一次中尺度帶狀暴雨機制分析

吳婷婕，周順武，陳藝芳，王宇飛

(1.南京信息工程大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院，江蘇南京 210044；2.福建省莆田市氣象局，福建莆田 351100；3.福建省福州市氣象局，福建福州 350001)

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一次中尺度帶狀暴雨機制分析

吳婷婕1，周順武1，陳藝芳2，王宇飛3

(1.南京信息工程大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院，江蘇南京 210044；2.福建省莆田市氣象局，福建莆田 351100；3.福建省福州市氣象局，福建福州 350001)

摘要利用地面加密觀測資料、常規(guī)探測資料和NCEP 1°×1°再分析資料等，從環(huán)流形勢入手，通過對水汽通量、假相當(dāng)位溫、24 h變溫、地面風(fēng)場、濕焓和壓能場等的診斷分析，研究此次暴雨過程的形成機制。結(jié)果表明，此次暴雨是在高層槽前和中低層切變南側(cè)的西南氣流中產(chǎn)生的；低空西南急流和低層西南風(fēng)輻合為暴雨提供了充足的水汽，低層渦旋的輻合提供了垂直上升的動力，低層海上回流的冷空氣是暴雨產(chǎn)生最直接的促發(fā)機制。高壓能舌與等濕焓密集帶呈帶狀，且走向一致，強濕焓平流出現(xiàn)時間比實際出現(xiàn)強降水的時間早。冷空氣激發(fā)帶狀θse鋒區(qū)能量釋放，東北—西南向的強濕焓平流促使帶狀強對流的發(fā)生，閩東南部900～700 hPa水汽通道暢通，但低層水汽不足，故僅在700 hPa水汽通量高值中心形成暴雨，閩西北水汽匱乏，直接導(dǎo)致其未出現(xiàn)強降水。

關(guān)鍵詞帶狀暴雨；冷空氣；假相當(dāng)位溫；水汽通量；濕焓；壓能

暴雨作為最嚴重的災(zāi)害性天氣之一，其研究一直備受關(guān)注，許多學(xué)者在暴雨研究領(lǐng)域取得了豐碩的成果。研究表明，暴雨的發(fā)生主要與西風(fēng)帶系統(tǒng)、中層西南暖濕氣流、東風(fēng)帶系統(tǒng)、地面冷空氣活動等密切相關(guān)[1-4]，局地性大暴雨則往往表現(xiàn)出對流性降水的特征，且均離不開水汽、熱力、動力等條件的配合[5-6]。隨著氣候的變暖，福建暴雨頻數(shù)存在增多趨勢，近幾十年來福建各地自然災(zāi)害頻繁發(fā)生，大范圍的異常氣候事件時有出現(xiàn)，給人民的生命財產(chǎn)和社會經(jīng)濟帶來嚴重損失，對福建暴雨發(fā)生發(fā)展機理進行研究、提高預(yù)報準(zhǔn)確率具有重要的決策和民生意義。

2010年4月21日20：00～22日08：00福建北部地區(qū)發(fā)生了強降水，22日08：00～23日08：00暴雨落區(qū)南壓且均勻地呈現(xiàn)帶狀，分布在漳州北部—廈門、泉州西北部—莆田中部(圖1)。暴雨中心位于莆田的中部，是莆田入汛以來最強的一次降水過程，過程累計雨量超過100 mm的有8個站，其中以黃石鎮(zhèn)的152.6 mm為最大。此次暴雨過程短時強降水的特征突出，降水時段集中在22日14：00～21：00，16：00～17：00莆田靈川站1 h雨量達45.9 mm。筆者利用地面加密觀測資料、常規(guī)探測資料和NCEP 1°×1°再分析資料等，從各物理量診斷入手，對此次暴雨過程的降水機制進行分析和總結(jié)，以期為今后的暴雨預(yù)報提供參考。

