2018年3月19～20日福建省暴雨過程成因分析

陳婧 李漢菁 林珠應(yīng)

【摘 要】 春季暴雨常由暖區(qū)降水和鋒面降水結(jié)合而成，對流性明顯，對春耕生產(chǎn)和人員安全有較大影響。本文應(yīng)用地面加密觀測資料、常規(guī)探測資料和雷達(dá)回波資料，對2018年3月19～20日福建省暴雨過程的環(huán)流形勢背景、中尺度特征和物理量場進(jìn)行分析。結(jié)果表明：本次暴雨是一場暖區(qū)降水和鋒面降水結(jié)合的暴雨過程。高低空西南急流充沛的水汽輸送和不穩(wěn)定能量，鋒面、低層切變的輻合上升運(yùn)動是形成暴雨和強(qiáng)對流的有利條件。冷暖空氣的交匯加劇了層結(jié)不穩(wěn)定和垂直上升運(yùn)動，觸發(fā)福建南部颮線產(chǎn)生。中高層顯著的正渦度發(fā)展、低層輻合高層輻散以及上干下濕的對流不穩(wěn)定都有利于激發(fā)釋放大量不穩(wěn)定能量，產(chǎn)生暴雨和強(qiáng)對流天氣。

【關(guān)鍵詞】 春季暴雨；西南急流；鋒面；短時強(qiáng)降水；颮線

[Abstract] Spring rainstorm is usually formed by the combination of warm area precipitation and frontal precipitation， with obvious convection， which has a great impact on spring farming production and personnel safety. In this paper， the circulation situation background， Mesoscale Characteristics and physical quantity field of the heavy rain process in Fujian Province from March 19 to 20， 2008 are analyzed by using ground intensive observation data， conventional sounding data and radar echo data. The results show that the rainstorm is a rainstorm process combined with warm precipitation and frontal precipitation. The abundant water vapor transport and unstable energy， the convergent and upward movement of frontal and low-level shear are favorable conditions for the formation of heavy rain and strong convection. The intersection of cold and warm air aggravates stratification instability and vertical upward movement， triggering the formation of squall line in southern Fujian. Significant positive vorticity development in the middle and upper levels， convergence in the lower level， divergence in the upper level and convective instability in the upper dry and lower humidity are conducive to exciting and releasing a large amount of unstable energy， resulting in heavy rain and severe convective weather.

[Keywords] spring torrential rain， southwest jet， front， short time heavy rainfall， squall line

1 引言

福建省位于中國東南沿海，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，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[1]。2018年3月19～20日福建省出現(xiàn)了一場暖區(qū)降水和鋒面降水結(jié)合的暴雨過程，本文應(yīng)用地面加密觀測資料、常規(guī)探測資料和雷達(dá)回波資料，對這次暴雨過程的環(huán)流形勢背景、中尺度特征和物理量場特征進(jìn)行分析，以期為今后的春季暴雨預(yù)報(bào)提供參考。

2 天氣概況

2018年3月19日08時至20日08時，福建省出現(xiàn)大范圍的大雨、暴雨天氣，其中47個縣市出現(xiàn)暴雨，暴雨帶呈東北—西南向，共有15個國家站、429個區(qū)域自動站達(dá)到暴雨標(biāo)準(zhǔn)（50.0～99.9mm），其中以閩清池園鎮(zhèn)95.2mm為最大（見圖 1a）。

本次過程以對流性降水和大范圍的雷電為顯著特點(diǎn)，且局地伴有7～9級雷雨大風(fēng)。從閃電定位監(jiān)測資料看到，19日08時至20日07時省內(nèi)持續(xù)出現(xiàn)雷電現(xiàn)象；短時強(qiáng)降水天氣出現(xiàn)在19日10時至23時的福建西部、北部地區(qū)，20日02時至08時的福建中南部地區(qū)，小時雨強(qiáng)最大出現(xiàn)在德化棗坑村，20日04時至05時1h雨量為41.7mm。在19日18時至21時、22時至24時、20日01時至07時三個時段出現(xiàn)8級以上短時大風(fēng)，其中以20日04時至05時颮線掃過漳州市南部縣市時東山赤嶼島22m/s為最大（見圖 1b）。

