环渤海地区一次锋面强降水天气过程诊断分析

高清源 金巍 高清泉 田璐 韩颖 徐庆喆

摘要 本文利用NCEP再分析资料，对2010年7月19日环渤海地区一次锋面强降水过程进行了诊断分析。结果表明：此次强降水是由冷暖气流交汇产生的，低层暖湿空气被迫抬升，形成锋面强降水天气;高低空急流的耦合作用，与锋面抬升作用相叠加，上升运动进一步加强;高空急流抽吸作用、高低空急流耦合作用以及锋面抬升作用，三者共同造成了深厚强烈的上升运动，是此次强降水主要的动力抬升机制;干冷空气随时间从高层逐渐向低层延伸，表现为干冷空气随着下沉气流向低层输送，具有明显的干侵入特征。

关键词 锋面;耦合;干侵入;动力抬升

中图分类号：P458.121 文献标识码：B 文章编号：2095–3305（2021）08–0064–02

Diagnostic Analysis of a Frontal Heavy Precipitation Process in Bohai Sea Surrounding Area

GAO Qing-yuan et al（Anshan Meteor-ological Bureau， Anshan， Liaoning 114000）

Abstract Based on NCEP/ NCAR reanalysis data， a frontal heavy precipitation process around Bohai Sea on July 19，2010 was diagnosed and analyzed. The results show that： the heavy precipitation around Bohai Sea is caused by the intersection of cold and warm air， the warm and wet air in the lower layer is forced to rise， forming the front heavy precipitation weather. The coupling effect of high-level jet and low-level jet is superimposed with frontal uplift， and the upward movement is further strengthened. The suction of upper level jet， the coupling of upper level jet and low level jet， and the frontal uplift jointly lead to the deep and strong upward movement， which is the main dynamic uplift mechanism of the heavy rainfall. The dry cold air gradually extends from the upper troposphere to the lower troposphere with time， which shows that the dry cold air is transported to the lower troposphere with sinking air， and has obvious dry invasion characteristics.

Key words Front; Coupling effect; Dry invasion; Dynamic uplift

暴雨是我國主要灾害性天气之一，其中锋面对暴雨天气具有重要的作用[1]。高守亭等[2]指出，在高空急流轴下方存在反环流，反环流上升支与其下锋前上升气流相耦合，形成强上升气流。任丽等[3]指出高低空急流耦合，利于天气系统上升运动。李兆慧等[4]通过研究得出，高低空急流增强特征与高低空耦合形成的急流—锋面的次级环流对上升运动维持和发展起着重要作用。武威等[5]通过分析强对流天气，指出高低空急流耦合作用产生次级环流，触发不稳定能量释放，形成强对流天气。有学者从Boussinnesq近似出发，对位涡概念进行了改进和发展，提出湿位涡概念。于玉斌等[6]等研究指出，将位涡分解为正压和斜压部分，能更好地揭示位涡两项与暴雨强度以及落区的关系。Danielsen[7]利用干冷空气流场的三维结构，演示气流从对流层高层下沉至地面冷锋的过程。钟水新等[8]通过模拟冷涡降水，发现从对流层高层向下层侵入的高PV的干冷空气。黄彬等[9]研究指出，高层干冷空气侵入是从气旋中心区开始下沉的，受到干冷空气的作用，其静力稳定度下降。

1 降水概况和环流背景

2010年7月19日，强降水中心位于河北—山东交界的盐山站附近（图1），累计降水量超过150 mm，黄骅、盐山、抚宁、乐亭四站6 h累计降水量均超过110 mm，最大累计降水量达130 mm，此次强降水过程中出现明显的短时强降水天气，降水时段集中，具有降水梯度大、局地性强的分布特征。

暴雨期间，高空200 hPa，河套地区为明显的高空槽区，槽前存在明显的高空急流，急流中心位于45°N附近，呈东西向分布，急流中心最大风速大于60 m·s-1，华北地区处于高空急流入口区，存在10×10-5 s-1的强辐散中心，高空具有强辐散作用。500 hPa处于副高压边缘西北侧，西南暖湿气流强盛，高空槽冷空气入侵，冷暖交汇，形成强降水。

