李帆

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2016-10-07—10-08暴雨過(guò)程診斷分析

李帆

（舟山市定海區(qū)氣象局，浙江 舟山 316000）

利用常規(guī)觀(guān)測(cè)，NECP/NCRE再分析、雷達(dá)及自動(dòng)氣象站資料，對(duì)2016-10-07—10-08發(fā)生在本地的一次大暴雨過(guò)程進(jìn)行診斷分析。結(jié)果表明，本次過(guò)程是一次副高邊緣高空波動(dòng)誘使低層冷空氣滲透南下引發(fā)的持續(xù)降水；臺(tái)風(fēng)倒槽的東南氣流帶來(lái)豐沛的水汽條件和輸送源源不斷的低層暖濕氣流，結(jié)合低空輻合，高空輻散的動(dòng)力配置都為對(duì)流天氣發(fā)展提供了有利的環(huán)境，而地面輻合線(xiàn)和垂直上升運(yùn)動(dòng)中心的東移南壓為其提供了觸發(fā)機(jī)制；雷達(dá)反射率因子，以積云層云混合降水為主，經(jīng)向速度東南氣流和地面輻合帶對(duì)降水起著關(guān)鍵作用。

暴雨；冷空氣；災(zāi)害性天氣；診斷分析

1 引言

暴雨是我國(guó)大部分地區(qū)多發(fā)的一種災(zāi)害性天氣，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、強(qiáng)度大的暴雨常會(huì)造成山洪暴發(fā)、水庫(kù)垮壩、交通電訊中斷等災(zāi)害，給人民生命財(cái)產(chǎn)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)帶來(lái)嚴(yán)重危害。隨著氣象事業(yè)的不斷發(fā)展，眾多氣象學(xué)者對(duì)暴雨進(jìn)行了大量的分析和研究，取得了豐富的經(jīng)驗(yàn)和方法。通過(guò)對(duì)上?！?185”特大暴雨過(guò)程的中尺度系統(tǒng)分析[1-3]和數(shù)值模擬[4-5]后發(fā)現(xiàn)熱帶低壓是造成本次暴雨過(guò)程的主要天氣系統(tǒng)，低壓內(nèi)一系列中尺度對(duì)流云團(tuán)的發(fā)展是導(dǎo)致暴雨災(zāi)害發(fā)生的直接原因，低空急流為本次過(guò)程提供了充足的水汽，急流帶上的風(fēng)場(chǎng)擾動(dòng)及風(fēng)速輻合是暴雨的觸發(fā)機(jī)制。李峰等[6]研究發(fā)現(xiàn)低層到中層偏南氣流的加強(qiáng)，使得低層暖濕氣流突破冷空氣壓制，向上爆發(fā)，對(duì)暴雨有觸發(fā)作用。何斌等[7]診斷分析2008年影響浙贛皖地區(qū)的一次梅雨鋒暴雨過(guò)程發(fā)現(xiàn)，對(duì)流層低層高能高濕，對(duì)流層中上層有干冷空氣入侵，造成大氣不穩(wěn)定層結(jié)，誘發(fā)暴雨。李彩鈴等[8]在對(duì)暴雨研究中發(fā)現(xiàn)壓能場(chǎng)對(duì)暴雨落區(qū)的預(yù)報(bào)有著較好的指導(dǎo)意義。盡管如此，暴雨及暴雨的預(yù)報(bào)依然是天氣預(yù)報(bào)工作的難點(diǎn)，本文選取NECP/NCRE再分析資料、多普勒雷達(dá)資料對(duì)2016-10-07—10-08發(fā)生在本地的大暴雨過(guò)程進(jìn)行了分析，討論其物理機(jī)制和降水成因。

