“4.30”閩東暴雨的結(jié)構(gòu)分析

韋英英，劉德和，葉曉冰

(1.福建省安溪縣氣象局 362400； 2.福建省永春縣氣象局)

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“4.30”閩東暴雨的結(jié)構(gòu)分析

韋英英1，劉德和2，葉曉冰2

(1.福建省安溪縣氣象局 362400； 2.福建省永春縣氣象局)

利用2013年4月30日8:00到5月1日8:00的MICAPS資料、NCEP1°×1°再分析資料、福建省區(qū)域自動站資料等，分析閩東一場在高空槽、低層切變和地面冷空氣共同作用下的冷鋒鋒前暴雨天氣過程。通過物理量結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)，槽前西南急流為此次降水提供了充足的水汽，冷鋒過境使得大氣條件性不穩(wěn)定，強的輻散場和鋒面南壓為此次暴雨提供了強的抬升條件。并淺析此次暴雨對鐵觀音茶青生產(chǎn)及品質(zhì)的影響。

高空槽；低層切變；冷鋒；暴雨

福建省每年的雨季大范圍暴雨天氣頻發(fā)，其中閩東尤為容易出現(xiàn)強降水天氣。多數(shù)的研究[1-3]表明，華東持續(xù)性暴雨與大尺度環(huán)流異?；顒雍椭械途曁鞖庀到y(tǒng)聯(lián)系緊密。Schumacher等[4]認為，中尺度對流系統(tǒng)MCS的大小和組織結(jié)構(gòu)及其運動學特征是能否引發(fā)暴雨的關(guān)鍵因子。孫連強等[5-7]對各地暴雨和大暴雨日數(shù)的年際變化和暴雨過程的中尺度雨團特征進行分析，給出重要的分析結(jié)論。近年來，很多中國氣象學家深入研究了中尺度系統(tǒng)發(fā)生發(fā)展機理，取得一些重要成果[8-13]。本文以2013年4月30日出現(xiàn)在閩東的暴雨天氣過程為例，通過對此次雨季期間雷暴暴雨天氣進行診斷分析，給出雨季中強降水天氣的模式特征，并分析此次暴雨對鐵觀音茶園生產(chǎn)的影響。

1 天氣概況

2013年4月29日至5月1日，福建省出現(xiàn)了一次較強的系統(tǒng)性降水過程，明顯的降水區(qū)隨著西風槽的東移南壓，自4月29日逐漸由閩西北南下漫延至閩東沿海。其中,4月30日8：00到5月1日8：00，閩東各市出現(xiàn)了明顯的暴雨天氣過程。暴雨主要集中在泉州的西部、莆田、福州的南部，其中有11個站點出現(xiàn)大暴雨(24 h降水量>100 mm)。此次暴雨天氣過程拉開了華南雨季的序幕，連日的強降水為福建大部分地區(qū)的旱情起到明顯的緩解作用。

此次降水較為集中，暴雨區(qū)(24 h降水量>50 mm)主要集中在泉州的西部、莆田、福州的南部。其中，有11個站點出現(xiàn)了大暴雨，以莆田市大洋鎮(zhèn)降水量最大(144.7 mm)。

此次強降水過程，暴雨中心十分集中，福州東南側(cè)及莆田北側(cè)的雨量都在100 mm以上。研究暴雨中心附近的幾個站點：莆田大洋鎮(zhèn)(簡稱大洋鎮(zhèn))、長樂松下碼頭(簡稱松下碼頭)、福清城頭鎮(zhèn)(簡稱城頭鎮(zhèn))24 h的逐時降水變化情況。由圖1可以看出，強降水主要集中在4月30日18:00-20：00，雨量都在20 mm/h以上，且雨量集中，特別是19:00時短時強降水明顯，3個站點雨量都在40 mm/h以上，有2個站點都出現(xiàn)了降水量大于50 mm/h的強降水，其中城頭鎮(zhèn)19:00時雨量達60 mm/h。由該次暴雨天氣過程降水分布情況可以看出，局地短時強降水明顯。

