福建西部山區(qū)一次中尺度對(duì)流系統(tǒng)觸發(fā)機(jī)制分析

馮晉勤,盧蕓蕓，賴巧珍,蔡 菁

(1.福建省龍巖市氣象局，福建 龍巖 364000；2.福建省災(zāi)害天氣重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建 福州 350001；3.福建省新羅區(qū)氣象局，福建 新羅 364000)

引 言

近年來(lái)，極端降水在各地多次出現(xiàn)，對(duì)城市安全和人民生命財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成巨大威脅，也給降水預(yù)報(bào)帶來(lái)極大挑戰(zhàn)。極端降水是在有利的環(huán)境條件下，不同天氣尺度系統(tǒng)相互作用的結(jié)果，它的發(fā)生、發(fā)展與中尺度對(duì)流系統(tǒng)(mesoscale covective system, MCS)關(guān)系密切。隨著觀測(cè)手段改進(jìn)和獲取的資料更加精細(xì)，對(duì)MCS類型和結(jié)構(gòu)的研究已有較多成果，研究表明長(zhǎng)江中下游地區(qū)MCS分為線狀和非線狀兩類，線狀MCS又分為尾隨層狀降水MCS、準(zhǔn)靜止后向建立MCS等8種典型類型[1]。對(duì)梅雨鋒上短時(shí)強(qiáng)降水系統(tǒng)的發(fā)展模態(tài)統(tǒng)計(jì)表明，梅雨鋒強(qiáng)降水系統(tǒng)的回波演變模態(tài)分為緯向型、經(jīng)向型、轉(zhuǎn)向型和合并型4類，緯向型、經(jīng)向型和70%的轉(zhuǎn)向型發(fā)展模態(tài)中MCS呈線狀；由于轉(zhuǎn)向型和緯向型MCS 的后向傳播比重大，對(duì)應(yīng)短時(shí)強(qiáng)降水持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)[2]。通過(guò)對(duì)強(qiáng)降水個(gè)例的研究發(fā)現(xiàn)，在有利的環(huán)境場(chǎng)條件下，對(duì)流單體在輻合線、地形抬升或是冷池出流作用下不斷被觸發(fā)形成MCS，MCS的后向傳播或多單體途經(jīng)同一區(qū)域產(chǎn)生的列車效應(yīng)常引發(fā)極端降水[3-6]。針對(duì)2012年北京“721”特大暴雨極端性研究發(fā)現(xiàn)，降水過(guò)程由暖區(qū)降水和鋒面降水組成，在充沛的水汽條件下，降水首先由地面輻合線和低空急流觸發(fā)，隨著鋒面東移，在冷空氣和適度的垂直風(fēng)切變作用下對(duì)流系統(tǒng)組織化發(fā)展，產(chǎn)生較強(qiáng)的鋒面降水[7]。對(duì)華南暖區(qū)特大暴雨的個(gè)例研究顯示，初生對(duì)流由冷高壓后部偏南風(fēng)和山坡下滑冷氣流形成的水平風(fēng)場(chǎng)輻合觸發(fā)，雷暴出流和邊界層暖濕氣流形成的輻合線加強(qiáng)了第二階段強(qiáng)降水[8-9]。對(duì)2015年5月19—20日華南地區(qū)不同性質(zhì)暴雨成因分析表明，大尺度模式對(duì)低渦切變和鋒面氣旋影響下的暴雨有較高的可參考性；受邊界層弱冷空氣和暖區(qū)邊界層風(fēng)速輻合及地形海岸線作用產(chǎn)生的暴雨，模式預(yù)報(bào)能力有限，對(duì)暴雨過(guò)程中不同性質(zhì)、不同尺度降水的細(xì)致分析對(duì)MCS的觸發(fā)、對(duì)流啟動(dòng)位置及暴雨落區(qū)等預(yù)報(bào)問(wèn)題起到重要作用[10]。

