2016-10-07—10-08暴雨過程診斷分析

李帆

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2016-10-07—10-08暴雨過程診斷分析

李帆

（舟山市定海區(qū)氣象局，浙江 舟山 316000）

利用常規(guī)觀測(cè)，NECP/NCRE再分析、雷達(dá)及自動(dòng)氣象站資料，對(duì)2016-10-07—10-08發(fā)生在本地的一次大暴雨過程進(jìn)行診斷分析。結(jié)果表明，本次過程是一次副高邊緣高空波動(dòng)誘使低層冷空氣滲透南下引發(fā)的持續(xù)降水；臺(tái)風(fēng)倒槽的東南氣流帶來豐沛的水汽條件和輸送源源不斷的低層暖濕氣流，結(jié)合低空輻合，高空輻散的動(dòng)力配置都為對(duì)流天氣發(fā)展提供了有利的環(huán)境，而地面輻合線和垂直上升運(yùn)動(dòng)中心的東移南壓為其提供了觸發(fā)機(jī)制；雷達(dá)反射率因子，以積云層云混合降水為主，經(jīng)向速度東南氣流和地面輻合帶對(duì)降水起著關(guān)鍵作用。

暴雨；冷空氣；災(zāi)害性天氣；診斷分析

1 引言

暴雨是我國大部分地區(qū)多發(fā)的一種災(zāi)害性天氣，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、強(qiáng)度大的暴雨常會(huì)造成山洪暴發(fā)、水庫垮壩、交通電訊中斷等災(zāi)害，給人民生命財(cái)產(chǎn)和國民經(jīng)濟(jì)帶來嚴(yán)重危害。隨著氣象事業(yè)的不斷發(fā)展，眾多氣象學(xué)者對(duì)暴雨進(jìn)行了大量的分析和研究，取得了豐富的經(jīng)驗(yàn)和方法。通過對(duì)上海“0185”特大暴雨過程的中尺度系統(tǒng)分析[1-3]和數(shù)值模擬[4-5]后發(fā)現(xiàn)熱帶低壓是造成本次暴雨過程的主要天氣系統(tǒng)，低壓內(nèi)一系列中尺度對(duì)流云團(tuán)的發(fā)展是導(dǎo)致暴雨災(zāi)害發(fā)生的直接原因，低空急流為本次過程提供了充足的水汽，急流帶上的風(fēng)場(chǎng)擾動(dòng)及風(fēng)速輻合是暴雨的觸發(fā)機(jī)制。李峰等[6]研究發(fā)現(xiàn)低層到中層偏南氣流的加強(qiáng)，使得低層暖濕氣流突破冷空氣壓制，向上爆發(fā)，對(duì)暴雨有觸發(fā)作用。何斌等[7]診斷分析2008年影響浙贛皖地區(qū)的一次梅雨鋒暴雨過程發(fā)現(xiàn)，對(duì)流層低層高能高濕，對(duì)流層中上層有干冷空氣入侵，造成大氣不穩(wěn)定層結(jié)，誘發(fā)暴雨。李彩鈴等[8]在對(duì)暴雨研究中發(fā)現(xiàn)壓能場(chǎng)對(duì)暴雨落區(qū)的預(yù)報(bào)有著較好的指導(dǎo)意義。盡管如此，暴雨及暴雨的預(yù)報(bào)依然是天氣預(yù)報(bào)工作的難點(diǎn)，本文選取NECP/NCRE再分析資料、多普勒雷達(dá)資料對(duì)2016-10-07—10-08發(fā)生在本地的大暴雨過程進(jìn)行了分析，討論其物理機(jī)制和降水成因。

2 天氣實(shí)況

2016-10-07T20：00—10-08T20：00，定海區(qū)出現(xiàn)了一次暴雨、局部地區(qū)大暴雨的降水過程。本次過程中定海城區(qū)累計(jì)降水量為86.8 mm，據(jù)全區(qū)23個(gè)有效區(qū)域自動(dòng)氣象站資料統(tǒng)計(jì)，全區(qū)平均降水量為76.5 mm，累計(jì)降水量大于50 mm的站點(diǎn)有20個(gè)，占總量的87%.大于100 mm（大暴雨）的站點(diǎn)數(shù)量有5個(gè)，占總量的22%.最大降水量出現(xiàn)在金塘，過程降水為139.7 mm。本次降水過程主要有3個(gè)特征：①本次強(qiáng)降水分布不均勻，呈現(xiàn)出西多東少的態(tài)勢(shì)。②本次降水過程持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，從2016-10-07T21：00—10-08T20：00，總歷時(shí)23 h。③本次過程出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水，2016-10-07T23：00—24：00為最強(qiáng)降水時(shí)段，小時(shí)雨強(qiáng)最大為35.9 mm（香園社區(qū)站）。

