一次華南前汛期暴雨過程的物理量診斷分析

劉 璇

(民航華東地區(qū)空中交通管理局氣象中心，上海 200335)

一次華南前汛期暴雨過程的物理量診斷分析

劉 璇

(民航華東地區(qū)空中交通管理局氣象中心，上海 200335)

采用NCEP/NCAR 1°×1° 6 h全球再分析資料、1 h加密雨量資料和常規(guī)氣象觀測(cè)資料，從降水相關(guān)物理量入手，對(duì)“08.6.14”華南前汛期降水過程進(jìn)行診斷分析。結(jié)果表明，來自孟加拉灣和南海源地的水汽為2008年6月14～19日華南降水提供了充足的水汽條件；從地面到對(duì)流層頂存在的正負(fù)渦度耦合和正負(fù)散度耦合的雙耦機(jī)制，構(gòu)成了此次降水的動(dòng)力機(jī)制；低層大氣的不穩(wěn)定層結(jié)和異常強(qiáng)烈的螺旋度為暴雨提供了啟動(dòng)機(jī)制。

華南前汛期；暴雨；物理量；診斷分析

華南是我國(guó)雨量最充沛的一個(gè)區(qū)域，與我國(guó)其他地區(qū)比較，平均年雨量最大、暴雨次數(shù)最多。華南前汛期暴雨更是一種重要的災(zāi)害性天氣，華南地區(qū)的水災(zāi)也多發(fā)生于前汛期。對(duì)前汛期的降水成因進(jìn)行分析，不僅可以深化對(duì)華南暴雨發(fā)生的機(jī)理與規(guī)律的理解及解釋，還可為預(yù)報(bào)和防治這種災(zāi)害性暴雨天氣提供參考依據(jù)，提高暴雨預(yù)警水平，有利于減輕暴雨災(zāi)害[1]。

華南前汛期是我國(guó)夏季雨帶季節(jié)性北移的一個(gè)階段，它的早晚、強(qiáng)度與我國(guó)其后各個(gè)區(qū)域的降水有著必然的內(nèi)在聯(lián)系，且華南前汛期降水與其后出現(xiàn)的長(zhǎng)江流域梅雨期降水共同之處頗多，在這個(gè)意義上，研究華南前汛期降水不但可以了解其自身的規(guī)律性，也能提供我國(guó)降水的一些規(guī)律性，對(duì)全國(guó)汛期的長(zhǎng)期預(yù)報(bào)和降水的研究及預(yù)報(bào)有重要的意義[2]。2008年5月26日～6月19日，華南前汛期出現(xiàn)了降水范圍廣、強(qiáng)度大、歷時(shí)長(zhǎng)、強(qiáng)降水中心多、極端降水事件頻發(fā)的強(qiáng)降水天氣過程，給廣西、廣東、湖南以及江西等地區(qū)帶來了嚴(yán)重的洪澇災(zāi)害。此次前汛期過程存在4次明顯的降水集中期。筆者在此主要針對(duì)第4階段(2008年6月14～19日)，利用NCEP/NCAR 1°×1° 6 h全球再分析資料、1 h加密雨量資料和常規(guī)氣象觀測(cè)資料，從降水相關(guān)物理量入手，探討其與“08.6.14”華南暴雨的關(guān)系，加深對(duì)華南暴雨形成機(jī)理的認(rèn)識(shí)，并對(duì)影響華南暴雨的強(qiáng)對(duì)流風(fēng)暴環(huán)境參數(shù)(風(fēng)暴相對(duì)螺旋度SRH、局地風(fēng)暴相對(duì)螺旋度等)進(jìn)行診斷分析，以期為華南前汛期暴雨的預(yù)報(bào)提供較新的、有一定參考價(jià)值的預(yù)報(bào)依據(jù)。