3 大尺度環(huán)流背景分析

此次暴雨發(fā)生期間，500 hPa 亞歐大陸中高緯地區(qū)為兩槽一脊形勢，貝加爾湖地區(qū)為高空脊，東亞大槽北段位于日本海，南段西風(fēng)槽和南支槽重疊南伸至廣西，從高原東部東移，3月20日08 時移至115°E 附近，福建省處于槽前西南急流控制（見圖2）。

3月19日20時700hPa切變位于湖北—湖南東部—廣西中部，急流加強(qiáng)，最大風(fēng)速為20m/s，20日08時700hPa低渦中心位于安徽省境內(nèi)，切變到達(dá)安徽—江西—廣東，西南急流東移至福建—廣東沿海（圖略）。19日20時850hPa切變南壓至浙江—福建西北部—廣東—廣西一帶，20日08時東移至浙江、福建、廣東沿海地區(qū)（圖略）。200hPa我省處于高空槽前西南急流軸南側(cè)的輻散區(qū)內(nèi)，具有較好的抽吸作用[2]。

地面圖上，倒槽東伸，鋒面南壓緩慢，19日下午冷空氣從福建北部沿海開始擴(kuò)散南下，19日夜間到20日早晨南壓過福建南部進(jìn)入廣東。

高低空西南急流充沛的水汽輸送和不穩(wěn)定能量，以及鋒面、低層切變的輻合上升運(yùn)動是形成暴雨和強(qiáng)對流的有利條件。冷暖空氣的交匯加劇了層結(jié)不穩(wěn)定和垂直上升運(yùn)動，觸發(fā)福建南部颮線產(chǎn)生。西南急流中存在著風(fēng)速的脈動，形成了降水強(qiáng)度分布的不均勻性[3]。系統(tǒng)后傾明顯，因此降水和對流持續(xù)時間較長，暖區(qū)降水和鋒面降水結(jié)合造成暴雨。

4 中尺度系統(tǒng)分析

從3月19日08時的探空資料和14時預(yù)報(bào)場看（圖3a），切變位置變動不大，濕區(qū)和能量的大值區(qū)基本分布在東北西南向，呈帶狀，14時K值大于34，比濕在10-11左右。到20日02時，高空槽和切變東移南壓，急流帶、急流軸均南移，我省中南部降水和對流條件較為有利。

由雷達(dá)拼圖可知，19日08時至20日08時福建的強(qiáng)降水基本是混合性回波降水，此次強(qiáng)降水可以分成兩個階段：第一個階段是19日10時至23時的暖區(qū)降水，回波由江西和廣東境內(nèi)不斷生成，進(jìn)入福建省后沿東北方向緩慢移動， 時段最大降水量為三明明溪瀚仙鎮(zhèn)62.5mm； 第二階段是20日02時至08時鋒面影響的降水，強(qiáng)回波從廣東生成后進(jìn)入我省，沿東北方向移動入海的降水過程，時段最大降水量為泉州德化棗坑村60.8mm?；夭ㄟM(jìn)入漳州地區(qū)后04時至05時出現(xiàn)一個颮線東移入海過程（圖3b），最大風(fēng)速出現(xiàn)在漳州東山赤嶼島22m/s。

丁一匯等在1980年代研究了我國形成颮線的天氣背景，并討論了颮線形成的觸發(fā)條件和熱動力學(xué)條件，指出槽后類和槽前類颮線主要是較低緯度的暖濕氣流與來自中高緯度的干冷空氣（中上層）在相互交綏的過程中生成的[4]。本次過程颮線發(fā)生在強(qiáng)盛發(fā)展的槽前西南暖濕氣流，遇到冷空氣掃過漳州市時，冷暖交匯層結(jié)很不穩(wěn)定的時段，颮線所經(jīng)地區(qū)的各自動氣象站要素變化符合颮線過境特征，氣溫下降2～4 ℃，氣壓升高1～3 hPa，在漳州南部地區(qū)出現(xiàn)7～9級偏北大風(fēng)，風(fēng)向突變。溫度和氣壓的變化與強(qiáng)降水和大風(fēng)的發(fā)生是對應(yīng)的[5]。