2015年5月19日福建西部山區(qū)出現(xiàn)了一次特大暴雨極端降水過(guò)程，過(guò)程雨量大，其中清流24 h雨量達(dá)367.9 mm，突破了有氣象記錄以來(lái)的日降水最大值，清流、寧化等地出現(xiàn)嚴(yán)重城市內(nèi)澇和山洪，過(guò)程直接經(jīng)濟(jì)總損失達(dá)9.55億元。這次極端降水過(guò)程由暖區(qū)降水疊加鋒面降水造成，其中18日夜間暖區(qū)降水預(yù)報(bào)難度大，數(shù)值模式和主觀預(yù)報(bào)對(duì)暖區(qū)降水的預(yù)報(bào)都出現(xiàn)了較大偏差。本文利用常規(guī)天氣資料及地面自動(dòng)站、風(fēng)廓線雷達(dá)、新一代天氣雷達(dá)資料和ERA-Interim逐6 h 0.125°×0.125°再分析資料，從個(gè)例觀測(cè)研究的角度對(duì)此次降水過(guò)程發(fā)生的環(huán)境條件、對(duì)流系統(tǒng)的觸發(fā)和MCS組織維持成因進(jìn)行分析，對(duì)鋒前暖區(qū)強(qiáng)降水和鋒面降水的成因進(jìn)行剖析，揭示此次極端降水機(jī)制，以期為此類暴雨天氣的預(yù)報(bào)提供參考。

1 降水實(shí)況

2015年5月19日福建西部出現(xiàn)一次特大暴雨極端降水過(guò)程，18日21：00(北京時(shí)，下同)至19日20：00寧化、清流和明溪共22個(gè)自動(dòng)站雨量大于250 mm[圖1(a)，審圖號(hào)為GS(2019)3266]，其中13站雨量大于300 mm，以清流最大(367.9 mm)，突破有氣象記錄以來(lái)日降水最大值，6 h(170.3 mm)、12 h(257 mm)和24 h(367.9 mm)雨量超百年一遇。從雨量超過(guò)330 mm的4站降水演變[圖1(b)]可以看出，強(qiáng)降雨呈現(xiàn)“雙峰”特征，主要分為2個(gè)集中時(shí)段，各占總降水量的一半[圖1(c)]。第一階段為18日21：00至19日06：00，14站次雨強(qiáng)大于20 mm·h-1，以19日03：00寧化治平的47.2 mm為最大，清流10 h雨量達(dá)167.4 mm；第二階段為19日08：00—15：00，降水強(qiáng)度較第一階段加強(qiáng)，18站次雨強(qiáng)大于20 mm·h-1，最強(qiáng)小時(shí)降水出現(xiàn)在清流，19日10：00雨量達(dá)57.4 mm，8 h雨量達(dá)192.7 mm。

圖1 2015年5月18日21：00至19日20：00福建省降水量(單位：mm)分布(a)及雨量大于330 mm的清流、治平、嵩口及淮土站小時(shí)降水量(b)與逐小時(shí)降水量累積頻率分布(c)

2 環(huán)流背景和對(duì)流環(huán)境條件

下文附圖涉及地圖基于國(guó)家測(cè)繪地理信息局標(biāo)準(zhǔn)地圖服務(wù)網(wǎng)站下載的審圖號(hào)為GS(2020)4619的地圖制作，底圖無(wú)修改。

從大尺度環(huán)流背景(圖2)可以看出，2015年5月18日20：00，850 hPa切變線快速移出江西和福建北部，西南急流軸位于廣東北部到江西南部，在廣西和湖南交界處有低渦發(fā)展，暴雨關(guān)鍵區(qū)位于西南氣流水平風(fēng)速輻合區(qū)中，能量大值區(qū)位于關(guān)鍵區(qū)的西側(cè)；19日02：00，850 hPa西南急流和能量大值區(qū)加強(qiáng)北抬，關(guān)鍵區(qū)水平風(fēng)速輻合加大；19日08：00，925 hPa關(guān)鍵區(qū)西側(cè)急流加強(qiáng)到14 m·s-1，暴雨區(qū)南側(cè)的能量明顯增強(qiáng)，低渦由湖南東移至江西中部；19日14：00—20：00(圖略)，低渦切變東移南壓，南風(fēng)明顯減弱。環(huán)流形勢(shì)分析表明，18日20：00至19日08：00，暴雨區(qū)位于低渦切變東側(cè)西南急流軸左側(cè)，伴隨風(fēng)速輻合，水汽充足，對(duì)應(yīng)降水為鋒前暖區(qū)降水；19日08：00—20：00，暴雨區(qū)受低渦切變東移南壓影響，冷暖空氣交匯產(chǎn)生鋒面切變降水。

