一次华南暖区暴雨及锋面暴雨等熵位涡对比分析

任睿智?孙璐

摘 要：利用欧洲中期天气预报中心（ECMWF）每天间隔6 h、分辨率为0.125°×0.125°的ERA-Interim再分析资料，应用等熵位涡对华南一次双雨带过程进行分析，重点对比在相同的大尺度环境场下暖区暴雨和锋面暴雨的差异。结果显示，暖区暴雨发生时高层辐散起到主要作用，锋面暴雨的发生受高层辐散和低层辐合共同影响；暖区暴雨的辐合辐散强度小及垂直速度明显慢；通过等熵位涡分析，高层高位涡中心和强降水中心对应关系较好，正位涡中心东北部的北风形成风场的辐散区促使抽吸作用加强，最终导致对流发展。锋面暴雨在对流层中层存在等熵位涡的大值中心，中层冷空气下沉引起锋面暴雨的发展维持，而暖区暴雨发生过程中受冷空气影响较小。

关键词：暖区暴雨；锋面暴雨；等熵位涡

中图分类号：P458 文献标志码：B文章编号：2095–3305（2024）01–0-03

华南前汛期主要降水类型有锋面暴雨和暖区暴雨2种：前者在锋面附近受冷暖气团影响；后者在距锋面200～300 km的锋前，受单一暖气团影响，两者发生条件有明显差异[1]。赵玉春等[2]指出，暖区暴雨水汽输送环境更强，且处于高能量区。两者中尺度对流单体（MCS）也明显不同，锋面上的MCS斜压性更强，冷暖空气同时参与对流；暖区暴雨则由多个β尺度的MCS引起，对流系统更小，平均回波顶高更低[3]。

等熵位涡被广泛应用于寒潮、雨雪冰冻方面的研究，由于兼顾了动力因子和热力因子，也被广泛应用于暴雨的研究[4]。据研究，等熵位涡高值区与强降水中心有很好的对应关系[5]。周秋林等[6]指出，暴雨区常位于高位涡中心的东南侧，当某地区受正涡度平流控制時强降水发生，受负涡度平流控制时强降水结束。张亚妮等[7]指出，正等熵位涡主要由平流作用引起，在其东侧诱发异常，最终导致对流加强。2015年5月19日到20日的一次华南地区双雨带过程，在相同大尺度条件下利用等熵位涡对暖区暴雨和锋面暴雨进行对比分析。

采用资料为欧洲中期天气预报中心（ECMWF）每天间隔6 h、分辨率为0.125°×0.125°的ERA-Interim再分析资料；中国气象数据网提供的0.1°×0.1°自动站和CMORPH降水融合资料。

1 降水过程与大尺度环境场特征

2015年5月19日12：00—20日12：00（世界时，下同）整个广东地区出现了双雨带过程，南北都出现强降水中心。北侧强降水中心以带状为主、范围大，落区从广东北部延伸至中部，降水量级较小，24 h累计降水量达100 mm以上；南侧强降水中心以块状为主、范围小，降水量级大、局地性强，24 h累计降水量达350 mm以上。据统计逐小时累计降水分布，北侧强降水中心逐渐南移，最终合并加强了南侧强降水（图略）。

19日12：00暴雨刚开始，200 hPa华南地区处于高空急流南部，广东南部受西北气流影响，北部受偏南气流控制、形成辐散；500 hPa为两槽一脊，副热带高压呈东西带状分布，广东主要受其偏西气流的影响；850 hPa上广东大部比湿大于16 g/kg，孟加拉湾的水汽在西南气流控制下向广东输送，为降水提供了充足水汽条件；广东西部受东南和西南气流的共同影响形成地面辐合线。

2 热动力学特征

由图2可知，19日12：00降水刚发展时，850 hPa上广东大部假相当位温大于336 K，北部更有假相当位温密集带（＞340 K），可见暴雨发生时广东大部处于高温高湿的条件下（图2a）。沿115.5°E做垂直剖面图，在25°N以北有明显的假相当位温密集带，即锋区；锋区向上延伸到对流层中层，且向北倾斜。在本次过程中，北侧降水在锋面附近、受锋面影响，为锋面暴雨；南侧降水距锋面较远、受强西南风影响，是华南地区典型的暖区暴雨（图2b）。

以沿23°N的剖面图代表暖区暴雨的变化情况（图3），以沿24.5°N的剖面图代表锋面暴雨的变化情况（图4），发现两者的成因及动力机制存在明显的差异。

由图3可知，暖区暴雨初始，高层辐散较强；19日18：00，高层辐散中心出现在暴雨区上空；20日00：00，高层辐散中心进一步加强；20日06：00，暴雨区高空出现了散度大于3.5个单位的强辐散中心。整个过程低层辐合很弱，未出现明显变化，说明高层辐散对维持本次暖区暴雨起着重要作用。除降水开始的19日12：00之外，整个过程降水区都处于强上升运动区域，上升运动逐渐增强，至20日00：00，在400 hPa出现大于24 m/s的垂直速度大值中心。

