毛程燕，荊思佳，潘欣，馬依依，李浩文

(1. 衢州市氣象局，浙江衢州324000；2. 廣州市氣象臺(tái)，廣東廣州511430)

1 引 言

每年6 月中旬—7 月中旬是長江流域的梅雨期，過程集中、暴雨頻發(fā)，尤其是2020 年，梅期長、雨量大、強(qiáng)降雨區(qū)域重疊，其中浙江中北部梅雨期降水量為1951 年以來第一位。對(duì)于梅汛期暴雨，國內(nèi)很多專家都對(duì)其進(jìn)行了深入探索研究[1?3]。持續(xù)的強(qiáng)降水除了需要完整暢通的水汽通道[4?5]，還需要良好的動(dòng)力場和熱力場結(jié)構(gòu)的配置[6?7]。自1980 年以來，關(guān)于位渦的理論和應(yīng)用獲得了蓬勃發(fā)展，尤其是在暴雨和臺(tái)風(fēng)研究中取得了很大進(jìn)展和突破[8?10]。Hoskins 等[11]提出應(yīng)用等熵位渦來診斷冷空氣在強(qiáng)降水落區(qū)和增幅方面的貢獻(xiàn)，毛程燕等[12]在分析一次梅雨鋒暴雨時(shí)也提出等熵位渦的演變和形態(tài)對(duì)冷空氣活動(dòng)有較好的視蹤作用。而濕位渦是一個(gè)綜合反映水汽作用和大氣動(dòng)力、熱力屬性的物理量，濕對(duì)稱不穩(wěn)定廣泛應(yīng)用于不同季節(jié)的各類降水中[13?14]，濕位渦與濕對(duì)稱不穩(wěn)定性有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系[15?17]。其中肖云清等[18]在分析賀蘭山東麓暴雨時(shí)指出，對(duì)流層中低層濕斜壓項(xiàng)負(fù)極值中心的強(qiáng)度和變化對(duì)暴雨預(yù)報(bào)有指示意義；周玉淑[19]在研究廣義濕位渦與江淮流域暴雨關(guān)系時(shí)提出，濕位渦的正負(fù)及強(qiáng)弱變化對(duì)暴雨落區(qū)預(yù)報(bào)有一定的指導(dǎo)作用，葛戰(zhàn)旗等[20]研究沙澧河流域的暴雨時(shí)發(fā)現(xiàn)，高層冷空氣的楔狀入侵促進(jìn)暖濕氣流抬升使對(duì)流不穩(wěn)定加強(qiáng)，伴隨著濕位渦正壓項(xiàng)MPV1 的顯著變化。近年來，隨著觀測資料的增加和觀測儀器的更新，應(yīng)用衛(wèi)星遙感資料研究暴雨云團(tuán)演變特征也越來越多。張端禹等[21]和張芹等[22]應(yīng)用FY-2G 云頂亮溫產(chǎn)品分析了暴雨的對(duì)流云活動(dòng)，發(fā)現(xiàn)對(duì)流云合并加強(qiáng)和深對(duì)流云中心區(qū)的降雨量有明顯加大趨勢；王雪芹等[23]分析暴雨時(shí)指出云團(tuán)的合并是造成暴雨范圍和強(qiáng)度增大的主要原因之一；劉新偉等[24]利用FY-2E 輻射亮溫研究高原切變線對(duì)降水影響時(shí)發(fā)現(xiàn)TBB 低值時(shí)段正好與短時(shí)強(qiáng)降水發(fā)生的時(shí)段相對(duì)應(yīng)。而“風(fēng)云”二號(hào)H(FY-2H)衛(wèi)星是2018 年6 月5日發(fā)射成功的靜止軌道氣象衛(wèi)星，每15 min 一次地球全圓盤觀測、每6 min 一次區(qū)域觀測，大大提高了對(duì)暴雨落區(qū)、強(qiáng)度的預(yù)報(bào)精度，TBB 的演變特征可反映對(duì)流云團(tuán)的發(fā)展階段、演變趨勢，對(duì)于未來降水變化進(jìn)行有效研判。

