2021年6月底福州地區(qū)一次強降水天氣過程及成因分析

摘 要：利用地面觀測資料、NCEP再分析資料、常規(guī)觀測資料等，對2021年6月28—7月1日出現(xiàn)在福州地區(qū)的強降水天氣過程成因進行分析。結(jié)果表明：此次強降水天氣是在北方有利于引導(dǎo)弱冷空氣南下的環(huán)流形勢和副熱帶高壓減弱東退及加強西伸北抬的背景條件下，低空西南急流加強北抬、高空槽與中低層低渦切變線共同配合造成的；地形強迫抬升作用直接增大了降水強度，形成了暴雨和大暴雨天氣；高層輻散、低層輻合的配置對抽吸效應(yīng)的出現(xiàn)較為有利，還加快了對流的發(fā)展，為福州強降水的出現(xiàn)提供了動力條件，且925 hPa處的散度輻合區(qū)與強降水落區(qū)有良好的對應(yīng)關(guān)系；孟加拉灣到江南、華南北部和福建上空有1條明顯的東西走向濕舌，說明有較高的水汽含量，自西向東水汽輸送條件好，為福州地區(qū)強降水天氣的出現(xiàn)提供了充足的水汽供應(yīng)。

關(guān)鍵詞：強降水；環(huán)流形勢；物理量場；福州地區(qū)

中圖分類號：P458.121 文獻標(biāo)志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）08–0-03

強降水是我國較為常見的災(zāi)害性天氣之一，持續(xù)性強降水天氣的出現(xiàn)極易引發(fā)洪水、泥石流等自然災(zāi)害，尤其是城市內(nèi)持續(xù)性的強降水天氣會導(dǎo)致人員傷亡、交通癱瘓。強降水的出現(xiàn)大都是中尺度天氣系統(tǒng)造成的，發(fā)生時往往伴隨著雷電、狂風(fēng)等自然現(xiàn)象，對人民生命財產(chǎn)安全的危害較大，還嚴重威脅著國民生產(chǎn)建設(shè)的順利開展[1]。同時，在全球范圍內(nèi)，極端降水事件出現(xiàn)次數(shù)不斷增多[2-3]。由于我國地形條件復(fù)雜、國土面積遼闊，因強降水天氣造成的災(zāi)害損失經(jīng)常出現(xiàn)。福州地區(qū)每年都有不同程度的降水天氣出現(xiàn)，極易引發(fā)洪澇災(zāi)害，進而造成房屋受損，交通癱瘓，損失巨大。因此，準確預(yù)報福州地區(qū)強降水天氣過程顯得十分重要，有利于災(zāi)前防御的準備工作。

當(dāng)前，國內(nèi)外針對強降水天氣的分析研究相對較多，而大部分的研究主要是針對某地區(qū)、某時間發(fā)生的一次或多次暴雨天氣過程個例進行分析。通過相關(guān)氣象資料數(shù)據(jù)，有利于詳細探究暴雨發(fā)生過程的低層及高層環(huán)流形勢、動力結(jié)構(gòu)、水汽條件、不穩(wěn)定能量等，找出強降水天氣過程特征，為當(dāng)?shù)貜娊邓鞖忸A(yù)報提供理論參考依據(jù)[4-5]。

例如，有學(xué)者對普洱市2016年5月22—23日強降雨天氣過程診斷分析，發(fā)現(xiàn)此次強降雨主要受孟加拉灣低壓及冷空氣影響，MJO活動中心處于“濕窗口”時，孟加拉灣風(fēng)暴“加納”增強朝著東北方向移動，700 hPa低空急流及四川、云南切變線南下成為強降雨天氣過程較好的動力條件；梁依玲等[6]對2021年5月16—20日發(fā)生在廣西北部和中部的一次較強暴雨過程的特征和預(yù)報偏差進行分析，發(fā)現(xiàn)此次暴雨過程是由500 hPa多波動、低層切變線和地面冷空氣共同影響造成的，地面冷空氣移動速度是影響暴雨強度、雨帶位置的重要因素；陳艷真等[7]分析了2016年4月23 日福建省暴雨過程成因，發(fā)現(xiàn)西南低空急流和超低空急流是此次暴雨的主要影響系統(tǒng)，暴雨主要位于超低空急流左前側(cè)的輻合區(qū)內(nèi)和地面層輻合線附近。因此，以2021年6月28—7月1日福州地區(qū)出現(xiàn)的強降水天氣過程為例，分析了強降水天氣出現(xiàn)時的環(huán)流形勢、物理量場等，旨在提高福州地區(qū)強降水天氣預(yù)報準確率，為日后同類型降水天氣預(yù)報預(yù)警和氣象服務(wù)提供參考。