5 物理量診斷分析

5.1 水汽條件

充沛的水汽條件是暴雨發(fā)生的必要條件，此次暴雨過程發(fā)生期間福建省上空為西南急流控制，水汽從南海向福建省輸送，19日08時850 hPa全省大部地區(qū)比濕維持在10-11 g/kg之間，從水汽通量來看，上游廣西南部存在水汽通量的大值區(qū)，最大水汽通量達(dá)到16 g·s-1·cm-1以上，20時福建省中南部沿海水汽通量達(dá)到8-12 g·s-1·cm-1，沿海地區(qū)整層大氣可降水量為35-46mm，上游廣東中部存在45mm以上的大值區(qū)，有利于上游降水云團(tuán)的生成，在高層西南急流的作用下向東北傳播進(jìn)入福建省，到20日08時水汽通量等值線分布的較稀疏，水汽輸送減弱，同時降水也減弱。

5.2 動力條件

沿強(qiáng)降水帶上（（25.8°N；118.8°E）—（27.2°N；120.2°E））作渦度垂直剖面（圖略），發(fā)現(xiàn)3月19日20時降水大值區(qū)附近為正渦度區(qū)，有2個正渦度強(qiáng)中心，分別位于550hPa和300hPa，中心值分別為16×10-5·S-1 和19×10-5·S-1，中高層有顯著的正渦度發(fā)展，促進(jìn)上升運(yùn)動，有利于降水的加強(qiáng)。強(qiáng)降水帶散度垂直剖面（圖4a）可見，降水大值區(qū)上空對流層低層為輻合，對流層上層為輻散，低層輻合和高層輻散有利于上升運(yùn)動加強(qiáng)，導(dǎo)致降水加強(qiáng)。

5.3 熱力條件

暴雨一般產(chǎn)生于高溫高濕且伴有熱力不穩(wěn)定的區(qū)域，我省的上游江西贛州站的探空曲線，呈上干下濕的喇叭口狀配置，中層干區(qū)顯著，對流條件很好。對流云團(tuán)經(jīng)龍巖地區(qū)影響福建各地。福州的探空曲線顯示濕層較深厚，并存在一定的上干下濕條件（圖略），K值達(dá)到35℃，T850-500為24 ℃，對流條件較好?？偟膩砜礋崃Σ环€(wěn)定條件還是比較有利于暴雨的產(chǎn)生。20日05時東山站附近的探空曲線構(gòu)建圖（圖4b）顯示此時濕層較深厚，同樣存在上干下濕條件，K值達(dá)到36℃，DCAPE達(dá)到621，對流條件很好，有利于雷暴大風(fēng)的發(fā)生發(fā)展。

6 結(jié)論

（1）本次暴雨過程是一場暖區(qū)降水和鋒面降水結(jié)合的暴雨過程，有明顯的短時強(qiáng)降水特征。高低空西南急流充沛的水汽輸送和不穩(wěn)定能量，鋒面、低層切變的輻合上升運(yùn)動是形成暴雨和強(qiáng)對流的有利條件。冷暖空氣的交匯加劇了層結(jié)不穩(wěn)定和垂直上升運(yùn)動，觸發(fā)福建南部颮線產(chǎn)生。

（2）高濕高能區(qū)的存在表明有濕熱能量集中，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。

（3）中高層顯著的正渦度發(fā)展、低層輻合和高層輻散的配置促進(jìn)上升運(yùn)動，有利于降水的加強(qiáng)。

（4）對流性大風(fēng)常出現(xiàn)在颮線回波帶前的風(fēng)速輻合區(qū)，颮線過境時出現(xiàn)風(fēng)向突變、風(fēng)力急增、氣壓陡升、氣溫驟降的強(qiáng)天氣現(xiàn)象。

（5）春季暴雨預(yù)報(bào)難度相對較大，應(yīng)綜合分析提高預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率，基層臺站重點(diǎn)做好強(qiáng)天氣過程短臨監(jiān)測預(yù)警。

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