由图4可知，锋面暴雨初始，对流层上层有强辐散中心、中层有强辐合中心；19日18：00，对流层低层也出现强辐合中心；20日00：00，对流层上层辐散中心强度增加、范围扩大，而中低层仍以辐合为主；20日06：00，对流层高层辐散中心范围略有缩小，低层辐合中心加强。整个降水过程中，辐合、辐散中心对应良好，说明对锋面降水高层辐散和低层辐合均具有重要作用，且其强度都大于暖区暴雨的辐合辐散中心。由于高低层辐散辐合配合较好，锋面降水的垂直速度明显大于暖区降水，垂直速度最大值达40 m/s。

3 等熵位涡以及位涡平流水平特征分布

由图5可知，356 K的等熵位涡位于200 hPa附近，等熵位涡分布与变化可代表高层系统的活动。19日12：00，广东出现等熵位涡大值中心（大于0.4 IPV），随降水发展大值中心加强（图5a）；19日18：00广东北部出现大于1 IPV的等熵位涡大值中心（图5b）；20日00：00，广东北部出现负的等熵位涡，而东部沿海继续维持等熵位涡大于0.6 IPV的大值中心，之后6 h北部锋面降水结束，南部暖区降水仍持续，对应于正等熵位涡影响区域（图5c）；20日06：00，等熵位涡由正值转为负值，预示降水即将结束（图5d）。可见，高等熵位涡中心和强降水中心有较好的对应关系。从19日12：00—20日00：00，正等熵位涡中心东北部的北风持续加强，形成风场的辐散区。上层辐散加强的抽吸作用导致对流发展，因此高层的辐散可能是本次降水过程得以长时间维持的原因。

在不考虑摩擦和加热的情况下，沿等熵面位涡守恒，其变化主要是受到位涡平流的影响。20日06：00出现的负位涡异常可能由负的位涡平流引起。

4 等熵位涡垂直特征

沿23°N和24°N做经向等熵位涡垂直剖面图，分别代表暖区暴雨和锋面暴雨的发生发展区域。由图6可知，锋面暴雨刚开始时，400～500 hPa上广东地区有高位涡中心（大于0.6 IPV）（图6a）；19日18：00，该中心影响范围有所扩大（图6b）；20日00：00，高位涡中心发展至强度达0.8 IPV以上，且东移下沉（图6c），由于等熵位涡也可预示冷空气，这说明锋面暴雨中高层有冷空气下沉；20日06：00，中层的位涡大值区减弱至消失，预示降水即将结束（图6d）。

由图7可知，在整个暖区暴雨发展的过程中，除20日06：00外中层等熵位涡都较小。综上，影响锋面降水的系统以对流层中层为主，中高层冷空气下沉有利于对流发展；暖区降水发展过程中等熵位涡较小，受冷空气影响较小。

5 结论

以2015年5月19—20日华南一次双雨带过程为例，在两者有相同大尺度环流的条件下，对比分析了暖区暴雨与锋面暴雨之间的差异。主要结论体现在以下2个方面。

（1）暖区暴雨发生时高层辐散起着主要作用，锋面暴雨则受高层辐散和低层辐合共同影响，且暖区暴雨辐合辐散的强度、垂直速度明显小于锋面暴雨。

（2）利用等熵位涡分析发现在365 K的高层，高位涡中心和强降水中心有较好的对应关系；正位涡中心东北部的北风持续加强形成风场辐散区，上层辐散加强的抽吸作用最终导致对流发展，使本次降水过程得以维持。垂直剖面图显示，对于锋面暴雨而言，在对流层中层存在等熵位涡的大值中心，中层冷空气下沉引起锋面暴雨的发展维持，而暖区暴雨受冷空气影响较小。

参考文献

[1] 陶诗言.中国之暴雨[M].北京：科学出版社，1980.

[2] 赵玉春，李泽椿，肖子牛.华南锋面与暖区暴雨个例对比分析[J].气象科技，2008（1）：47-54.

[3] 陈敏，郑永光，王洪庆，等.一次强降水过程的中尺度对流系统模拟研究[J].气象学报，2005（3）：313-324.

[4] 田秀霞，寿绍文.2008年12月两次强寒潮过程的等熵位涡分析[J].气象科学，2013，33（1）：102-108.

[5] 赵宇，杨晓霞，孙兴池.影响山东的台风暴雨天气的湿位涡诊断分析[J].气象，2004（4）：15-20.

[6] 周秋林，闵锦忠，梅士龙.浙北地区一次大暴雨过程的等熵位涡分析[J].气象科学，2010，30（4）：475-480.

[7] 張亚妮，姚秀萍，于超.高层动力强迫对回流型华南暖区暴雨影响的个例研究[J].热带气象学报，2019，35（2）：166-176.