分析暴雨區(qū)臨近的贛縣、河源探空站18日20：00至19日08：00的環(huán)境參數(shù)隨時(shí)間變化(表1)，暴雨發(fā)生前暴雨區(qū)西側(cè)和西南側(cè)的贛縣、河源兩站對(duì)流有效位能值明顯加大，18日20：00增大到2000 J·kg-1以上，抬升凝結(jié)高度在910 hPa以下，自由對(duì)流高度在870 hPa以下，對(duì)流抑制能量小，垂直風(fēng)切變中等強(qiáng)度，大氣可降水量(PW)大，同時(shí)暴雨區(qū)西南側(cè)地面露點(diǎn)溫度在23～25 ℃，說(shuō)明暴雨發(fā)生前，在西南急流作用下大的對(duì)流有效位能和水汽輸送到暴雨區(qū)，抬升凝結(jié)高度和自由對(duì)流高度低有利于氣層整體抬升，暖云厚度厚，深厚的濕層配合中等強(qiáng)度的垂直風(fēng)切變，雨滴不容易蒸發(fā)，有利于產(chǎn)生高效率的降水。

表1 2015年5月18—19日贛縣、河源探空站環(huán)境參數(shù)

3 MCS演變過(guò)程與成因分析

此次極端降水過(guò)程，具有降雨強(qiáng)度大、時(shí)間長(zhǎng)等特征，既有鋒前暖區(qū)降水又有鋒面降雨。極端降水產(chǎn)生與MCS的組織和維持關(guān)系密切，兩個(gè)階段對(duì)應(yīng)MCS的演變過(guò)程和觸發(fā)、持續(xù)機(jī)制是否存在差異？

3.1 暖區(qū)MCS組織結(jié)構(gòu)特征

5月18日午后隨著低層切變線南壓，切變線前側(cè)一條東北西南向帶狀MCS在江西北部到浙江南部形成，強(qiáng)回波帶位于地面鋒面的前沿，MCS的發(fā)展模態(tài)以經(jīng)向型為主。從圖3看出，18日16：59前后，位于江西東部的MCS北段進(jìn)入福建北部且移速加快；20：00回波帶逐漸斷裂成南北兩段，北段東移減弱，南段維持近東西向帶狀回波，MCS由東北西南向轉(zhuǎn)變?yōu)榻鼥|西向，發(fā)展模態(tài)轉(zhuǎn)為緯向型；21：00回波帶上有多條東北西南向的短雨帶自西向東移動(dòng)，強(qiáng)回波中心強(qiáng)度達(dá)45～55 dBZ；22：00短雨帶回波位置更加靠近，持續(xù)影響寧化、清流、明溪等地；23：59，由江西石城、瑞金移入的回波強(qiáng)度增強(qiáng)、范圍增大，強(qiáng)回波帶長(zhǎng)度約80 km。19日04：03第一條雨帶尾部逐漸移出寧化；07：02減弱東移出暴雨區(qū)。近東西向的MCS在江西興國(guó)、寧都、石城和福建寧化、清流、明溪一帶持續(xù)10 h(18日21：00至19日06：00)，導(dǎo)致第一階段強(qiáng)降水的出現(xiàn)。

圖3 2015年5月18—19日三明雷達(dá)組合反射率因子演變(單位：dBZ)(方框表示第二階段降水MCS發(fā)展位置)