3 環(huán)流形勢(shì)分析

本次過程是一次處于副高邊緣的高空波動(dòng)使低層冷空氣滲透南下引發(fā)強(qiáng)降水的過程。2016-10-07T20：00，500 hPa（如圖1所示）中高緯表現(xiàn)為兩槽一脊的形勢(shì)，脊線位于我國新疆中部地區(qū)，東西兩側(cè)各為兩個(gè)冷中心，中緯度有東亞冷槽緩慢移動(dòng)，有利于槽后西北氣流引導(dǎo)冷空氣南下，影響江南、淮南地區(qū)。我區(qū)位于槽前，強(qiáng)盛的西南暖濕氣流為這次暴雨的發(fā)生提供了有利的水汽條件。此時(shí)588線位于浙江、福建沿海一帶，穩(wěn)定少動(dòng)，因此冷渦槽移動(dòng)較為緩慢，造成本次過程持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)。2016-10-07T20：00，700 hPa有切變線位于江西--安徽-江蘇一帶，850 hPa有切變線呈東北-西南走向位于浙江安徽交界一帶，地面冷鋒前部到達(dá)安徽北部，我區(qū)位于地面倒槽里。此后冷空氣進(jìn)一步南下，700 hPa和850 hPa兩層切變東移南壓，誘發(fā)我區(qū)2016-10-07T23：00開始的暴雨過程。由于冷空氣是從地面緩慢滲透，700 hPa和850 hPa切變移動(dòng)緩慢，降水帶維持在本地上空。

急流對(duì)一次暴雨的發(fā)生作用是顯著的。觀察各層風(fēng)場(chǎng)我們可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)流層頂200 hpa有東西走向的急流軸，風(fēng)速大于40 m/s，對(duì)流層中部500 hPa在我區(qū)北部有西南急流，風(fēng)速大于24 m/s。我區(qū)一直處于高空急流右側(cè)的高空輻散下沉區(qū)，結(jié)合圖1（a）可知有一條地面輻合帶正好位于我區(qū)附近，這種高空輻散，低空輻合的配置為本次暴雨提供了良好的動(dòng)力條件。2016-10-07T20：00，700h Pa、850 hPa在我區(qū)東南至臺(tái)灣一帶有明顯的東南急流軸。結(jié)合圖1（b）分析可知，2016-10-07T20：00后我區(qū)一直位于低空急流左前方，有明顯的水汽輻合和質(zhì)量輻合的上升運(yùn)動(dòng)，這條急流軸將我國東海的水汽和暖濕氣流源源不斷地往我區(qū)輸送，推動(dòng)了強(qiáng)降水活動(dòng)的不斷發(fā)展。由此可知地面倒槽的形勢(shì)對(duì)本次降水的水汽和能量輸送起到了最重要的作用。

分析2016-10-07T20：00各層溫度露點(diǎn)差（T-Td）可以發(fā)現(xiàn)，20時(shí)850 hPa濕舌（濕區(qū)）覆蓋了整個(gè)江南，華南地區(qū)，同時(shí)我區(qū)的溫度露點(diǎn)差僅為1 ℃，水汽接近飽和，低層水汽豐沛。同樣仍可發(fā)現(xiàn)我區(qū)也位于700 hPa的廣闊濕舌（濕區(qū)）中，中低層濕舌相互對(duì)應(yīng)，濕空氣厚度較好，這有利于深厚的濕對(duì)流的出現(xiàn)，有利于強(qiáng)降水的發(fā)生。而在500 hPa的上空我區(qū)的北部存在著干舌（干區(qū)），這種上干下濕狀態(tài)的位勢(shì)不穩(wěn)定層結(jié)有利于對(duì)流的發(fā)展。

