一次弱天氣背景下浙江局地暖區(qū)暴雨成因分析*

沈曉玲 馮 博 李 鋒 徐一平

1 浙江省紹興市氣象局,紹興 312000

2 浙江省紹興市柯橋區(qū)氣象局,柯橋 312030

3 浙江省諸暨市氣象局,諸暨 311800

提 要：利用多源觀測資料及ERA5(0.25°×0.25°)再分析資料,對2021年6月9日夜里浙江首場梅汛期局地暖區(qū)暴雨的降水成因進行了診斷分析。結果表明:此次過程環(huán)流形勢與典型梅雨完全不同,屬于弱天氣背景下的局地暖區(qū)暴雨;南海低壓和西太平洋副熱帶高壓之間東南氣流的維持,為暴雨區(qū)提供充沛的水汽來源,925 hPa超低空偏南風急流的加強有利于低層增溫增濕,不穩(wěn)定層結加劇,暴雨區(qū)位于急流軸左側;整層高濕背景及較低的自由對流高度導致的弱抬升條件就能觸發(fā)對流,中高層氣旋性輻合旋轉加強使暴雨加強,較厚的暖云層有利于提高降水效率;地面中尺度輻合帶的生成激發(fā)了初始對流,其維持和加強不斷激發(fā)對流云團生成,產生列車效應,導致暴雨形成。龍門山小尺度地形有利于東南氣流在迎風坡強迫抬升,對流加強,且垂直速度的發(fā)展程度與地形有較好的對應關系,地形高度越高,激發(fā)的垂直速度越強。

引 言

暖區(qū)暴雨通常是指發(fā)生在鋒前西南暖濕氣流中,距離鋒面200～300 km的暴雨,有時發(fā)生在西南風和東南風匯合氣流里,也可能發(fā)生在一致的西南氣流輻合區(qū)中。近年來,由暖區(qū)暴雨引發(fā)的災害日趨增多,受到廣泛關注,由于暖區(qū)暴雨具有局地性、突發(fā)性、對流性強、降水效率高等特點,已經成為氣象部門關注的重點和難點,針對暖區(qū)暴雨已開展了大量研究(何立富等,2016;孫健等,2002;蒲義良等,2023)。汪玲瑤等(2018)對夏季江南地區(qū)暖區(qū)暴雨進行統(tǒng)計分析,并提出4種天氣概念模型:暖切變型、冷鋒型、副熱帶高壓型、強西南急流型。陳玥等(2016)將長江中下游地區(qū)的暖區(qū)暴雨分為3種類型:冷鋒型、暖切變型、副熱帶高壓邊緣型,并建立了概念模型。

除天氣分型外,專家學者對暖區(qū)暴雨成因也進行了一系列研究。暖區(qū)暴雨常發(fā)生在弱天氣尺度背景下,對流觸發(fā)機制與非均勻下墊面強迫、大氣內部多類不穩(wěn)定熱動力、邊界層淺薄冷空氣活動、海陸分布等因素有關,并且生消變化快,數(shù)值模式對暖區(qū)暴雨的預報能力有限(張曉美等,2009;唐佳等,2021;雷蕾等,2020)。胡雅君等(2020)研究指出,暖區(qū)特大暴雨發(fā)生在強盛的超低空西南急流區(qū)內,超低空急流具有明顯的脈動特征,其突然增強引起低空擾動加強,造成明顯的低層輻合。張冰等(2021)通過數(shù)值模擬方法發(fā)現(xiàn),超低空急流是暖區(qū)暴雨的重要影響系統(tǒng),其增強能加強大氣的斜壓性,促進低渦發(fā)展,有利于形成足夠的低層輻合區(qū)厚度,進而促進暖空氣抬升。同時暖區(qū)暴雨跟地形也密切相關, 中尺度地形對大尺度雨帶影響不大,決定暴雨是否發(fā)生的主要因子仍是大尺度環(huán)境場,但中尺度地形尤其是喇叭口地形對暴雨強度和落區(qū)有一定影響,對華南暴雨有明顯的增幅作用(孫建華和趙思雄,2002;孫建華等,2013)。曾智琳等(2018)研究指出,強降水發(fā)生前暖空氣在山前堆積造成升溫升壓,具有較高的對流邊界層位置觸發(fā)了對流,并與地形強迫造成的風速輻合共同作用觸發(fā)了另一個對流。