此階段MCS由經(jīng)向型轉(zhuǎn)為緯向型發(fā)展，對(duì)流單體的生成由前向傳播轉(zhuǎn)為后向傳播，由于前向傳播的MCS產(chǎn)生強(qiáng)降水的時(shí)間短(18日午后至20：00)，強(qiáng)降水的強(qiáng)度、范圍較小。18日21：00至19日02：00為強(qiáng)降水集中時(shí)段，新對(duì)流單體在暴雨關(guān)鍵區(qū)西側(cè)江西中南部的于都、瑞金等地生成，以后向傳播為主，隨著高空西南偏西氣流向東北偏東方向移動(dòng)。圖4是18日21：12—23：12三明雷達(dá)組合反射率因子演變，沿強(qiáng)回波區(qū)做垂直剖面(圖略)可以看出，45 dBZ以上的強(qiáng)回波中心位于5 km以下，屬于低質(zhì)心回波結(jié)構(gòu)，多個(gè)成熟單體出現(xiàn)在強(qiáng)回波帶上。圖4顯示18日21：12—23：12在關(guān)鍵區(qū)西側(cè)或南側(cè)依次有新對(duì)流單體4、6、8生成發(fā)展并向東北偏東方向移動(dòng)形成短雨帶，原有的短雨帶3分裂成5、7短雨帶后又合并，23：12形成近東西向的雨帶，雨帶在平流加傳播的共同作用下向偏東方向移動(dòng)，短雨帶東移不斷重復(fù)影響同一地區(qū)。對(duì)流單體不斷后部建立和東北西南向多個(gè)短雨帶不斷影響同一地區(qū)形成的列車效應(yīng)是第一階段強(qiáng)降水期間MCS的主要發(fā)展方式，這種對(duì)流發(fā)展過(guò)程類似于對(duì)流單體后部建立型(back building)[11-12]和短雨帶的列車效應(yīng)[13-14]，MCS的組織方式與鄰接層狀單向發(fā)展(TL/AS)的線狀MCS組織結(jié)構(gòu)相似：對(duì)流單體在對(duì)流系統(tǒng)的南側(cè)，層狀云在對(duì)流系統(tǒng)北側(cè)，對(duì)流系統(tǒng)以東西向?yàn)橹鱗1，15]。

圖4 2015年5月18日21：12—23：12三明雷達(dá)組合反射率因子演變(單位：dBZ)(方框?yàn)榇蟊┯觋P(guān)鍵區(qū))

3.2 暖區(qū)MCS維持成因分析

分析強(qiáng)降水期間暴雨關(guān)鍵區(qū)地面氣溫、風(fēng)場(chǎng)及雷達(dá)回波演變(圖5)可以看出，18日21：00受降水蒸發(fā)冷卻作用影響，關(guān)鍵區(qū)北部(26.2°N以北)出現(xiàn)22～24 ℃的冷區(qū)，在未受降雨影響的南部對(duì)應(yīng)氣溫為26～27 ℃，存在2～4 ℃的溫差，形成一條近東西向的中尺度邊界和偏北風(fēng)與偏南風(fēng)的輻合線(圖5中黑色虛線)；同時(shí)，在邊界南側(cè)為偏南風(fēng)，北側(cè)對(duì)應(yīng)為偏北風(fēng)，在強(qiáng)降雨期間這條中尺度邊界及輻合線維持少動(dòng)。環(huán)流形勢(shì)也顯示在關(guān)鍵區(qū)的西側(cè)及南側(cè)對(duì)應(yīng)為風(fēng)速輻合和能量大值區(qū)，對(duì)流單體不斷在關(guān)鍵區(qū)西側(cè)和南側(cè)觸發(fā)，在西南或偏西氣流引導(dǎo)下并入MCS，逐漸形成東西向雨帶。

圖5 2015年5月18日21：00至19日02：00地面自動(dòng)站氣溫(灰色圓點(diǎn)，單位：℃)、水平風(fēng)(風(fēng)矢，單位：m·s-1)和三明雷達(dá)組合反射率因子(彩色陰影，單位：dBZ)分布(黑色虛線為地面輻合線，方框?yàn)榇蟊┯觋P(guān)鍵區(qū))

