2014年山東省2次春季暴雨形成機(jī)制對(duì)比分析

胡曉琳+胡光輝+韓國(guó)泳+鄭怡

摘要 利用常規(guī)觀測(cè)資料和NCEP1°×1°再分析資料對(duì)2014年春季山東出現(xiàn)的2次暴雨過(guò)程進(jìn)行了診斷對(duì)比分析。環(huán)流形勢(shì)對(duì)比表明，500 hPa低槽、中低空切變線和地面氣旋是這2次過(guò)程共同的影響系統(tǒng)。中低層的水汽輸送和水汽輻合對(duì)暴雨的產(chǎn)生有重要貢獻(xiàn)，垂直上升運(yùn)動(dòng)提供了良好的動(dòng)力作用。

關(guān)鍵詞 春季暴雨；天氣形勢(shì)；形成機(jī)制；對(duì)比分析；山東?。?014年

中圖分類號(hào) P458.1+21.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-5739（2017）17-0226-03

影響山東地區(qū)的暴雨過(guò)程主要出現(xiàn)在夏季，而出現(xiàn)在春、秋2季的暴雨相對(duì)夏季少很多，因而相關(guān)研究也較少。呂淑琳等[1]通過(guò)對(duì)1次春季暴雨的分析研究得出低空急流和水汽輻合為暴雨過(guò)程提供了水汽條件，低層輻合，高空輻散、冷鋒的抬升作用以及前期較高的下墊面溫度為上升運(yùn)動(dòng)提供了良好的條件；王家芬等[2]對(duì)1次黃淮氣旋暴雨的研究表明高空槽與低渦結(jié)合，北方冷鋒與倒槽前部的暖鋒相接，形成焊接類黃淮氣旋，在東移過(guò)程中，容易加深發(fā)展而產(chǎn)生大范圍的強(qiáng)降水天氣；楊曉霞等[3]認(rèn)為春季暴雨與夏季不同在于副熱帶系統(tǒng)較弱而西風(fēng)帶系統(tǒng)起主導(dǎo)作用，暴雨前后冷暖空氣活動(dòng)劇烈，暴雨區(qū)有中尺度和大尺度上升運(yùn)動(dòng)相疊加；胡燕平等[4]對(duì)河南省2次春季區(qū)域暴雨進(jìn)行對(duì)比分析，低層與邊界層的水汽輻合、強(qiáng)的水汽輸送和水汽輻合對(duì)暴雨的產(chǎn)生有非常重要的貢獻(xiàn)，春季大氣層結(jié)對(duì)流穩(wěn)定，與夏季暴雨有明顯區(qū)別；趙 坤等[5]指出850 hPa和地面具有不同的環(huán)流形勢(shì)，低空急流的類型和切變線的位置不同以及地面是否形成氣旋與降水量級(jí)密切相關(guān)。

根據(jù)降水資料的統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，山東省春季出現(xiàn)暴雨的幾率較小，人們?nèi)菀缀鲆暥a(chǎn)生自然災(zāi)害。因此，對(duì)春季暴雨的準(zhǔn)確預(yù)報(bào)顯得尤為重要，有必要針對(duì)2014年連續(xù)的2次暴雨過(guò)程進(jìn)行細(xì)致對(duì)比研究。本文通過(guò)常規(guī)觀測(cè)資料等對(duì)這2次暴雨過(guò)程進(jìn)行對(duì)比分析，以期為今后春季大范圍降水過(guò)程的預(yù)報(bào)提供參考依據(jù)。