1 雨情

1.1 全國(guó)降水形勢(shì)根據(jù)1 h加密雨量資料，從2008年6月14日08：00～20日08：00過程總降水量(圖1)可看出，長(zhǎng)江以南地區(qū)降水普遍達(dá)100 mm以上；全國(guó)存在2個(gè)明顯的雨區(qū)，其中較大值雨區(qū)位于華南沿海至浙江北部，另一個(gè)雨區(qū)位于四川盆地至河套地區(qū)。全國(guó)降水差異很大，過程降水量最大值位于浙江中北部，達(dá)800 mm以上。

1.2 華南降水形勢(shì)采用1 h加密雨量資料和24 h實(shí)況降水資料分析可知，此次降水過程主要集中在14～18日，19日開始，降水量明顯減弱(圖2)；長(zhǎng)江以南地區(qū)1 h降水量最大值達(dá)8 mm以上。14～16日，廣西出現(xiàn)暴雨到大暴雨過程。14日降水量總體較少，暴雨中心出現(xiàn)在廣西西南部，日降水量(14日08：00～15日08：00)86 mm；15日暴雨移至廣西西北部和中部，日降水量最大值位于廣西中部都安站，達(dá)135 mm；16日，暴雨區(qū)向東移動(dòng)，在華南沿海形成暴雨雨帶，日降水量極值位于廣東汕尾，達(dá)167 mm。16日前期暴雨區(qū)位于貴、湘、桂三省交界處，后期東移至廣東地區(qū)，17日08：00廣東東部沿海1 h降水量達(dá)180 mm以上。17日，暴雨區(qū)向北移動(dòng)，在廣東、江西、浙江地區(qū)形成一條東北—西南向的狹長(zhǎng)雨帶，廣西東南沿海、廣東南部和西部、江西西南部地區(qū)、浙江西北部產(chǎn)生大暴雨，日降水量最大值位于江西境內(nèi)(圖3)；18日在廣東沿海出現(xiàn)零星大暴雨，華南地區(qū)降水量與之前相比出現(xiàn)明顯的減弱；此后雨區(qū)向長(zhǎng)江中下游移動(dòng)，華南此次降水過程在19日13：00后基本結(jié)束。

2 物理量診斷分析

2.1 水汽輸送特征華南地處低緯瀕臨太平洋和南海，屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，低緯海洋上的水汽充沛。每年汛期期間，副高北抬，邊界層內(nèi)多吹西南風(fēng)。弱冷空氣南下時(shí)，常出現(xiàn)回流偏東風(fēng)，有利于海上的暖濕空氣向大陸輸送，從而產(chǎn)生充沛的降水。從850 hPa水汽通量及風(fēng)場(chǎng)合成圖上可以估計(jì)水汽的來源。此次華南降水過程有2個(gè)主要的水汽通道，一是索馬里越赤道氣流將孟加拉灣的水汽向華南輸送，二是來自南海的水汽輸送。14日08：00，水汽通量大值區(qū)從孟加拉灣沿我國(guó)東南沿海一直伸至西太平洋地區(qū)，索馬里越赤道氣流將孟加拉灣的水汽向東輸送，西太平洋上的東風(fēng)與我國(guó)南部的西風(fēng)在10°N、118°E附近相遇并匯合向北，將南海水汽向北輸送至華南沿海，為降水形成提供充足的水汽條件(圖4a)；15日20：00起，風(fēng)場(chǎng)減弱，造成水汽通量有所減弱，在華南地區(qū)降水量減少；17日14：00，孟加拉灣的水汽通量開始減弱，水汽主要集中于南海水汽輸送；18日02：00開始，水汽通量大值區(qū)向北移動(dòng)，并呈狹長(zhǎng)條狀分布，降水在水汽通量軸的左側(cè)產(chǎn)生；18日08：00，水汽通量大值區(qū)已移至江南一帶沿海，索馬里越赤道氣流減弱，孟加拉灣對(duì)華南降水的水汽輸送減弱，主要水汽來源轉(zhuǎn)向南海(圖4b)，表明在不同的時(shí)段內(nèi)，孟加拉灣、南海等對(duì)華南的水汽輸送并不完全同等重要。19日20：00以后，隨著水汽供應(yīng)的減弱，華南降水強(qiáng)度亦減弱，雨區(qū)向長(zhǎng)江中下游移動(dòng)，華南此次降水過程結(jié)束。

