莆田秋冬低层东风回流下的非典型降水特征分析

卢冰冰 芦文豪

(1.涵江区气象局，福建 莆田 351111；2.莆田市气象局，福建 莆田 351100)

莆田市秋冬低层东风回流型降水是秋冬季降水特有的天气形势之一，在业务预报中常出现漏报、空报等现象，是困扰预报业务人员的难点问题。莆田市地处福建省中部沿海，冬季随着福建省以北冷高压东移入海，受冷高压底部、后部偏东风影响频次较高，但预报该形势是否对莆田地区产生降水影响的准确率并不高。近年来，回流天气的复杂性引起了众多学者关注，但国内学者主要以我国华北地区回流降水为主要研究对象[1-3]，华南地区特别是福建省中部沿海地区冷高压后部的东风回流降水研究较少。本文统计了近10年秋冬季影响莆田地区的回流天气个例，总结出产生回流天气的降水特征，旨在为莆田地区秋冬季重大气象保障活动和传统社会活动气象服务提供较好的科学依据。

1 研究资料

统计标准：秋冬季随着福建省以北的冷高压东移入海，且实况天气图中莆田地区850hPa或925hPa处高压底部或高压后部偏东气流影响即为一次回流天气过程。无明显的天气尺度系统影响而产生的降水即为一次回流天气形势下的非典型性降水。定义全市三个地面基本气象观测站以北京时20时为日界，一天内任意一个站降水量大于0mm算为1个降水天气个例。

普查2011—2020年期间的历史天气图，从这10年资料中选取回流降水个例。利用NCEP再分析资料进行天气形势和物理量诊断。

2 降水概率统计

通过对历史天气图的统计分析，共筛选出回流形势下的样本数据191个，其中产生降水个例为50个，无降水个例为141个。对50个产生降水的样本形势场进行细化分析，剔除因天气尺度系统影响的典型性降水个例31个，最后筛选出19个低层东风回流形势下非典型降水样本，如表1所示。

统计分析得出，近10年莆田市秋冬季低层东风回流形势下的非典型降水概率为11.9%，且三个地面观测站都产生降水的概率为80%。从表1可以看出，东风回流形势下日雨量大多为不超过5mm的弱降水，且降水产生的时段多为夜晨。

表1 东风回流形势下非典型降水个例

3 环流形势特征

普查产生降水的历史个例天气图，莆田市低层东风回流的环流形势特征基本较为一致。根据500hPa历史个例高度场合成图(图1a)可以看出，长江以北100°E～120°E地区主要受槽后冷平流影响，高空槽主体已东移出我国东北地区。从500hPa和700hPa风场分析得出(图略)，冷暖空气交汇产生的低层切变和地面冷锋位于福建省北部，莆田市主要受位于85°E～95°E的南支槽前西南急流影响，且莆田市处于西南急流出口区右侧辐散区，因此产生降水时中高层有弱的辐散维持。从海平面气压场合成图(图1b)可以看出，地面冷高压的高压中心位于我国华北到黄淮地区，且有一明显的高压楔从高压中心由东北向西南方向延伸，莆田市位于高压楔前部。与此同时，莆田市东部沿海近地面有冷空气南下渗透影响，在回流降水中，近地面东北风带来高压底部、后部弱冷空气充当“冷垫”，使得中层暖湿气流遇到冷的下垫面有利于水汽凝结。同样的，夜间地面的辐射降温，更使得上下层冷暖温差加剧，暖湿气流遇到冷的下垫面，进一步促进水汽凝结造成阴雨天气。

(a)500hPa高度场合成图(单位：m) (b)海平面气压场合成图(单位：hPa)

4 物理量诊断分析

4.1 动力条件分析

分别沿119°E和25°N做每个回流天气过程相对涡度、散度的垂直剖面图，通过对比分析，本文选取了其中一个明显代表其特征的降水过程进行分析，见图2。

4.1.1 相对涡度场

由图2(a)可见,降水区(25°N～26°N)850 hPa以下是强的负涡度区,且负涡度区的厚度由南向北逐渐增大；700 hPa以上是一大片负涡度区,700～850 hPa之间是正涡度区,且正涡度由南到北向高空倾斜。由图2(b)可见，降水区(119°E～120°E)700hPa以下是正涡度区，700hPa以上均为正涡度区。这说明降水区低层有反气旋存在,且此反气旋自北向南呈斜楔状。这与一般降水过程中“中低层是正涡度区,高层是负涡度区”的配置是不同的。