目前對暖區(qū)暴雨的研究,主要針對我國華南地區(qū),江淮流域和江南地區(qū)特別是浙江的暖區(qū)暴雨研究較少,且集中在大尺度天氣分型上,對其中尺度對流系統(tǒng)演變及觸發(fā)機制的研究較少。2021年6月9日夜間浙江紹興諸暨發(fā)生暖區(qū)大暴雨過程,為諸暨有氣象記錄以來最強的一次短時強降水過程。對局地暴雨過程模式預報誤差較大,且此次過程沒有明顯的高空槽、鋒面等系統(tǒng)影響,預報難度大。本文利用高低空觀測資料、多普勒雷達資料、ERA5(0.25°×0.25°)再分析資料,對此次過程的天氣背景、環(huán)境條件、中尺度對流系統(tǒng)觸發(fā)機制、地形影響進行診斷分析,以期為今后此類弱天氣背景下局地暖區(qū)暴雨預報提供一定參考。

1 資 料

本文所用資料包括:(1)常規(guī)地面和高空觀測資料;(2)經過質量控制后的浙江省范圍內國家級和區(qū)域級氣象觀測站逐小時觀測資料;(3)間隔為6 min的寧波多普勒雷達資料;(4)ERA5再分析資料(水平分辨率為0.25°×0.25°,時間分辨率為1 h)。資料時段均為2021年6月9日08時至10日08時(北京時,下同)。

2 降水特征

2021年6月9日午后到夜間,浙江紹興諸暨西北部出現(xiàn)大暴雨(圖1),個別站出現(xiàn)8級雷雨大風。過程可分為兩個階段:第一階段為9日午后至20時,浙江中北部為分散性雷陣雨天氣,紹興部分地區(qū)出現(xiàn)小時雨強為20～30 mm·h-1的短時強降水,最大為諸暨街亭(37 mm·h-1);第二階段為9日21時至10日04時,諸暨西北部出現(xiàn)暴雨部分大暴雨過程,馬劍、應店街、五泄、姚江、陶朱等鎮(zhèn)街6 h累計降水量為130～150 mm,局地超過200 mm,最大為陶朱街道白門(211.7 mm),該區(qū)域最大小時雨強及2、3、6 h累計降水量均為歷史第一位。第二階段大暴雨雨帶呈西南—東北向,東西橫跨0.4個經度,南北不到0.3個緯度,具有暴雨范圍小、局地性強、降水強度大、強降水時段集中、發(fā)展迅速、突發(fā)性強等特點。位于暴雨中心的白門站連續(xù)3 h出現(xiàn)小時降水量≥30 mm的強降水(圖1b),暴雨中心的強降水時段主要出現(xiàn)在9日22時至10日02時,最強小時降水量達89.7 mm,出現(xiàn)在姚江鎮(zhèn)祝園村9日23時至10日00時。受第二階段大暴雨影響,諸暨市五泄鎮(zhèn)泄峰村泄溪自然村、應店街鎮(zhèn)紫閬村發(fā)生次生災害,導致民房倒塌,造成4人死亡、1人受傷。本文重點對第二階段大暴雨的成因進行分析。

圖1 2021年6月9日16時至10日06時(a)累計降水量,(b)白門和紫閬逐小時降水量Fig.1 (a) Accumulated precipitation and (b) hourly precipitation in Baimen and Zilang from 16:00 BT 9 to 06:00 BT 10 June 2021

