2019年6月22日閩北一次暴雨過(guò)程分析

何宇暉 黃鵬樑 陳艷真

(1.荔城區(qū)氣象局，福建 莆田 351100;2.莆田市氣象局，福建 莆田 351100)

1 引言及實(shí)況

前汛期暴雨具有強(qiáng)度大、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、影響范圍廣、地區(qū)差異大等主要特征。6月是連續(xù)性暴雨發(fā)生最多的月份[1]，由于雨強(qiáng)大、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，連續(xù)性暴雨常對(duì)農(nóng)業(yè)、水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)、交通及人民的生命財(cái)產(chǎn)安全造成嚴(yán)重影響，連續(xù)性暴雨的成因分析尤為重要。丁一匯等[2]指出我國(guó)暴雨發(fā)生受三個(gè)大尺度因子的影響，分別為來(lái)自印度洋和西太平洋的夏季風(fēng)，西太平洋和青藏高原副熱帶高壓，以及北半球尤其是東亞中高緯地區(qū)的異常大氣環(huán)流。程米芳[3]指出，暴雨是在一定天氣背景下配合中低層切變線、低渦、西南急流的共同影響產(chǎn)生的。此次連續(xù)性暴雨從6月21日20時(shí)持續(xù)至6月24日20時(shí)，累計(jì)21日20時(shí)至25日20時(shí)雨量，福建全省共有24個(gè)自動(dòng)站超過(guò)250mm，其中以南平市政和縣嶺腰村312.3mm為最大，最大小時(shí)雨強(qiáng)76.8mm，出現(xiàn)在南平市松溪縣渭田鎮(zhèn)董坑村，并有33個(gè)站出現(xiàn)8級(jí)(17.2m/s)及以上的雷雨大風(fēng)，以三明市泰寧縣新橋鄉(xiāng)、龍巖市連城縣宣和鄉(xiāng)、龍巖市長(zhǎng)汀縣河田鎮(zhèn)劉源村24.6m/s(10級(jí))為最大。21日至22日暴雨區(qū)主要集中在南平市，以南平市武夷山星村鎮(zhèn)紅星村216mm為最大，最大小時(shí)雨強(qiáng)76.8mm出現(xiàn)在南平市松溪渭田鎮(zhèn)董坑村；22日至23日福建省出現(xiàn)雙雨帶，分別位于閩北一帶和龍巖至泉州一帶，以龍巖市新羅區(qū)曹溪街道紅尖山180.8mm為最大，最大小時(shí)雨強(qiáng)74.3mm，出現(xiàn)在南平市順昌縣大歷鎮(zhèn)；23日至24日雨帶主要位于龍巖、泉州、莆田一帶，以龍巖市武平縣下壩鄉(xiāng)大成村150.4mm為最大，最大小時(shí)雨強(qiáng)63.7mm，出現(xiàn)在龍巖市漳平溪南鎮(zhèn)?，F(xiàn)根據(jù)影響系統(tǒng)及降水量分布，將此次過(guò)程分成三個(gè)階段，分別為21日至22日(北京時(shí)20時(shí)，下同)、22日至23日、23日至24日。本文主要應(yīng)用2019年6月21日20時(shí)—24日20時(shí)地面、高空等常規(guī)觀測(cè)資料和雷達(dá)、自動(dòng)站等非常規(guī)觀測(cè)資料，對(duì)第一個(gè)暴雨過(guò)程進(jìn)行討論分析(過(guò)程雨量及小時(shí)雨量分布見(jiàn)圖1)。

圖1 2019年6月21日20時(shí)至22日20時(shí)(a)、22日

2 環(huán)流背景和主要影響系統(tǒng)