當(dāng)水汽由源地輸送到某地區(qū)時(shí)，必須有水汽在該地區(qū)水平輻合，才能上升冷卻凝結(jié)成雨，故水汽的輻合集中尤為重要。850 hPa水汽通量散度圖上，華南地區(qū)基本處在水汽通量輻合區(qū)。14日08：00，廣東沿海低層水汽輻合，加上充足的水汽供應(yīng)，造成了汕頭地區(qū)的暴雨過程；18日08：00，水汽通量散度在華南地區(qū)存在一條東北—西南向的負(fù)水汽通量散度帶，表明這一帶存在強(qiáng)的水汽輻合，造成了6月17～18日浙江-華南帶狀雨帶的產(chǎn)生(圖3)。

2.2 散度場(chǎng)分析850 hPa，14日08：00廣西中部基本處在正輻散場(chǎng)中，到14日14：00該地區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)樨?fù)散度，福建、廣東和海南在該時(shí)段內(nèi)氣流輻合上升；16日08：00，除福建外，華南地區(qū)低層輻合上升(圖5a)，并持續(xù)至17日02：00，此次正負(fù)散度轉(zhuǎn)換造成廣西暴雨的出現(xiàn)；17日08：00～20：00，華南地區(qū)基本輻合，18日02：00，僅在廣西南部沿海、兩廣北部小區(qū)域、福建北部出現(xiàn)負(fù)散度，華南大部受正散度控制；18日08：00，華南大部轉(zhuǎn)為輻合上升，低層輻散場(chǎng)轉(zhuǎn)換為輻合場(chǎng)造成兩廣大暴雨；19日02：00后，輻合區(qū)向江南移動(dòng)，華南大部為輻散場(chǎng)，降水量開始減少。200 hPa，暴雨區(qū)上空也出現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換。14日14：00福建南部沿海出現(xiàn)強(qiáng)輻散，到15日08：00福建全境輻合，16日02：00轉(zhuǎn)為輻散；此后福建基本上沿海輻散、內(nèi)陸輻合；16日02：00廣西中部出現(xiàn)強(qiáng)正散度，到16日08：00范圍擴(kuò)大，最大散度達(dá)8×10-5s-1(圖5b)，持續(xù)至16日20：00，同時(shí)段，廣西低層輻合，低層輻合、高層輻散的配置對(duì)水汽的輻合上升十分有利，造成該時(shí)段廣西中部降水強(qiáng)度的異常增大；17日08：00～18日14：00，廣東、福建沿海及中部輻散，散度達(dá)6×10-5s-1。

2.3 渦度場(chǎng)分析與散度場(chǎng)變化類似，渦度場(chǎng)大致也呈低層正渦度、高層負(fù)渦度的降水有利形勢(shì)。850 hPa在17日14：00開始，存在與暴雨降水區(qū)一致的東北—西南向正渦度帶，中心最大值達(dá)9×10-5s-1以上；高層相對(duì)的有負(fù)渦度存在。這種高低層正負(fù)配置有利于華南地區(qū)產(chǎn)生強(qiáng)降水過程。

2.4 垂直運(yùn)動(dòng)分析垂直速度場(chǎng)上，14日08：00上升運(yùn)動(dòng)首先進(jìn)入廣西中部，16日02：00，在廣西中部(23°N、110°E)出現(xiàn)整層上升氣流，最大上升速度出現(xiàn)在400～300 hPa；16日08：00，最大上升速度繼續(xù)增加(圖6a)，強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)持續(xù)到17日02：00。16日02：00～17日02：00正是廣西暴雨的盛期，強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)是暴雨形成的重要原因[3]。17日08：00，整層上升運(yùn)動(dòng)向南移動(dòng)(圖6b)，在廣東南部和江西西南部均出現(xiàn)整層上升運(yùn)動(dòng)，最大上升速度在700～400 hPa，暴雨區(qū)向廣東、江西一帶移動(dòng)；19日08：00開始，垂直速度減弱，降水減少。

