地面水汽通量散度在遼寧省暴雨預(yù)報中的應(yīng)用分析

肖光梁 陳傳雷 王瀛

摘要? ? 本文應(yīng)用自動站地面觀測數(shù)據(jù)和NCEP 1°×1°實況數(shù)據(jù)對地面水汽通量散度在2016年汛期暴雨預(yù)報的應(yīng)用分析。結(jié)果表明，對于7個短時大暴雨個例預(yù)報效果進行應(yīng)用檢驗，其中有6個個例地面水汽通量散度能夠提前2～4 h出現(xiàn)負(fù)值中心;通過對比預(yù)報效果差異，2個短時大暴雨個例影響系統(tǒng)均為高空槽，低空850 hPa均存在切變線系統(tǒng)，均存在CAPE大值區(qū)，降水性質(zhì)均為對流性降水;2個個例降水前期水汽輸送程度差別明顯，0801個例前期低空850 hPa西南氣流風(fēng)速較小，水汽輸送較弱，并且近地面以偏北風(fēng)輻合為主，相對較干;0813個例低空850 hPa西南氣流強勁，降水前期水汽輸送效果明顯，近地面偏南風(fēng)輻合為主，加強近地面濕度形勢;0801個例水汽輸送地區(qū)位于平原地區(qū)，地勢較為平緩，不利于水汽的累計;0813個例水汽輸從地勢低的平原向較高的山地丘陵地區(qū)進行輸送，由于地形抬升阻擋作用，極易造成水汽堆積。

關(guān)鍵詞? ? 暴雨預(yù)報;水汽通量散度;應(yīng)用;分析;遼寧省

中圖分類號? ? P458.121.1? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼? ? A? ? ? ? 文章編號? ?1007-5739（2019）12-0189-03

強降水是我國夏季頻繁發(fā)生的災(zāi)害性天氣，往往具有發(fā)展迅速、致災(zāi)性強等特點，易引起城市內(nèi)澇、山體滑坡、農(nóng)田漬澇等次生災(zāi)害，給社會生產(chǎn)和人民生活帶來巨大損失。遼寧地區(qū)暴雨天氣多發(fā)，特別是短時暴雨過程突發(fā)性強，致災(zāi)性大，嚴(yán)重威脅人民的生命財產(chǎn)安全。

以前的科研工作者對短時暴雨做了一定的研究工作，李青春等[1]在研究北京局地暴雨過程中近地層輻合線的形成與作用中得出，造成局地暴雨的誘發(fā)系統(tǒng)主要是近地層切變線;才奎志等[2]利用常規(guī)和加密自動氣象站觀測資料、雷達探測資料，對遼寧黑山地區(qū)特大暴雨進行分析得出，此次短時大暴雨地面偏東風(fēng)和地形強迫抬升作用造成對流單體沿山脈東側(cè)生成、發(fā)展和移動，最終導(dǎo)致持續(xù)對流性強降雨。孫明生等[3]研究表明，垂直運動，風(fēng)垂直切變與地形影響中指出地形對“7.21”暴雨存在迎風(fēng)坡、喇叭口地形，地形中尺度輻合等多種增輻作用，使得北京西南部山區(qū)成為對流云團的出發(fā)和加強區(qū)域。喻謙花等[4]分析河南一次暴雨過程指出，700 hPa水汽通量變化對強降水落區(qū)有較好的指示作用，水汽通量散度場上，850 hPa水汽通量散度的變化與暴雨時段和強度有較好的對應(yīng)：水汽通量散度轉(zhuǎn)為輻合，輻合層增厚為強降水開始的標(biāo)志，輻合量突然增大標(biāo)志著降水強度增大。法國Calas等[5]檢驗了輻合維持，輻合加強合輻散減弱（即地面水汽通量散度）的判據(jù)，發(fā)現(xiàn)大部分活躍單體（14個中11個）是在對流觸發(fā)前2～4 h維持輻合的區(qū)域內(nèi)形成的。但對近地面層水汽特征研究較為缺少，并且對短時暴雨的系統(tǒng)性研究也比較缺乏，本文應(yīng)用地面水汽通量散度對2016年汛期遼寧省7次暴雨過程預(yù)報結(jié)果進行對比檢驗分析。