3 天氣背景及環(huán)境條件

3.1 天氣背景

大暴雨發(fā)生前,2021年6月9日14時200 hPa(圖略)南亞高壓位于華南,1255 dagpm線位于青藏高原以南,浙江處于南亞高壓東北側的反氣旋式環(huán)流中,高空西風急流位于35°N以北,浙江處于急流入口區(qū)右側,風場輻散有利于上升運動發(fā)展。500 hPa我國中高緯地區(qū)為兩脊一槽,低槽位于內蒙古到華中一帶,兩脊分別位于新疆以北和朝鮮半島以東,30°N以南地區(qū)為高壓環(huán)流控制,但副熱帶高壓(以下簡稱副高)勢力較弱,浙江上空700 hPa西南急流為6 m·s-1,30°N附近850 hPa 存在東西向弱切變,切變兩側為西南風和東南風,風速僅2 m·s-1,地面處于大范圍低壓倒槽中。20時(圖2)30°N以北的西風槽略有東移南壓,同時副高略有增強,588 dagpm線位于臺灣島及其以東洋面上,脊線位于24°N附近,有利于副高南側和西側的水汽向暴雨區(qū)輸送。浙江上空700 hPa西南急流維持6 m·s-1,850 hPa切變進一步減弱,暴雨區(qū)上空轉為偏南氣流,風速仍較小,并在浙江北部30°N附近形成偏南風與東南風構成的弱輻合。浙江于6月10日入梅,此次大暴雨過程也是梅汛期首場局地性大暴雨過程。綜上分析,環(huán)流形勢與典型梅雨完全不同,中高層為西南氣流,700 hPa不存在急流,850 hPa為弱輻合,無冷空氣影響,因而此次過程屬于弱天氣背景下的暖區(qū)暴雨。

注:紅點為暴雨中心。

3.2 環(huán)境條件

3.2.1 水汽條件

暴雨的產生必須有充足的水汽供應。從各層水汽通量和水汽通量散度看,850 hPa水汽輸送明顯強于925 hPa和700 hPa。850 hPa流場顯示(圖略),2021年6月9日14時海南島東部有弱低壓環(huán)流形成,其東側的東南氣流經福建轉為偏南氣流向浙江輸送水汽,850 hPa水汽通量、水汽通量輻合的大值區(qū)均位于浙江中北部沿海一帶。20時南海低壓環(huán)流增強,形成了明顯的氣旋中心,且位置少動,同時臺灣以東的副高也有所增強,除偏南氣流外,受副高西南側的東南氣流引導,大量水汽直接向浙江輸送,為暴雨區(qū)提供充沛的水汽來源,提高降水效率。浙江中北部上空水汽輻合增強(圖3),水汽通量明顯增大,中心強度達14 g·s-1·cm-1·hPa-1,并形成兩個水汽通量輻合中心,分別位于寧紹平原和龍門山附近,中心值達4×10-5g·s-1·cm-2·hPa-1,結合圖1a分析,后者與暴雨區(qū)正好對應。可見同樣的水汽條件下,山脈分布處較平原地區(qū)更容易產生強降水。22時(圖略)龍門山一帶水汽通量輻合中心增強至5×10-5g·s-1·cm-2·hPa-1,有利于降水維持,10日01時轉為水汽通量輻散區(qū),降水減弱?？梢?50 hPa水汽通量散度變化與降水強度和落區(qū)均有較好的對應,在今后預報中可作為參考。

注:紅點為暴雨中心。

分析925 hPa偏南氣流演變,9日20時前(圖略)浙江中西部上空偏南氣流維持在2～4 m·s-1,浙江中北部沿海為8～10 m·s-1,均未達到急流強度。20時后偏南氣流逐漸增強,10日01時(圖4a)杭州灣地區(qū)增強至12 m·s-1,暴雨中心附近也達到急流強度。從圖4b可以看出,暴雨中心上空偏南氣流于10日00時后增強至急流強度,02時后逐漸減弱,變化趨勢與暴雨中心小時降水量(圖1b)基本一致,暴雨產生在急流軸左側,可見暴雨的產生與超低空偏南風急流的加強、維持密切相關,其發(fā)展加強有利于超低空對流不穩(wěn)定層結的建立和維持,同時可以產生超低空天氣尺度上升運動,進而觸發(fā)不穩(wěn)定能量的釋放,產生小尺度的強上升運動。暴雨產生在超低空偏南風急流加強過程中,超低空偏南風急流可將大濕度空氣向暴雨區(qū)輸送,這也表現(xiàn)在比濕的變化中,整個過程925 hPa比濕均在16 g·kg-1以上,隨著偏南風氣流增強,暴雨區(qū)上空比濕增大。10日05時超低空急流減弱,比濕也隨之減小。