2.5 中尺度環(huán)境條件

2.5.1大氣層結(jié)穩(wěn)定度分析。用假相當(dāng)位溫隨高度的變化反映大氣的層結(jié)穩(wěn)定性，從而揭示對(duì)流發(fā)展?fàn)顩r。高、低層分別以600～300 hPa的假相當(dāng)位溫平均值和1 000～700 hPa的假相當(dāng)位溫平均值代替[4]。14日08：00，除廣西外，華南其他各省均處在位勢(shì)不穩(wěn)定層結(jié)中；14日20：00，廣西上空也出現(xiàn)不穩(wěn)定層結(jié)，且位勢(shì)不穩(wěn)定最大值位于廣西南部，達(dá)-16 K，此后華南全境處在不穩(wěn)定層結(jié)中；16日08：00，華南地區(qū)基本全部處在負(fù)值區(qū)，廣西廣東交界區(qū)域高負(fù)值，大氣具有很大的對(duì)流性不穩(wěn)定，對(duì)流發(fā)展旺盛，符合以對(duì)流為主的夏季風(fēng)降水性質(zhì)。同時(shí)，23°N、110°E的強(qiáng)烈上升運(yùn)動(dòng)觸發(fā)對(duì)流不穩(wěn)定機(jī)制，高對(duì)流不穩(wěn)定使高溫高濕的空氣向上層輸送，造成水汽抬升凝結(jié)，形成暴雨天氣。17日02：00，位勢(shì)不穩(wěn)定變小，暴雨開始減弱；19日02：00，廣西西南部出現(xiàn)正值，大氣層結(jié)轉(zhuǎn)為穩(wěn)定；19日20：00開始，大氣位勢(shì)不穩(wěn)定區(qū)域轉(zhuǎn)向貴湘地區(qū)，華南暴雨過程也逐漸減弱。

，式中，un、vn為相應(yīng)層上的風(fēng)分量；風(fēng)暴速度c是以850～400hPa氣層中的平均風(fēng)、風(fēng)向向右偏轉(zhuǎn)30°、風(fēng)速大小的75%作為該點(diǎn)的風(fēng)暴速度。

研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)SRH>150m2/s2時(shí)發(fā)生強(qiáng)對(duì)流的可能性極大[6]。17日14：00，在江南、福建一帶出現(xiàn)一條東北—西南向的總螺旋度大值帶(圖7a)，隨后該中心一直加強(qiáng)，到17日20：00能量中心值達(dá)550m2/s2以上(圖7b)，18日08：00，由于夜間暴雨過程中消耗了大量的水汽和不穩(wěn)定能量，加之降水的拖曳作用和雨滴的蒸發(fā)冷卻作用，暖濕平流有所減弱，風(fēng)暴的入流強(qiáng)度及旋轉(zhuǎn)程度有所減弱，螺旋度大值中心強(qiáng)度開始減弱(圖7d)。對(duì)照?qǐng)D3的福建-廣東一帶的強(qiáng)降水中心可以發(fā)現(xiàn)，能量大值區(qū)與降水大值區(qū)基本對(duì)應(yīng)。另外，18日02：00，在四川附近地區(qū)生成新的總螺旋度中心(圖7c)，到18日08：00，中心向東南移動(dòng)并加強(qiáng)，中心值達(dá)200m2/s2?？偮菪戎行呐c影響系統(tǒng)的發(fā)生、移動(dòng)有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，把握總螺旋度中心的變化有利于判斷影響系統(tǒng)未來的發(fā)展移向等變化。