1 研究區(qū)概況與資料來源

福州市簡稱“榕”，別稱是榕城，古稱閩都，福建省地級市、省會，地處福建省東部、閩江下游及沿海地區(qū)，介于25°15′～26°39′N、118°08′～120°31′E之間，東臨我國臺灣海峽，西靠三明市、南平市，南鄰莆田市，北接寧德市，全市總面積11 968 km2。地貌屬典型的河口盆地，以山地丘陵為主，屬典型的亞熱帶季風(fēng)氣候，溫暖濕潤，四季常青。福州市歷史悠久，文化底蘊深厚，建城已經(jīng)有2 200余年歷史。

強降水是福州雨季較為常見的災(zāi)害性天氣，對其進行研究和預(yù)報顯得十分重要。強降水天氣在對當(dāng)?shù)貧庀?、水文和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生影響的同時，還可以作用于當(dāng)?shù)厣鐣?jīng)濟方面。因此，分析福州地區(qū)強降水天氣過程成因，對預(yù)防和應(yīng)對自然災(zāi)害、確保人們生命財產(chǎn)安全等均具有十分重要的現(xiàn)實意義。

為了更好地理解和預(yù)測強降水天氣過程，選用福州地區(qū)降水實況資料和NCEP全球再分析資料，對強降水天氣的形成機制和影響因素進行更準確的描述和解釋，為相關(guān)部門日常決策提供科學(xué)依據(jù)。

2 天氣實況

受高空槽和低層切變的影響，2021年6月29日午后至傍晚全市出現(xiàn)大雨到暴雨，晉安區(qū)局部大暴雨。

統(tǒng)計29日12：00～20：00累計雨量，全市有10個縣（市）區(qū)42個鄉(xiāng)鎮(zhèn)（街道）超50 mm，以晉安區(qū)茶園街道106.2 mm為最大；最大小時雨強70.5 mm，出現(xiàn)在羅源西蘭鄉(xiāng)（16：00～17：00）。福州市氣象臺2021年06月29日14：01發(fā)布暴雨橙色預(yù)警信號：未來3 h，福州市區(qū)和高新區(qū)的部分鄉(xiāng)（鎮(zhèn)、街）降雨量將達30～50 mm，局部超過50 mm。除長樂外，其余市縣均已發(fā)布暴雨橙色預(yù)警信號。此次天氣過程降水強度大，強降水天氣主要集中在午后至夜間，影響范圍較大，對當(dāng)?shù)亟煌ㄟ\輸、農(nóng)業(yè)等產(chǎn)生均造成不同程度的影響。

3 環(huán)流形勢

3.1 環(huán)流背景

結(jié)合強降水天氣出現(xiàn)期間500 hPa環(huán)流形勢，亞洲中高緯度地區(qū)的雙阻形勢穩(wěn)定維持，高壓脊幾乎控制烏拉爾山和亞洲東北部地區(qū)，西伯利亞至蒙古國是低渦冷槽，槽底有短波槽分裂東移南壓，引導(dǎo)弱冷空氣從河套或華北地區(qū)擴散南下的大尺度環(huán)流形勢持續(xù)維持，進而引發(fā)持續(xù)性降水天氣。中低緯度地區(qū)的副熱帶高壓先東退后西伸北抬，28日588 dagpm等值線從華南地區(qū)東退到菲律賓西部洋面上，高空槽逐漸影響福建??；29日副熱帶高壓西伸北抬，588 dagpm等值線伸展至華南沿海，高空槽向東移動受到阻礙，并在福建省滯留擺動，進而引發(fā)全省大范圍降水；7月1日副熱帶高壓西伸北抬，短波槽東移影響福州地區(qū)，降水仍持續(xù)。