從2019年6月21日高空綜合分析圖來(lái)看，500hPa中高緯環(huán)流為典型的華南前汛期“兩槽一脊”環(huán)流型，貝加爾湖至內(nèi)蒙古地區(qū)受高壓脊控制，兩槽分別位于烏拉爾山東部和東北地區(qū)，環(huán)流經(jīng)向度大，東側(cè)槽后脊前偏北氣流引導(dǎo)冷空氣擴(kuò)散南下至長(zhǎng)江中下游，偏北風(fēng)加強(qiáng)，達(dá)到急流標(biāo)準(zhǔn)。中低緯副高呈帶狀維持，兩廣及福建中南部均受副高控制，閩北地區(qū)位于副高北側(cè)邊緣，受副高北側(cè)偏西氣流影響，22日20時(shí)588線從江西省中部和福建省北部一帶南移至廣東省北部。23日20時(shí)至24日20時(shí)，中高緯高壓脊東移至東北地區(qū)，東側(cè)低槽東移入海。脊前偏北氣流南壓至福建省南部。中低緯副高仍呈帶狀，且進(jìn)一步南移至廣東省南部。21日至24日副高在海上的中心位置偏北穩(wěn)定少動(dòng)，使中高緯低槽和阻高加強(qiáng)且移動(dòng)緩慢，阻高前偏北氣流和副高北側(cè)偏西氣流的匯合與暴雨密切相關(guān)。吳乃庚等[4]研究指出，當(dāng)阻塞高壓的位置偏東，位于亞洲大陸中部時(shí)容易造成暴雨的發(fā)生。另外，副高南移釋放大量不穩(wěn)定能量，為暴雨的形成提供有力的動(dòng)力和能量條件。從700hPa上看，西南渦于21日20時(shí)生成，西南渦東側(cè)延伸出一條東北西南向的切變線，從四川東部延伸至長(zhǎng)江中下游一帶，福建省處于切變線南側(cè)弱的西南氣流中，存在風(fēng)速輻合。22日08時(shí)切變線南壓至福建省北部，20時(shí)西南風(fēng)加強(qiáng)成急流強(qiáng)度，推動(dòng)切變線北抬。23日至24日切變線維持，略微擺動(dòng)，福建均處于西南急流控制中，滿足水汽輸送和動(dòng)力觸發(fā)條件。切變線的長(zhǎng)時(shí)間維持、南北擺動(dòng)也是暴雨持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的原因之一。

(a) (b)

在有利的大尺度環(huán)流背景下，中尺度天氣系統(tǒng)也是直接形成福建暴雨的天氣系統(tǒng)[5]。21日08時(shí)850hPa切變線位于長(zhǎng)江中下游一帶，呈東西走向，20時(shí)快速南壓至福建省北部，轉(zhuǎn)為東北西南走向，21日20時(shí)至22日08時(shí)切變維持少動(dòng)，23日20時(shí)進(jìn)一步南壓至福建省中部，在此期間，福建省均受西南急流影響，并存在西南風(fēng)風(fēng)速輻合，22日08時(shí)，江西贛縣西南風(fēng)風(fēng)速為16m/s，其下游邵武站西南風(fēng)風(fēng)速僅為6m/s，存在強(qiáng)的風(fēng)速輻合。925hPa切變線位置與850hPa切變線位置較一致并在切變線右側(cè)存在超低空急流，超低空急流為暴雨區(qū)提供上升氣流、對(duì)流不穩(wěn)定能量以及充足的水汽[6]。22日暴雨落區(qū)正是位于切變線的南側(cè)，低空急流左側(cè)。

從地面圖上看，21日08時(shí),冷鋒南下至長(zhǎng)江中下游一帶，閩北受冷鋒前的暖氣團(tuán)控制，白天地面氣溫高達(dá)33℃左右。21日20時(shí)，冷空氣進(jìn)一步南下，與暖氣團(tuán)交匯于福建省閩北地區(qū)，地面靜止鋒呈東西走向，靜止鋒北側(cè)為東北偏東氣流，南側(cè)為西南氣流，閩北正處于靜止鋒東段東北偏東風(fēng)和西南風(fēng)的輻合下，且閩北處于地面倒槽前部，有大量不穩(wěn)定能量，是觸發(fā)暴雨的有利條件。

3 探空資料和物理量分析

3.1 探空資料分析

圖3為邵武探空站T-lnP圖，從垂直風(fēng)場(chǎng)可以看出，21日20時(shí)邵武上空500hPa以下風(fēng)速隨高度明顯增大，有強(qiáng)的垂直風(fēng)切變，風(fēng)向順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，有暖平流；22日20時(shí)大風(fēng)下傳至700 hPa，700 hPa以下風(fēng)向隨高度順時(shí)針旋轉(zhuǎn)仍為暖平流，中低層700～500hPa風(fēng)向隨高度逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，有冷平流，上冷下暖層結(jié)不穩(wěn)定，冷空氣入侵觸發(fā)新一輪暴雨。23日20時(shí)，500hPa以下垂直風(fēng)速減弱，底層轉(zhuǎn)為偏北風(fēng)，冷空氣南下，閩北暴雨趨于結(jié)束。從濕度條件看，整個(gè)過(guò)程400hPa以下露點(diǎn)曲線和層結(jié)曲線靠的很近，濕層深厚，為暴雨的產(chǎn)生和維持提供充足的水汽。

(a) (b) (c)

從表1可以看出，此次暴雨過(guò)程(21日20時(shí)～22日20時(shí))K指數(shù)基本都在40℃左右，降水大的時(shí)段Cape值在1000J/kg左右，SI指數(shù)為負(fù)值，最大為-2.88，表示有大量不穩(wěn)定能量存在。隨著系統(tǒng)南壓，暴雨過(guò)程逐漸結(jié)束，各物理量均趨于減弱。