2016-10-08T08：00，700 hPa切變位于我區(qū)浙江東部-福建一帶，850 hPa切變位于我區(qū)至浙江、福建沿海一帶，500 hPa高空槽東移至我區(qū)前部，地面輻合帶東移南壓，850 hPa、700 hPa濕區(qū)南落縮小，降水過程趨于減弱，此后隨著系統(tǒng)進(jìn)一步東移南壓，主要降水帶也移出本地。

圖1 2016-10-07T20：00和2016-10-08T08：00的中尺度分析

圖1中，東西走向?qū)嵕€箭頭為500 hPa急流軸，單實(shí)線為500 hPa槽，左側(cè)雙實(shí)線為700 hPa切變線，南北走向左側(cè)箭頭為700 hPa急流，右側(cè)雙實(shí)線為850 hPa切變線，南北走向右側(cè)箭頭為850 hPa急流，右側(cè)三角線為850 hPa溫度槽，×－×線為地面輻合線，┴┴┴非閉合線為帶層注的濕舌，□○□線為850 hPa干線，┴┴┴閉合線為帶層注的干舌。

4 物理量分析

4.1 水汽條件

充足的水汽輸送是發(fā)生暴雨的必要前提之一，每一次暴雨發(fā)生都伴隨著水汽的累加。水汽通量和水汽通量散度能很好地表征一次過程中的水汽條件，水汽通量可反應(yīng)水汽的來源和大小，水汽通量散度則能反應(yīng)水汽的輻合與輻散，特別是低層的水汽通量輻合，對(duì)降水強(qiáng)度的貢獻(xiàn)十分明顯。

2016-10-07T20：00，850 hPa水汽通量場(chǎng)上（圖略），我區(qū)位于水汽通量高值中心的正中心，最大值達(dá)24 g·cm-2·s-1，且在我區(qū)南部臺(tái)灣地區(qū)同樣存在著水汽通量高值中心，水汽源源不斷的通過東南氣流向我區(qū)輸送。至2016-10-08T8：00，850 hPa水汽通量場(chǎng)上可以看出，水汽通量高值區(qū)消失，我區(qū)水汽通量明顯減弱，最大值降至12 g·cm-2·s-1，降水過程也趨于減弱。從2016-10-07T20：00，850 hPa水汽通量散度圖上可以看出，在江蘇東南部存在著明顯的水汽輻合中心，我區(qū)位于該輻合區(qū)的邊緣地帶，此后整個(gè)輻合中心東移南壓，我區(qū)開始陣性降水，2016-10-07T23：00—24：00降水達(dá)到了此次過程最強(qiáng)時(shí)段，區(qū)域自動(dòng)站共有5個(gè)站小時(shí)降水量超過20 mm，小時(shí)雨強(qiáng)最大香園社區(qū)35.9 mm。至2016-10-08T08：00，輻合區(qū)南壓至東海上，降水帶也逐漸移出。

4.2 動(dòng)力條件

觀察2016-10-07T20：00—10-08T14：00單點(diǎn)渦度垂直剖面圖可以發(fā)現(xiàn)，從本次過程開始時(shí)對(duì)流層中上層就存在著正渦度，正渦度中心位于500 hPa的位置，正渦度中心在2016-10-07T20：00至次日02：00穩(wěn)定且略有加強(qiáng)，該時(shí)段我區(qū)位于500 hPa高空槽前，正渦度平流使得地面輻合上升運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，地面氣旋發(fā)展，進(jìn)一步導(dǎo)致高空輻散加強(qiáng)，為短時(shí)強(qiáng)降水提供良好的動(dòng)力條件。另一方面，從單點(diǎn)垂直速度剖面圖上也可以看到，我區(qū)對(duì)流層中上層始終對(duì)應(yīng)著上升區(qū)，且隨著時(shí)間的推移，上升區(qū)的高度得到延伸，上升速度迅速增大，最大速度中心位于500 hPa的位置，2016-10-07T23：00—24：00其中心值超過﹣1.2 Pa/s，這都體現(xiàn)出我區(qū)的上升運(yùn)動(dòng)從2016-10-07T20：00開始明顯加強(qiáng)，2016-10-07T23：00—24：00時(shí)段達(dá)到頂峰，深厚而強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)與該時(shí)段發(fā)生強(qiáng)降水的實(shí)況十分符合。此后上升中心迅速回落，至2016-10-08T08：00強(qiáng)上升中心回落至850 hPa附近，且中心值僅為﹣0.8 Pa/s，降水強(qiáng)度也隨之減弱。單點(diǎn)速度垂直剖面和單點(diǎn)渦度垂直剖面如圖2所示。

