一次鞍型場背景下南通局地特大暴雨過程分析

梅一清 張樹民 王坤 繆燕 袁晶

摘 要：利用常規(guī)氣象觀測、地面自動站和再分析等資料，分析了江蘇南通2020年8月28日夜間到29日早晨特大暴雨降水過程。結(jié)果表明：200百帕南通上空附近的輻散為暴雨的出現(xiàn)提供抽吸條件，500百帕鞍型場為此次大暴雨的發(fā)生提供了穩(wěn)定的形勢背景場，底層東部沿海切變線維持，南通位于低壓倒槽頂部，為降水的發(fā)生提供了天氣尺度的抬升條件，海洋的水汽輸入供應了充足的水汽。強降水發(fā)生前，70mm以上大氣可降水量中心與強降水落區(qū)較一致，且超前于降水峰值約8個小時。強降水階段，地面中尺度低壓北抬發(fā)展，降水落區(qū)對應低壓第一象限;風廓線雷達底層暖濕東南風增強，對臨近短時強降水預報有較大參考價值。

關(guān)鍵詞：鞍型場;特大暴雨;中尺度環(huán)境

中圖分類號 P458 文獻標識碼 A文章編號 1007-7731（2021）16-0179-06

Analysis on the Process of a Local Heavy Rainstorm in Nantong under the Background of a Saddle Field

MEI Yiqing et al.

（Nantong Meteorological Bureau， Nantong 226018， China）

Abstract： Based on the conventional meteorological observation data， automatic ground station data and reanalysis data， the local heavy rainstorm precipitation process from the night of August 28 to the morning of August 29， 2020 in Nantong， Jiangsu Province is analyzed. Results show that the 200hPa divergence near Nantong above provide suction conditions for the emergence of the heavy rain， 500hPa saddle for the occurrence of the torrential rain provides a stable background field situation， the eastern coastal shear line， Nantong is located in the lower over top of the tank， the uplifting of the for the occurrence of precipitation weather scale conditions， ocean water vapor supply enough water vapor. Before the occurrence of heavy precipitation， the atmospheric precipitable water center above 70mm was consistent with the heavy precipitation area， and was about 8 hours ahead of the precipitation peak. During the heavy precipitation stage， the surface mesoscale low pressure develops northward， and the precipitation area corresponds to the first quadrant of the low pressure. The warm wet southeast wind at the bottom of the wind profile radar is strengthened， which is of great reference significance to the prediction of short-term heavy precipitation in the near future.

Key words： Saddle field; Heavy rainstorm; Mesoscale environment

2020年8月28—29日江蘇省南通市中南部出現(xiàn)強降水過程，48小時累積雨量：暴雨到大暴雨，局地特大暴雨（圖1）;通州站過程總降水量為300.8mm（特大暴雨），8月29日凌晨（4：00—9：00）連續(xù)6個時次高效率降水（大于20mm/h）使得通州城區(qū)發(fā)生了嚴重的內(nèi)澇，損失嚴重。暴雨的研究和預報是我國氣象工作者的主攻對象之一[1]。暴雨主要由中尺度系統(tǒng)造成，但中小尺度系統(tǒng)是在天氣尺度系統(tǒng)作用下生成和發(fā)展的。韓玨清等人[2]對比分析了江蘇盛夏2次局地特大暴雨過程，發(fā)現(xiàn)副熱帶高壓、東北低渦（西北帶冷渦）、大陸高壓、熱帶系統(tǒng)構(gòu)成典型的鞍型場，為暴雨的發(fā)生建立有利的天氣形勢[3-4]，其中熱帶系統(tǒng)對于鞍型場的構(gòu)成和發(fā)生具有重要作用[5-6]。

此次暴雨過程局地性和突發(fā)性強、降水強度大，各家數(shù)值預報均沒有預報成功，因此有必要對其天氣背景、物理量場和中尺度系統(tǒng)特征作深入研究。本研究使用的資料主要有：常規(guī)地面和高空氣象觀測資料、地面區(qū)域自動站資料，間隔6min的南通雙偏振天氣雷達及風廓線雷達資料，逐時GPS-PWV資料，NCEP/FNL逐6小時再分析資料（分辨率1°×1°）以及ERA5逐小時再分析資料（分辨率0.25°×0.25°）。