1? ? 地面水汽通量散度方法

根據(jù)水汽通量的數(shù)值和方向，只能了解暴雨過程的水汽來源。至于暴雨究竟出現(xiàn)在何處，雨量有多大，與水汽通量散度的關(guān)系更為密切。劉建文等[6]采用法國Calas的方法計算地面水汽通量散度（HDIVG），公式如下：

HDIVG=-？塄P·（rV）=-r？塄P·V-V·？塄Pr

式中，r為2 m處水汽混合比;V為10 m處風(fēng)矢量。在多數(shù)情況下，式中的第2項水汽平流比第1項質(zhì)量輻合小一個量級，Calas認(rèn)為第1項的正負(fù)即代表了HDIVG的正負(fù)，該項整體負(fù)值表示底層的水汽輻合區(qū)域。Calas在研究HDIVG底層的水汽輻合時，發(fā)現(xiàn)大部分活躍的單體是在對流出現(xiàn)前2～4 h維持輻合的區(qū)域內(nèi)形成的。HDIVG極值中心比降水的極值中心提前出現(xiàn)2 h，且二者具有一定的正相關(guān)關(guān)系，負(fù)值中心對暴雨中心位置具有一定的預(yù)報意義，并且對降水強度的變化具有一定的指示意義。

2? ? 個例選取

選取2016年7—8月7次典型短時大暴雨（3 h累計降水量≥100 mm）天氣過程，根據(jù)降水發(fā)生時間、強降水中心以及暴雨影響系統(tǒng)進行分類，如表1所示。

3? ? 個例檢驗結(jié)果

對7個短時大暴雨個例強降水中心落區(qū)位置與2～4 h前的地面水汽通量散度的負(fù)值中心位置進行定性檢驗，從而對短時大暴雨中心進行預(yù)報檢驗。

通過對比降水中心和地面水汽通量散度負(fù)值中心可以看出，大部分短時大暴雨過程預(yù)報效果顯著。地面水汽通量散度較降水中心提前2～4 h出現(xiàn)，體現(xiàn)了較好的暴雨預(yù)報效果。只有個例5預(yù)報效果較差，最近2～4個時次水汽通量散度負(fù)值中心與降水中心偏差較大，基本無明顯的地面水汽通量散度負(fù)值中心出現(xiàn)（表1）。選取預(yù)報效果較好的2016年8月13日（下面簡稱0813過程）和效果較差2016年8月1日（下面簡稱0801過程）2次個例預(yù)報進行對比，如圖1、2所示。

4? ? 2次個例分析

4.1? ? 天氣形勢分析

通過分析個例0801和0813的500 hPa高度場和850 hPa風(fēng)場可以看出，2次個例的影響系統(tǒng)均為高空槽（圖3）。

能量方面，0801過程錦州探空CAPE 3 691 J/kg，沈陽探空CAPE達1 124 J/kg;0813過程大連探空CAPE達2 236 J/kg，丹東探空達2 595 J/kg，所以2次過程均為明顯的對流性降水過程（圖4）。

0801過程低空850 hPa存在明顯的切變線系統(tǒng)，588線位于山東一帶，位置偏南，由于低空850 hPa風(fēng)速較小，水汽輸送較弱;0813個例低空850 hPa也存在切變系統(tǒng)，588線位于渤海附近區(qū)域，接近大連南部地區(qū)，低空850 hPa西南風(fēng)速較大，具有較強水汽輸送效果。

所以2次過程高空影響系統(tǒng)相似，降水性質(zhì)相同均為對流性降水，低空850 hPa均存在切變輻合系統(tǒng)，不同之處0813過程水汽輸送更加強烈，持續(xù)穩(wěn)定輸送水汽。

