莆田秋冬低層?xùn)|風(fēng)回流下的非典型降水特征分析

盧冰冰 蘆文豪

(1.涵江區(qū)氣象局，福建 莆田 351111；2.莆田市氣象局，福建 莆田 351100)

莆田市秋冬低層?xùn)|風(fēng)回流型降水是秋冬季降水特有的天氣形勢之一，在業(yè)務(wù)預(yù)報中常出現(xiàn)漏報、空報等現(xiàn)象，是困擾預(yù)報業(yè)務(wù)人員的難點(diǎn)問題。莆田市地處福建省中部沿海，冬季隨著福建省以北冷高壓東移入海，受冷高壓底部、后部偏東風(fēng)影響頻次較高，但預(yù)報該形勢是否對莆田地區(qū)產(chǎn)生降水影響的準(zhǔn)確率并不高。近年來，回流天氣的復(fù)雜性引起了眾多學(xué)者關(guān)注，但國內(nèi)學(xué)者主要以我國華北地區(qū)回流降水為主要研究對象[1-3]，華南地區(qū)特別是福建省中部沿海地區(qū)冷高壓后部的東風(fēng)回流降水研究較少。本文統(tǒng)計了近10年秋冬季影響莆田地區(qū)的回流天氣個例，總結(jié)出產(chǎn)生回流天氣的降水特征，旨在為莆田地區(qū)秋冬季重大氣象保障活動和傳統(tǒng)社會活動氣象服務(wù)提供較好的科學(xué)依據(jù)。

1 研究資料

統(tǒng)計標(biāo)準(zhǔn)：秋冬季隨著福建省以北的冷高壓東移入海，且實況天氣圖中莆田地區(qū)850hPa或925hPa處高壓底部或高壓后部偏東氣流影響即為一次回流天氣過程。無明顯的天氣尺度系統(tǒng)影響而產(chǎn)生的降水即為一次回流天氣形勢下的非典型性降水。定義全市三個地面基本氣象觀測站以北京時20時為日界，一天內(nèi)任意一個站降水量大于0mm算為1個降水天氣個例。

普查2011—2020年期間的歷史天氣圖，從這10年資料中選取回流降水個例。利用NCEP再分析資料進(jìn)行天氣形勢和物理量診斷。

2 降水概率統(tǒng)計

通過對歷史天氣圖的統(tǒng)計分析，共篩選出回流形勢下的樣本數(shù)據(jù)191個，其中產(chǎn)生降水個例為50個，無降水個例為141個。對50個產(chǎn)生降水的樣本形勢場進(jìn)行細(xì)化分析，剔除因天氣尺度系統(tǒng)影響的典型性降水個例31個，最后篩選出19個低層?xùn)|風(fēng)回流形勢下非典型降水樣本，如表1所示。

統(tǒng)計分析得出，近10年莆田市秋冬季低層?xùn)|風(fēng)回流形勢下的非典型降水概率為11.9%，且三個地面觀測站都產(chǎn)生降水的概率為80%。從表1可以看出，東風(fēng)回流形勢下日雨量大多為不超過5mm的弱降水，且降水產(chǎn)生的時段多為夜晨。

