2016年7月19—20日濟(jì)南暴雨過程分析

劉新彥 褚穎佳 王華 趙玉翠 張悅

摘要

利用常規(guī)觀測(cè)資料，從環(huán)流形勢(shì)、物理量場(chǎng)和雷達(dá)資料等方面，對(duì)2016年7月19—20日發(fā)生在濟(jì)南地區(qū)的暴雨天氣過程進(jìn)行綜合分析，并對(duì)其數(shù)值預(yù)報(bào)進(jìn)行了檢驗(yàn)。結(jié)果表明，這是一次由低渦、切變線、低空急流和黃淮氣旋共同作用產(chǎn)生的暴雨。暴雨過程發(fā)生在氣旋暖區(qū)，為層狀云和積狀云混合云降水，降雨范圍大、效率高；對(duì)流性的特征僅表現(xiàn)為短時(shí)強(qiáng)降水，雨量分布相對(duì)于單純的積云降雨更均勻。數(shù)值模式對(duì)此次過程的強(qiáng)降雨時(shí)段的預(yù)報(bào)普遍較好，但由于預(yù)報(bào)的氣旋路徑較實(shí)況更偏東，造成降雨量級(jí)上大多偏大。

關(guān)鍵詞 暴雨；環(huán)流形勢(shì)；物理量場(chǎng)；雷達(dá)資料

中圖分類號(hào) S161.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2017）06-0200-05

Analysis of Rainstorm Process in Ji'nan on July 19-20， 2016

LIU Xin-yan1， CHU Ying-jia2， WANG Hua1 et al （1. Jiyang Meteorological Bureau， Jiyang， Shandong 251400； 2. Jinan Meteorological Bureau， Jinan， Shandong 250102）

Abstract According to the rainstorm weather process occurred in July 19-20， 2016 in Jinan area， using conventional observational data， the circulation situation， physical quantity fields and radar data were comprehensively analyzed， and numerical prediction was tested. The results showed that： the rainstorm was interaction of vortex， shear line， low jet flow and Huang-Huai cyclone. The rainstorm process occurred in the warm zone of the cyclone， which is mixed cloud precipitation of stratiform cloud and cumuliform cloud； The characteristics of convective only showed short-term strong precipitation， rainfall distribution was more uniform compared with cumulus precipitation. Numerical model for the prediction of heavy rain periods was generally good， but because of the forecast cyclone was more easterly， most of the precipitation forecast was too large.

Key words Rainstorm；Circulation situation；Physical quantity field；Radar data

濟(jì)南位于山東省中西部，南依泰山，北跨黃河，地處低山丘陵與魯西北沖積平原交接帶。年均降水量671.1 mm，夏季平均降水量在450 mm左右，日降水量≥50 mm的暴雨日集中在7—8月，占全年暴雨日數(shù)的65%左右。暴雨是比較嚴(yán)重的自然災(zāi)害表現(xiàn)形式，對(duì)人民的人身安全和經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)有著重大的影響。所以，對(duì)暴雨的研究始終是氣象學(xué)家和氣象工作從業(yè)人員比較關(guān)注的問題，也受到了地方政府部門的密切關(guān)注[1-2]。暴雨引發(fā)的洪澇災(zāi)害及其誘發(fā)的次生、衍生氣象災(zāi)害是濟(jì)南地區(qū)重要的自然災(zāi)害之一，做好暴雨預(yù)報(bào)尤為關(guān)鍵。不少專家學(xué)者對(duì)山東暴雨進(jìn)行了深入的研究，并指出造成山東暴雨的主要天氣系統(tǒng)有低槽冷鋒、氣旋、切變線等[3-8]。筆者利用常規(guī)觀測(cè)資料，從環(huán)流形勢(shì)、物理量場(chǎng)和雷達(dá)資料等方面，對(duì)2016年7月19—20日發(fā)生在濟(jì)南地區(qū)的暴雨天氣過程進(jìn)行綜合分析，探討此次強(qiáng)降水的成因，并對(duì)其數(shù)值預(yù)報(bào)進(jìn)行檢驗(yàn)，為提高濟(jì)南暴雨預(yù)報(bào)水平積累經(jīng)驗(yàn)。