4.1.2 散度场

由图2(c)可见,降水区(25°N～26°N)近地面层散度为正,但值较小,其上至700hPa为较强的负散度区,负散度区呈西南到东北向高空倾斜，700hPa以上散度为正。由图2(d)可见，降水区(119°E～120°E)低层散度为正值，其东部从地面到600hPa为散度负值。这说明降水区近地层有弱的辐散区,中低层辐合、高层辐散,且高层的辐散较强(正散度值较大)。与一般降水过程不同的是,在回流天气中近地面层有弱辐散区存在。

(a)相对涡度(沿119°E) (b)相对涡度(沿25°N)

(c)散度(沿119°E) (d)散度(沿25°N)

4.2 水汽特征分析

在日常预报中,莆田地区秋冬季经常会遇到低层东风回流天气。有关此类天气的水汽源地,我们普遍认为秋冬季东风回流天气的水汽来自从高压底部、后部从海上回流的低层偏东气流。本文试图应用一天4次的NCEP再分析资料，通过分析近地层和中高层水汽输送及水汽通量散度和降水时段比湿垂直剖面图，探讨东风回流天气形势下水汽特征。

4.2.1 水汽通量散度

从图3分析可知，500hPa水汽输送以西南气流为主，降水时闽粤两省交界处有明显的水汽通量辐散，水汽由西南向东北方向输送，莆田市位于水汽通量辐合区，但持续时间较短，下个时次即转为水汽辐散区(图略)，这与此次过程产生降水的起止时间相对应；700hPa水汽输送同样以西南气流为主，降水前后两个时次均在闽西南地区有强的水汽通量辐合，莆田处于弱的水汽通量辐合区，持续时间较长；低层850hPa水汽输送以偏东气流为主，水汽来源于东部洋面。降水期间在偏东气流的影响下福建省东北部沿海呈明显的水汽通量辐散，莆田地区也处于弱的水汽通量辐散区，这与普遍认为的“秋冬季偏东风回流天气形势下产生降水的水汽来自海上回流的偏东气流”不一致。

通过近地层和中高层水汽输送及水汽通量散度分析可以得出，莆田地区秋冬季低层偏东风回流天气形势下产生降水的水汽来源于中高层的西南气流，500hPa水汽通量散度的辐合起止时间与降水的起止时间相对应，可作为判断降水时段的参考依据。

4.2.2 水汽的垂直分布

从图3可见，降水区(25°N～26°N)中高层是西南风，对应比湿的大值区,低层850hPa是偏东风,对应比湿的小值区,且存在从东向西的干舌(图中箭头)。这也说明水汽主要伴随中高层的西南气流,而低层的偏东风,虽经过海面,也是比较干燥的,这与张守保等人分析的华北回流天气结论是一致的[6]。

图3 2011年12月6日天气过程降水时段500hPa、700hPa、850hPa水汽通量散度和风场图、比湿垂直剖面图

5 结论

本文普查了近10年莆田地区秋冬低层东风回流天气历史个例，通过实况降水数据得出此类天气形势下的降水概率，通过高度合成场和海平面气压合成场分析得出此类天气环流形势特征，并利用NCEP再分析资料对回流天气过程的动力条件、水汽条件来源进行了诊断分析，得出以下结论。

①莆田秋冬低层东风回流下的非典型降水概率为11.9%，且三个站都有降水的概率为80%。东风回流形势下日雨量大多为不超过5mm的弱降水，且降水产生的时段多为夜晨。

②莆田秋冬低层东风回流天气形势降水主要发生在高纬冷空气主体南下影响莆田市之前，700hPa以上主要受西南急流控制，且产生降水时中高层有弱的辐散维持；地面受从高压中心由东北向西南延伸的高压楔前部影响和东部沿海地面冷空气充当“冷垫”，中层暖湿气流遇到冷的下垫面有利于弱降水的产生。

③通过分析物理量的动力条件，降水区低层有反气旋存在,且此反气旋自北向南呈斜楔状。这与一般降水过程中“中低层是正涡度区,高层是负涡度区”的配置是不同的；降水区近地层有弱的辐散区,中低层辐合、高层辐散,且高层的辐散较强。与一般降水过程不同的是,在回流天气中近地面层有弱辐散区存在。

④莆田地区秋冬季低层东风回流天气形势下产生降水的水汽来源于中高层西南气流，而低层的偏东风,虽经过海面,也是比较干燥的。500hPa水汽通量散度的辐合起止时间与降水的起止时间相对应，可作为判断降水时段的参考依据。