圖1 4月30日至5月1日暴雨中心站點24 h降水情況

分析地面實況資料可知，4月30日夜間有冷空氣從東路沿海南下。由17：00時的地面形勢可以看出，在浙南沿海已經(jīng)全部轉(zhuǎn)為東北風控制，并出現(xiàn)2.3 hPa/h的正變壓。由20：00時的地面形勢可以看出，閩北沿海也逐漸轉(zhuǎn)為東北氣流控制，有正變壓區(qū)，單站點最大變壓達3.1 hPa/h。20:00時后繼續(xù)南下影響閩東沿海，自5月1日凌晨閩東沿海全部轉(zhuǎn)為東北氣流控制，受冷空氣和降水的共同影響，全省過程降溫較為明顯。分析鋒前強降水開始后的6 h(4月30日18：00時到5月1日00:00時)的降水實況，發(fā)現(xiàn)閩東沿海各市的降水在這個時段較為集中，降水量占24 h總雨量的絕大部分(圖1)。

2 環(huán)流背景分析

分析該次暴雨天氣過程高低空配置，4月30日8:00時高空200 hPa西南急流在我國華南分為南北兩支，閩東正好處在南支急流的路口，且為強烈的風向風速輻散區(qū)，強的抽吸作用為此次強對流天氣的發(fā)生發(fā)展提供了有利的條件。高空500 hPa亞洲東部上空受一槽一脊控制，閩東處在槽前的西南急流，槽前的正渦度平流為此次中尺度系統(tǒng)提供了強有力的上升條件。低空700 hPa有冷式切變東移南壓至贛東湘北一帶，850 hPa受西南急流控制，將南海水汽源源不斷地輸送至閩東地區(qū)，為此次降水過程提供了充足的水汽條件。地面圖上，14: 00時冷鋒位于蘇浙交界，閩東位于鋒前的暖區(qū)控制中，鋒前增溫明顯，閩東沿海大部分地區(qū)最高氣溫在28℃以上。至20:00時冷鋒快速南壓至閩東北沿海，鋒前暖區(qū)對流性降水明顯，且局地性較強。20:00時后地面冷鋒繼續(xù)南下，進入福建境內(nèi)，冷暖氣團交匯，局地強降水范圍逐漸擴大。

從大尺度形勢分析可以看出, 這是一次在高空槽、低層切變和地面冷空氣共同作用下的冷鋒鋒前降水。

3 物理量診斷分析

強對流活動往往帶來雷雨大風、短時強降水等突發(fā)性天氣。一定的水汽條件、大氣不穩(wěn)定度及強的抬升條件是其發(fā)生、發(fā)展的基礎(chǔ)。下文通過這三個方面分析該次西風槽過境和地面冷空氣南下共同影響下出現(xiàn)暴雨天氣的對流條件。

3.1 水汽條件

本次強降水發(fā)生前和整個過程，閩東地區(qū)從底層到高層都有西南急流維持并不斷加強，自南海將暖濕氣流源源不斷地向閩東沿海輸送，為此次暴雨的產(chǎn)生和維持發(fā)展提供了充足的水汽來源。從NCEP再分析資料700 hPa水汽通量可以看出，4月30日20：00時福建省周邊有兩個水汽通量中心，分別位于粵北，中心值大于14×10-9g/(cm2·hPa·s)；閩東沿海，中心值大于16×10-9g/(cm2·hPa·s)，這表明在粵北和閩東洋面上有大量的水汽從其上空通過，而分析高空流場，4月30日20：00時從高層200 hPa到底層925 hPa都在西南急流的控制下，自南海洋面上將暖濕氣流經(jīng)粵北閩南一帶不斷沿西南方向輸送水汽。在閩東上空有大量的水汽輸送，出現(xiàn)了小于6×10-9g/(cm·hPa·s)的水汽通量，自粵北到閩東存在明顯的正水汽通量梯度，即水汽在此處有堆積。而這正與暴雨中心位置相符合，強的水汽堆積為此次強對流的發(fā)生發(fā)展提供了重要條件。

而水汽通量散度則真正反應(yīng)了一個地區(qū)水汽的集中程度，從NCEP再分析資料700 hPa水汽通量散度反演可見，4月30日20:00時的水汽通量散度圖上的水汽輻合中心位于閩東北地區(qū)，輻合中心分布非常集中，水汽輻合中心強度超過140×10-9g/(cm2·hPa·s)，如此強烈的水汽輻合為此次強對流提供了非常充足的水汽條件。而在閩東北一帶，4月30日20:00時前后短時強降水明顯，部分地區(qū)降水量超過50 mm/h，最大雨強達到64.1 mm/h，對比發(fā)現(xiàn)此次暴雨的中心位置與水汽的輻合中心有非常一致的對應(yīng)關(guān)系，強的水汽輻合是導致此次暴雨的一大重要因素。

