浙江一次梅雨期暴雨过程中尺度特征及成因分析

刘彩虹 陈优平 曾令建

(嘉兴市气象局，浙江 嘉兴 314000)

0 引 言

我国夏季南方暴雨频发，往往造成严重的洪涝，气象学界围绕我国暴雨的产生机制进行了广泛而深入的研究，成果丰富。梅雨锋及其降雨研究一直是气象学者关注的问题。尹洁等对2010年江西6月19日特大暴雨的多尺度特征进行了详细分析[1]，研究表明，梅雨锋暴雨是由α中尺度、β中尺度和γ中尺度多种尺度组合的暴雨，低涡、梅雨锋以及梅雨锋上的中尺度对流系统的相互作用对暴雨的发展起至关重要的作用[2-4]，中尺度系统是造成暴雨的直接影响系统[3-6]，而边界层环境风有可能促使中尺度对流系统组织化发展[7]。针对这种多尺度的降水，倪允琪等建立了天气学模型[8]。除了暖湿气流的贡献，梅雨气旋的发生发展通常与西北方移来的高空冷槽相联系[9]，干空气的存在加强了暴雨过程的对流性不稳定[10-11]。暴雨在降雨时间、强度和空间分布上存在着很大的不均匀性和地域性，浙江暴雨主要出现在汛期(3—10月)，梅汛期暴雨具有较好的典型性与代表性。梅雨期暴雨是大中小尺度天气系统相互作用下产生的。在大尺度有利的环流背景条件下，产生暴雨的直接影响系统是一些中小尺度系统。本文的研究对象是2017年6月浙江梅汛期的一次暴雨过程，具有典型的梅雨形势，同时在时空尺度上具有明显的中尺度特征。通过对形成暴雨过程强降水的中尺度特征进行初步分析和研究，探讨浙江汛期暴雨发生的客观机理，为当地暴提供理论依据。

1 使用资料

所用资料为2017年6月18—24日浙江省自动站雨量及1°×1°分辨率的FNL逐日再分析资料。

2 降水过程描述

2017年6月19—24日浙江省北部、西部、中北部等地出现了暴雨、大暴雨天气。降水从19日上午开始至24日下午(图1a)，浙江西部和中北部强降水基本结束，雨带东移南压至浙江南部地区。从18日20:00至24日20:00的1 h累积降水量的演变特征分析表明，强降水过程可分为3个阶段(图1b)，强降水第一阶段(6月19日02:00—19日23:00)降水首先在浙江北部产生发展起来，最大小时雨量达12.7 mm，最大24 h降水量(6月18日20:00至19日20:00)为嘉兴市53.2 mm；第二阶段(6月21日02:00—22日14:00)浙江西部至西北部一带出现持续降水，开化最大小时雨量达24.3 mm/h且24 h降水量达87.9 mm(6月21日20:00至22日20:00)；第3阶段(6月23日05:00—6月24日20:00)，主要降水从浙江西部开始呈东移南压趋势，造成浙江西部、西北部到中北部的强降水，其中开化、余杭等地小时雨量达28.1和23.5 mm/h，24 h降水量达122.1 mm和100.1 mm。整个降水过程具有小时雨强大，但持续影响同一地区时间短的特点。

图1a 2017年6月18日20时—24日20时实况降水量(单位:mm)

图1b 2017年6月18日21时至24日20时逐时降水量(单位:mm/h)

3 环流形势分析

3.1 高空辐散条件

2017年6月19—24日200 hPa环流形势(图略)分析表明，强降水第一、二阶段南亚高压稳定控制在江南和华南地区，浙江北部位于其北侧的高空急流偏西北气流弱的扇形分流控制下的高空辐散区内；随着200 hPa高空槽在南亚高压北侧移动，槽前的西南气流和南亚高压北侧的偏西北气流扇形分流特征愈发显著；这种槽前的辐散区一直维持到第3阶段强降水结束，为这次暴雨过程中对流层高层辐散条件的维持提供非常有利的形势，也对此次暴雨过程产生举足轻重的作用。

3.2 高空槽线系统

强降水第一、第二阶段在高纬地区500 hPa有稳定的阻高维持(图2a)，东北地区也有切断低压不断加深发展南压，冷空气从贝加尔湖地区由北路南下；当槽底到达江苏中南部地区(强降水第3阶段，图2b)，带来有效的冷空气和显著的正涡度平流向暴雨区的输送；此外，副高脊线在20°N附近，副高的维持有利于其北侧水汽向浙江中北部地区的输送。这正是典型的梅雨期环流形势，500 hPa的槽线系统对于中高层气层的抬升提供有利的条件。

图2 500 hPa位势高度(灰实线，dagpm)，温度(虚线，℃)，涡度(10-5s-1)、水平风(风向杆)和急流(黑粗线)(a)19日14时，(b)24日08时

3.3 低空切变线系统

从850 hPa环流形势来看，整个降水过程低空切变线系统都非常活跃。19—24日切变线维持在安徽江苏南部和浙江北部一带，850 hPa上切变线系统的不断东移北抬(图3a)或南压(图3b)，配合着高空槽线系统，影响着大气整层的的抬升，对此次暴雨的形成有决定性作用。此外，低空急流稳定在切变线南侧200～300 km的范围内，24日起急流迅速增强(图3b)，它带来的强盛的西南气流对水汽的输送，对暴雨的形成非常有利。