4.2? ? 地面輻合線系統(tǒng)分析

圖5為應(yīng)用NCEP 1°×1°國家自動觀測站的整點風(fēng)場數(shù)據(jù)，所用數(shù)據(jù)的時間為2016年8月1日14：00和13日14：00。由圖3可知，0801個例強降水中心發(fā)生前附近區(qū)域以偏北風(fēng)為主，輻合形勢為西北風(fēng)和東北風(fēng)輻合，并且前期低空850 hPa水汽輸送較弱，近地面較干;0813個例強降水發(fā)生前附近區(qū)域以偏南風(fēng)輻合為主，輻合形勢為西南風(fēng)和東南風(fēng)輻合，并且前期西南氣流的水汽輸送較強，近地面較濕。

另外0801個例發(fā)生地區(qū)地勢較為平坦，地形抬升作用不明顯，不利于水汽的累計;但是0813個例中西南風(fēng)從地勢較低的大連地區(qū)吹向以山地丘陵為主地勢較高的岫巖縣，這也是造成水汽的顯著輻合堆積的重要因素。

5? ? 結(jié)語

本文通過對地面水汽通量散度在汛期暴雨預(yù)警的應(yīng)用，然后對預(yù)報效果具有差異的0801和0813 2個個例進行對比分析。

（1）對于7個短時大暴雨個例應(yīng)用檢驗預(yù)報明顯，6個地面水汽通量散度能夠提前2～4 h出現(xiàn)負(fù)值中心。

（2）針對預(yù)報效果具有差異的0801和0813 2個個例進行對比分析，兩者影響系統(tǒng)均為高空槽，低空850 hPa均存在切變線系統(tǒng)，均存在CAPE大值區(qū)，降水性質(zhì)均為對流性降水。

（3）0801和0813兩者降水前期水汽輸送程度差別明顯，0801前期低空850 hPa西南氣流風(fēng)速較小，水汽輸送較弱，并且近地面以偏北風(fēng)輻合為主，相對較干;0813個例低空850 hPa西南氣流強勁，降水前期水汽輸送效果明顯，近地面偏南風(fēng)輻合為主，加強近地面濕度形勢。

（4）除天氣要素之外，地形也是重要的影響因素。0801個例水汽輸送地區(qū)位于平原地區(qū)，地勢較為平緩，不利于水汽的累積;而0813個例從地勢低的平原向較高的山地丘陵地區(qū)輸送水汽，由于地形抬升產(chǎn)生阻擋作用，極易造成水汽堆積。

6? ? 參考文獻

[1] 李青春，苗世光，鄭祚芳，等.北京局地暴雨過程中近地層輻合線的形成與作用[J].高原氣象，2010，30（5）：1232-1242.

[2] 才奎志，蔣大凱，楊磊，等.遼寧黑山突發(fā)性局地特大暴雨中尺度對流條件和特征[J].氣象與環(huán)境學(xué)報，2014，30（6）：1-7.

[3] 孫明生，楊力強，尹青，等.“7.21”北京特大暴雨成因分析（Ⅱ）：垂直運動，風(fēng)垂直切變與地形影響[J].暴雨災(zāi)害，2013，32（3）：218-223.

[4] 喻謙花，姜東東，康暑雨，等.河南省2011年8月1—2日暴雨過程水汽條件與垂直螺旋度分析[J].氣象與環(huán)境學(xué)報，2012，35（2）：56-60.

[5] CALAS C，DUCROCQ V，SENESI S.Mesoscale analyses and diagnostic parameters for deep convectio nowcasting[J].Meteor Appl，2010，7（2）：145-161.

[6] 劉建文，郭虎，季耀東，等.天氣分析預(yù)報物理量計算基礎(chǔ)[M].北京：氣象出版社，2005：64-69.