3.2 大氣不穩(wěn)定

此次暴雨天氣過程，由南海將充足的水汽向西南方向輸送，并在閩東沿海堆積，為強降水提供充足的水汽條件。此時，閩東處在西風槽東側(cè)西南暖濕氣流里，有冷空氣從東路南下影響，通過假相當位溫垂直分布分析大氣的不穩(wěn)定情況。

從4月30日20：00時假相當位溫θse沿經(jīng)度119°E垂直剖面圖(圖2a)可以看出，在27°N至30°N區(qū)域，水平方向上有明顯的假相當位溫θse梯度，且與20:00時冷鋒南下的情況相符。即20:00時有冷鋒南下，鋒區(qū)內(nèi)θse梯度明顯增大，θse值驟降。在緯度27°N至30°N區(qū)域、高度850hPa以下，假相當位溫θse隨高度下降明顯，這表明該區(qū)域大氣條件性不穩(wěn)定，利于對流的發(fā)生發(fā)展。而在25°N至26°N區(qū)域內(nèi)，暖濕空氣鋒區(qū)抬升，有342 K的θse高等值線向上延伸，并出現(xiàn)高低層上下打通的現(xiàn)象。

從4月30日20：00時假相當位溫θse沿緯度25.7°N的垂直剖面圖(圖2b)可以看出, 假相當位溫θse在緯度垂直剖面圖上存在兩個鋒區(qū)，分別位于113E附近和120E附近，后者θse梯度明顯大于前者。底層有340 K的θse等值線向上延伸至500 hPa附近，垂直方向上出現(xiàn)上下層打通的現(xiàn)象，且正好位于暴雨中心區(qū)域。此外，在強降水區(qū)的兩側(cè)，θse等值線近似垂直分布。高空850 hPa以下θse隨高度明顯遞減，即大氣條件性不穩(wěn)定。高層高空850 hPa以下有θse隨高度遞減區(qū)，及大氣條件性不穩(wěn)定。340 K的θse高值區(qū)呈“漏斗”狀伸向底層，上升的暖濕氣流與冷空氣在θse峰值區(qū)附近相遇，并釋放凝結(jié)潛熱進一步促進了上升運動，利于系統(tǒng)的發(fā)生發(fā)展。

圖2 4月30日20：00時θse沿經(jīng)度119°E和緯度25.7°N的垂直剖面圖

3.3 上升條件

通過NCEP再分析資料反演此次強對流天氣過程的抬升條件，此次系統(tǒng)對流旺盛，抬升條件充沛。從垂直速度場的剖面分布來看，有非常明顯的強上升運動區(qū)，垂直運動極值出現(xiàn)在120°E附近，上升運動極值達2.1 Pa/s以上。在700 hPa高度層下，垂直速度都是隨著高度遞增，對流發(fā)展強盛。且強垂直運動區(qū)與暴雨中心位置極為吻合，這表明20：00時前后的短時強降水與有利的上升條件相關(guān)性較大。

通過NCEP再分析資料反演高低空流場、散度場的配置(圖3)，分析此次強降水過程的抬升條件。在200 hPa高度場上有明顯的西南急流，最大風速達50 m/s以上，在閩中、贛東一帶有強的幅散場，散度中心強度達8，位置較強降水中心偏西偏南。在閩東沿海中高層有明顯的輻散場，輻散中心強度達6；在閩東沿海存在強輻合中心，中心強度850 hPa達到7，中心強度925 hPa 達到10，越低層其輻合越強，高空輻散、低空輻合，強烈的抽吸作用為本次暴雨天氣過程和20:00時局地短時強降水提供了有力的抬升條件。

強的上升運動將大量水汽和不穩(wěn)定能量向高層輸送，上升的暖濕氣流和高層冷空氣在θse鋒區(qū)相遇并釋放凝結(jié)潛熱，進一步促進了上升運動，使得降水持續(xù)。