注:紅點為暴雨中心。

基于“配料法”的總降水量預報方程為P=Eq·wD,表明強降水與E(降水效率)、q(比濕)、w(垂直速度)、D(持續(xù)時間)均密切相關,其中E在深厚濕對流造成的強降水中具有重要意義(Doswell Ⅲ et al,1996)。研究表明,一般情況下,環(huán)境相對濕度越高、雨滴蒸發(fā)率越小、降水效率越高(徐珺等,2014)。850 hPa強水汽輸送和輻合使9日浙江全省地面露點溫度保持在22℃以上,尤其是暴雨中心20時增強至25℃,溫度露點差維持在3～4℃。另外從暴雨中心上空相對濕度的垂直分布(圖略)來看,暴雨發(fā)生前后整層均處于高濕環(huán)境中,相對濕度都在75%以上,且850 hPa的相對濕度強于925 hPa和700 hPa,高濕環(huán)境有利于提高降水效率。

9日20時暴雨中心探空(圖略)顯示,整層大氣濕層深厚,相對濕度≥80%的濕層到達250 hPa,探空曲線分布十分有利于短時強降水發(fā)生。俞小鼎(2011;2013)研究表明,暖云層(抬升凝結高度到0℃層高度之間)厚度越大,降水效率越高,對流有效位能(CAPE)不太大時,露點溫度很高,也能產生很高的降水效率。此次過程由于地面露點溫度較高,溫度露點差較小,因此抬升凝結高度也較低,在1000 hPa附近,同時自由對流高度位于950 hPa附近,2種高度均低于850 hPa,高濕背景下弱的抬升條件就能觸發(fā)對流,產生暖區(qū)暴雨(徐珺等,2014),同時整層高濕環(huán)境使蒸發(fā)率降低,暖云層厚度增大,為5 km左右,有利于出現(xiàn)高效率降水。

CAPE同時包含低層、高層的空氣特性,能夠較真實地描述探空資料所代表的大氣不穩(wěn)定度。分析暴雨中心CAPE逐時演變發(fā)現(xiàn):對流發(fā)生前9日19—20時,CAPE維持在2540 J·kg-1左右,能量條件有利于對流發(fā)生發(fā)展;21時增大至2690 J·kg-1,與偏南風氣流增強時間正好一致,降水的產生導致凝結潛熱釋放,因此22—23時CAPE有所下降,10日00時偏南風再次加強并達到急流強度,CAPE也再次增強至1924 J·kg-1,可見低空暖濕氣流的持續(xù)輸送使不穩(wěn)定能量得以維持;02時后急流強度減弱,CAPE也緩慢減小。

3.2.2 熱力不穩(wěn)定條件

假相當位溫(θse)反映了大氣的溫濕狀況,應用其水平分布和垂直分布可以分析大氣中的能量分布、垂直穩(wěn)定度、大氣濕斜壓性。從暴雨區(qū)假相當位溫及其平流變化(圖5)分析,2021年6月9日20時前900 hPa以下已存在θse等值線密集區(qū),特別是975 hPa以下更密集,不穩(wěn)定能量已積聚,且θse隨高度增加而減小,表明層結處于不穩(wěn)定狀態(tài)。20時后900 hPa附近的冷平流逐漸減弱,隨著偏南風氣流增強,冷平流轉為暖平流并迅速增強,22—24時850 hPa 中心值超過6×10-4K·s-1,同時中高層冷平流也明顯增強,中心位于500 hPa,23—24時達6×10-4K·s-1,冷暖中心垂直疊加,層結不穩(wěn)定性顯著加強,造成暴雨中心及附近23時至10日01時連續(xù)出現(xiàn)70 mm·h-1以上的局地短時強降水,可見邊界層偏南風低空急流為暴雨的發(fā)生和發(fā)展提供了暖濕能量和不穩(wěn)定層結(葉朗明等,2019)。10日01時后冷暖平流均減弱,冷平流向下擴展至900 hPa,且θse等值線密集度減小,不穩(wěn)定層結減弱,降水強度也迅速減小。

圖5 2021年6月9日20時至10日04時暴雨區(qū)(29.5°～30°N、120°～120.5°E)假相當位溫(黑線,單位:K)及其平流(填色)分布Fig.5 Distribution of θse (black line, unit: K) and its advection (colored) in rainstorm area (29.5°-30°N, 120°-120.5°E) from 20:00 BT 9 to 04:00 BT 10 June 2021

