2016年4月23日福建省暖區(qū)暴雨過程成因分析

陳艷真，劉愛鳴，鄧以勤，陳藝芳

（1莆田市氣象局，福建莆田，351100；2福建省氣象局，福建福州，350001；3平潭綜合實驗區(qū)氣象局，福建平潭，350400）

2016年4月23日福建省暖區(qū)暴雨過程成因分析

陳艷真1，劉愛鳴2，鄧以勤3，陳藝芳1

（1莆田市氣象局，福建莆田，351100；2福建省氣象局，福建福州，350001；3平潭綜合實驗區(qū)氣象局，福建平潭，350400）

利用NCEP／NCAR1°×1°逐六小時的全球再分析資料、風(fēng)廓線和雷達(dá)回波及常規(guī)觀測資料，對2016年4月23日福建省暴雨過程成因進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：西南低空急流和超低空急流是這次暴雨的主要影響系統(tǒng)，暴雨主要位于超低空急流左前側(cè)的輻合區(qū)內(nèi)和地面層輻合線附近，在低層輻合線的東南側(cè)不斷有回波生成，回波在西南氣流的引導(dǎo)下往東北方向移動，同時超低空急流增強(qiáng)和北推的過程亦是回波開始有組織的發(fā)展和往東北移動過程；V－3θ圖分析對這次暴雨天氣有較好的指導(dǎo)作用；與低空急流相對應(yīng)的低層正渦度中心是暖區(qū)暴雨的一個重要指標(biāo)；高濕高能區(qū)的存在表明有濕熱能量集中，的鋒區(qū)和上干下濕的對流不穩(wěn)定有利于激發(fā)釋放大量不穩(wěn)定能量，易產(chǎn)生暴雨天氣。因此的鋒區(qū)對暖區(qū)暴雨有著較好的指示意義。

暖區(qū)暴雨；西南急流；超低空急流；假相當(dāng)位溫；低層正渦度

1 引言

福建是中國暴雨高頻區(qū)之一，常因暴雨導(dǎo)致嚴(yán)重的洪澇災(zāi)害，因此，對暴雨的持續(xù)時間和落區(qū)的準(zhǔn)確把握是為防洪抗災(zāi)工作提供良好服務(wù)的先決條件。然而，不同影響系統(tǒng)下，暴雨的觸發(fā)機(jī)制不同，強(qiáng)

降水的持續(xù)時間、降水強(qiáng)度和落區(qū)都存在差異。福建省位于中國的東南沿海，處于中緯度西風(fēng)帶和熱帶東風(fēng)帶交替影響的過渡地帶，暴雨成因復(fù)雜，既有前汛期的鋒面系統(tǒng)暴雨，也有臺風(fēng)等熱帶系統(tǒng)影響造成的暴雨。近年，關(guān)于暴雨的研究，主要從氣候、大尺度背景、環(huán)流條件、觸發(fā)機(jī)制和維持機(jī)制［1－4］等方面著手。近些年的觀測事實表明暖區(qū)暴雨也是暴雨的重要組成部分，暖區(qū)暴雨往往強(qiáng)度大，降水集中，具有明顯的對流特征，易造成重大災(zāi)害［5］。有不少針對暖區(qū)暴雨的研究，圍繞暖區(qū)暴雨的環(huán)流特征［6－8］、落區(qū)［9］和出現(xiàn)規(guī)律［10－11］等方面進(jìn)行分析，但是目前對暖區(qū)暴雨機(jī)制研究還不夠深入，影響系統(tǒng)常不明顯，預(yù)報難度很大。2016年4月23日（本文所提時間均為北京時）福建省出現(xiàn)了一場暖區(qū)暴雨，本文應(yīng)用常NCEP／NCAR1°×1°逐六小時的全球再分析資料、風(fēng)廓線風(fēng)和雷達(dá)回波資料及常規(guī)觀測資料，對這次暴雨過程的環(huán)流背景、中尺度特征和物理量場特征進(jìn)行分析，探討暖區(qū)暴雨的發(fā)生機(jī)制，加深對這類暴雨的認(rèn)識。

2 降水概況

4月23日08時至24日08時福建省出現(xiàn)大范圍強(qiáng)降水天氣，福建省中部、東南部和三明市中部出現(xiàn)了暴雨天氣，特別是龍巖市東南部、漳州市西北部、泉州市西南部出現(xiàn)大暴雨，強(qiáng)降水帶主要呈東北—西南向，共有8個基本站、31個縣市、264個自動站達(dá)到暴雨標(biāo)準(zhǔn)（50.0－99.9mm），8個縣市，27個自動站達(dá)大暴雨（100.0－249.9mm），其中安溪莊灶達(dá)到了148.5mm為最大。此次暴雨主要降水時段在23日白天，降水區(qū)位于東部，夜間開始強(qiáng)降水落區(qū)往西和往北調(diào)，且降水有所減弱。本次強(qiáng)降水過程中還伴有雷電活動，部分地區(qū)還出現(xiàn)了能見度不足500m的濃霧。