分析各層局地螺旋度的變化情況，從沿100°～120°E的經(jīng)向平均-垂直剖面圖上看，6月17日14：00，在30°～40°N對(duì)流層低層700hPa以下均為正的局地螺旋度，而在300～500hPa存在一個(gè)負(fù)的局地螺旋度中心(圖8a)；17日20：00，負(fù)局地螺旋度中心南移至27°～34°N，并維持到18日02：00(圖8b～c)。華南沿海上空對(duì)流層高層為負(fù)值中心區(qū)。有研究表明，當(dāng)對(duì)流層中下層的螺旋度為正值、上層為負(fù)值中心時(shí)，有利于暴雨的產(chǎn)生和維持[3]。在降水趨于減弱時(shí)，正值高度層逐漸降低，高層螺旋度逐漸轉(zhuǎn)為正值，上升運(yùn)動(dòng)受到抑制，至18日08：00(圖8d)，華南地區(qū)高層螺旋度已完全為正值，降水減弱。

3 結(jié)論

(1)2008年6月14～19日華南降水過程有2個(gè)主要的水汽通道，一是來自索馬里越赤道氣流將孟加拉灣的水汽向華南輸送，一是來自南海的水汽輸送。18日之前，由2個(gè)水汽通道共同輸送水汽；18日之后，南海的水汽輸送加強(qiáng)，而孟加拉灣的水汽輸送減弱。

(2)此次降水過程對(duì)應(yīng)暴雨區(qū)從地面到對(duì)流層頂存在正負(fù)渦度耦合和正負(fù)散度耦合的雙耦機(jī)制，構(gòu)成了此次降水的動(dòng)力機(jī)制。雙耦場(chǎng)結(jié)構(gòu)對(duì)暴雨預(yù)報(bào)預(yù)警有很好的指示意義。

(3)暴雨地區(qū)低層一直存在對(duì)流不穩(wěn)定層結(jié)，且對(duì)流不穩(wěn)定能量有一個(gè)積累到釋放的過程。大氣的層結(jié)不穩(wěn)定促進(jìn)了垂直運(yùn)動(dòng)的發(fā)生、發(fā)展。

(4)總螺旋度的強(qiáng)度和位置的變化與華南降水的強(qiáng)度及位置有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。降水發(fā)生初期，總螺旋度迅速增加。且總螺旋度中心與影響系統(tǒng)的發(fā)生、移動(dòng)有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。因此總螺旋度中心的變化對(duì)影響系統(tǒng)未來的發(fā)展移向有較好的指示意義。同時(shí)各層局地螺旋度與降水的演變也有所對(duì)應(yīng)，降水時(shí)，局地螺旋度低層為正值、高層為負(fù)值，當(dāng)高層的負(fù)值逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)檎禃r(shí)，降水趨于結(jié)束。

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Physical Diagnosis of a Heavy Rainfall in Pre-flood Season in South China

LIU Xuan

(Meteorological Center of East China Air Traffic Management Bureau, Shanghai 200335)

The physical diagnosis of precipitation during Pre-flood Season in South China from June 14th, 2008 is analyzed by using NCEP/NCAR global reanalysis data with the resolution of 1°×1°every 6 hours, hourly rainfall data and conventional meteorological data. The results indicate that during Pre-flood Season in South China from June 14th to June 19th, 2008, the Bay of Bengal and South China Sea transported abundant moisture towards South China. The coupling of positive & negative vorticity and positive& negative divergence can be considered as a double coupling mechanism. And the double coupling mechanism existing from the ground to the tropopause constituted the dynamic mechanism of the precipitation. The instability of lower atmosphere and abnormal increased helicity provided a trigger mechanism to the heavy rain.

Pre-flood Season in South China; Heavy rain; Physical quantity; Diagnostic analysis

劉璇(1988-)，女，江蘇泰興人，助理工程師，從事民航氣象觀測(cè)和預(yù)報(bào)工作。

2015-03-25

S 161.6

A

0517-6611(2015)13-254-05