1 環(huán)流形勢分析

21日08:00 500 hPa高緯呈兩槽一脊，貝加爾湖的西北部為一高壓脊，西伯利亞冷空氣越過青藏高原不斷入侵河套地區(qū)，我國中緯地區(qū)上空為槽區(qū)控制，21日20：00貝加爾湖形成-32 ℃的冷中心，溫度槽落后于高度槽，且高緯的脊開始減弱，因此，22日白天系統(tǒng)加速東移，22日20：00北槽從東北向西南延伸至云南東部，南支槽由廣西西部移至廣東中部，福建在西南氣流控制之下。22日08：00 700 hPa深厚的槽切從東北經(jīng)黃海、江蘇、江西中部延伸至廣西東部，850 hPa切變較700 hPa偏南，由黃海經(jīng)浙江中部進入福建西北部和廣東西部。22日08：00后700 hPa槽切位置維持，閩西北的西南風(fēng)未出現(xiàn)加強趨勢，但汕頭—廈門一帶的西南氣流卻迅速加強，20：00形成20 m/s的急流中心，暴雨中心位于急流出口處，低層切變快速南壓，20：00 850 hPa切變移至福建中部—廣東中部，并在福建中部形成了一低壓環(huán)流，環(huán)流上的西南風(fēng)和東南風(fēng)輻合不僅為暴雨區(qū)提供了水汽來源，風(fēng)向輻合也為暴雨的產(chǎn)生提供了垂直上升的動力。另外，位于低壓切變南側(cè)的汕頭和廈門站風(fēng)速達12 m/s，明顯強于同側(cè)的其他站點，強風(fēng)速輻合將水汽集中到了暴雨中心上空。

從925 hPa 24 h變溫場(圖2)來看，21日20:00我國東北—華中一線被負變溫控制，22日08：00北部冷空氣經(jīng)渤海、黃海從長江口入侵華南，盤踞在江南、華南的冷空氣強度明顯加強，冷中心達-15 ℃，溫度鋒區(qū)呈東北—西南向，控制了浙江南部、福建西北部和廣東北部。22日08：00后北方的冷空氣繼續(xù)從海上擴散，20：00浙江—福建中北部沿海24 h降溫幅度達12～14 ℃，福建中北部到浙江中南部被-15 ℃負變溫中心控制，溫度鋒區(qū)順時針旋轉(zhuǎn)并南壓至福建中南部，閩南出現(xiàn)弱的負溫度脊，說明冷空氣從海上和內(nèi)陸同時入侵。從實況看，22日20：00帶狀暴雨恰好落于溫度鋒區(qū)，可見冷空氣對此次暴雨的產(chǎn)生起直接的促發(fā)作用。

2物理量診斷分析

2.1水汽條件從22日08：00和14：00沿118°E的水汽通量剖面(圖3)可以看出，22日08：00～14：00暴雨區(qū)上空的水汽通量大值區(qū)一直維持在900～700 hPa，08：00和14：00 850～700 hPa高值中心均位于粵東—閩東南。22日08：00水汽通量高值中心在25°N，恰好位于暴雨區(qū)上空，14：00高值中心從08：00的850 hPa抬升至800 hPa，強度由27 g/(s·hPa·cm)減弱至24 g/(s·hPa·cm)，低層水汽通量值低于3 g/(s·hPa·cm)。可見，從08：00開始強的水汽通道就在閩東南建立起來，而福建的西北部處在水汽低值區(qū)，水汽匱乏，且由于閩東南低層水汽通量很弱，整個降水過程的水汽條件并不深厚，所以未給福建帶來全省性的強降水，但900～700 hPa水汽通量高值中心很好地對應(yīng)了暴雨區(qū)。

2.2θse鋒區(qū)和冷空氣22日10：00冷空氣從寧德北部沿海擴散到羅源，寧德沿海吹東北風(fēng)，此時θse等值線密集帶位于福建西部，呈東北—西南向。分析22日15：00地面風(fēng)場(圖4a)發(fā)現(xiàn)，此時海上冷空氣向西南擴散，與從西路南下的冷空氣在漳州—莆田的西部相遇，龍巖市、漳州、泉州和莆田的西部轉(zhuǎn)為一致的西北風(fēng)。22日14：00 925 hPaθse場(圖4b)顯示，此時θse鋒區(qū)也迅速南壓至漳州—莆田的西部，強度維持。冷空氣與θse鋒區(qū)交匯，激發(fā)了θse鋒區(qū)的斜壓能量[7]，在θse等值線密集帶中形成了與其平行的帶狀強降水區(qū)。隨著θse鋒區(qū)南壓，22日20：00鋒區(qū)位于閩南沿海，冷空氣也南下影響泉州，帶狀降水區(qū)域也隨之南壓至廈漳泉沿海。