2 天氣實(shí)況

2016-10-07T20：00—10-08T20：00，定海區(qū)出現(xiàn)了一次暴雨、局部地區(qū)大暴雨的降水過(guò)程。本次過(guò)程中定海城區(qū)累計(jì)降水量為86.8 mm，據(jù)全區(qū)23個(gè)有效區(qū)域自動(dòng)氣象站資料統(tǒng)計(jì)，全區(qū)平均降水量為76.5 mm，累計(jì)降水量大于50 mm的站點(diǎn)有20個(gè)，占總量的87%.大于100 mm（大暴雨）的站點(diǎn)數(shù)量有5個(gè)，占總量的22%.最大降水量出現(xiàn)在金塘，過(guò)程降水為139.7 mm。本次降水過(guò)程主要有3個(gè)特征：①本次強(qiáng)降水分布不均勻，呈現(xiàn)出西多東少的態(tài)勢(shì)。②本次降水過(guò)程持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，從2016-10-07T21：00—10-08T20：00，總歷時(shí)23 h。③本次過(guò)程出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水，2016-10-07T23：00—24：00為最強(qiáng)降水時(shí)段，小時(shí)雨強(qiáng)最大為35.9 mm（香園社區(qū)站）。

3 環(huán)流形勢(shì)分析

本次過(guò)程是一次處于副高邊緣的高空波動(dòng)使低層冷空氣滲透南下引發(fā)強(qiáng)降水的過(guò)程。2016-10-07T20：00，500 hPa（如圖1所示）中高緯表現(xiàn)為兩槽一脊的形勢(shì)，脊線(xiàn)位于我國(guó)新疆中部地區(qū)，東西兩側(cè)各為兩個(gè)冷中心，中緯度有東亞冷槽緩慢移動(dòng)，有利于槽后西北氣流引導(dǎo)冷空氣南下，影響江南、淮南地區(qū)。我區(qū)位于槽前，強(qiáng)盛的西南暖濕氣流為這次暴雨的發(fā)生提供了有利的水汽條件。此時(shí)588線(xiàn)位于浙江、福建沿海一帶，穩(wěn)定少動(dòng)，因此冷渦槽移動(dòng)較為緩慢，造成本次過(guò)程持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)。2016-10-07T20：00，700 hPa有切變線(xiàn)位于江西--安徽-江蘇一帶，850 hPa有切變線(xiàn)呈東北-西南走向位于浙江安徽交界一帶，地面冷鋒前部到達(dá)安徽北部，我區(qū)位于地面倒槽里。此后冷空氣進(jìn)一步南下，700 hPa和850 hPa兩層切變東移南壓，誘發(fā)我區(qū)2016-10-07T23：00開(kāi)始的暴雨過(guò)程。由于冷空氣是從地面緩慢滲透，700 hPa和850 hPa切變移動(dòng)緩慢，降水帶維持在本地上空。

急流對(duì)一次暴雨的發(fā)生作用是顯著的。觀(guān)察各層風(fēng)場(chǎng)我們可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)流層頂200 hpa有東西走向的急流軸，風(fēng)速大于40 m/s，對(duì)流層中部500 hPa在我區(qū)北部有西南急流，風(fēng)速大于24 m/s。我區(qū)一直處于高空急流右側(cè)的高空輻散下沉區(qū)，結(jié)合圖1（a）可知有一條地面輻合帶正好位于我區(qū)附近，這種高空輻散，低空輻合的配置為本次暴雨提供了良好的動(dòng)力條件。2016-10-07T20：00，700h Pa、850 hPa在我區(qū)東南至臺(tái)灣一帶有明顯的東南急流軸。結(jié)合圖1（b）分析可知，2016-10-07T20：00后我區(qū)一直位于低空急流左前方，有明顯的水汽輻合和質(zhì)量輻合的上升運(yùn)動(dòng)，這條急流軸將我國(guó)東海的水汽和暖濕氣流源源不斷地往我區(qū)輸送，推動(dòng)了強(qiáng)降水活動(dòng)的不斷發(fā)展。由此可知地面倒槽的形勢(shì)對(duì)本次降水的水汽和能量輸送起到了最重要的作用。