1 過(guò)程概況

第1次降水過(guò)程為2014年4月25—29日，降水先是影響魯西南地區(qū)，后不斷向北、向東方向移動(dòng)，到28日9：00，除威海外，山東其他地區(qū)的降水已結(jié)束。在本次降水過(guò)程中，山東省有8個(gè)站累計(jì)降水量在50 mm以上，5個(gè)站累計(jì)降水量超過(guò)100 mm。其中，4月27日降水量，榮成90.5 mm、石島82.7 mm，均為本站有氣象記錄以來(lái)4月日降水量最高值。第2次降水過(guò)程是2014年5月10—11日，山東省累計(jì)降水量有26個(gè)站達(dá)到50 mm，2個(gè)站超過(guò)100 mm。全省平均降水量是42.8 mm，最大1 h降水量是27.2 mm，出現(xiàn)在5月11日2：00的黃島。這2次暴雨過(guò)程都是比較典型的春季暴雨過(guò)程，具有一定的代表性。

2 天氣形勢(shì)分析

2次暴雨過(guò)程有1個(gè)共同特征，即降水過(guò)程分為2個(gè)階段。第1階段，由低層切變線和地面冷鋒共同影響產(chǎn)生的降水；第2階段，生成了地面氣旋，受氣旋影響產(chǎn)生降水。雖然2次降水過(guò)程相似，過(guò)程降水量也基本相近，但第1次降水過(guò)程小時(shí)降水量小、過(guò)程持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，而第2次降水過(guò)程時(shí)間相對(duì)要短、小時(shí)降水量大?，F(xiàn)就環(huán)流形勢(shì)進(jìn)行簡(jiǎn)單的對(duì)比分析[6]。

2.1 高空環(huán)流形勢(shì)

2.1.1 第1次降水過(guò)程。在高空?qǐng)D上，降水過(guò)程開(kāi)始前，500 hPa上貝加爾湖以南有一高空槽，引導(dǎo)低層的低渦向北移動(dòng)，溫度槽明顯落后于高度槽，切變線北側(cè)的東南急流已經(jīng)建立。到25日20：00，貝湖以南的高空槽東移并明顯北收，而在青藏高原的東部，高原槽已初步形成；低層切變線位于太行山以東，東南急流明顯增強(qiáng)，850 hPa達(dá)到20 m/s，925 hPa甚至達(dá)到24 m/s，這為第1階段的降水提供了豐富的水汽和能量。由圖1（a）可知，到26日8：00，500 hPa低槽在東移的過(guò)程中分裂為2段，其中南段正好位于山東省的上空，濟(jì)南和青島的風(fēng)向?yàn)槲髌憋L(fēng)，而威海是西偏南風(fēng)；低層的環(huán)流也明顯減弱，山東西部的降水已基本趨于結(jié)束。第2階段的降水開(kāi)始于26日11：00，26日20：00的500 hPa圖上，高原槽在24 h內(nèi)移動(dòng)了10個(gè)經(jīng)距，使山東省再一次處于槽前西南氣流控制中，在河套地區(qū)有一明顯的冷中心；低層700 hPa的急流尚未建立，850 hPa上東南急流中心的位置移動(dòng)到海上。27日8：00的500 hPa圖上，河套地區(qū)的冷中心依然存在，使得等壓線彎曲成一接近橫槽的形勢(shì)；南支的高原槽在東移的過(guò)程中，與第1階段北收的槽相結(jié)合，正好位于山東省的上空。27日20：00，在500 hPa半島地區(qū)出現(xiàn)一低壓中心，與700 hPa和850 hPa以及地面低壓相對(duì)應(yīng)，系統(tǒng)變得深厚。500～850 hPa低壓中心底部的切變線均已位于海上，此時(shí)段之后，降水也開(kāi)始趨于減弱。