表1 邵武探空站21日20時(shí)-24日08時(shí)K指數(shù)、SI指數(shù)、Cape指數(shù)

3.2 動(dòng)力條件分析

從垂直上升速度時(shí)間序列圖可以看出，21日20時(shí)至23日20時(shí),南平建陽(yáng)垂直上升速度大，且層次深厚，最大上升速度位于中層(500～400hPa)可達(dá)3.3m/s。23日20時(shí)后，整層垂直上升速度開始減小且大值中心下移，24日20時(shí)，整層轉(zhuǎn)為下沉運(yùn)動(dòng)。垂直運(yùn)動(dòng)可為暴雨提供有利的動(dòng)力條件，并將低層水汽輸送至中層，此次垂直運(yùn)動(dòng)的時(shí)間變化與實(shí)況系統(tǒng)及雨帶的生消關(guān)系密切，關(guān)注垂直運(yùn)動(dòng)動(dòng)向?qū)τ诒┯觐A(yù)報(bào)有一定作用。

圖4 建陽(yáng)垂直上升速度時(shí)間剖面圖

從850 hPa水平渦度分布圖分析可以明顯看出，21日08時(shí)閩北為正渦度區(qū)，而閩中及以南地區(qū)為負(fù)渦度區(qū)，在南平和三明交界一帶等渦度線密集，存在渦度鋒區(qū)，在冷空氣的作用下，渦度鋒區(qū)南壓，23日08時(shí)全省均為正渦度區(qū)，正渦度中心位于江西省南部，中心數(shù)值可達(dá)3.6×10-5S-1，南北3個(gè)緯度渦度差值達(dá)1.2×10-5S-1；從渦度時(shí)間剖面圖可以看出，21日20時(shí)至23日20時(shí)，閩北地區(qū)低層為正渦度，高層為負(fù)渦度，低層輻合高層輻散有利于對(duì)流天氣的發(fā)生和維持；23日20時(shí)至24日20時(shí)，隨著系統(tǒng)南壓，龍巖長(zhǎng)汀出現(xiàn)低層輻合高層輻散的配置，與實(shí)況雨帶的移動(dòng)相符合。

圖5 2019年6月21日08時(shí)(a)、23日08時(shí)水平渦度分布圖(b)、建陽(yáng)渦度時(shí)間剖面圖(c)、長(zhǎng)汀渦度時(shí)間剖面圖(d)

3.3 水汽條件

分析此次暴雨過(guò)程福建全省比濕分布圖及南平市浦城縣比濕垂直剖面圖(圖略)可見(jiàn)，濕層深厚，700hPa以下均大于10 g/kg，850hPa及以下層次比濕均大于12 g/kg；21日20時(shí)，中南部比濕高達(dá)16 g/kg；23日20時(shí)至24日20時(shí)，低層出現(xiàn)濕舌向地面延伸。暴雨來(lái)臨前，充足的水汽供應(yīng)也是暴雨預(yù)報(bào)不可缺少的條件之一。

4 非常規(guī)資料分析

4.1 雷達(dá)產(chǎn)品分析

本次過(guò)程強(qiáng)降水時(shí)段主要出現(xiàn)在夜間，強(qiáng)回波共分成兩個(gè)過(guò)程。22日02時(shí)，武夷山脈南側(cè)生成分散的塊狀回波，在500hPa偏西氣流的引導(dǎo)下向東移動(dòng)，22日2時(shí)49分，回波合并形成弓形回波，回波移動(dòng)速度快，帶狀回波前沿另有一塊狀回波發(fā)展明顯，回波強(qiáng)度大于45 dBz，維持時(shí)間大于30分鐘。同時(shí)從1.5°仰角速度圖上(圖6b)可以看出，低層(1.2km高度下)零速度線為“S”型，其上(1.2～3.5km高度)為反“S”型，低層暖平流，中層冷平流且有大風(fēng)速區(qū)，冷空氣下滲侵入，導(dǎo)致層結(jié)不穩(wěn)定，觸發(fā)強(qiáng)對(duì)流發(fā)生。另外，弓形回波前有一發(fā)展明顯的塊狀回波，正好對(duì)應(yīng)速度圖上西南風(fēng)、東南風(fēng)及西北風(fēng)的風(fēng)向輻合。從地面風(fēng)場(chǎng)圖(圖6c)可以看出，22日1時(shí)50分，地面出現(xiàn)一條輻合線，與之后回波的發(fā)展及移動(dòng)趨勢(shì)一致，說(shuō)明地面輻合線也是觸發(fā)對(duì)流發(fā)生的系統(tǒng)之一，對(duì)強(qiáng)對(duì)流的發(fā)生發(fā)展有指示意義。