1 天氣實(shí)況

2016年7月19—20日，受黃淮氣旋影響濟(jì)南市普降暴雨，全市所有縣（區(qū)）全部達(dá)到暴雨量級(jí)。其中，長(zhǎng)清區(qū)19日16：00—20日23：00累計(jì)降水量最大，為99.1 mm，幾乎達(dá)到了大暴雨量級(jí)；市區(qū)累計(jì)降水量最小，為64.1 mm，也達(dá)到了暴雨量級(jí)。全濟(jì)南市過程平均降雨量83.3 mm，有25個(gè)區(qū)域站點(diǎn)超過100.0 mm，其中4個(gè)區(qū)域站點(diǎn)超過了150.0 mm。最大的是歷城區(qū)的窩鋪站，為179.5 mm；最小的是長(zhǎng)清區(qū)的五峰山站，為100.0 mm；最大小時(shí)雨強(qiáng)為64.5 mm，出現(xiàn)在章丘閆家峪站點(diǎn)。

2 環(huán)流形勢(shì)分析

2.1 高低空環(huán)流形勢(shì)

19日20：00（圖1a），500 hPa風(fēng)向已經(jīng)出現(xiàn)閉合的環(huán)流線，形成一個(gè)明顯的低渦，濟(jì)南處于這個(gè)低渦的前部偏南氣流中，下游地區(qū)是一個(gè)較為強(qiáng)盛的大陸高壓脊，同時(shí)副熱帶高壓的588 dagpm等高線位于長(zhǎng)江略偏南地區(qū)；700、850和925 hPa，低渦更加明顯，中心位置基本重合，暖式切變線兩側(cè)風(fēng)速更大，為降水輸送了豐沛的水汽和動(dòng)力抬升條件。不同高度上都可以看到這次降水的主要影響系統(tǒng)為暖式切變線，壓在山東省的南界。在各層形勢(shì)場(chǎng)上，暖式切變線的位置幾乎相同，近似垂直的結(jié)構(gòu)，并且發(fā)展相當(dāng)深厚；在其南部已經(jīng)建立的低空急流和超低空急流，源源不斷地為降水輸送暖濕空氣和能量。

20日08：00（圖 1b），副熱帶高壓有所西伸北抬，并且與北側(cè)的大陸高壓脊有所合并，起到了強(qiáng)大的阻擋和擠壓作用，使得整層的低渦有了進(jìn)一步的發(fā)展。此時(shí)的暖式切變線已經(jīng)移至魯西北（濟(jì)南）和河北南部地區(qū)，下游高壓的阻擋也使得低空急流明顯增強(qiáng)，魯西北地區(qū)剛好處于急流出口區(qū)左側(cè)。

2.2 地面氣壓場(chǎng)

從 19日23：00開始，海平面氣壓場(chǎng)上形成閉合氣旋中心；隨后，氣旋從河南東北部移至河北中南部地區(qū)，影響濟(jì)南的主要時(shí)段在19日夜間到20日上午（圖2～3）。從氣旋移動(dòng)路徑和雨量來看（圖4），氣旋中心兩側(cè)200 km左右以及中心的北側(cè)產(chǎn)生了大范圍的暴雨或大暴雨。

3 云圖分析

當(dāng)?shù)孛嫔闲纬砷]合等壓線（也就是氣旋初步形成）時(shí)，對(duì)應(yīng)在云圖上能看到渦旋云系的出現(xiàn)，在氣旋向北移動(dòng)的過程中，其西南部出現(xiàn)暗區(qū)（圖5），說明此時(shí)干氣流入侵。干空氣的卷入使得大氣不穩(wěn)定性增強(qiáng)，當(dāng)空氣上升時(shí)，這種不穩(wěn)定能量被釋放，對(duì)流加強(qiáng)。

4 物理量場(chǎng)分析

除了高低空系統(tǒng)配合較好，此次過程中各物理量場(chǎng)的條件也十分有利。從19日20：00開始，整層比濕是一個(gè)增大的趨勢(shì)，特別是底層比濕條件非常有利（圖6a）。850 hPa比濕在14 g/kg以上，925 hPa比濕在16 g/kg以上。形勢(shì)場(chǎng)一致的偏南氣流并配合中低空急流，將水汽通道打開，整層的水汽通量呈現(xiàn)明顯的輻合（圖6d）。垂直速度，從500 hPa到地面是一致的上升運(yùn)動(dòng)，且在700和500 hPa之間達(dá)到最大（圖6b）。19日08：00開始K指數(shù)持續(xù)增高（圖6c），能量逐漸聚集[9]，19日20：00—20日08：00 K指數(shù)在36 ℃左右，這一點(diǎn)與集中在此時(shí)段的降水相吻合。水汽條件和不穩(wěn)定度達(dá)到最大的時(shí)段是在19日20：00—20日08：00，就是濟(jì)南受氣旋影響最大、降雨最集中的時(shí)段。