風(fēng)廓線雷達(dá)拼圖(圖6)顯示，18日20：00至19日08：00 850 hPa西南氣流加強(qiáng)，廣東北部到江西南部風(fēng)速輻合明顯。使用EVAPTC(VAP擴(kuò)展應(yīng)用方法)[16]反演風(fēng)場(chǎng)顯示，22：29江西石城附近的強(qiáng)回波區(qū)對(duì)應(yīng)存在西北和東南風(fēng)輻合(圖7)，持續(xù)影響江西石城和福建寧化、清流等地。三明雷達(dá)0.5°仰角速度圖(圖略)上零速度折角位置略偏北，在泰寧和建寧一線(約2 km高度)，18日23：00前后暴雨區(qū)西南側(cè)興國(guó)、于都和瑞金等地出現(xiàn)15～20 m·s-1的負(fù)速度大值區(qū)，并不斷向東北方向移動(dòng)，說(shuō)明西南氣流在加強(qiáng)，暴雨區(qū)上空存在明顯的風(fēng)速輻合，此時(shí)回波強(qiáng)度加強(qiáng)、范圍增大；龍巖雷達(dá)0.5°仰角速度圖(圖略)顯示，18日20：00至19日04：00，在寧化、清流等地強(qiáng)回波區(qū)有一零速度折角(約4 km高度)長(zhǎng)時(shí)間維持，零速度折角對(duì)應(yīng)中層的輻合，為暴雨產(chǎn)生提供良好的動(dòng)力抬升條件。19日04：00雨帶南側(cè)對(duì)應(yīng)的負(fù)速度大值區(qū)減弱，即暴雨區(qū)上空的風(fēng)速輻合減弱，回波帶東移，05：00第一階段強(qiáng)降雨減弱。

圖6 2015年5月19日03：00 850 hPa風(fēng)廓線雷達(dá)拼圖(單位：m·s-1)

圖7 2015年5月18日22：29 三明雷達(dá)0.5°仰角風(fēng)場(chǎng)(風(fēng)羽，單位：m·s-1)反演與反射率因子(陰影，單位：dBZ)

對(duì)第一階段MCS整個(gè)生命史的分析表明，18日午后伴隨切變東移南壓的東北西南向帶狀MCS在暴雨區(qū)北側(cè)形成冷區(qū)與未受降雨影響的南部建立了一條近東西向的中尺度邊界和偏北風(fēng)與偏南風(fēng)的輻合線，暴雨區(qū)南側(cè)西南氣流攜帶高能量和水汽充足的空氣被中尺度邊界附近的冷出流空氣抬升，不斷產(chǎn)生新的對(duì)流單體，它們?cè)诟呖瘴髂掀鳉饬饕龑?dǎo)下向東北偏東方向移動(dòng)，排列形成短雨帶，雨帶西南端邊界附近連續(xù)新生的對(duì)流使得雨帶維持；于是，若干條東北—西南向長(zhǎng)度不等的中-β尺度雨帶不斷在出流邊界北側(cè)建立，它們平行排列起來(lái)沿MCS 緩慢向東移動(dòng)，依次重復(fù)影響關(guān)鍵區(qū)從而造成極端降水。與地面輻合線和中尺度邊界相配合，ERA-Interim再分析資料顯示18日20：00在暴雨關(guān)鍵區(qū)上空低層(900 hPa以下)存在輻合區(qū)，自西向東伴隨風(fēng)速輻合(圖8)，為對(duì)流單體不斷從西部發(fā)展提供了良好的動(dòng)力抬升條件。同時(shí)，在寧化的西部及于都、寧都和興國(guó)交界處為向西南開(kāi)口的河谷地形，有利于氣流匯合，易形成西南風(fēng)輻合和中尺度輻合線[17-18]，加強(qiáng)暖濕氣流上升和對(duì)流云發(fā)展，雷達(dá)回波顯示對(duì)流在此區(qū)域加強(qiáng)發(fā)展。

