漳州市一次梅雨期強降水過程成因分析

黃銘綢 黃奕丹 許乾杰 何秀戀 洪曉湘　

漳州市一次梅雨期強降水過程成因分析

黃銘綢1黃奕丹2,3許乾杰4何秀戀4洪曉湘2,3

（1.福建省東山縣氣象局，福建 東山 363401；2.福建省漳州市氣象局，福建 漳州 363000； 3.海峽氣象開放實驗室，福建 廈門 361012；4.福建省詔安縣氣象局，福建 詔安 363500）

利用常規(guī)觀測資料對2020年5月19日發(fā)生在漳州市梅雨期一次強降水過程進行分析，得出此次過程是由近地層輻合線主導的局地性強降水，前期強盛的低空急流源源不斷地提供較豐富的濕靜力能量，輻合線的存在造成淺薄冷暖空氣交匯，觸發(fā)不穩(wěn)定能量釋放和強降水的發(fā)生。通過雷達分析得出此次過程屬于典型的低質(zhì)心熱帶海洋性降水回波，后向傳播機制是導致回波在漳浦縣維持較長時間的主要原因，雙偏振雷達資料表明該回波以大雨滴為主，用于雨強估測效果較好。CMA－上海模式對弱天氣尺度強迫的對流性強降水有一定的體現(xiàn)作用，在主觀預報難以判斷此類強降水時，加強潛勢分析和回波監(jiān)測是增加短時臨近預報提前量的有效應對手段。

梅雨期；強降水；輻合線；低空急流；雷達；短時臨近預報

引言

5月至6月是福建省漳州市的梅雨期，它是北方冷空氣與來自低緯的暖濕空氣交匯而形成的極鋒性降水，由于南北兩種氣團的水、熱性質(zhì)迥然有異，構(gòu)成氣候上的多雨時期，是福建省漳州市洪澇多發(fā)的季節(jié)，對人們的生命財產(chǎn)安全造成較大的威脅，因此對梅雨期的降水預報顯得尤為重要。

近幾年，國內(nèi)的許多學者在梅雨期的研究上做了大量的研究。趙玉春等[1]分析了2006年6月5日至8日引發(fā)福建北部大暴雨的梅雨鋒上的中尺度對流系統(tǒng)活動，發(fā)現(xiàn)梅雨鋒上強降水造成的非絕熱加熱在中尺度對流系統(tǒng)的形成和發(fā)展中起了重要作用。劉彩虹等[2]通過對浙江省一次梅雨期暴雨過程的高低空環(huán)流形勢和中尺度對流系統(tǒng)及其物理量特征進行分析，表明暴雨過程為典型的梅雨天氣系統(tǒng)背景下低空急流的加強和低層切變線的北抬或南壓造成的具有明顯的中尺度特征的一次降水過程。黃文娟等[3]分析了江淮流域中尺度渦旋引發(fā)的一次持續(xù)性梅雨期暴雨過程，結(jié)果發(fā)現(xiàn)暴雨過程降水強度與MCV的增強和減弱及西南急流的強度一致。劉建勇等[4]對比分析了五種不同類型的梅雨暴雨的誤差增長特征及其機制，得出冷空氣抬升、低層渦旋、邊界層冷池、重力波等在梅雨期暴雨系統(tǒng)的誤差增長發(fā)揮著重要作用。周金蓮等[5]系統(tǒng)性地分析了39例梅雨期極端暴雨過程邊界層中尺度天氣系統(tǒng)動力熱力特征的基礎(chǔ)上，歸納出三種不同天氣類型下極端暴雨邊界層中尺度天氣系統(tǒng)的發(fā)展模型。闕志萍等[6]分析了2020年7月7日至10日發(fā)生在江西省的連續(xù)性大暴雨天氣過程的環(huán)流形勢和大尺度水汽特征，發(fā)現(xiàn)此次過程是在梅雨鋒暴雨天氣形勢下，東北冷渦引導冷空氣南下與副高北側(cè)暖濕氣流在長江中下游交匯形成的。張雪蓉等[7]利用WRF中尺度數(shù)值模式對2010年7月12日至13日梅雨期影響江蘇的江淮切變線大暴雨過程進行數(shù)值試驗，研究切變線南側(cè)水汽強度、垂直厚度和輸送位置變化對降水發(fā)生、發(fā)展的影響，揭示濕位渦對江淮切變線降水的指示性。