分析2016-10-07T20：00各層溫度露點(diǎn)差（T-Td）可以發(fā)現(xiàn)，20時(shí)850 hPa濕舌（濕區(qū)）覆蓋了整個(gè)江南，華南地區(qū)，同時(shí)我區(qū)的溫度露點(diǎn)差僅為1 ℃，水汽接近飽和，低層水汽豐沛。同樣仍可發(fā)現(xiàn)我區(qū)也位于700 hPa的廣闊濕舌（濕區(qū)）中，中低層濕舌相互對(duì)應(yīng)，濕空氣厚度較好，這有利于深厚的濕對(duì)流的出現(xiàn)，有利于強(qiáng)降水的發(fā)生。而在500 hPa的上空我區(qū)的北部存在著干舌（干區(qū)），這種上干下濕狀態(tài)的位勢(shì)不穩(wěn)定層結(jié)有利于對(duì)流的發(fā)展。

2016-10-08T08：00，700 hPa切變位于我區(qū)浙江東部-福建一帶，850 hPa切變位于我區(qū)至浙江、福建沿海一帶，500 hPa高空槽東移至我區(qū)前部，地面輻合帶東移南壓，850 hPa、700 hPa濕區(qū)南落縮小，降水過(guò)程趨于減弱，此后隨著系統(tǒng)進(jìn)一步東移南壓，主要降水帶也移出本地。

圖1 2016-10-07T20：00和2016-10-08T08：00的中尺度分析

圖1中，東西走向?qū)嵕€(xiàn)箭頭為500 hPa急流軸，單實(shí)線(xiàn)為500 hPa槽，左側(cè)雙實(shí)線(xiàn)為700 hPa切變線(xiàn)，南北走向左側(cè)箭頭為700 hPa急流，右側(cè)雙實(shí)線(xiàn)為850 hPa切變線(xiàn)，南北走向右側(cè)箭頭為850 hPa急流，右側(cè)三角線(xiàn)為850 hPa溫度槽，×－×線(xiàn)為地面輻合線(xiàn)，┴┴┴非閉合線(xiàn)為帶層注的濕舌，□○□線(xiàn)為850 hPa干線(xiàn)，┴┴┴閉合線(xiàn)為帶層注的干舌。

4 物理量分析

4.1 水汽條件

充足的水汽輸送是發(fā)生暴雨的必要前提之一，每一次暴雨發(fā)生都伴隨著水汽的累加。水汽通量和水汽通量散度能很好地表征一次過(guò)程中的水汽條件，水汽通量可反應(yīng)水汽的來(lái)源和大小，水汽通量散度則能反應(yīng)水汽的輻合與輻散，特別是低層的水汽通量輻合，對(duì)降水強(qiáng)度的貢獻(xiàn)十分明顯。

2016-10-07T20：00，850 hPa水汽通量場(chǎng)上（圖略），我區(qū)位于水汽通量高值中心的正中心，最大值達(dá)24 g·cm-2·s-1，且在我區(qū)南部臺(tái)灣地區(qū)同樣存在著水汽通量高值中心，水汽源源不斷的通過(guò)東南氣流向我區(qū)輸送。至2016-10-08T8：00，850 hPa水汽通量場(chǎng)上可以看出，水汽通量高值區(qū)消失，我區(qū)水汽通量明顯減弱，最大值降至12 g·cm-2·s-1，降水過(guò)程也趨于減弱。從2016-10-07T20：00，850 hPa水汽通量散度圖上可以看出，在江蘇東南部存在著明顯的水汽輻合中心，我區(qū)位于該輻合區(qū)的邊緣地帶，此后整個(gè)輻合中心東移南壓，我區(qū)開(kāi)始陣性降水，2016-10-07T23：00—24：00降水達(dá)到了此次過(guò)程最強(qiáng)時(shí)段，區(qū)域自動(dòng)站共有5個(gè)站小時(shí)降水量超過(guò)20 mm，小時(shí)雨強(qiáng)最大香園社區(qū)35.9 mm。至2016-10-08T08：00，輻合區(qū)南壓至東海上，降水帶也逐漸移出。