3.2.3 動力不穩(wěn)定條件

螺旋度不僅考慮了大氣旋轉的特性,還考慮了水平和垂直方向的輸送作用,可以有效表征不穩(wěn)定能量的釋放。垂直螺旋度是垂直渦度和垂直速度的乘積,在一定程度上不但能反映系統(tǒng)的維持狀況,還可以反映系統(tǒng)發(fā)展和天氣現(xiàn)象的劇烈程度,其物理意義為:氣旋區(qū)的上升(下沉)運動和反氣旋區(qū)的下沉(上升)運動分別意味著正的垂直螺旋度向上(下)輸送和負的垂直螺旋度向下(上)輸送,而對應此時的垂直螺旋度為正(負)值(岳彩軍等,2011)。

從整個過程沿120.25°E的垂直螺旋度、散度、垂直速度垂直剖面分析,2021年6月9日20時(圖6a)30°N附近上空500 hPa以下已有正垂直螺旋度和上升運動重合區(qū),并對應輻合,輻合高度發(fā)展至300 hPa,表明暴雨中心上空存在一個正渦度的氣旋式對流系統(tǒng),但強度偏弱,最大垂直螺旋度為2×10-5kg-1·m3·Pa·s-2。22時(圖6b)正垂直螺旋度迅速向上發(fā)展至對流層高層,并在600 hPa和300 hPa出現(xiàn)兩個正值中心,強度分別達到4×10-5kg-1·m3·Pa·s-2、6×10-5kg-1·m3·Pa·s-2,整層輻合也明顯增強,兩個正垂直螺旋度中心分別對應兩個輻合中心,散度為6×10-5s-1,同時上升運動速度中心也發(fā)展至400 hPa,強度增強,這表明垂直方向上氣旋式輻合旋轉運動加強,垂直渦度向上輸送增強。10日02時后(圖略)暴雨區(qū)中高層垂直螺旋度正值區(qū)迅速減弱至1×10-5kg-1·m3·Pa·s-2,800 hPa以下仍維持在0值附近,中高層轉為輻散,上升速度減弱至0.3 m·s-1?？梢姶舜芜^程動力不穩(wěn)定主要出現(xiàn)在中高層,結合探空分析,低層在高濕背景下,弱的抬升就能觸發(fā)對流,到達中高層后垂直渦度向上輸送增強,上升運動強度隨螺旋度正值區(qū)的發(fā)展而增強,有利于暴雨加強發(fā)展。