2.1.2 第2次降水過(guò)程。過(guò)程開(kāi)始前，500 hPa上北支槽也是位于貝湖以南，不同的是青藏高原以東有一南支槽，中低層在四川盆地以東有一低渦，其前部的暖切變線一直伸向東海，切變線以北也有東南急流。由圖1（b）可知，5月10日20：00，高空500 hPa南北2支槽結(jié)合，略有東移，溫度槽落后于高度槽，預(yù)示著未來(lái)將發(fā)展加深，低層的低渦受槽前西南氣流引導(dǎo)，向東北方向移動(dòng)到山東的魯西南，同時(shí)東南急流也明顯增強(qiáng)，這一時(shí)段主要受暖切變及北部的東南急流影響產(chǎn)生降水。到11日8：00，500 hPa槽明顯加深，在河套東部已發(fā)展為切斷低壓，低層低渦繼續(xù)向東北方向移動(dòng)到黃河入?？谔?，低渦底部的切變線正好位于魯中地區(qū)。11日20：00，3層結(jié)構(gòu)已基本重合，低層切變移動(dòng)緩慢但也到達(dá)半島地區(qū)，降水基本趨于結(jié)束。

2.2 地面環(huán)流形勢(shì)

2.2.1 第1次降水過(guò)程。地面圖上，過(guò)程開(kāi)始前，地面冷鋒已壓到山東的西部，地面倒槽還不明顯。到25日20：00，冷鋒后部的高壓中心向東移動(dòng)，而海上高壓穩(wěn)定少動(dòng)，地面輻合線位于山東西部，中雨區(qū)主要位于地面輻合線的附近或略微偏東，與高空形勢(shì)相比較，可以發(fā)現(xiàn)，降水區(qū)是在低渦切變線的頂前部，與東南急流之間。26日8：00，倒槽有明顯減弱，但在江蘇北部，地面氣旋已初步形成，魯南、魯西北和魯中的大部分地區(qū)處于倒槽后部，已轉(zhuǎn)為東北風(fēng)。26日20：00，地面倒槽有所加強(qiáng)，低壓中心移動(dòng)到沿海地區(qū)，此時(shí)降水區(qū)域主要是在地面低壓的頂部，與高空相對(duì)比可以看到降水區(qū)在低渦附近或偏前的位置，地面氣旋的頂前部，與之前25日20：00的形勢(shì)完全不同。27日8：00，氣旋中心已入海，地面倒槽加深，等壓線更為密集，地面風(fēng)速明顯增強(qiáng)。氣旋入海后加深發(fā)展，到14：00，海平面氣壓可分析出1 012.5 hPa的閉合線，氣旋的發(fā)展使得半島地區(qū)的降水出現(xiàn)第2次增長(zhǎng)。27日20：00，1 012.5 hPa的閉合等值線消失，黃淮氣旋開(kāi)始減弱。此后，除威海仍受到氣旋頂部東北氣流的影響有降水外，其他地區(qū)降水已基本結(jié)束。endprint

2.2.2 第2次降水過(guò)程。在過(guò)程開(kāi)始前，地面高壓中心位于新疆的東部，冷鋒的前沿到達(dá)河套地區(qū)，低壓中心位于云貴高原，頂部的地面倒槽一直延伸到山東的西部。10日20：00，高壓中心迅速移動(dòng)到河套地區(qū)，海上的高壓系統(tǒng)穩(wěn)定少動(dòng)，使2個(gè)高壓中心間的地面倒槽明顯加深，此階段山東主要是地面倒槽影響產(chǎn)生降水。到11日2：00，地面倒槽中產(chǎn)生氣旋，出現(xiàn)第1條閉合等值線。此后，影響山東降水的主要是氣旋降水。地面氣旋受到西南氣流的引導(dǎo)，到11日8：00，快速移動(dòng)到魯中東部地區(qū)，半島受到氣旋前部暖切變的影響，小時(shí)降水量大。11月20日，地面氣旋已快速移動(dòng)到遼東半島，只有半島東部地區(qū)還受到氣旋底部切變線的影響。