圖8 2015年5月18日20：00沿26.4°N的假相當(dāng)位溫(彩色實(shí)線，單位：K)、散度場(chǎng)(陰影，單位：10-5 s-1)及風(fēng)場(chǎng)(風(fēng)羽，單位：m·s-1)的經(jīng)度-高度剖面(黑色圓點(diǎn)表示暴雨中心)

3.3 鋒面切變MCS組織結(jié)構(gòu)特征

從圖3看出，18日夜間低層西南急流加強(qiáng)和低層低渦切變東移，19日02：04前后在暴雨區(qū)西北側(cè)、低渦切變的東側(cè)江西吉安、泰和一帶對(duì)流系統(tǒng)開(kāi)始發(fā)展，回波在東移過(guò)程中緩慢南壓，強(qiáng)度逐漸加強(qiáng)；06：03前后南壓到寧化與石城交界處，新對(duì)流單體從雨帶的西側(cè)及南側(cè)發(fā)展合并移入雨帶；07：02前后回波強(qiáng)度和范圍不斷擴(kuò)大；09：00在暴雨關(guān)鍵區(qū)再次形成近東西向的強(qiáng)回波帶，強(qiáng)回波中心強(qiáng)度達(dá)45～55 dBZ，向東移動(dòng)持續(xù)影響寧化、清流、三明等地；10：00 1 h雨量最大達(dá)57.4 mm(清流站)。東西向雨帶維持時(shí)間長(zhǎng)達(dá)4 h，主要分布在寧化和清流中部，09：00—12：00 4 h最大雨量達(dá)133.3 mm(清流站)。10：01西面移入的回波帶略有南壓，整體仍以東移為主；11：00—13：00暴雨區(qū)西側(cè)回波持續(xù)東移南壓；14：05后雨帶南壓減弱；18：00雨帶移出暴雨區(qū)，降水過(guò)程結(jié)束。

與第一階段MCS長(zhǎng)時(shí)間維持東西向不同，第二階段MCS是由北向南緩慢發(fā)展東移南壓的過(guò)程，回波強(qiáng)度雖然相當(dāng)，但大于40 dBZ東西向強(qiáng)回波帶的長(zhǎng)度明顯大于第一階段(圖9)，最長(zhǎng)達(dá)100 km，沿強(qiáng)回波區(qū)做垂直剖面(圖略)，與暖區(qū)強(qiáng)降水結(jié)構(gòu)一致，45 dBZ以上的強(qiáng)回波中心位于5 km以下，同樣屬于低質(zhì)心回波結(jié)構(gòu)，由于在暴雨關(guān)鍵區(qū)上空輻合的強(qiáng)度和范圍相比暖區(qū)暴雨大，使得強(qiáng)回波帶發(fā)展的長(zhǎng)度更長(zhǎng)，成熟對(duì)流單體個(gè)數(shù)相比暖區(qū)暴雨也更多，MCS發(fā)展模態(tài)為緯向型，東西向帶狀MCS同樣是由于對(duì)流系統(tǒng)的平流加傳播的合成：對(duì)流單體不斷在對(duì)流系統(tǒng)的西側(cè)或南側(cè)生成，傳播方向?yàn)槠鞣较颍瑢?duì)流單體的生成為后向傳播，并沿風(fēng)暴承載層的平均風(fēng)(偏西風(fēng))移動(dòng)，單體移動(dòng)方向和傳播方向近乎相反，對(duì)流系統(tǒng)呈準(zhǔn)靜止?fàn)顟B(tài)，對(duì)流單體后向傳播向東移動(dòng)產(chǎn)生的列車效應(yīng)是第二階段強(qiáng)降水出現(xiàn)期間帶狀MCS的主要發(fā)展方式，MCS的組織類型仍以鄰接層狀單向發(fā)展(TL/AS)的MCS為主。

圖9 2015年5月19日09：00—14：00地面自動(dòng)站氣溫(灰色圓點(diǎn)， 單位：℃)、水平風(fēng)(風(fēng)矢，單位：m·s-1)和三明雷達(dá)組合反射率因子(彩色陰影，單位：dBZ)分布(方框?yàn)榇蟊┯觋P(guān)鍵區(qū))