注:紅點為暴雨中心。

4 對流觸發(fā)及維持機制

4.1 地面中尺度輻合帶

從2021年6月9日19時至10日02時地面流場、溫度場分布來看,降水發(fā)生前(19時)浙江省以東南風為主,龍門山附近為東到東南氣流(圖7a),其北側湖州南部30.5°N附近為輻散中心,中心南側的偏北氣流與北上的東南氣流形成弱輻合區(qū),降水中心與弱輻合區(qū)對應,輻合兩側溫度梯度不明顯。寧波多普勒雷達組合反射率因子(圖略)顯示,9日20時強回波主要位于諸暨以西的桐廬、富陽一帶,中心強度為40～50 dBz,對流單體在西南氣流引導下,向東北方向移動。21時(圖7b)輻散中心南壓至30°N附近,其南側偏北氣流加強,在龍門山南側與東南氣流匯合,形成地面中尺度輻合帶,同時輻合帶兩側溫度梯度加大,南側26℃暖濕中心表征暖濕氣流的積聚,為強降水的發(fā)生提供了熱力條件。雷達回波顯示21時(圖8a)諸暨西部有新生回波發(fā)展,表明初始對流形成,且該初始對流在東移北抬過程中范圍和強度都迅速加強,中心最強回波達50 dBz以上,造成馬劍40.7 mm·h-1的短時強降水。從整個過程來看,正是山前這條地面中尺度輻合帶的形成,加強了輻合上升運動,導致初始對流發(fā)展。22時(圖略)東南氣流加強北抬,湖州南部的輻散中心繼續(xù)南壓至29.8°N,使輻合帶兩側氣壓梯度加大,有利于輻合帶維持和加強。另一方面,分析1 h變溫分布,輻合帶北側為0.1～0.3℃的負變溫,而南側為0.2～0.3℃的正變溫,表明超低空急流的增強使得溫度梯度加大,同時降水粒子蒸發(fā)冷卻,地面氣溫下降,形成冷池,冷池內部密度較大的冷空氣產生的出流增強,地面暖空氣遇到干冷下沉氣流侵入,在熱力強迫作用下暖空氣易于被抬升(章翠紅等,2018),促進輻合帶加強,對流發(fā)展。相應地,雷達圖上(圖8b)諸暨以西的金華北部又有多個γ中尺度對流單體新生,東移北抬過程中與其下游的回波合并,22:40左右形成了一條長約40 km的回波帶,中心強度維持在50 dBz以上,降水正好位于輻合帶附近,22—23時小時雨強持續(xù)增強,最大為應店街57.7 mm·h-1,之后諸暨西部與金華交界處不斷有對流單體生成(圖8c,8d),并東北向移動,列車效應十分顯著,23時至10日00時小時雨強增強至50～70 mm·h-1,局部80 mm·h-1以上。10日01時(圖略)隨著超低空急流的進一步增強,地面東南氣流繼續(xù)向北推進,龍門山一帶轉為輻散氣流影響,地面中尺度輻合帶減弱消亡,對應反射率因子回波強度逐漸減弱至30～40 dBz,諸暨西側未再有新單體生成,降水迅速減弱,10日02—03時小時雨強減弱至10～25 mm·h-1,降水趨于結束。

注:紅點為暴雨中心,藍點為初始對流觸發(fā)位置,藍線為地面中尺度輻合帶,填色為海拔。

圖8 2021年6月(a)9日21:06,(b)9日22:06,(c)9日23:06,(d)10日00:01寧波多普勒雷達組合反射率因子Fig.8 Composite reflectivity factor of Ningbo Doppler Radar at (a) 21:06 BT 9, (b) 22:06 BT 9, (c) 23:06 BT 9, and (d) 00:01 BT 10 June 2021

綜上分析,偏北氣流與東南氣流共同作用形成了地面中尺度輻合帶,是初始對流激發(fā)的主要成因,地面中尺度輻合帶的維持和加強不斷激發(fā)對流云團生成,產生列車效應,導致暴雨形成。超低空偏南風急流加強,使溫度梯度加大,對流得到發(fā)展和加強,當超低空偏南風急流進一步北上時,中尺度雨帶減弱消亡,因此超低空偏南風急流在此次過程中起著重要作用。

4.2 地形強迫抬升

地形對降水的作用不可忽略。研究表明,風場與地形相配合的地形抬升作用是降水增幅的主要動力因子,對暴雨有明顯的增幅作用(趙玉春等,2008;劉裕祿和黃勇,2013)。紹興市位于浙江省中北部、杭州灣南岸,全市地貌可概括為“四山三盆兩江一平原”,從圖9a可以看到,諸暨盆地位于浦陽江流域,其西部為龍門山,龍門山脈為富春江和浦陽江的分水嶺,呈西南—東北走向。圖9a表明,此次強降水中心位于龍門山東北側,地形波狀起伏明顯,其東南側為地勢較低的諸暨盆地,其西北側地勢逐漸升高。龍門山海拔高度在500 m以上,主峰1247 m,為小尺度地形,對地面風場影響明顯。2021年6月9日白天龍門山南側東到東南風風力較小(圖略),地形抬升作用較小,9日20時后東南風逐漸增強,且與龍門山走向基本垂直,有利于東南氣流在山前迎風坡抬升,增強對流。