通過(guò)以上的分析可以看到，2次過(guò)程有很多相同點(diǎn)，降水的影響系統(tǒng)先是500 hPa的低槽、切變線和地面倒槽，后冷暖空氣交匯及低空急流的加強(qiáng)促使生成地面氣旋并加深發(fā)展，而海上高壓穩(wěn)定少動(dòng)，使受氣旋影響的降水進(jìn)一步加強(qiáng)。不同的是第1次降水過(guò)程中，是在北支槽影響趨于結(jié)束時(shí)，南支槽才與北支槽相結(jié)合，使地面產(chǎn)生氣旋，氣旋向東移動(dòng)入海后加強(qiáng)，影響半島地區(qū)。而第2次降水過(guò)程是南支槽和北支槽先結(jié)合后，再向東移動(dòng)并加深形成切斷低壓，山東上空500 hPa的風(fēng)速明顯要比第1次降水過(guò)程大，受強(qiáng)勁引導(dǎo)氣流影響，地面氣旋是向東北方向移動(dòng)的，且移動(dòng)速度很快，這與第1次降水過(guò)程的移動(dòng)方向和速度有明顯不同（圖2）。

3 水汽條件分析

3.1 第1次降水過(guò)程

根據(jù)水汽通量和水汽通量散度圖進(jìn)行分析，第1次過(guò)程4月25日20：00，有較強(qiáng)的東南氣流向山東西部輸送水汽，而且在低層850 hPa和925 hPa都有較好的水汽輻合區(qū)。26日20：00，水汽通量散度以及水汽通量的中心移動(dòng)到半島東部。到27日20：00，中心都轉(zhuǎn)移到海上。降水集中的時(shí)段和中心，與水汽通量和水汽通量散度中心一一對(duì)應(yīng)。

3.2 第2次降水過(guò)程

在第2次降水過(guò)程開(kāi)始時(shí)，從925 hPa到700 hPa也有明顯的水汽輸送，而且到10日20：00，水汽輸送明顯加強(qiáng)，水汽輻合區(qū)一直到達(dá)700 hPa的高度，925 hPa的輻合區(qū)與地面降水中心較為重合。11日8：00，水汽輸送中心移動(dòng)到半島地區(qū)，但水汽的輻合區(qū)下降到850 hPa，700 hPa由輻合區(qū)變?yōu)檩椛^(qū)，925 hPa反而有所增強(qiáng)。到11日20：00，山東上空基本轉(zhuǎn)為低層輻散高層輻合。

由上述分析可知，這2次過(guò)程不僅是東南急流帶來(lái)豐富的水汽，而且地面到中低層強(qiáng)烈的水汽輻合上升也有利于暴雨的產(chǎn)生。當(dāng)水汽通量輻合中心位于暴雨區(qū)上空時(shí)，降水增強(qiáng)，當(dāng)水汽輸送和輻合中心移出后，暴雨區(qū)的降水也就趨于結(jié)束。不同的是，第1次降水過(guò)程中，水汽輸送時(shí)間長(zhǎng)，但是水汽輻合比較弱，到了700 hPa就基本轉(zhuǎn)為輻合。而第2次降水過(guò)程，水汽輸送中心移動(dòng)較快，但是水汽輸送能力較第1次降水過(guò)程要強(qiáng)，而且一直到700 hPa都有水汽輻合。

4 垂直運(yùn)動(dòng)

4.1 第1次降水過(guò)程

對(duì)于第1次降水過(guò)程，由圖3（a）可知，在25日20：00，沿35°N剖面可以看到，117°～119°E之間，上升運(yùn)動(dòng)的中心在500～700 hPa之間，較地面倒槽的位置偏東；倒槽的西邊為偏北風(fēng)，從地面到400 hPa有明顯的鋒區(qū)；倒槽的東邊東南急流強(qiáng)盛，從海上也有一冷氣團(tuán)隨東南急流向西移動(dòng)，其低層850 hPa以下有不穩(wěn)定能量。本時(shí)段的降水主要是暖濕空氣沿冷氣團(tuán)的抬升，產(chǎn)生在暖區(qū)中。由圖3（b）可知，27日2：00沿36°N的剖面，魯南已轉(zhuǎn)為偏北氣流，在120°～121°E之前，從地面到925 hPa為西北風(fēng)和西南風(fēng)輻合，為氣旋中心，上升中心在850 hPa氣旋中心的東側(cè)，其東部的低層有東南急流隨高度轉(zhuǎn)為西南氣流，降水仍位于暖區(qū)。由圖3（c）可知，27日14：00沿37°N的剖面，在121°～122°E之前，有東南急流和東北風(fēng)的輻合，此為氣旋的頂部，強(qiáng)上升中心一個(gè)在850 hPa，氣旋輻合的上方，另一個(gè)在400 hPa，略偏東，此上升中心主要是由于槽前的正渦度平流所產(chǎn)生的。