1 強降水階段特征

1.1 降水實況 此次過程開始于28日白天，12小時中南部累積降水量為大到暴雨;最強降水時段出現(xiàn)在28日20時至29日08時之間，強降水落區(qū)呈現(xiàn)出塊狀分布，集中位于市區(qū)、通州和海門3地，落區(qū)北部的降水量梯度明顯。29日白天降水系統(tǒng)北移，大雨和暴雨的落區(qū)主要在如東和如皋等地，29日夜間降水已經(jīng)停止（圖2）。

1.2 雷達拼圖和衛(wèi)星云圖特征 圖3為江蘇一體化平臺0.5°雷達反射率因子拼圖，29日0時開始，蘇州、上海一帶有分散性回波向北移動;02時以后北推的降水回波在南通市沿江地區(qū)地區(qū)加強，出現(xiàn)45dBZ以上的反射率因子;04時之后，45dBZ以上強回波穩(wěn)定維持，與強降水落區(qū)一致;此外06時后帶狀回波自南向北移動，45dBZ以上的強回波發(fā)展不斷經(jīng)過降水中心，使得海門、南通，通州局地累計降水猛增。

日本葵花衛(wèi)星紅外云圖發(fā)現(xiàn)（圖4），2：30—4：30本地有對流云團局地發(fā)展，-60℃以下云頂溫度范圍和強降水區(qū)域相對應，最強盛階段對流中心云頂溫度接近-80℃，對流云團南側(cè)的亮溫梯度維持，強烈的上升運動增強了局地降水效率。5：30之后南通市上空對流云團逐漸減弱，同時上游蘇州上海等地對流發(fā)展并向北擴展，使得強降水的區(qū)域的雨量得到了累加。

2 天氣背景和探空條件

28日20時200hPa上在我國中部有一個深槽（直至華南），南北徑向度較大，南通市處于槽前西南氣流中，500hPa的槽發(fā)展為華北至黃淮的低槽和華南的低值系統(tǒng)，它們和海上的副高以及大陸上的高壓形成鞍型場，為暴雨的發(fā)生提供了穩(wěn)定的形勢背景場。28日夜間至29日清晨，南通市處于處于副高邊緣的偏南氣流中，引導氣流不強，降水系統(tǒng)移動緩慢，有利于局地降水累積增大，此外夜間588線有所西進，使得南通市對流條件改善，有利于強天氣的發(fā)生。700hPa，江蘇南部、浙江和福建一帶有南北走向的切變線，850hPa和925hPa切變線維持，并有低值系統(tǒng)生成北上，南通市位于低壓倒槽頂部，有東南風和東北風在我市上空附近輻合（圖5）。

28日20時（圖6左）寶山站對流凝結(jié)高度CCL（997m）、抬升凝結(jié)高度TCL（997.6m），自由對流高度LFC（993m），均低于1000m，有利于對流觸發(fā)。濕層深厚，K指數(shù)達到36.6度，強對流類型傾向于短時強降水。Cape（535.9J/kg）適當，能夠保持較高降水效率，隨著588的西伸，29日08時（圖6右）東部沿海的cape增大至1736.1，對流條件轉(zhuǎn)好有利于降水過程的維持。

3 物理量場診斷

3.1 高空抽吸條件 高空急流對暴雨的貢獻主要是輻散作用，研究表明，高空急流的右后方輻散和低空急流的左前方的輻合有利于對流的發(fā)生和發(fā)展，200hPa槽前的氣流并未達到高空急流標準（30m/s），但南通市確實處于大風區(qū)右后方。利用ERA逐小時再分析資料，發(fā)現(xiàn)在強降水發(fā)生前，200hPa南通市上空附近有輻散中心（圖7），其抽吸作用有利于底層輻合上升運動加強，對暴雨的落區(qū)有較好的指示意義。

3.2 水汽條件 水汽通量是描述水汽輸送強度和方向的物理量，表示在單位時間內(nèi)流經(jīng)與風的垂直時間相垂直的單位面積上的水汽量。700hPa上（圖8），28日17時東部沿海有較大范圍的水汽通量自南向北輸送，20時之后，水汽通量分為2支，一支轉(zhuǎn)向東北遠離大陸，另一支在近岸一側(cè)的浙江寧波轉(zhuǎn)向西北，向岸向北推進，在29日08時之前，南通市始終處于水汽通量大值區(qū)的頂點北側(cè)附近，對應了最強降水時段，說明來自海洋的水汽輸入為暴雨的發(fā)生提供了良好的水汽條件。