圖3 4月30日20:00時不同高度場散度圖

4 暴雨天氣對鐵觀音茶園的影響

安溪縣是產(chǎn)茶大縣，盛產(chǎn)鐵觀音茶。對于鐵觀音茶葉生產(chǎn)來說，全年僅春、秋兩季為鐵觀音茶園采收茶青的正季。而鐵觀音茶樹品種對于天氣的相關(guān)性極大，冬春連旱、低溫陰雨、霜凍等對于茶樹的危害極大。此次暴雨及強對流天氣發(fā)生在鐵觀音即將應(yīng)季上市的前期，此間的雷陣雨在茶區(qū)上空構(gòu)成的氮氣層，可為茶樹提供足夠的氮素養(yǎng)分，且發(fā)生時間恰到好處。研究表明，鐵觀音茶的質(zhì)量主要表現(xiàn)在：一是茶青(即鮮葉)質(zhì)量,二是制作工藝。 2013年春季出現(xiàn)旱情，茶葉品質(zhì)受到一定影響，此次暴雨的發(fā)生，給即將成熟的鐵觀音茶樹提供了充足的水分，對其茶青的產(chǎn)量及質(zhì)量具有好的影響。

5 結(jié)論

2013年4月30日的這場暴雨天氣過程是在西風槽、低層切變和地面冷空氣的共同作用下發(fā)生發(fā)展的，強降水在時間和空間上都具有明顯集中的特點。

由高低空配置發(fā)現(xiàn)閩東三層(500、700、850 hPa)都處在西南急流里，有充足的水汽源源不斷地自南海向閩東輸送，而通過水汽通量、水汽通量散度也很好地反應(yīng)出20：00時前后暴雨發(fā)生時的水汽條件。

4月30日20：00時前后有地面冷空氣南下，此前閩東地區(qū)鋒前增溫明顯，上空由暖濕氣流控制，干冷空氣南下使得大氣不穩(wěn)定度增加。由NCEP再分析資料反演20:00時假相當位溫θse的垂直剖面分布可見，冷鋒的侵入使得>340 K高等值線出現(xiàn)上下層打通的狀況，且位置與強暴雨中心相符。這表明冷空氣的入侵觸發(fā)了此次強對流天氣過程的大氣不穩(wěn)定條件。

地面暖濕氣團與冷空氣南下的鋒后干冷空氣交匯，強勁的鋒面迫使暖濕氣流抬升。此外，高空強輻散和低空強輻合的配置，起到了強的局地抽吸作用，也為此次暴雨過程提供了有力的抬升條件。由NCEP再分析資料反演20:00時閩東地區(qū)的垂直速度場，發(fā)現(xiàn)在暴雨中心確實存在強的垂直速度中心，這與高低空的配置相一致，且與冷鋒過境的抬升作用密切相關(guān)。

此外，暴雨發(fā)生在鐵觀音應(yīng)季上市之前，暴雨過程中強雷暴為茶園上空構(gòu)成有利的氮氣層，強降又水為茶園提供充足的水分，有效地提高了茶青的產(chǎn)量和品質(zhì)。建議今后加快建設(shè)生態(tài)茶園的步伐, 并建設(shè)水利灌溉工程, 推廣先進加工設(shè)備, 努力創(chuàng)造或模擬生產(chǎn)高品質(zhì)好茶的小氣候，為當?shù)夭璁a(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展創(chuàng)造有利的條件。

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(責任編輯：楊小萍)

Analysis on structure of “4.30” rainstorm in eastern Fujian

WEI Ying-ying1, LIU De-he2, YE Xiao-bing2

(1.AnxiMeteorologicalBureau,FujianProvince362400;2.YongchunMeteorologicalBureau,FujianProvince)

A rainstorm process ahead of cold front in eastern Fujian, simultaneously influenced by upper trough, low level shear, and surface cold air, was analyzed based on the MICAPS data from April, 30th to May, 1st, 2013, reanalyzed data of NCEP 1°×1°, and data of Fujian Regional Automatic Station. With analysis on physical quantity structure, it found that the jet ahead of trough in southwest supplied sufficient water vapor for the rainstorm, the passed cold front made the air conditions unstable, and the strong divergence field and front pressed towards south formed uplift condition. Effects of the strong rainfall on production and quality of Tie Guanyin tea leaves were also analyzed.

Upper trough; low level shear; cold front; rainstorm

2017-02-03

韋英英，女，1990年生，助理工程師。

10.13651/j.cnki.fjnykj.2017.02.008