本文通過對2020年5月19日發(fā)生在福建省漳州市的一次強降水過程進行分析，探討降水發(fā)生機理，為提高漳州市梅雨期強降水預報的準確率和服務效果提供一定的參考。

1 實況概述

統(tǒng)計2020年5月19日8時至20日8時累計雨量，福建省漳州市普降中到大雨，東南沿海暴雨到大暴雨，共有11個自動站超過50 mm，2個自動站超過100毫米，以漳浦縣石榴鎮(zhèn)豐收園114.7毫米為最大，降水主要發(fā)生在19日午后至傍晚，最大小時雨強30～60 mm/h，4個自動站小時雨強超過50 mm/h，以漳浦舊鎮(zhèn)鎮(zhèn)60.7 mm/h為最大。此次過程特點有降水歷時時間短，主要集中在19日午后至傍晚，局地性強，暴雨主要出現(xiàn)在漳浦縣和云霄縣，降水強度強，伴有強雷電與6～8級雷雨大風。

2 成因分析

此次強降水過程出現(xiàn)在5月19日，分析過程發(fā)生前5月17日至18日700 hPa與85 hPa風場，發(fā)現(xiàn)低層西南氣流強盛，達到低空急流的標準，西南暖濕氣流源源不斷地輸送水汽與不穩(wěn)定能量，為此次過程提供了較為豐富的濕靜力能量。

同時，從5月19日高空形勢場看，8時500 hPa為弱西南氣流，副高退至海上，福建省漳州市南部沿海一帶存在850 hPa切變線和925 hPa輻合線，切變線是我國主要的降水天氣系統(tǒng)之一，同時，底層東北風與西南風輻合明顯，至20時500 hPa高空槽東移入海，雖然850 hPa切變線依然維持在漳州市上空，但是925 hPa已轉(zhuǎn)為一致的偏東風，此時降水已明顯減弱。

從地面形勢場看，5月19日8時福建省漳州市地面主要受偏南風影響，至午后地面弱冷空氣入侵，有地面鋒系存在，輻合線停滯在漳浦縣和云霄縣一帶，輻合線北側(cè)偏東氣流增強，輻合線南側(cè)為偏南風，20時地面轉(zhuǎn)為偏東到東北氣流。

此次過程中，弱冷空氣入侵造成近地層輻合線觸發(fā)降水的產(chǎn)生，但因缺乏中高層系統(tǒng)的配合，所以強降水的范圍較小，強降水落區(qū)只出現(xiàn)在漳浦縣與云霄縣。同時，地面輻合線的位置與強降水落區(qū)較為一致，為今后判斷強降水落區(qū)有較好的指示意義。

19日8時，汕頭站低層濕度較大，濕層深厚，k指數(shù)為35℃，cape值為1 870.6 J/kg，代表著不穩(wěn)定能量較大。另外，雖然廈門站cape值為2 208.3 J/kg，但是低層濕層淺薄，因此暴雨區(qū)只集中在漳州市南部地區(qū)，其他地區(qū)以小到中雨為主。

從19日14時經(jīng)漳浦縣本站的假相當位溫剖面圖來看（圖1），925 hPa的假相當位溫大于85℃，表明低層為高能區(qū)，500 hPa的假相當位溫小于60℃，預示著中高層有干冷中心，dθse/dz＜0說明了上冷下暖，代表著此次過程存在強的不穩(wěn)定層結(jié)。從14時的垂直速度剖面圖可以看出（圖2），強降水落區(qū)附近垂直速度大，上升運動強烈。