5 雷達(dá)資料分析

5.1 組合反射率

從組合反射率上看（圖7a），影響濟(jì)南的主要是絮狀回波，強(qiáng)度基本在30 dBz以上，梯度不大，只有雷達(dá)中心（齊河縣附近）能看到強(qiáng)回波中心和明顯的梯度。從投影上可以看出質(zhì)心較低，且回波頂較為平坦緩和，高度均在9 km以下。這些特征均符合層狀云和積狀云混合降雨的回波特點(diǎn)，此類回波也是最容易發(fā)生大范圍暴雨的類型。同一時(shí)次的徑向速度圖（圖7b）顯示，在2～4 km高度上出現(xiàn)大片的速度模糊區(qū)，通過速度模糊公式可以計(jì)算出該高度上出現(xiàn)了超過30 m/s的偏南低空急流，這一點(diǎn)通過風(fēng)廓線雷達(dá)圖可以直觀體現(xiàn)。

5.2 風(fēng)廓線

從風(fēng)廓線雷達(dá)圖（圖8a）可以看到，降雨開始前3 h左右1～2 km高度的風(fēng)速逐漸增強(qiáng)，低空急流建立，進(jìn)入降水醞釀階段（綠色區(qū)域）。20日02：00—06：00為強(qiáng)盛階段，1～3 km高度上下形成了30 m/s以上的偏南低空急流（圖8b中綠色區(qū)域）。實(shí)況降水開始時(shí)間（圖9）為低空急流建立的19日21：00左右，20日06：00雨強(qiáng)最大，該時(shí)次章丘閆家峪區(qū)域站點(diǎn)最大小時(shí)雨強(qiáng)為64.5 mm。

6 數(shù)值預(yù)報(bào)檢驗(yàn)

針對(duì)此次降水過程對(duì)歐洲粗網(wǎng)格進(jìn)行了形勢(shì)場(chǎng)預(yù)報(bào)的檢驗(yàn)，結(jié)果表明（圖10a），對(duì)于高壓脊的預(yù)報(bào)，17日20：00和18日20：00的起報(bào)與實(shí)況比較一致，但低值系統(tǒng)受到下游高壓的阻擋和擠壓作用，發(fā)展得更為深厚，因此前期的移動(dòng)速度也較實(shí)際偏慢一些，預(yù)報(bào)較實(shí)際偏弱。對(duì)比檢驗(yàn)T639和ECT預(yù)報(bào)的氣旋路徑和實(shí)況（圖10b）可以看到，相對(duì)實(shí)況來說預(yù)報(bào)的路徑更偏東，也就是對(duì)濟(jì)南更有利一些；氣旋前期的移動(dòng)速度偏快，導(dǎo)致預(yù)報(bào)的降雨時(shí)間偏早。對(duì)比幾家較為常用的數(shù)值模式和實(shí)況（表1）發(fā)現(xiàn)，降雨開始時(shí)間上華東區(qū)域中尺度模式更接近實(shí)況； 強(qiáng)降雨時(shí)段幾家模式預(yù)報(bào)普遍較好，但強(qiáng)降雨的結(jié)束時(shí)間幾家模式均比實(shí)際稍偏早；累計(jì)雨量幾家模式大多偏大。

7 結(jié)論

（1）受低渦、切變線、低空急流和黃淮氣旋共同影響，7

月19—20日濟(jì)南的暴雨天氣過程影響范圍廣、持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)、過程降雨量較大。

（2）暴雨過程是發(fā)生在氣旋暖區(qū)，屬于層狀云和積狀云混合云降水，降雨效率高；對(duì)流性的特征僅表現(xiàn)為短時(shí)強(qiáng)降水，雨量分布相對(duì)于單純的積云降雨更均勻。

（3）低空急流的建立和加強(qiáng)與此次暴雨的開始和增強(qiáng)有較好的相關(guān)性。

（4）各種物理量場(chǎng)和雷達(dá)資料為數(shù)值預(yù)報(bào)檢驗(yàn)提供了技術(shù)上的支持和指標(biāo)上的依據(jù)。

（5）數(shù)值模式對(duì)此次過程的強(qiáng)降雨時(shí)段的預(yù)報(bào)普遍較好，但由于預(yù)報(bào)的氣旋路徑較實(shí)況更偏東（有利），造成降雨量級(jí)上大多偏大。

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