3.2 影響系統(tǒng)

2021年6月28日08：00，在強降雨天氣出現(xiàn)過程中，有高空槽東移影響福建省，中低空處的切變線仍舊維持，夜間有弱冷空氣從河套或華北地區(qū)補充南下；700 hPa切變線位于貴州省中部，850 hPa“144線”與700 hPa“308線”位于武夷山以北，而850 hPa處的切變線呈現(xiàn)出“人”字形分布。貴州省北部850 hPa存在低渦，同時與重慶相交的東部切線則出現(xiàn)在長江流域，貴州中部則是南段切線與700 hPa切變疊加，冷空氣強度偏弱出現(xiàn)在暖區(qū)內(nèi)。

在暴雨天氣出現(xiàn)期間，福州地區(qū)上空有負變溫，切變線南部江西贛州與福州存在西南風(fēng)急流，風(fēng)速超過12 m/s，福建南平以北位于急流左側(cè)出口區(qū)，福州地區(qū)以西南風(fēng)為主，風(fēng)速在8.0 m/s，正渦度主要分布在低空急流左側(cè)出口，而來自南方的大量水汽在暖平流的作用下不斷朝著福州地區(qū)輸送；江西與浙江交界處分布有地面輻合線（圖1）。在500 hPa引導(dǎo)氣流的作用下，地面輻合線直接觸發(fā)了對流云，減弱了對流云活動強度；28日07：00～17：00，有對流云團出現(xiàn)在江西上饒南部地區(qū)，隨著時間的推移，從西北方向不斷發(fā)展至東南地區(qū)，同時沿著武夷山脈轉(zhuǎn)移，而受到地形強迫抬升的影響，福州地區(qū)的降水強度增大，全市出現(xiàn)了不同程度的暴雨和大暴雨天氣。

4 物理量場診斷

4.1 動力條件

垂直速度是天氣分析和預(yù)報中使用頻率較高的物理量，大氣中的凝結(jié)和降水過程與上升運動之間的關(guān)系較為密切。在垂直運動的作用下，水汽、熱量、動量及渦度均會垂直輸送，直接影響后續(xù)天氣系統(tǒng)的發(fā)生與發(fā)展。通過分析2021年6月28日08：00垂直速度場，降水落區(qū)直接對應(yīng)垂直速度大值區(qū)。福州地區(qū)500 hPa

高度以下，有較強的垂直上升運動，且以負值為主，而西南地區(qū)存在低渦大值區(qū)，從西向東轉(zhuǎn)；200 hPa高度處有明顯的分流輻散，且垂直上升速度主要為正值；850 hPa高度處存在西南急流，且上升運動強度加大，有利于低空處的水汽和熱量輸送至高空處，為水汽凝結(jié)作用和能量的轉(zhuǎn)換提供了有利條件，促進了暴雨天氣的發(fā)生與發(fā)展。此外，結(jié)合歐洲中心模式對流參數(shù)，在福州北部地區(qū)存在最強上升速度，且垂直速度大值區(qū)同暴雨落區(qū)之間有良好的對應(yīng)關(guān)系。

散度是對速度場輻合及輻散強度進行衡量的物理量。結(jié)合2021年6月29日14：00 925 hPa散度場，在福州中北部地區(qū)存在水汽輻合中心，中心數(shù)值達到100×10-5/s，除福州西南和東南小部分地區(qū)外，全市其他區(qū)域均表現(xiàn)為寬廣的水汽輻合區(qū)，且強度較大；而在500 hPa高度處，福州西北部的閩清一帶則存在最強輻散中心。通過分析整層散度場，500 hPa高度以上主要是輻散區(qū)，以下則表現(xiàn)為深厚的輻合層，這種高層輻散、低層輻合的配置有利于抽吸效應(yīng)的出現(xiàn)，同時加快了對流發(fā)展，為降水提供了良好的動力條件，促進了福州地區(qū)強降水天氣出現(xiàn)，且925 hPa超低空處存在散度輻合區(qū)，與強降水落區(qū)有良好的對應(yīng)關(guān)系。