3.4 鋒面切變MCS成因分析

19日02：00—14：00環(huán)流形勢(shì)顯示850 hPa和925 hPa西南急流明顯加強(qiáng)，低渦切變從湖南發(fā)展東移至暴雨區(qū)北側(cè)，在此期間，暴雨區(qū)位于低空低渦切變南側(cè)風(fēng)速輻合區(qū)，水汽和能量明顯增強(qiáng)，19日08：00暴雨關(guān)鍵區(qū)上空(550 hPa以下)存在輻合區(qū)(圖10)，強(qiáng)度和輻合伸展的高度都明顯大于暖區(qū)降水，同時(shí)關(guān)鍵區(qū)西側(cè)中層轉(zhuǎn)為西北氣流，東側(cè)仍為西南氣流，說(shuō)明有小槽東移影響暴雨區(qū)，為暴雨區(qū)提供了良好的水汽、能量和動(dòng)力抬升條件，14：00后西南氣流明顯減弱，20：00切變東移減弱移出暴雨區(qū)。第二階段MCS首先在低渦切變南側(cè)暴雨區(qū)西北側(cè)生成，東移南壓移入暴雨區(qū)加強(qiáng)發(fā)展，之后隨切變南壓減弱。

圖10 2015年5月19日08：00沿26.4°N的假相當(dāng)位溫(彩色實(shí)線，單位：K)、散度場(chǎng)(陰影，單位：10-5 s-1)及風(fēng)場(chǎng)(風(fēng)羽，單位：m·s-1)的經(jīng)度-高度剖面(黑色圓點(diǎn)表示暴雨中心)

18日23：00后隨著低層西南氣流加強(qiáng)，三明雷達(dá)0.5°仰角速度圖(圖略)上零速度折角逐漸北抬，說(shuō)明輻合線逐漸北抬。對(duì)流系統(tǒng)首先在850 hPa低渦切變南側(cè)及風(fēng)速輻合區(qū)發(fā)展，并在西北偏西氣流引導(dǎo)下向東偏南方向移動(dòng)，05：00在泰寧站北側(cè)的南豐、黎川2.3 km高度上再次形成零速度折角，隨后緩慢南壓，強(qiáng)回波區(qū)位于折角的西南側(cè)，強(qiáng)回波區(qū)的西南側(cè)對(duì)應(yīng)有大于15 m·s-1的負(fù)速度大值區(qū)，存在西南氣流輻合(圖略)。09：49在江西石城和福建寧化交界處約3 km高度出現(xiàn)輻合旋轉(zhuǎn)(圖11)，在東移過(guò)程輻合旋轉(zhuǎn)尺度變大并向4 km高度發(fā)展。相關(guān)研究表明在有利于強(qiáng)降水的環(huán)境條件下，有時(shí)導(dǎo)致降水的MCS中含有中氣旋或是比中氣旋尺度更大的幾十公里尺度的渦旋，渦旋位置與上升氣流重合或部分重合，導(dǎo)致明顯的垂直螺旋度，使系統(tǒng)比無(wú)渦旋時(shí)具有更長(zhǎng)的生命史，會(huì)明顯增加強(qiáng)降水的可能[19]。同時(shí)暴雨區(qū)上空5.5 km高度出現(xiàn)折角，折角不斷下傳，說(shuō)明從高層到低層有擾動(dòng)下傳，對(duì)暴雨區(qū)強(qiáng)降水起到加強(qiáng)作用，10：00清流出現(xiàn)57.4 mm的強(qiáng)降水。三明雷達(dá)風(fēng)廓線產(chǎn)品(圖12)同樣顯示泰寧站高空5.2 km西北氣流不斷下傳，低層仍為西南氣流，并且在暴雨區(qū)南側(cè)低層西南氣流大于12 m·s-1，說(shuō)明中高層先于低層轉(zhuǎn)偏北氣流，表現(xiàn)出前傾特征，垂直風(fēng)切變加大，冷空氣從中高層先擴(kuò)散南下，與低層暖濕空氣交匯使對(duì)流加強(qiáng)，冷暖氣流的交匯疊加風(fēng)速輻合使得第二階段強(qiáng)降水加強(qiáng)并維持。