4.3 熱力條件

假相當(dāng)位溫se是重要的溫濕特征參數(shù)，是能量的表征方式之一。觀察圖3（b）可以發(fā)現(xiàn)在本次過程發(fā)生之前，浙江、福建地區(qū)處在高濕高能的控制之下，而我區(qū)北部存在著由北向南滲透的se相對(duì)較低的干冷空氣。觀察假相當(dāng)位溫單點(diǎn)垂直剖面圖發(fā)現(xiàn)，在2016-10-07T20：00—10-08T05：00，我區(qū)對(duì)流層700 hPa以下，假相當(dāng)位溫都隨高度升高而減小，低層假相當(dāng)位溫值達(dá)到351 K，這說明在低層的暖濕氣流之上有相對(duì)的干冷空氣堆疊，我區(qū)上空處于上干下濕的對(duì)流不穩(wěn)定狀態(tài)。而在700 hPa以上的高度，假相當(dāng)位溫隨高度不發(fā)生變化，這表明大氣位于相對(duì)的對(duì)流穩(wěn)定狀態(tài)，這能有效地防止低層暖濕氣流向上擴(kuò)散，保證能量被儲(chǔ)藏在低層。結(jié)合之前分析可知，至2016-10-07T23：00，垂直上升速度、水汽輻合帶、地面輻合線各個(gè)條件都得到契合，觸發(fā)短時(shí)強(qiáng)降水。隨著圖3（c）地面冷空氣滲透南下，等se線堆積，我區(qū)以北出現(xiàn)能量鋒區(qū)，至2016-10-08T08：00，圖3（d）鋒面移動(dòng)到我區(qū)附近，冷暖空氣交匯導(dǎo)致斜壓不穩(wěn)定能量的釋放，正好對(duì)應(yīng)2016-10-08T07：00—10：00我區(qū)的較強(qiáng)降水時(shí)段。由于主要能量已經(jīng)在之前得到釋放，因此本段降水強(qiáng)度并不是十分強(qiáng)。

圖2 單點(diǎn)速度垂直剖面圖和單點(diǎn)渦度垂直剖面圖

圖3 單點(diǎn)假相當(dāng)位溫垂直剖面圖

5 多普勒雷達(dá)產(chǎn)品分析

利用新一代多普勒天氣雷達(dá)對(duì)出現(xiàn)在我區(qū)的本次大暴雨天氣進(jìn)行了連續(xù)跟蹤發(fā)現(xiàn)在降水出現(xiàn)之前，雷達(dá)站西南部存在大范圍的自西南向東北移動(dòng)的混合性降水回波，我區(qū)在2016-10-07T23：00之前影響的回波強(qiáng)度不強(qiáng)，都是以陣性降水為主，2016-10-07T23：00我區(qū)西南有回波強(qiáng)度≥45 dBz的對(duì)流單體生成，數(shù)個(gè)對(duì)流單體造成定海本站單小時(shí)32.0 mm的強(qiáng)降水。單體移出后我區(qū)受層狀云降水回波的影響，回波強(qiáng)度均小于40 dBz，至2016-10-08T08：00后冷空氣南下，降水帶南壓。

根據(jù)此次暴雨過程的多普勒雷達(dá)徑向速度圖分析發(fā)現(xiàn)：在PPI圖上，在降水開始時(shí)雷達(dá)站50 km范圍內(nèi)存在一對(duì)正負(fù)中心，中心值達(dá)到15 m/s，結(jié)合風(fēng)場(chǎng)可知東南急流將水汽源源不斷的輸送至我區(qū)。此后50～100 km范圍內(nèi)0速度線逐漸轉(zhuǎn)為S型，我區(qū)為穩(wěn)定的暖平流降水；風(fēng)速達(dá)到27 m/s的負(fù)大大風(fēng)區(qū)域出現(xiàn)，有利于對(duì)流加強(qiáng)和維持。至2016-10-07T23：00低層有輻合線，觸發(fā)短時(shí)強(qiáng)降水。此后東南急流減弱，降水強(qiáng)度減弱，至2016-10-08T07：00開始出現(xiàn)逆風(fēng)區(qū)和氣旋輻合，與冷空氣南下引發(fā)的第二段降水相對(duì)應(yīng)。