4.2 熱力條件

2021年6月26日08：00，強降水天氣還未出現(xiàn)前，

江南到華南以北的K指數(shù)均較大，福建東部的K指數(shù)則在38 ℃以上，有大量不穩(wěn)定能量堆積。6月28日08：00 700 hPa高度以下，隨著高度的增加，風(fēng)向呈現(xiàn)出順時針旋轉(zhuǎn)，以暖濕氣流為主，還有深厚的濕層存在；在700 hPa高度以上，隨著高度的升高，風(fēng)向以逆時針方向旋轉(zhuǎn)，高、低層分別是冷平流、暖平流，溫度下降幅度在21.9 ℃左右，沙氏指數(shù)為-1.6 ℃，K指數(shù)為41.3 ℃。從這些指標(biāo)看出大氣層結(jié)極不穩(wěn)定，對強降水天氣的形成較為有利。

對降水落區(qū)的垂直位溫進行分析發(fā)現(xiàn)，左側(cè)是位溫線所在位置，假相當(dāng)位溫值超過70 ℃，右側(cè)分別有假相當(dāng)位溫與飽和假相當(dāng)位溫，3條線的“喇叭口”狀分布明顯；對流層頂部存在超低溫，700～500 hPa高度處疊加有假相當(dāng)位溫與飽和假相當(dāng)位溫；400 hPa高度以下存在不穩(wěn)定能量，表現(xiàn)為西南風(fēng)，主要是旋轉(zhuǎn)輻合；400 hPa高度以上的不穩(wěn)定能量隨著高度的升高而減少，存在偏北風(fēng)，且以輻散為主，低層暖平流與高層冷平流的這種配置，說明大氣層結(jié)極不穩(wěn)定，再加上垂直風(fēng)切變的強度較大，加快了強降水天氣的出現(xiàn)。

4.3 水汽條件

充足的水汽供應(yīng)是強降水天氣出現(xiàn)的首要條件。在強降水天氣出現(xiàn)期間（圖2），不同對流層整層比濕場走向與低空急流保持一致，而孟加拉灣到江南、華南北部和福建上空有1條明顯的東西走向濕舌，說明有較高的水汽含量，自西向東水汽輸送條件好，為福州地區(qū)強降水天氣的出現(xiàn)提供了充足的水汽供應(yīng)。通過對850 hPa高度處的比濕場進行分析發(fā)現(xiàn)，在福建西北部一帶存在比濕中心，對應(yīng)的比濕數(shù)值在14.0～16.0 g/kg之間，良好的水汽條件對強降水天氣的發(fā)生與發(fā)展有推動作用。

4.4 中尺度分析

通過對福州地區(qū)2021年6月29日強降水天氣過程系統(tǒng)配置進行分析發(fā)現(xiàn)，500 hPa與850 hPa高度處，福建省西北部存在顯著的流線，而福州地區(qū)恰好位于流線南側(cè)的濕區(qū)。此外，福州中北部上空的上升速度與比濕中心明顯，且上升速度與比濕大值區(qū)均與暴雨落區(qū)有很好的對應(yīng)關(guān)系。

5 結(jié)論

（1）此次強降水天氣是在北方有利于引導(dǎo)弱冷空氣南下的環(huán)流形勢和副熱帶高壓減弱東退及加強西伸北抬的背景條件下，低空西南急流加強北抬、高空槽與中低層低渦切變線共同配合造成的。

（2）地形強迫抬升作用直接增大了降水強度，形成了暴雨和大暴雨天氣。

（3）高層輻散、低層輻合的配置有利于抽吸效應(yīng)的出現(xiàn)，還加快了對流的發(fā)展，為福州強降水的出現(xiàn)提供了動力條件，且925 hPa處的散度輻合區(qū)與強降水落區(qū)有很好的對應(yīng)關(guān)系。

（4）孟加拉灣到江南、華南北部和福建上空有1條明顯的東西走向濕舌，說明有較高的水汽含量，自西向東水汽輸送條件好，為福州地區(qū)強降水天氣的出現(xiàn)提供了充足的水汽供應(yīng)。

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