2 特征分析

从图1a中可以看出，700～300 hPa层为明显的散度负值区，即气流辐合区，中心极值<-10×10-5 s-1，冷暖气流在锋面处交汇;对流层低层900 hPa附近、中层500 hPa附近和高层300 hPa附近均存在辐散中心，中心极值为（4～6）×10-5 s-1。在垂直速度场上，锋面上方存在沿着锋面分布的垂直速度的负值区，即上升运动区，200 hPa以下整层都为上升运动，600～300 hPa层达到最大，强度<-1.8 Pa·s-1;锋面下方500 hPa层以下为垂直速度的正值区，为下沉气流，中心极值在700 hPa附近，强度>1.2 Pa·s-1。锋面两侧气流的垂直运动存在明显差异。

进一步分析垂直方向上次级环流动力作用（图1b），200 hPa高空急流处于低空急流上方，高空急流中心偏北，低空急流位于高空急流入口区的右侧，在垂直方向上低空急流与高空急流入口区有很好的对应关系。200 hPa高空急流轴具有明显的经向特征，伴随的强辐散区位于高空急流入口区右侧，强度达10×10-5 s-1，在急流入口区右侧产生上升运动，在低层形成辐合区。高、低空急流耦合，高空急流次级环流的上升支与低空急流垂直环流的上升支相叠加，进一步加强暖湿气流上升运动。

从图1c中可以看出，7月18日20：00，在（40°N，119°E）高空300～400 hPa附近，存在明显的湿位涡MPV1极值区，中心极值1.6～2.0 PUV，表明对流层高层存在具有明显对流性稳定层结特征的干冷空气。随着时间的推移，MPV1正的大值区从对流层高层逐渐向低层伸展，19日20：00在900 hPa层附近形成MPV1正的大值区，极值为1.0～1.4 PUV，说明对流层高层的干冷空气随时间从高层逐渐向低层侵入，于19日20：00左右侵入近地面层，干侵入特征非常明显。

3 结论

（1）此次强降水主要是槽后冷空气与西南暖湿气流交汇形成的。西南暖湿气流强盛，高层干冷空气入侵，低层暖湿空气被迫抬升，形成锋面强降水天气。

（2）高低空急流耦合，高空急流次级环流上升支与低空急流垂直环流的上升支相合并，与锋面抬升作用相叠加，从而形成低层辐合，高层辐散的深厚的上升运动。高空急流的抽吸作用、高低空急流的耦合作用以及锋面抬升作用，三者共同形成深厚强烈的上升运动，是此次强降水主要的动力抬升机制。

（3）干冷空气随时间从高层逐渐向低层延伸，表现为干冷空气随着下沉气流向低层输送，具有明显的干侵入特征。

参考文献

[1] 王遵娅，丁一汇.中国雨季的气候学特征[J].大气科学，2008，32（1）：1-13.

[2] 高守亭，陶诗言.高空急流加速与低层锋生[J].大气科学，1991，15（2）：11-22.

[3] 任丽，杨娃娃，唐熠，等.一次温带爆发性气旋引发的大暴雪过程诊断分析[J].气象与环境学报，2015，31（5）：45-52.

[4] 李兆慧，王东海，王建捷，等.一次暴雪過程的锋生函数和急流—锋面次级环流分析[J]. 高原气象， 2011（6）： 1505-1515.

[5] 武威，顾佳佳.2013年“0801”豫中南地区强对流天气过程中尺度特征及成因分析[J].气象与环境学报，2015，31（5）： 16-24.

[6] 于玉斌，姚秀萍.对华北一次特大台风暴雨过程的位涡诊断分析[J].高原气象，2000，19（1）：111-120.

[7] Danielsen E F.Project Springfiekld Report[R].Defense Atomic Support Agency，Washington D C.20301，DASA 1517（NTIS AD-607980），1964.

[8] 钟水新，王东海，张人禾，等.一次东北冷涡降水过程的结构特征与影响因子分析[J].高原气象，2011，30（4）：951-960.

[9] 黄彬，陈涛，康志明，等.诱发渤海风暴潮的黄河气旋动力学诊断和机制分析[J].高原气象，2011，30（4）：901-912.

责任编辑：黄艳飞