圖11 2015年5月19日09：49 三明雷達(dá)0.5°仰角風(fēng)場(chǎng)(風(fēng)羽，單位：m·s-1)反演與反射率因子(陰影，單位：dBZ)

圖12 2015年5月19日05：00—12：00三明雷達(dá)風(fēng)廓線產(chǎn)品(單位：m·s-1)

4 結(jié) 論

(1)此次極端降水過(guò)程分為鋒前暖區(qū)降水和伴隨冷空氣和切變線南壓的鋒面降水兩個(gè)階段，暖區(qū)降水位于低渦切變東側(cè)西南急流軸的左側(cè)，暴雨區(qū)位于風(fēng)速輻合區(qū)，水汽充足，不穩(wěn)定能量大，在低空西南急流作用下，暴雨區(qū)南側(cè)大的對(duì)流有效位能和水汽輸送到暴雨區(qū)；鋒面降水則是由于低渦切變東移南壓，垂直風(fēng)切變加大，冷暖空氣在暴雨區(qū)上空交匯造成。在整個(gè)降水過(guò)程中，對(duì)流抑制小，抬升凝結(jié)高度和自由對(duì)流高度低，水汽能量條件好，暖云厚度厚，深厚的濕層配合中等強(qiáng)度的垂直風(fēng)切變，有利于高降水效率產(chǎn)生，為MCS的發(fā)生提供了良好的環(huán)境條件。

(2)鋒前暖區(qū)降水的成因是暴雨區(qū)北側(cè)降水形成的冷區(qū)與未受降雨影響的南部建立了一條近東西向的中尺度邊界和偏北風(fēng)與偏南風(fēng)輻合線，西南氣流輻合攜帶高能量和水汽充足的空氣被中尺度邊界附近的冷出流空氣抬升，不斷產(chǎn)生新的對(duì)流單體，向東北偏東方向移動(dòng)，排列形成短雨帶；若干條東北—西南向長(zhǎng)度不等的短雨帶不斷在出流邊界北側(cè)建立，它們平行排列起來(lái)隨MCS 緩慢向東移動(dòng)，依次重復(fù)影響關(guān)鍵區(qū)；暴雨關(guān)鍵區(qū)上空存在輻合線和風(fēng)速輻合，為降水提供了良好的動(dòng)力抬升條件；向西南開(kāi)口的河谷地形加強(qiáng)了暖濕氣流上升和對(duì)流云發(fā)展，從而造成第一階段的強(qiáng)降水。對(duì)流單體不斷后部建立和東北西南向多個(gè)短雨帶重復(fù)影響同一地區(qū)的列車效應(yīng)是暖區(qū)降水期間MCS主要發(fā)展方式。

(3)鋒面降水則是由于低空低渦切變東移南壓，在切變南側(cè)存在風(fēng)速輻合、水汽和能量大值區(qū)，對(duì)流單體在此區(qū)域發(fā)展東移南壓，強(qiáng)降水區(qū)小尺度的輻合旋轉(zhuǎn)進(jìn)一步增強(qiáng)了降水，中高層先于低層轉(zhuǎn)偏北氣流，表現(xiàn)出前傾特征，垂直風(fēng)切變加大，冷空氣從中高層先擴(kuò)散南下，與低層暖濕空氣交匯使對(duì)流加強(qiáng)，冷暖氣流的交匯疊加風(fēng)速輻合使得第二階段強(qiáng)降水加強(qiáng)并維持。對(duì)流系統(tǒng)呈準(zhǔn)靜止?fàn)顟B(tài)，對(duì)流單體后向傳播向東移動(dòng)產(chǎn)生的列車效應(yīng)是鋒面降水期間MCS主要的發(fā)展方式。