3 大尺度環(huán)流背景分析

此次暴雨過程發(fā)生期間，500hPa亞歐大陸中高緯為一脊一槽形勢，烏拉爾山－貝加爾湖以西為脊，貝加爾湖及其以東為槽，高空槽位于東北地區(qū)；西太平洋副熱帶高壓較常年同期偏強(qiáng)，南方多波動，南支槽活躍，23日08時南支槽移動至105。E附近，福建省位于槽前西南受氣流控制（圖1a）利于水汽向福建省輸送。

從低層系統(tǒng)來看，23日08時850hPa低渦中心位于江西、安徽、湖北三省交界處，廣東至福建中南部有西南急流維持，最大風(fēng)速為20m.s－1（圖1b），925hPa廣東、福建沿海為超低空急流控制，最大風(fēng)速為12m.s－1。23日20時850hPa低渦東移北抬，西段切變南壓，廣東東部和福建沿海仍是西南急流的控制，但強(qiáng)度略有減弱，最大風(fēng)速為16m.s－1，24日08時西南風(fēng)速明顯減弱。低層急流和超低空急流是此次暴雨過程對流不穩(wěn)定層結(jié)的建立者和維持者，同時也是不穩(wěn)定能量釋放的觸發(fā)者。地面福建處于鋒前暖區(qū)內(nèi)，地面倒槽的南側(cè)，地面有6－7級西南風(fēng)，且地面有輻合線的維持，此次暴雨主要是暖區(qū)內(nèi)低空急流附近的不穩(wěn)定降水。

圖1 23日08時高低空系統(tǒng)配置（（a）200hPa分析場；（b）500hPa環(huán)流形勢；（c）低層系統(tǒng)配置）

200hPa急流區(qū)位于我國30°N以南，福建省處在高空西南急流入口區(qū)右側(cè)的輻散區(qū)，同時暴雨區(qū)上空福建省中南部地區(qū)高層存在分流，有輻散抽吸作用（圖1c）。

4 中尺度系統(tǒng)分析

由福建省雷達(dá)拼圖可知，23日08時－24日08時福建的強(qiáng)降水基本是混合性回波降水，且此次強(qiáng)降水可以的分成三個階段，第一個階段是23日8：00

左右開始至13：00左右結(jié)束，位于中南部沿海的一條窄帶上，時段最大降水量漳浦石榴鎮(zhèn)達(dá)68.6mm；第二階段是10：00之后至18：30回波由漳州市和龍巖市東南部起沿東北方向移緩慢的一次降水，時段最大降水量仙游社硎鄉(xiāng)達(dá)102.8mm；第三階段是18：00起至24日6：00從南部一直往北擴(kuò)展的較強(qiáng)降水，時段最大降水量寧化安樂鄉(xiāng)達(dá)101.6mm。

從地面風(fēng)場分析（圖2a），23日福建沿海有輻合線維持近21小時（從09：00至23：00）。從風(fēng)廓線雷達(dá)分析，850hPa福建省沿海有西南風(fēng)急流的維持，且23日08時至13時925hPa在廣東東部沿海到福建省東南部有風(fēng)速上的輻合（圖2b、c），此時間段與第一階段的降水時間相吻合，低空西南急流和低層風(fēng)速的脈動是第一階段強(qiáng)降水產(chǎn)生的主要原因；10時開始925hPa在龍巖、漳州交界處附近有南風(fēng)和西南風(fēng)的輻合，且在龍巖中部到漳州西部有輻合線的維持（圖2d），南風(fēng)和西南風(fēng)的輻合的開始時間與第二階段降水相一致，輻合線維持到21時左右（圖2e、f），在此輻合線的東南側(cè)一直有回波生成，第二和第三階段的降水都是從福建南部即龍巖一帶輻合線東南側(cè)生成在中高層西南急流的引導(dǎo)下往東北和北移動。

此次回波的發(fā)展源頭主要在漳州市和龍巖市的東南部與粵東交界處，分析925hPa的風(fēng)廓線雷達(dá)資料可知此次回波的發(fā)展與超低空急流的增強(qiáng)北推有密切關(guān)系。超低空急流對暴雨產(chǎn)生起到重要作用，在暴雨發(fā)生過程中超低空南風(fēng)急流是暴雨所需水汽的最大提供者［12］。在23日06時廣東省東南部風(fēng)速為6m.s－1和8m.s－1，23日09時風(fēng)速均增強(qiáng)到12m.s－1，超低空急流在增強(qiáng)北推，對應(yīng)的回波也有組織的發(fā)展，往東北移動。此次暴雨主要在超低空急流前方的輻合區(qū)內(nèi)，超低空急流是此次暴雨發(fā)生的主要影響系統(tǒng)。在暖區(qū)暴雨的預(yù)報中要關(guān)注超低空急流的變化。