图3 850 hPa位势高度(灰色实线，dagpm)，温度(虚线，℃)，湿度、水平风(风向杆)和急流(黑色粗线)(a)19日14时，(b)24日08时

2017年6月19—24日的暴雨过程发生是各高度环流形势相互配合的结果，在降水发生较强的阶段，对流层顶层槽线前侧扇形分流场一直维持形成有效辐散，随着中低层槽东移以及正涡度平流的输送，暴雨发生区位于气流上升区，配合西南急流和低空切变线的辐合区，伴随着低层水汽的有效输送，形成了低层辐合、中低层抬升和高层辐散的有利配置，为暴雨的发生提供了很好的动力条件。

暴雨的发生与有利的环流形势有着密切联系，这是一次高空槽、切变线和低空急流共同影响下形成的暴雨过程。

4 中尺度对流系统成因及特征分析

梅雨期暴雨是大中小尺度天气系统相互作用下产生的。在大尺度有利的环流背景条件下，产生暴雨的直接影响系统是一些中小尺度系统。接下来对形成暴雨过程强降水的中尺度系统演变极其物理量场特征进行分析和研究，探究影响强降水落区和时段的主要原因。

4.1 假相当位温θse场的分析

在强降水第一、第二阶段，700 hPa的水平假相当位温θse场(图4a)可以看到，27°N以南的华南北部地区有舌状高能区，其北侧有明显的θse锋区；暴雨区700～800 hPa以下有弱的θse高值区(图4c)，说明雨区低层存在一定的不稳定性，边界层至700 hPa还存在明显上升气流，能够将水汽和能量输送到高空，从而有利于不稳定能量不断积聚和对流的发生。随着θse高能区和锋区加强北推，苏南和浙北地区处在高能区北侧边缘的暖区中，雨量明显增大，此阶段的强降水是属于暖区降水。但23—24日的第3个强降水阶段与前两个阶段不同，浙江中北部区的θse北侧的锋区东移南压且梯度增大，锋生明显(图4b)，表明此阶段北方冷空气加强且南压；雨区上空低层的θse线上凸，不稳定能量增大(图4d)；锋区内(边界层至700 hPa之间)垂直上升运动也有显著增强，强降水产生在冷锋南压的过程中的锋区内。这说明低层冷空气南压的过程中导致不稳定的增强，激发出上升运动，从而使得中尺度对流运动沿着锋区产生，引发强降水的产生和发展。

图4 700 hPa假相当位温场(实线，单位：K)和急流(风速≥8 m·s-1)和沿120°E的垂直速度和假相当位温(等值线，单位：K)剖面图(a,c)6月22日02时、(b,d)24日08时

4.2 水汽输送

强降水第一、第二阶段雨区上空有强的西南(700 hPa以下)和东南(925 hPa以下)的水汽输送(图5a)，且有一个强的水汽通量的辐合中心，强降水产生在急流中心和水汽输送北抬的过程中。强降水第三阶段925～700 hPa的急流的明显加强(图5b)，从而使得风垂直切变增强，同时西南的水汽输送和水汽通量的辐合也显著增大，随着急流的东移南压，强降水产生在水汽通量的辐合东移南压的过程中。

图5 水汽通量场(矢量，单位：kg/(m·s))、水汽通量散度场(单位：10-5 kg/(m2·s)和全风速(等值线，风速≥8 m·s-1)沿29°N的垂直剖面图(a)22日02时，(b)24日08时

4.3 辐散场和涡度场

强降水第一、第二阶段在雨区的300～400 hPa上空有较明显的散度大值中心(图6a)，这正是前文中提到的南亚高压北侧扇形的分流所产生的。雨区上空500 hPa以下有强的涡度大值中心，中低层辐合区与高空辐散相配合产生强降水。强降水第3阶段(图6b)高层的辐散中心值明显增大，但相比较中低层的辐合值要小得多，而且第三阶段的降水强度和范围明显大于第一和第二阶段，这表明低层的辐合抬升作用对暴雨的影响较大，也就是中低层(700～925 hPa)切变线系统的维持和急流的变化对此次强降水过程有着重要的作用。

图6 6月19日14时—24日08时涡度(实线，单位：10-5s-1)、散度(单位：10-5s-1)沿30°N的垂直剖面图(a)22日02时，(b)24日08时

5 结 语

对2017年6月19日到24日浙江的一次梅雨期暴雨过程的分析和诊断，可以看出此次降水过程为典型的梅雨天气系统背景下低空急流的加强和低层切变线的北抬或南压造成的具有明显的中尺度特征的一次降水过程。

1)此次暴雨过程具有典型的梅雨期环流形势：阻塞高压、切断低压的维持是暴雨发生的大尺度环流背景；高空槽东移、低层切变线的维持和低空急流的加强对暴雨的发生、发展提供了热力和动力条件。

2)此次暴雨过程的强降水分为3个阶段，前两个阶段均发生在低层暖湿空气北抬的过程中，低层切变线的北抬过程中伴随着西南和东南急流的北抬，使得中尺度辐合抬升运动增强，暴雨过程具有明显的暖区暴雨的中尺度特征。第3个阶段则为冷空气南下过程中，中低层的切变线东移南压，西南急流增强，垂直风切变增大，使得锋区内的不稳定能量增强，中尺度对流系统沿着锋区不断的产生和发展。

3)此次暴雨是产生在大尺度雨带内的一次由中低层中尺度扰动(切变线南北移动和急流加强)触发的一次强降水过程。低层急流和切变线是造成中尺度辐合抬升形成的强烈上升运动，有利于将低层的不稳定能量输送到高层，为暴雨的产生和发展提供了热力和动力条件。