4.2 動(dòng)力條件

觀(guān)察2016-10-07T20：00—10-08T14：00單點(diǎn)渦度垂直剖面圖可以發(fā)現(xiàn)，從本次過(guò)程開(kāi)始時(shí)對(duì)流層中上層就存在著正渦度，正渦度中心位于500 hPa的位置，正渦度中心在2016-10-07T20：00至次日02：00穩(wěn)定且略有加強(qiáng)，該時(shí)段我區(qū)位于500 hPa高空槽前，正渦度平流使得地面輻合上升運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，地面氣旋發(fā)展，進(jìn)一步導(dǎo)致高空輻散加強(qiáng)，為短時(shí)強(qiáng)降水提供良好的動(dòng)力條件。另一方面，從單點(diǎn)垂直速度剖面圖上也可以看到，我區(qū)對(duì)流層中上層始終對(duì)應(yīng)著上升區(qū)，且隨著時(shí)間的推移，上升區(qū)的高度得到延伸，上升速度迅速增大，最大速度中心位于500 hPa的位置，2016-10-07T23：00—24：00其中心值超過(guò)﹣1.2 Pa/s，這都體現(xiàn)出我區(qū)的上升運(yùn)動(dòng)從2016-10-07T20：00開(kāi)始明顯加強(qiáng)，2016-10-07T23：00—24：00時(shí)段達(dá)到頂峰，深厚而強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)與該時(shí)段發(fā)生強(qiáng)降水的實(shí)況十分符合。此后上升中心迅速回落，至2016-10-08T08：00強(qiáng)上升中心回落至850 hPa附近，且中心值僅為﹣0.8 Pa/s，降水強(qiáng)度也隨之減弱。單點(diǎn)速度垂直剖面和單點(diǎn)渦度垂直剖面如圖2所示。

4.3 熱力條件

假相當(dāng)位溫se是重要的溫濕特征參數(shù)，是能量的表征方式之一。觀(guān)察圖3（b）可以發(fā)現(xiàn)在本次過(guò)程發(fā)生之前，浙江、福建地區(qū)處在高濕高能的控制之下，而我區(qū)北部存在著由北向南滲透的se相對(duì)較低的干冷空氣。觀(guān)察假相當(dāng)位溫單點(diǎn)垂直剖面圖發(fā)現(xiàn)，在2016-10-07T20：00—10-08T05：00，我區(qū)對(duì)流層700 hPa以下，假相當(dāng)位溫都隨高度升高而減小，低層假相當(dāng)位溫值達(dá)到351 K，這說(shuō)明在低層的暖濕氣流之上有相對(duì)的干冷空氣堆疊，我區(qū)上空處于上干下濕的對(duì)流不穩(wěn)定狀態(tài)。而在700 hPa以上的高度，假相當(dāng)位溫隨高度不發(fā)生變化，這表明大氣位于相對(duì)的對(duì)流穩(wěn)定狀態(tài)，這能有效地防止低層暖濕氣流向上擴(kuò)散，保證能量被儲(chǔ)藏在低層。結(jié)合之前分析可知，至2016-10-07T23：00，垂直上升速度、水汽輻合帶、地面輻合線(xiàn)各個(gè)條件都得到契合，觸發(fā)短時(shí)強(qiáng)降水。隨著圖3（c）地面冷空氣滲透南下，等se線(xiàn)堆積，我區(qū)以北出現(xiàn)能量鋒區(qū)，至2016-10-08T08：00，圖3（d）鋒面移動(dòng)到我區(qū)附近，冷暖空氣交匯導(dǎo)致斜壓不穩(wěn)定能量的釋放，正好對(duì)應(yīng)2016-10-08T07：00—10：00我區(qū)的較強(qiáng)降水時(shí)段。由于主要能量已經(jīng)在之前得到釋放，因此本段降水強(qiáng)度并不是十分強(qiáng)。