圖6 2019年6月22日3時(shí)01分(a)、4時(shí)36分(d)組合反射率因子圖和3時(shí)01分(b)、4時(shí)18分(e)1.5°仰角基本速度圖以及1時(shí)50分(c)、03時(shí)(f)地面風(fēng)場(chǎng)圖

22日4時(shí)，弓形回波東移減弱后，其后部重新生成多個(gè)塊狀回波，回波于4時(shí)36分合并成線狀回波，回波呈東北西南走向，在500hPa偏西氣流的引導(dǎo)下東移并南壓，由于回波走向和移動(dòng)方向一致，產(chǎn)生列車效應(yīng)，回波強(qiáng)度大于50 dBz，維持時(shí)間大于17min，雨強(qiáng)可達(dá)23.7mm/10min。從1.5°仰角速度圖(圖6e)可以看出，冷空氣進(jìn)一步擴(kuò)散南下，已經(jīng)影響至建陽(yáng)雷達(dá)站上，偏北風(fēng)與偏南風(fēng)輻合的位置與回波對(duì)應(yīng)。同時(shí)地面輻合線(圖6f)也較早地指示回波的形成與發(fā)展，對(duì)暴雨預(yù)報(bào)有一定的時(shí)間提前量[7]。

4.2 風(fēng)廓線雷達(dá)產(chǎn)品分析

圖7(a)為2019年6月21日22∶00～22日13∶00建甌風(fēng)廓線雷達(dá)垂直風(fēng)廓線逐半小時(shí)平均風(fēng)隨時(shí)間變化圖，從圖7可以看出，21日23時(shí)30分，建甌上空5km附近風(fēng)速開始增大，01時(shí)加強(qiáng)至急流強(qiáng)度，隨后高層動(dòng)量下傳，低層風(fēng)速隨之增大。05時(shí)，動(dòng)量下傳明顯，低層風(fēng)速增強(qiáng)，風(fēng)速可達(dá)25m/s，且在2km附近存在明顯的垂直風(fēng)切變，05∶30，大風(fēng)速進(jìn)一步下傳至近地面，地面轉(zhuǎn)為偏北風(fēng)控制，引導(dǎo)冷空氣南下，觸發(fā)強(qiáng)對(duì)流發(fā)生。圖7(b)為22日03時(shí)-23日03時(shí)嵐下鄉(xiāng)小時(shí)雨量圖，當(dāng)05時(shí)建甌上空動(dòng)量下傳，05∶30，大風(fēng)速下傳至近地面，其下游地區(qū)出現(xiàn)強(qiáng)降水，選取下游嵐下鄉(xiāng)站可見(jiàn)該站08時(shí)、09時(shí)、10時(shí)的小時(shí)雨強(qiáng)均超過(guò)40mm，09時(shí)、10時(shí)兩個(gè)小時(shí)的降水量更是超60mm。累計(jì)05～12時(shí)南平市降水量空間分布，全市大部分地區(qū)暴雨，局部大暴雨，可見(jiàn)動(dòng)力對(duì)降水的作用。

5 結(jié)論

從大尺度環(huán)流條件、中尺度分析、物理量條件以及雷達(dá)產(chǎn)品等方面，對(duì)2019年6月22日暴雨過(guò)程進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論。

①中高緯度為兩槽一脊環(huán)流形式，海上副高中心強(qiáng)盛少動(dòng)，阻擋中高緯度低槽東移，使得亞洲中部阻塞高壓前偏北氣流持續(xù)引導(dǎo)冷空氣南下，與帶狀副高北側(cè)西南氣流匯合，配合低層切變線和急流共同觸發(fā)暴雨。

②對(duì)探空?qǐng)D、動(dòng)力條件、水汽條件等物理量條件分析表明，強(qiáng)的不穩(wěn)定層結(jié)、深厚的濕層、地面高溫高能、較大對(duì)流有效位能、高的K指數(shù)和負(fù)的SI指數(shù)、強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)和充足的水汽條件為此次連續(xù)性暴雨提供有利條件。

③對(duì)雷達(dá)回波和風(fēng)廓線雷達(dá)等資料分析表明，地面輻合線是觸發(fā)雷達(dá)回波生成的中小尺度系統(tǒng)之一，對(duì)暴雨預(yù)報(bào)有一定提前量；中高層大風(fēng)速動(dòng)量下傳同樣為強(qiáng)降水的觸發(fā)提供動(dòng)力條件。