表1 東風(fēng)回流形勢下非典型降水個例

3 環(huán)流形勢特征

普查產(chǎn)生降水的歷史個例天氣圖，莆田市低層?xùn)|風(fēng)回流的環(huán)流形勢特征基本較為一致。根據(jù)500hPa歷史個例高度場合成圖(圖1a)可以看出，長江以北100°E～120°E地區(qū)主要受槽后冷平流影響，高空槽主體已東移出我國東北地區(qū)。從500hPa和700hPa風(fēng)場分析得出(圖略)，冷暖空氣交匯產(chǎn)生的低層切變和地面冷鋒位于福建省北部，莆田市主要受位于85°E～95°E的南支槽前西南急流影響，且莆田市處于西南急流出口區(qū)右側(cè)輻散區(qū)，因此產(chǎn)生降水時中高層有弱的輻散維持。從海平面氣壓場合成圖(圖1b)可以看出，地面冷高壓的高壓中心位于我國華北到黃淮地區(qū)，且有一明顯的高壓楔從高壓中心由東北向西南方向延伸，莆田市位于高壓楔前部。與此同時，莆田市東部沿海近地面有冷空氣南下滲透影響，在回流降水中，近地面東北風(fēng)帶來高壓底部、后部弱冷空氣充當(dāng)“冷墊”，使得中層暖濕氣流遇到冷的下墊面有利于水汽凝結(jié)。同樣的，夜間地面的輻射降溫，更使得上下層冷暖溫差加劇，暖濕氣流遇到冷的下墊面，進(jìn)一步促進(jìn)水汽凝結(jié)造成陰雨天氣。

(a)500hPa高度場合成圖(單位：m) (b)海平面氣壓場合成圖(單位：hPa)

4 物理量診斷分析

4.1 動力條件分析

分別沿119°E和25°N做每個回流天氣過程相對渦度、散度的垂直剖面圖，通過對比分析，本文選取了其中一個明顯代表其特征的降水過程進(jìn)行分析，見圖2。

4.1.1 相對渦度場

由圖2(a)可見,降水區(qū)(25°N～26°N)850 hPa以下是強(qiáng)的負(fù)渦度區(qū),且負(fù)渦度區(qū)的厚度由南向北逐漸增大；700 hPa以上是一大片負(fù)渦度區(qū),700～850 hPa之間是正渦度區(qū),且正渦度由南到北向高空傾斜。由圖2(b)可見，降水區(qū)(119°E～120°E)700hPa以下是正渦度區(qū)，700hPa以上均為正渦度區(qū)。這說明降水區(qū)低層有反氣旋存在,且此反氣旋自北向南呈斜楔狀。這與一般降水過程中“中低層是正渦度區(qū),高層是負(fù)渦度區(qū)”的配置是不同的。

4.1.2 散度場

由圖2(c)可見,降水區(qū)(25°N～26°N)近地面層散度為正,但值較小,其上至700hPa為較強(qiáng)的負(fù)散度區(qū),負(fù)散度區(qū)呈西南到東北向高空傾斜，700hPa以上散度為正。由圖2(d)可見，降水區(qū)(119°E～120°E)低層散度為正值，其東部從地面到600hPa為散度負(fù)值。這說明降水區(qū)近地層有弱的輻散區(qū),中低層輻合、高層輻散,且高層的輻散較強(qiáng)(正散度值較大)。與一般降水過程不同的是,在回流天氣中近地面層有弱輻散區(qū)存在。

(a)相對渦度(沿119°E) (b)相對渦度(沿25°N)

(c)散度(沿119°E) (d)散度(沿25°N)

4.2 水汽特征分析

在日常預(yù)報中,莆田地區(qū)秋冬季經(jīng)常會遇到低層?xùn)|風(fēng)回流天氣。有關(guān)此類天氣的水汽源地,我們普遍認(rèn)為秋冬季東風(fēng)回流天氣的水汽來自從高壓底部、后部從海上回流的低層偏東氣流。本文試圖應(yīng)用一天4次的NCEP再分析資料，通過分析近地層和中高層水汽輸送及水汽通量散度和降水時段比濕垂直剖面圖，探討東風(fēng)回流天氣形勢下水汽特征。