圖1 2020年5月19日14時假相當位溫剖面圖

圖2 2020年5月19日14時垂直速度剖面圖

3 雷達分析

從此次過程的組合反射率中可以看出，回波發(fā)展形態(tài)存在明顯的南北差異，925 hPa輻合線以南回波強度較強，降水效率高，而輻合線以北降水強度減弱，分析其主要原因在于輻合線以南主要為偏南氣流，帶來暖濕空氣，使暖區(qū)內(nèi)能量不斷地得到補充和輸送。同時，925 hPa輻合線以南降水維持時間長，而輻合線以北回波生消快，主要是受回波后向傳播的影響，對流系統(tǒng)的新生和傳播是形成長生命周期對流系統(tǒng)的重要機制，由于后向傳播的對流系統(tǒng)存在相對于平均風矢量的逆向發(fā)展過程，造成對流回波移速小于平均風速，即移動較慢，易導致持續(xù)性強降水[8]。

從5月19日強回波經(jīng)漳浦縣舊鎮(zhèn)的雷達剖面圖上看（圖3），此次強降水過程屬于低質(zhì)心回波，回波強度在40～60 dBZ之間，實況中逐5分鐘雨量可達10 mm以上，表明了降水效率高，為熱帶海洋性降水。從19日強回波經(jīng)過漳浦的雷達風場反演上看（圖4），13時左右強回波進入漳浦，此地上空西南氣流加大，并且地面有東北風與西南風輻合，上升運動劇烈，引發(fā)漳浦縣和云霄縣等地產(chǎn)生較強降水。

從廈門雙偏振雷達資料中得出（圖5），強降水時間段漳浦縣的中南部地區(qū)有50 dBZ以上的強回波影響，最大漳浦縣舊鎮(zhèn)上空達62 dBZ，差分反射率值達2.5 dB以上，說明該區(qū)域內(nèi)降水粒子的尺度、大小均較大，另外，該區(qū)域差分相移率最大可達3.5 deg/km，說明漳浦縣上空含有豐富的大水滴，粒子相態(tài)分類也表明上空為大雨滴，有利于強降水的產(chǎn)生。

圖3 2020年5月19日13時41分經(jīng)漳浦縣舊鎮(zhèn)雷達剖面

（a）粒子相態(tài)分類；（b）差分相移率；（c）協(xié)相關(guān)系數(shù)；（d）差分反射率。

4 模式與預報檢驗

對比分析各家模式的降水預報，結(jié)果表明此次降水過程中大尺度模式12小時降水預報均偏小，區(qū)域模式對于漳州市北部地區(qū)的降水有一定的體現(xiàn)，同時，CMA－上海3 km模式與CMA-MESO在量級上有預報到暴雨的級別，對于大暴雨的預報未能有所體現(xiàn)，另外，CMA－上海3 km模式降水落區(qū)預報較好，在漳浦縣境內(nèi)預報有暴雨的量級。

對比分析歐洲中心數(shù)值模式風場預報與實況風場（圖6），預報風場中，漳州市上空無明顯的風場輻合，850 hPa與925 hPa為一致的偏東氣流，925 hPa輻合線位于海上，而實況是850 hPa有切變線維持，925 hPa輻合線位于漳州市境內(nèi)。此次過程中福建省漳州市氣象臺預報5月19日天氣小到中雨，部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)大雨，面上預報量級與實況基本一致，但對于局地性暴雨到大暴雨未能提前預報。因此，在今后的預報中，應多關(guān)注潛勢預報并提升中尺度分析能力，發(fā)現(xiàn)不穩(wěn)定條件時，可適當增大預報量級。

（a）5月19日14時500 hPa；（b）5月19日14時700 hPa；（c）5月19日14時850 hPa；（d）5月19日20時925 hPa。

5 結(jié)束語

（1）此次發(fā)生在漳州市梅雨期間的局地暴雨過程是由近地層輻合線主導的強降水，具有突發(fā)性、局地性、高效性的特點。

（2）此次局地暴雨過程屬于非典型強降水過程，其大尺度環(huán)流系統(tǒng)較不明顯，動力強迫弱，但由于前期低空急流的存在，為福建省漳州地區(qū)補充了較豐富的濕靜力能量，且弱冷空氣的侵入造成近地層存在輻合線，形成了淺薄的冷暖空氣交匯，為不穩(wěn)定能量的釋放和強降水的發(fā)生提供了觸發(fā)條件。