6 結(jié)論

本次降水是一次在中高緯兩槽一脊形勢(shì)下，東亞冷渦緩慢東移，引導(dǎo)低層冷空氣滲透南下引發(fā)的強(qiáng)降水過程，中低層均有切變南壓，且由于系統(tǒng)移動(dòng)緩慢使得降水帶在本地停留時(shí)間較長(zhǎng)，為本次過程提供了較好的動(dòng)力條件。同時(shí)臺(tái)風(fēng)倒槽的地面形勢(shì)為本次降水提供了充沛的水汽初始場(chǎng)和暖濕氣流的輸送。這種配置造成了我區(qū)本次降水持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，累積量大。從物理量診斷分析來看，我區(qū)一直位于高濕區(qū)中，水汽通量值較大，充足的水汽含量和持續(xù)的水汽輸送為強(qiáng)降水的發(fā)生提供了有利的初始條件；低層的輻合上升和高空的輻散抽吸有利于強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)，為暴雨發(fā)生提供了良好的動(dòng)力條件；本地在短時(shí)對(duì)流發(fā)生前存在著上干下濕的不穩(wěn)定層結(jié)，伴隨著水汽輻合帶，垂直速度中心的和地面輻合線的移近觸發(fā)第一輪短時(shí)強(qiáng)降水，由于大量能量得到釋放，第二輪冷暖氣流交匯引發(fā)的對(duì)流性降水強(qiáng)度不大，但在未來的預(yù)報(bào)中仍需關(guān)注冷鋒帶來的降水可能性。

此次過程主要以積云層云混合型降水回波為主，覆蓋面廣，降水持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)；但在降水回波帶中出現(xiàn)的數(shù)個(gè)對(duì)流單體造成了短時(shí)強(qiáng)降水。根據(jù)經(jīng)向速度圖分析，東南急流水汽輸送和地面輻合帶對(duì)本次降水提供了重要條件。

［1］齊琳琳，趙思雄.一次熱帶低壓引發(fā)上海特大暴雨過程的中尺度系統(tǒng)分析［J］.大氣科學(xué)，2004，28（2）：254-268.

［2］漆梁波.特大暴雨非常規(guī)資料的初步分析［J］.氣象，2002，28（1）：34-38.

［3］陳永林，楊引明，曹曉崗.上海“0185”特大暴雨的中尺度強(qiáng)對(duì)流系統(tǒng)活動(dòng)特征及其環(huán)流背景的分析研究［J］.應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)，2007，18（1）：29-35.

［4］齊琳琳，趙思雄.利用非常規(guī)觀測(cè)資料對(duì)城市強(qiáng)暴雨的中尺度分析與模擬研究［J］.科學(xué)通報(bào)，2003，48（Suppl 1）：17-24.

［5］林永輝，布和朝魯.2001-08初上海強(qiáng)暴雨中尺度對(duì)流系統(tǒng)的數(shù)值模擬研究［J］.氣象學(xué)報(bào)，2003，61（2）：196-202.

［6］李峰，張芳華，熊敏詮，等.2005年“5.31”湖南暴雨過程觸發(fā)維持機(jī)制［J］.氣象，2006，32（3）：71-77.

［7］何斌，何峰，范曉紅，等.一次長(zhǎng)江中下游梅雨鋒暴雨過程的診斷分析.高原氣象，2013，32（4）：1074-1083.

［8］李彩鈴，壽紹文，陳藝芳.臺(tái)風(fēng)“風(fēng)神”暴雨落區(qū)的診斷分析［J］.熱帶氣象學(xué)報(bào)，2010，26（2）：250-256.

2095－6835（2018）24－0052－03

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A

10.15913/j.cnki.kjycx.2018.24.052

李帆（1992—），男，浙江舟山人，本科，助理工程師。

〔編輯：嚴(yán)麗琴〕