注:紅點為龍門山。

9日20時沿120.25°E的垂直速度、θse和垂直環(huán)流剖面(圖9b)顯示,700 hPa以下為θse密集區(qū),29.5°N以北低層為350 K的高溫高濕中心,650 hPa附近存在342 K的干冷中心,上冷下暖的配置使不穩(wěn)定層結加劇。從垂直速度分布可以看到,上升運動發(fā)展不旺盛,僅0.9 m·s-1。22時(圖9c)暴雨中心上空θse350 K等值線向南移動,650 hPa干冷中心增強至340 K,中低層θse梯度加大,可見超低空急流北上,使低層增溫增濕,不穩(wěn)定層結加劇,有利于對流加強發(fā)展。同時受地形強迫抬升影響,氣層被整層抬升到凝結高度以上,也使對流不穩(wěn)定性加強,垂直運動得到強烈發(fā)展,上升運動發(fā)展至對流層頂,最大速度中心到達400 hPa,為1.8 m·s-1,上升運動在不穩(wěn)定層結大氣中強烈發(fā)展,激發(fā)深厚對流,為強降水的發(fā)生提供了有利背景(婁小芬等,2020)。從9日22時沿29.75°N垂直速度、θse和垂直環(huán)流剖面(圖9d)還可以看到,120°E上空上升運動最旺盛,119°E、121°E雖然也有山脈分布,但由于高度較低,上升運動明顯偏小,平原地區(qū)基本未有上升運動發(fā)展,可見山脈迎風坡垂直速度明顯高于平原地區(qū),且垂直速度的發(fā)展程度與地形高度有一定相關性,高度越高,激發(fā)的垂直運動越強。這也解釋了圖3中850 hPa水汽通量輻合集中在龍門山附近及其西北側山區(qū),但降水差異顯著的原因。圖9a顯示,龍門山西北側的山區(qū)分布較為分散,北側及東北側為寧紹平原,地勢高度均遠遠低于龍門山,不利于垂直運動強烈發(fā)展,因此降水強度偏弱。

5 結論和討論

本文利用多源觀測資料及ERA5再分析資料,對2021年6月9日夜里浙江首場梅汛期局地暖區(qū)暴雨的降水特點和成因進行了分析,得到以下結論。

(1)本次過程環(huán)流形勢與典型梅雨完全不同,500 hPa處于西風槽前西南氣流中,700 hPa西南氣流未達到急流強度,850 hPa為弱輻合,無冷空氣影響,屬于弱天氣背景下的暖區(qū)暴雨。

(2)南海低壓和副高之間東南氣流的維持為暴雨區(qū)提供充沛的水汽來源,同時925 hPa超低空偏南風急流的加強有利于熱力不穩(wěn)定增長和水汽輸送,暴雨區(qū)位于急流軸左側,并產生在超低空急流加強過程中。850 hPa水汽通量散度變化與降水強度和落區(qū)均有較好對應,在今后預報中可作為參考。

(3)整層高濕背景降低了抬升凝結高度和自由對流高度,弱的抬升條件即可觸發(fā)對流,中高層上升運動強度隨垂直螺旋度正值區(qū)的發(fā)展而增強,有利于暴雨加強。CAPE值的變化對對流觸發(fā)、加強、減弱有一定的指示意義。

(4)山前偏北氣流與東南氣流形成地面中尺度輻合帶,是初始對流激發(fā)的主要成因,地面中尺度輻合帶的維持和加強不斷激發(fā)對流云團生成,產生列車效應,導致暴雨形成。超低空急流加強北抬,使低層增溫增濕,不穩(wěn)定層結加劇,同時龍門山小尺度地形有利于東南氣流在山前迎風坡強迫抬升,加強對流,且垂直速度的發(fā)展程度與地形高度有較好的對應關系,地形高度越高,激發(fā)的垂直速度越強。

此次暴雨過程發(fā)生在弱天氣背景下,突發(fā)性強、降水強度大,對降水強度和落區(qū)、全球模式、中尺度模式及預報員的預報誤差均較大。本文從環(huán)流背景、環(huán)境條件、觸發(fā)機制等方面分析了此次暴雨的成因,得到今后預報此類弱天氣背景下短時暴雨的幾點啟示:一是要充分重視南海或西太平洋上熱帶氣旋或熱帶低壓的作用,其穩(wěn)定少動能為暴雨發(fā)生提供充足的水汽,有利于暴雨增幅;二是在日常預報分析中,往往只關注08時或20時CAPE值大小是否有利于對流發(fā)生,對其時間演變分析較少,此次過程CAPE值在對流觸發(fā)、加強時均有增強,具有一定指示意義,在今后預報中可作為參考;三是要特別關注局地地形的影響。