2019年6月22日閩北一次暴雨過程分析

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 引言及實況

前汛期暴雨具有強(qiáng)度大、持續(xù)時間長、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)時間長，連續(xù)性暴雨常對農(nóng)業(yè)、水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)、交通及人民的生命財產(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]指出我國暴雨發(fā)生受三個大尺度因子的影響，分別為來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時持續(xù)至6月24日20時，累計21日20時至25日20時雨量，福建全省共有24個自動站超過250mm，其中以南平市政和縣嶺腰村312.3mm為最大，最大小時雨強(qiáng)76.8mm，出現(xiàn)在南平市松溪縣渭田鎮(zhèn)董坑村，并有33個站出現(xiàn)8級(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)、龍巖市長汀縣河田鎮(zhèn)劉源村24.6m/s(10級)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，將此次過程分成三個階段，分別為21日至22日(北京時20時，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—24日20時地面、高空等常規(guī)觀測資料和雷達(dá)、自動站等非常規(guī)觀測資料，對第一個暴雨過程進(jìn)行討論分析(過程雨量及小時雨量分布見圖1)。

圖1 2019年6月21日20時至22日20時(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時至24日20時，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，使中高緯低槽和阻高加強(qiáng)且移動緩慢，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力和能量條件。從700hPa上看，西南渦于21日20時生成，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時切變線南壓至福建省北部，20時西南風(fēng)加強(qiáng)成急流強(qiáng)度，推動切變線北抬。23日至24日切變線維持，略微擺動，福建均處于西南急流控制中，滿足水汽輸送和動力觸發(fā)條件。切變線的長時間維持、南北擺動也是暴雨持續(xù)時間長的原因之一。

(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850hPa切變線位于長江中下游一帶，呈東西走向，20時快速南壓至福建省北部，轉(zhuǎn)為東北西南走向，21日20時至22日08時切變維持少動，23日20時進(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，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,冷鋒南下至長江中下游一帶，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，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)場可以看出，21日20時邵武上空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)向順時針旋轉(zhuǎn)，有暖平流；22日20時大風(fēng)下傳至700 hPa，700 hPa以下風(fēng)向隨高度順時針旋轉(zhuǎn)仍為暖平流，中低層700～500hPa風(fēng)向隨高度逆時針旋轉(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，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，整個過程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，此次暴雨過程(21日20時～22日20時)K指數(shù)基本都在40℃左右，降水大的時段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-24日08時K指數(shù)、SI指數(shù)、Cape指數(shù)

3.2 動力條件分析

從垂直上升速度時間序列圖可以看出，21日20時至23日20時,南平建陽垂直上升速度大，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時后，整層垂直上升速度開始減小且大值中心下移，24日20時，整層轉(zhuǎn)為下沉運(yùn)動。垂直運(yùn)動可為暴雨提供有利的動力條件，并將低層水汽輸送至中層，此次垂直運(yùn)動的時間變化與實況系統(tǒng)及雨帶的生消關(guān)系密切，關(guān)注垂直運(yùn)動動向?qū)τ诒┯觐A(yù)報有一定作用。

圖4 建陽垂直上升速度時間剖面圖

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個緯度渦度差值達(dá)1.2×10-5S-1；從渦度時間剖面圖可以看出，21日20時至23日20時，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流天氣的發(fā)生和維持；23日20時至24日20時，隨著系統(tǒng)南壓，龍巖長汀出現(xiàn)低層輻合高層輻散的配置，與實況雨帶的移動相符合。

圖5 2019年6月21日08時(a)、23日08時水平渦度分布圖(b)、建陽渦度時間剖面圖(c)、長汀渦度時間剖面圖(d)

3.3 水汽條件

分析此次暴雨過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，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，中南部比濕高達(dá)16 g/kg；23日20時至24日20時，低層出現(xiàn)濕舌向地面延伸。暴雨來臨前，充足的水汽供應(yīng)也是暴雨預(yù)報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

本次過程強(qiáng)降水時段主要出現(xiàn)在夜間，強(qiáng)回波共分成兩個過程。22日02時，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，22日2時49分，回波合并形成弓形回波，回波移動速度快，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，維持時間大于30分鐘。同時從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)場圖(圖6c)可以看出，22日1時50分，地面出現(xiàn)一條輻合線，與之后回波的發(fā)展及移動趨勢一致，說明地面輻合線也是觸發(fā)對流發(fā)生的系統(tǒng)之一，對強(qiáng)對流的發(fā)生發(fā)展有指示意義。

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

22日4時，弓形回波東移減弱后，其后部重新生成多個塊狀回波，回波于4時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方向一致，產(chǎn)生列車效應(yīng)，回波強(qiáng)度大于50 dBz，維持時間大于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)影響至建陽雷達(dá)站上，偏北風(fēng)與偏南風(fēng)輻合的位置與回波對應(yīng)。同時地面輻合線(圖6f)也較早地指示回波的形成與發(fā)展，對暴雨預(yù)報有一定的時間提前量[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)廓線逐半小時平均風(fēng)隨時間變化圖，從圖7可以看出，21日23時30分，建甌上空5km附近風(fēng)速開始增大，01時加強(qiáng)至急流強(qiáng)度，隨后高層動量下傳，低層風(fēng)速隨之增大。05時，動量下傳明顯，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)對流發(fā)生。圖7(b)為22日03時-23日03時嵐下鄉(xiāng)小時雨量圖，當(dāng)05時建甌上空動量下傳，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)站可見該站08時、09時、10時的小時雨強(qiáng)均超過40mm，09時、10時兩個小時的降水量更是超60mm。累計05～12時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，可見動力對降水的作用。

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2019年6月22日暴雨過程進(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，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對探空圖、動力條件、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，對暴雨預(yù)報有一定提前量；中高層大風(fēng)速動量下傳同樣為強(qiáng)降水的觸發(fā)提供動力條件。