4.2.1 水汽通量散度

從圖3分析可知，500hPa水汽輸送以西南氣流為主，降水時閩粵兩省交界處有明顯的水汽通量輻散，水汽由西南向東北方向輸送，莆田市位于水汽通量輻合區(qū)，但持續(xù)時間較短，下個時次即轉(zhuǎn)為水汽輻散區(qū)(圖略)，這與此次過程產(chǎn)生降水的起止時間相對應(yīng)；700hPa水汽輸送同樣以西南氣流為主，降水前后兩個時次均在閩西南地區(qū)有強(qiáng)的水汽通量輻合，莆田處于弱的水汽通量輻合區(qū)，持續(xù)時間較長；低層850hPa水汽輸送以偏東氣流為主，水汽來源于東部洋面。降水期間在偏東氣流的影響下福建省東北部沿海呈明顯的水汽通量輻散，莆田地區(qū)也處于弱的水汽通量輻散區(qū)，這與普遍認(rèn)為的“秋冬季偏東風(fēng)回流天氣形勢下產(chǎn)生降水的水汽來自海上回流的偏東氣流”不一致。

通過近地層和中高層水汽輸送及水汽通量散度分析可以得出，莆田地區(qū)秋冬季低層偏東風(fēng)回流天氣形勢下產(chǎn)生降水的水汽來源于中高層的西南氣流，500hPa水汽通量散度的輻合起止時間與降水的起止時間相對應(yīng)，可作為判斷降水時段的參考依據(jù)。

4.2.2 水汽的垂直分布

從圖3可見，降水區(qū)(25°N～26°N)中高層是西南風(fēng)，對應(yīng)比濕的大值區(qū),低層850hPa是偏東風(fēng),對應(yīng)比濕的小值區(qū),且存在從東向西的干舌(圖中箭頭)。這也說明水汽主要伴隨中高層的西南氣流,而低層的偏東風(fēng),雖經(jīng)過海面,也是比較干燥的,這與張守保等人分析的華北回流天氣結(jié)論是一致的[6]。

圖3 2011年12月6日天氣過程降水時段500hPa、700hPa、850hPa水汽通量散度和風(fēng)場圖、比濕垂直剖面圖

5 結(jié)論

本文普查了近10年莆田地區(qū)秋冬低層?xùn)|風(fēng)回流天氣歷史個例，通過實況降水?dāng)?shù)據(jù)得出此類天氣形勢下的降水概率，通過高度合成場和海平面氣壓合成場分析得出此類天氣環(huán)流形勢特征，并利用NCEP再分析資料對回流天氣過程的動力條件、水汽條件來源進(jìn)行了診斷分析，得出以下結(jié)論。

①莆田秋冬低層?xùn)|風(fēng)回流下的非典型降水概率為11.9%，且三個站都有降水的概率為80%。東風(fēng)回流形勢下日雨量大多為不超過5mm的弱降水，且降水產(chǎn)生的時段多為夜晨。

②莆田秋冬低層?xùn)|風(fēng)回流天氣形勢降水主要發(fā)生在高緯冷空氣主體南下影響莆田市之前，700hPa以上主要受西南急流控制，且產(chǎn)生降水時中高層有弱的輻散維持；地面受從高壓中心由東北向西南延伸的高壓楔前部影響和東部沿海地面冷空氣充當(dāng)“冷墊”，中層暖濕氣流遇到冷的下墊面有利于弱降水的產(chǎn)生。

③通過分析物理量的動力條件，降水區(qū)低層有反氣旋存在,且此反氣旋自北向南呈斜楔狀。這與一般降水過程中“中低層是正渦度區(qū),高層是負(fù)渦度區(qū)”的配置是不同的；降水區(qū)近地層有弱的輻散區(qū),中低層輻合、高層輻散,且高層的輻散較強(qiáng)。與一般降水過程不同的是,在回流天氣中近地面層有弱輻散區(qū)存在。

④莆田地區(qū)秋冬季低層?xùn)|風(fēng)回流天氣形勢下產(chǎn)生降水的水汽來源于中高層西南氣流，而低層的偏東風(fēng),雖經(jīng)過海面,也是比較干燥的。500hPa水汽通量散度的輻合起止時間與降水的起止時間相對應(yīng)，可作為判斷降水時段的參考依據(jù)。