圖2 23日15－16時地面風(fēng)場（a）和23日風(fēng)廓線風(fēng)場（（b）8：00；（c）9：00；（d）10：00；（e）19：00；（f）21：00）

5 物理量診斷分析

5.1 V－3θ圖表分析

是用單站探空資料計算和繪制出的垂直方向上的兩維圖，表示探空資料中風(fēng)向、風(fēng)速。3即、、飽和，其中是位溫，是以露點(diǎn)溫度計算的假相當(dāng)位溫，飽和是假定飽和狀態(tài)下的位溫。圖中3條曲線從左向右依此為、以及飽和。

從23日08時廈門站（圖3）可見：（1）整層、飽和線都靠的很近，飽和線和θsed的差值小于8K，說明濕度大，濕層深厚；（2）在400～250hPa之間3線幾乎垂直于軸，有超低溫層；（3）925～600hPa之間，飽和線明顯向左傾，與軸成鈍角，表示該層大氣的垂直結(jié)構(gòu)極度不均勻，而且積聚了不穩(wěn)定能量有待釋放；（4）近地面層為西南風(fēng)，高層為偏西風(fēng)，且高層風(fēng)速大于低層，形成深厚的順滾流，有利于垂直運(yùn)動發(fā)

展。從以上分析可以預(yù)測未來將有強(qiáng)降水和雷電等天氣發(fā)生。同樣從23日08時的龍巖站的圖可分析出深厚的水汽和順滾流的出現(xiàn)，是典型的暴雨圖形特征。23日20時廈門站和龍巖站，從垂直風(fēng)場來看仍然有深厚的順滾流維持，但是、飽和線之間距離加大，水汽條件減弱，且龍巖站低層的風(fēng)力有所減弱，因此降水仍在繼續(xù)，但是夜間降水較白天略有減弱，且較強(qiáng)降水有所北抬。圖在此次暴雨天氣預(yù)報中具有較大應(yīng)用價值。

圖3 23日（（a）08時廈門站；（b）08時龍巖站；（c）20時廈門站；（d）20時龍巖站）

5.2 動力條件分析

從低層渦度場（圖4a、b，見彩頁）分析可以明顯看出在1000hPa和850hPa有正的渦度中心與西南低空急流和超低空急流相對應(yīng)，亦與暴雨落區(qū)相對應(yīng)，中心值為4×10－5S－1和6×10－5S－1，同時沿強(qiáng)降水帶上（（24.3°N；116.2°E）—（26.2。N；120°E））的渦度垂直剖面（圖4c，見彩頁）發(fā)現(xiàn)4月23日08時暴雨中心附近近地面至400hPa為正渦度區(qū)，有兩個正渦度強(qiáng)中心，分別位于550hPa和800hPa，中心值分別為2×10－5S－1和2.5×10－5S－1，其位于大暴雨中心附件，400hPa以上為負(fù)渦度區(qū)，強(qiáng)中心位于200hPa，中心值為－2.5×10－5S－1，位于大暴雨中心略偏南，說明暴雨區(qū)上空的渦度場是一個由下自上向南傾斜的斜管。這種高空負(fù)渦度低空正渦度形勢有利于暴雨的發(fā)生。

沿強(qiáng)降水帶上（（24.3°N；116.2°E）—（26.2°N；120°E））的垂直速度剖面（圖4d，見彩頁）可見，暴雨發(fā)生期間，暴雨區(qū)上空有強(qiáng)烈的垂直上升運(yùn)動，最高上升到200hPa，垂直上升運(yùn)動最強(qiáng)是在500hPa，中心值達(dá)－1.2Pa.s－1，強(qiáng)烈的上升運(yùn)動是造成暴雨的直接原因。

5.3 水汽條件

分析該次暴雨過程850hPa的水汽通量分布（圖略），暴雨發(fā)生期間華南上空盛行西南風(fēng)，水汽源源不斷從南海向華南沿海輸送，23日08時的水汽通量，在廣東東部為一個水汽通量高值中心，850hPa水汽通量在24g.（cm*hPa*S）－1以上，低空西南急流形成水汽輸送通道匯合到強(qiáng)降雨區(qū)上空。由于西南急流的存在和維持，暴雨區(qū)上空有源源不斷的水汽輸送，為暴雨的產(chǎn)生提供了充足的水汽條件。