4.2 第2次降水過(guò)程

在第2次降水過(guò)程中，10日20：00，沿36°N剖面見(jiàn)圖3（d），在116°～119°E之間，從地面到925 hPa存在東南急流和東北風(fēng)的輻合，強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)區(qū)位于倒槽頂部略偏東。在倒槽的東邊有不穩(wěn)定能量的冷氣團(tuán)，使得位溫線非常密集。由圖3（e）可知，11日2：00，整層轉(zhuǎn)為強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)，使得不穩(wěn)定能量快速爆發(fā)，急流也變得強(qiáng)勁，因而在黃島出現(xiàn)了27.2 mm的小時(shí)降水量。11日8：00，沿36°N剖面見(jiàn)圖3（f），東南急流和東北風(fēng)的輻合已經(jīng)消失，變?yōu)槲鞅憋L(fēng)和西南風(fēng)的切變，與第1次降水過(guò)程中27日2：00的剖面不同的是，切變頂部仍存在著非常強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)。由此可見(jiàn)，第2次降水過(guò)程中的動(dòng)力條件對(duì)暴雨產(chǎn)生更為有利。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)分析表明，2014年4月25—29日和5月10—11日2次暴雨過(guò)程存在很多相似性和不同點(diǎn)。

（1）2次過(guò)程的環(huán)流形勢(shì)和影響系統(tǒng)較為相似：先是由地面冷鋒和切變線共同影響產(chǎn)生降水，之后地面氣旋生成后進(jìn)一步加深發(fā)展，形成第2階段的降水。

（2）2次過(guò)程所不同的是：第1次降水過(guò)程時(shí)間長(zhǎng)、小時(shí)降水量小，而第2次降水過(guò)程正好相反，小時(shí)雨量大。第1次降水過(guò)程先是受到北支槽的影響，產(chǎn)生第1階段的降水后，到26日8：00，南支槽才開(kāi)始影響山東，并使減弱的地面倒槽產(chǎn)生氣旋，氣旋向東移動(dòng)，入海后加強(qiáng)。由于海上高壓穩(wěn)定少動(dòng)，氣旋東移速度緩慢，影響時(shí)間長(zhǎng)。第2次降水過(guò)程則是南支槽和北支槽先結(jié)合后快速東移，并逐漸發(fā)展出切斷低壓，地面產(chǎn)生氣旋后，受槽前強(qiáng)烈的西南氣流引導(dǎo)，快速橫穿山東到遼東半島。

（3）2次過(guò)程的水汽通量中心和水汽通量散度中心與強(qiáng)降水的位置對(duì)應(yīng)較好。不同的是第1次降水過(guò)程中，水汽輸送時(shí)間長(zhǎng)，但是水汽輻合比較弱。而第2次降水過(guò)程，水汽輸送中心移動(dòng)較快，但是水汽輸送能力較第1次降水過(guò)程要強(qiáng)的多，而且一直到700 hPa都有水汽輻合。

（4）強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)為這2次暴雨過(guò)程提供了有利的動(dòng)力條件。第2次降水過(guò)程中，上升運(yùn)動(dòng)更為強(qiáng)烈，因而小時(shí)降水量較大。

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