数据的时间为2016年8月1日14：00和13日14：00。由图3可知，0801个例强降水中心发生前附近区域以偏北风为主，辐合形势为西北风和东北风辐合，并且前期低空850 hPa水汽输送较弱，近地面较干;0813个例强降水发生前附近区域以偏南风辐合为主，辐合形势为西南风和东南风辐合，并且前期西南气流的水汽输送较强，近地面较湿。

另外0801个例发生地区地势较为平坦，地形抬升作用不明显，不利于水汽的累计;但是0813个例中西南风从地势较低的大连地区吹向以山地丘陵为主地势较高的岫岩县，这也是造成水汽的显著辐合堆积的重要因素。

5    结语

本文通过对地面水汽通量散度在汛期暴雨预警的应用，然后对预报效果具有差异的0801和0813 2个个例进行对比分析。

（1）对于7个短时大暴雨个例应用检验预报明显，6个地面水汽通量散度能够提前2～4 h出现负值中心。

（2）针对预报效果具有差异的0801和0813 2个个例进行对比分析，两者影响系统均为高空槽，低空850 hPa均存在切变线系统，均存在CAPE大值区，降水性质均为对流性降水。

（3）0801和0813两者降水前期水汽输送程度差别明显，0801前期低空850 hPa西南气流风速较小，水汽输送较弱，并且近地面以偏北风辐合为主，相对较干;0813个例低空850 hPa西南气流强劲，降水前期水汽输送效果明显，近地面偏南风辐合为主，加强近地面湿度形势。

（4）除天气要素之外，地形也是重要的影响因素。0801个例水汽输送地区位于平原地区，地势较为平缓，不利于水汽的累积;而0813个例从地势低的平原向较高的山地丘陵地区输送水汽，由于地形抬升产生阻挡作用，極易造成水汽堆积。

6    参考文献

[1] 李青春，苗世光，郑祚芳，等.北京局地暴雨过程中近地层辐合线的形成与作用[J].高原气象，2010，30（5）：1232-1242.

[2] 才奎志，蒋大凯，杨磊，等.辽宁黑山突发性局地特大暴雨中尺度对流条件和特征[J].气象与环境学报，2014，30（6）：1-7.

[3] 孙明生，杨力强，尹青，等.“7.21”北京特大暴雨成因分析（Ⅱ）：垂直运动，风垂直切变与地形影响[J].暴雨灾害，2013，32（3）：218-223.

[4] 喻谦花，姜东东，康暑雨，等.河南省2011年8月1—2日暴雨过程水汽条件与垂直螺旋度分析[J].气象与环境学报，2012，35（2）：56-60.

[5] CALAS C，DUCROCQ V，SENESI S.Mesoscale analyses and diagnostic parameters for deep convectio nowcasting[J].Meteor Appl，2010，7（2）：145-161.

[6] 刘建文，郭虎，季耀东，等.天气分析预报物理量计算基础[M].北京：气象出版社，2005：64-69.