圖2 單點(diǎn)速度垂直剖面圖和單點(diǎn)渦度垂直剖面圖

圖3 單點(diǎn)假相當(dāng)位溫垂直剖面圖

5 多普勒雷達(dá)產(chǎn)品分析

利用新一代多普勒天氣雷達(dá)對(duì)出現(xiàn)在我區(qū)的本次大暴雨天氣進(jìn)行了連續(xù)跟蹤發(fā)現(xiàn)在降水出現(xiàn)之前，雷達(dá)站西南部存在大范圍的自西南向東北移動(dòng)的混合性降水回波，我區(qū)在2016-10-07T23：00之前影響的回波強(qiáng)度不強(qiáng)，都是以陣性降水為主，2016-10-07T23：00我區(qū)西南有回波強(qiáng)度≥45 dBz的對(duì)流單體生成，數(shù)個(gè)對(duì)流單體造成定海本站單小時(shí)32.0 mm的強(qiáng)降水。單體移出后我區(qū)受層狀云降水回波的影響，回波強(qiáng)度均小于40 dBz，至2016-10-08T08：00后冷空氣南下，降水帶南壓。

根據(jù)此次暴雨過(guò)程的多普勒雷達(dá)徑向速度圖分析發(fā)現(xiàn)：在PPI圖上，在降水開(kāi)始時(shí)雷達(dá)站50 km范圍內(nèi)存在一對(duì)正負(fù)中心，中心值達(dá)到15 m/s，結(jié)合風(fēng)場(chǎng)可知東南急流將水汽源源不斷的輸送至我區(qū)。此后50～100 km范圍內(nèi)0速度線(xiàn)逐漸轉(zhuǎn)為S型，我區(qū)為穩(wěn)定的暖平流降水；風(fēng)速達(dá)到27 m/s的負(fù)大大風(fēng)區(qū)域出現(xiàn)，有利于對(duì)流加強(qiáng)和維持。至2016-10-07T23：00低層有輻合線(xiàn)，觸發(fā)短時(shí)強(qiáng)降水。此后東南急流減弱，降水強(qiáng)度減弱，至2016-10-08T07：00開(kāi)始出現(xiàn)逆風(fēng)區(qū)和氣旋輻合，與冷空氣南下引發(fā)的第二段降水相對(duì)應(yīng)。

6 結(jié)論

本次降水是一次在中高緯兩槽一脊形勢(shì)下，東亞冷渦緩慢東移，引導(dǎo)低層冷空氣滲透南下引發(fā)的強(qiáng)降水過(guò)程，中低層均有切變南壓，且由于系統(tǒng)移動(dòng)緩慢使得降水帶在本地停留時(shí)間較長(zhǎng)，為本次過(guò)程提供了較好的動(dòng)力條件。同時(shí)臺(tái)風(fēng)倒槽的地面形勢(shì)為本次降水提供了充沛的水汽初始場(chǎng)和暖濕氣流的輸送。這種配置造成了我區(qū)本次降水持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，累積量大。從物理量診斷分析來(lái)看，我區(qū)一直位于高濕區(qū)中，水汽通量值較大，充足的水汽含量和持續(xù)的水汽輸送為強(qiáng)降水的發(fā)生提供了有利的初始條件；低層的輻合上升和高空的輻散抽吸有利于強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)，為暴雨發(fā)生提供了良好的動(dòng)力條件；本地在短時(shí)對(duì)流發(fā)生前存在著上干下濕的不穩(wěn)定層結(jié)，伴隨著水汽輻合帶，垂直速度中心的和地面輻合線(xiàn)的移近觸發(fā)第一輪短時(shí)強(qiáng)降水，由于大量能量得到釋放，第二輪冷暖氣流交匯引發(fā)的對(duì)流性降水強(qiáng)度不大，但在未來(lái)的預(yù)報(bào)中仍需關(guān)注冷鋒帶來(lái)的降水可能性。

此次過(guò)程主要以積云層云混合型降水回波為主，覆蓋面廣，降水持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)；但在降水回波帶中出現(xiàn)的數(shù)個(gè)對(duì)流單體造成了短時(shí)強(qiáng)降水。根據(jù)經(jīng)向速度圖分析，東南急流水汽輸送和地面輻合帶對(duì)本次降水提供了重要條件。

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2095－6835（2018）24－0052－03

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A

10.15913/j.cnki.kjycx.2018.24.052

李帆（1992—），男，浙江舟山人，本科，助理工程師。

〔編輯：嚴(yán)麗琴〕