圖5 23日08時850hPa假相當(dāng)位溫（a）和假相當(dāng)位溫垂直剖面（b）（單位：K）

5.4 能量條件

假相當(dāng)位溫反映了大氣的溫濕狀況，應(yīng)用的水平分布和垂直分布可以分析大氣中的能量分布、垂直穩(wěn)定度狀況和大氣斜壓性［13］。從場分布看，暴雨出現(xiàn)前23日08時粵東－閩東一帶低層有一個高濕高能軸。從圖5a可以看到，23日08時在850hPa上有一條高能舌在福建東部沿海，高能舌中心強(qiáng)度在335K以上。由此說明，暴雨發(fā)生前在閩東沿海低層已經(jīng)有大量濕熱能量集中。在閩中有一個相對的低值中心，說明在低層有弱冷空氣的滲透，該低值中心

與高能舌形成的能量鋒，有利于產(chǎn)生強(qiáng)對流天氣。從沿強(qiáng)降水帶上（（24.3°N；116.2°E）—（26.2°N；120。E））的假相當(dāng)位溫剖面（圖5b）上可見在700—600hPa有相對的大值中心達(dá)363K以上，往高層值在減小，可分析出暴雨區(qū)上空存在上干冷下暖濕，即δθse／δz＜0，存在對流不穩(wěn)定，易發(fā)生強(qiáng)降水天氣。

6 結(jié)論

（1）本次暴雨過程是明顯的暖區(qū)暴雨過程，主要的影響系統(tǒng)是西南低空急流和超低空急流。低層急流和超低空是對流不穩(wěn)定層結(jié)的建立者和維持者，同時也是不穩(wěn)定能量釋放的觸發(fā)者。超低空急流和近地層輻合是這次強(qiáng)降水的一個重要特點(diǎn)，暴雨主要位于超低空急流左前側(cè)的輻合區(qū)內(nèi)和地面層輻合線附近。

（2）本次暴雨過程的發(fā)生與中尺度系統(tǒng)密不可分，在低層輻合線的東南側(cè)不斷有回波生成，回波在西南氣流的引導(dǎo)下往東北方向移動，同時超低空急流增強(qiáng)和北推的過程亦是回波開始有組織的發(fā)展和往東北移動過程。

（3）V－3θ圖分析對這次暴雨天氣有較好的指導(dǎo)作用，能看出濕度大小、濕層深厚、超低溫、順滾流、強(qiáng)不穩(wěn)定非均勻結(jié)構(gòu)等特征。通過這些特征結(jié)合其他物理量進(jìn)行診斷分析，能更好地預(yù)報強(qiáng)降水過程。

（4）與低空急流對應(yīng)的低層正渦度中心是暖區(qū)暴雨的一個重要指標(biāo)；高濕高能區(qū)的存在表明有濕熱能量集中，的鋒區(qū)和上干下濕的對流不穩(wěn)定有利于激發(fā)釋放大量不穩(wěn)定能量，易產(chǎn)生暴雨天氣。

（5）數(shù)值預(yù)報常對這種暖區(qū)暴雨漏報，因此，在日常預(yù)報中，在有利環(huán)流背景下，要足夠重視低空急流和超空急流的分析，同時要結(jié)合物理量配置和實況等資料對數(shù)值預(yù)報的暴雨落區(qū)進(jìn)行訂正。

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Analysis of a warm zone heavy rainfall in Fujian on April 23th 2016

Chen Yanzhen1,Liu Aiming2,Deng Yiqin3,Chen Yifang1
(1.Putian Municipal MeteorologicalService,Putian,Fujian 351100;2.Fujian Municipal Meteorological Observatory,Fuzhou,Fujian,350001;3.Pingtan Meteorological Serivce,Pingtan,Fujian 350400)

Based on NCEP1°×1°reanalysis data,wind profile data,Doppler radar and AWS observational data,the warm zone heavy rainfall in Fujian on April 23th was studied by means of physical diagnosis.The results show that:low-level southwest jet and 925hPa jet are the main systems that trigger the rainfall.Precipitation center falls between the convergence area in 925hPa jet(left aside)and ground convergence line.Echo emerges consistently in the south of low level convergence line and moves northeast under the guidance of southwest flow along with the evolution of 925hPa jet stream.V-3θ diagram shows good guidance in this process.Low level vortex center associated with low level jet stream is an important factor in heavy rainfall;High θse means unstable energy concentration.θse front and convection instability with dry level above wet level can induce enormous energy,which triggers the heavy rainfall.So θse can be a good indicator of warm zone heavy rainfall.

warm zone heavy rainfall;southwest jet;ultra-low-level jet;potential pseudo-equivalent temperature;low-level positive vortex

P458.1+21.1

A

1673-8411（2016）03-0079-05

2015-05-12

陳艷真（1987－），福建莆田人，本科，理學(xué)學(xué)士，助理工程師，從事短期天氣預(yù)報工作。