4 中尺度特征

暴雨通常是在有利的環(huán)流背景下，由中尺度對流系統(tǒng)造成的。利用地面自動站資料、GPS-PWV、風廓線雷達等資料分析8月29日強降水發(fā)生前后中尺度系統(tǒng)及環(huán)境氣象要素的演變特征。

4.1 地面中尺度系統(tǒng) 圖9是地面自動站風場和降水的逐小時演變，29日02時地面上風場上在蘇州境內(nèi)有低壓系統(tǒng)生成，在低壓中心附近有1個短時強降水點出現(xiàn);03時開始隨著低壓中心北抬至長江南岸，東北象限附近南通的開發(fā)區(qū)、海門多站點短強出現(xiàn);04時低壓后部偏北氣流增強，低壓得到發(fā)展，低壓第一（東北）象限中，在市區(qū)、通州、海門沿江一帶東北風和偏東風的輻合增強，降水效率增強;05時和06時，低壓的穩(wěn)定維持使得強降水區(qū)少動，07時，降水的強度和范圍有所下降?？梢猿醪脚袛?，地面低壓生成對強降水一定有指示意義，低壓東北象限對應降水落區(qū)，低壓的發(fā)展和穩(wěn)定維持是強降水出現(xiàn)的原因之一。華東10分鐘風速流線和散度圖（略）也可以清楚得反映出輻合線從蘇州北抬至南通市沿江一帶，使得對流得以觸發(fā)，此外地面輻合線持續(xù)超過了3個多h，有助于對流系統(tǒng)組織發(fā)展和維持。

4.2 GPS-PWV演變 在強降水發(fā)生前，南通市沿江地區(qū)至崇明島西部有超過70mm的大氣可降水量中心，與強降水位置十分相近。以南通市沿江定點（120.890°E，31.953°N）PWV和通州站逐小時降水做對比（圖10），發(fā)現(xiàn)PWV的峰值超前于小時雨強峰值約8h，隨著降水北推增強開始，PWV逐漸下降但仍然維持在70～65mm之間，說明豐富而持續(xù)的水汽供應為強降水發(fā)生提供了良好條件。

4.3 風廓線雷達特征 風廓線雷達能夠反應強降水發(fā)生前后中尺度環(huán)境風場，盡管在強降水條件下風廓線雷達水平風觀測結(jié)果的誤差相對晴空要大，但仍具有較高的可信度。圖11中29日00時開始上游太倉站2000m以下的偏南急流加強，29日02：00開始，南通底層由偏弱的風場環(huán)境轉(zhuǎn)為10m/s的東南風，動力條件轉(zhuǎn)好，此外在04：30—06：00時段，南通站1000m以下的風隨高度順時針旋轉(zhuǎn)（東到東南風轉(zhuǎn)為偏南風），暖平流輸送使得不穩(wěn)定增長，為對流的強烈發(fā)展提供了條件。

5 結(jié)論

（1）200hPa上空附近的輻散為暴雨的出現(xiàn)提供抽吸條件，500hPa鞍型場為此次大暴雨的發(fā)生提供了穩(wěn)定的形勢背景場。副高邊緣偏弱的引導氣流，使得降水系統(tǒng)移動緩慢，有利于局地降水累積增大。底層東部沿海切變線維持，并有低值系統(tǒng)生成北上，南通市位于低壓倒槽頂部，為降水的發(fā)生提供了天氣尺度的抬升條件。29日夜間700hPa水汽通量輸送為強降水的發(fā)生提供了充足的水汽供應。

（2）深厚的濕層、較大的K指數(shù)、適當?shù)腸ape值為強降水的發(fā)生提供了良好的不穩(wěn)定條件和水汽條件;在降水發(fā)生前，市區(qū)、通州、海門沿江一帶東北風和偏東風的輻合明顯，地面低值系統(tǒng)使得對流得以觸發(fā)，強降水落區(qū)對應地面中尺度低壓第一象限。

（3）綜合分析地面自動站、風廓線雷達以及GPS-PWV等高分辨率探測資料的演變特征，能夠較好的判斷對流風暴發(fā)展（減弱）的中尺度環(huán)境，是臨近預報短時強降水落區(qū)和強度的有效手段。

參考文獻

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（責編：王慧晴）