（3）此次強降水回波屬于典型的低質(zhì)心熱帶海洋性降水回波，降水效率高，雙偏振資料也表明該回波以大雨滴為主，用于雨強估測效果較好，后向傳播機制是導致回波在漳浦維持較長時間的主要原因。

（4）CMA－上海3 km和CMA-MESO等中尺度模式預報對弱天氣尺度強迫的對流性強降水有較好的體現(xiàn)，主觀預報難以在短期時效內(nèi)判斷此類強降水，加強潛勢分析和回波監(jiān)測是增大臨近預報提前量的有效應對手段。

[1]趙玉春，李澤椿，王葉紅，等. 2006年6月5～8日梅雨鋒上中尺度對流系統(tǒng)引發(fā)福建北部暴雨的診斷分析[J]. 大氣科學，2008(3): 598-614.

[2]劉彩虹，陳優(yōu)平，曾令建. 浙江一次梅雨期暴雨過程中尺度特征及成因分析[J]. 浙江氣象，2019，40(4): 16-21.

[3]黃文娟，陳永林，束炯. 2015年江淮流域中尺度渦旋梅雨期暴雨過程的診斷分析[J]. 氣象與環(huán)境學報，2017，33(6): 25-33.

[4]劉建勇，談哲敏，顧思南. 梅雨期暴雨系統(tǒng)的流依賴中尺度可預報性[J]. 大氣科學，2011，35(5): 912-926.

[5]周金蓮，張家國，吳濤，等. 長江中游梅雨鋒極端暴雨過程中的邊界層中尺度系統(tǒng)主要特征[J]. 氣象，2022，48(8): 1007-1019.

[6]闕志萍，陳云輝，王萱. 江西一次持續(xù)性梅雨鋒暴雨過程水汽特征及源地[J]. 氣象與減災研究，2022，45(2): 105-113.

[7]張雪蓉，李曉容，廖一帆，等. 水汽對梅雨期切變線大暴雨影響的數(shù)值試驗[J]. 氣象科學，2021，41(5): 617-630.

[8]俞小鼎. 多普勒天氣雷達原理與業(yè)務應用[M]. 北京: 氣象出版社，2006.

Analysis of the Causes of a Heavy Precipitation Process during the Rainy Season in Zhangzhou City

Using conventional observation data, an analysis is conducted on a heavy precipitation process that occurred during the rainy season in Zhangzhou city on May 19, 2020. It is concluded that this process is a localized heavy precipitation dominated by the convergence line of the near surface layer. The strong low altitude jet in the early stage continuously provides abundant wet static energy, and the existence of the convergence line causes the intersection of shallow cold and warm air, triggering the release of unstable energy and the occurrence of heavy precipitation. Through radar analysis, it is concluded that this process belongs to a typical low centroid tropical oceanic precipitation echo, and the backward propagation mechanism is the main reason for the echo to maintain for a long time in Zhangpu county. Dual polarization radar data shows that the echo is mainly composed of large raindrops, which has a good effect in estimating rainfall intensity. The CMA-Shanghai model has a certain manifestation effect on convective heavy precipitation forced by weak weather scales. When subjective forecasting is difficult to determine such heavy precipitation, strengthening potential analysis and echo monitoring is an effective response method to increase the short-term approaching forecast advance.

rainy season; heavy precipitation; convergence line; low altitude jet; radar; short-term approaching forecast

P45

A

1008-1151(2023)07-0045-03

2022-11-10

漳州市科技計劃項目（ZZ2021J31）；閩西南區(qū)域協(xié)同發(fā)展氣象科技專項課題（2020MXN07）。

黃銘綢（1975－），女，福建東山人，福建省東山縣氣象局工程師，從事預報預警等綜合業(yè)務工作。