2.3濕焓場和壓能場綜合分析壓能是氣壓場中的位能與動能之和，是動力學(xué)參數(shù)，濕焓是顯熱能和潛熱能之和，是熱力學(xué)參數(shù)，暴雨的產(chǎn)生都是動力和熱力共同作用的結(jié)果。在等濕焓線越密集、與等壓能線的交角越接近90°的地方，短期暴雨強度越大。等濕焓線密集帶與等壓能線密集帶成近似垂直相交而形成的強濕焓平流，具有濕焓鋒生過程，被稱為濕焓壓鋒區(qū)，具有斜壓不穩(wěn)定能量，有利于對流的發(fā)生[8]。由圖5可見，22日08：00高壓能舌從廣東延伸至福建，中心位于福建中部到廣東中部，等濕焓密集帶呈東北—西南向，落后于壓能高中心，福建西部是低濕焓區(qū)，南側(cè)的泉州北部到莆田西南部是一個值達140 ℃的高濕焓中心，等壓能線與等濕焓線交角很?。?4：00壓能舌的強度與位置基本維持，等濕焓密集帶南壓至閩中南部沿海地區(qū)，漳州北部—廈門、泉州西北部—莆田中部出現(xiàn)強濕焓平流，平流強度最大區(qū)正好位于莆田到泉州北部；20：00壓能舌南壓至海上，等濕焓密集帶也移至漳州、廈門的沿海鄉(xiāng)鎮(zhèn)，降水區(qū)南壓至海上。綜上所述，帶狀暴雨產(chǎn)生在高壓能舌和等濕焓密集帶中，落區(qū)與濕焓平流區(qū)吻合，強濕焓平流對應(yīng)了莆田的暴雨中心；由于強降水于14：40左右開始，而14：00已出現(xiàn)強濕焓平流，所以濕焓平流的產(chǎn)生具有提前性，對預(yù)報具有指導(dǎo)意義。

3小結(jié)

(1)此次暴雨是在高層槽前和中低層切變南側(cè)的西南氣流中產(chǎn)生的。低空西南急流和低層西南風(fēng)輻合為暴雨提供了充足的水汽，低層渦旋的輻合提供了垂直上升的動力，低層海上回流的冷空氣是暴雨產(chǎn)生最直接的促發(fā)機制。

(2)θse能量鋒區(qū)南壓，冷空氣擴散，兩者于22日14：00后在暴雨區(qū)上空交餒，激發(fā)了斜壓能量的釋放。帶狀暴雨區(qū)位于θse能量鋒區(qū)內(nèi)并與其平行。

(3)高壓能舌與等濕焓密集帶呈帶狀，且走向一致，等壓能線與等濕焓線在漳州北部—廈門、泉州西北部—莆田中部相交，夾角近似成90°，形成了強濕焓平流，平流區(qū)與暴雨區(qū)恰好吻合。強濕焓平流出現(xiàn)時間比實際出現(xiàn)強降水的時間早，對日常預(yù)報有指導(dǎo)意義。

(4)由于低層水汽供應(yīng)不足，且水汽通道建立在閩東南，所以福建西北的降水較弱，這也是福建在有利的大環(huán)流背景下未出現(xiàn)大范圍暴雨的重要原因之一。但900～700 hPa水汽通量高值中心與暴雨區(qū)有很好的對應(yīng)關(guān)系。

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Analysis of a Process of Mesoscale Zonal Rainstorm

WU Ting-jie1, ZHOU Shun-wu1, CHEN Yi-fang2et al

(1. Nanjing University of Information Science & Technology, Nanjing, Jiangsu 210044; 2. Putian Meteorological Bureau of Fujian Province, Putian, Fujian, 351100)

Key wordsZonal rainstorm; Clod air; Potential pseudo-equivalent temperature; Moisture flux; Humid enthalpy; Pressure energy

AbstractBy using the ground observation data, ground station data and NCEP 1°×1°reanalysis data, we analyzed the water-vapor flux, potential pseudo-equivalent temperature, temperature variable within 24 h, surface wind field, moist enthalpy and pressure energy field based on circulation pattern. The formation mechanism this rainstorm process was researched. Results showed that this rainstorm occurred in the southwest air flow in the south low-level shear and before top slot. Low-level southwest jet and low-level southwest convergence provided plenty of water vapor for rainstorm. The low-level vortex convergence offered vertical rising power. Cold air in low-level sea back was the most direct trigger mechanism for the occurrence of rainstorm. Intensive belt of equal-humidity enthalpy and high pressure energy tongue were belt-like and had the same direction. Strong wet enthalpy advection appeared earlier than the strong precipitation. Cold air stimulated the energy release of zonalθsefrontal. Strong moist enthalpy advection in the direction of northeast-southwest promoted the occurrence of zonal strong convection. Southeast Fujian had unblocked water vapor path at 900-700 hPa, but the lower water vapor was insufficient. Thus, rainstorm appeared in the high value center of 700 hPa water vapor flux. The lack of water vapor in northwest Fujian directly led to no heavy rain.

作者簡介吳婷婕(1986-)，女，福建古田人，工程師，在讀碩士，從事中尺度天氣診斷研究。

收稿日期2016-02-11

中圖分類號S 16

文獻標(biāo)識碼A

文章編號0517-6611(2016)07-203-03