針對(duì)2020年6月29—30日發(fā)生在浙江省的一次大暴雨過程，由于模式預(yù)報(bào)顯著偏弱，事先對(duì)其量級(jí)預(yù)估存在明顯不足，29 日夜里不斷有對(duì)流系統(tǒng)發(fā)展，衢州市氣象局和多個(gè)區(qū)縣臺(tái)站在30 日凌晨到上午先后發(fā)布了暴雨紅色預(yù)警信號(hào)，而在分析研判本次過程時(shí)發(fā)現(xiàn)，此次形勢與2019年6月6日同樣發(fā)生在浙江省的一次大暴雨過程非常相似，當(dāng)時(shí)江山市氣象局也全網(wǎng)發(fā)布了暴雨紅色預(yù)警信號(hào)，雖有如此相似的形勢，降水落區(qū)和范圍卻相差很大，值得深入思考。而對(duì)于這類低壓后部的強(qiáng)對(duì)流暴雨，目前模式預(yù)報(bào)都存在明顯不足，量級(jí)、落區(qū)都比較難以把握，因此本文利用了我國FY-2H 衛(wèi)星TBB 資料和美國NCEP 再分析資料，從動(dòng)力、熱力條件和對(duì)稱不穩(wěn)定等方面進(jìn)行了綜合分析，探討其形成發(fā)展機(jī)理，對(duì)于未來這類暴雨預(yù)報(bào)提供一些借鑒，提高其預(yù)報(bào)和服務(wù)效果。

2 資料與方法

2.1 資料來源

本文采用美國氣象環(huán)境預(yù)報(bào)中心(National Centers for Environmental Prediction)NCEP FNL逐6 h全球再分析資料(1 °×1 °)、歐洲中心ECMWF模式細(xì)網(wǎng)格預(yù)報(bào)資料(0.125 °×0.125 °)、我國FY-2H靜止衛(wèi)星云頂亮溫(Temperature of Black Body，TBB)資料(時(shí)間分辨率為30 min、空間分辨率為0.1 °×0.1 °)(http://satellite.nsmc.org.cn/portalsite/Data)和浙江省常規(guī)觀測和區(qū)域站自動(dòng)觀測氣象資料。研究區(qū)域范圍為105～135 °E，18～40 °N。

2.2 濕位渦計(jì)算方法

吳國雄等[25]證明，滿足準(zhǔn)靜力平衡時(shí)，P坐標(biāo)系中濕位渦MPV 可分解為垂直分量MPV1 和水平分量MPV2，其表達(dá)式見式(1)～式(3)。

式中θse為假相當(dāng)位溫，f為科氏參數(shù)，MPV1為濕位渦的垂直分量(濕正壓項(xiàng))，MPV2為水平分量(濕斜壓項(xiàng))。MPV1受垂直方向的絕對(duì)渦度和對(duì)流穩(wěn)定度影響，即表示慣性穩(wěn)定度和對(duì)流穩(wěn)定性的作用，當(dāng)大氣為對(duì)流不穩(wěn)定時(shí)，MPV1<0，有利于暴雨的發(fā)生發(fā)展，當(dāng)大氣為對(duì)流穩(wěn)定時(shí)，MPV1>0，則不利于暴雨發(fā)生發(fā)展；MPV2受垂直風(fēng)切變和水平方向的假相當(dāng)位溫梯度影響，其正值區(qū)移動(dòng)方向可作為低空急流和暖濕氣流活動(dòng)的示蹤[10]，低層MPV2<0 時(shí)，表示水平濕斜壓性增強(qiáng)，垂直渦度增大。MPV2負(fù)值區(qū)越強(qiáng)，表明大氣斜壓性增強(qiáng)，越有利于降水增大。濕位渦單位為PVU，1 PVU=10-6m2·K/(s·kg)。

3 前期預(yù)報(bào)偏差分析

3.1 模式預(yù)報(bào)情況

29 日20 時(shí)(除標(biāo)明外均為北京時(shí)，下同)歐洲中心ECMWF 模式預(yù)報(bào)500 hPa 江淮流域氣溫為0 ℃附近(圖1a)，江南中北部氣溫呈南低北高，與實(shí)況氣溫(北低南高)相反，因而預(yù)報(bào)的冷空氣南下影響較弱，而且預(yù)報(bào)浙江北部700 hPa 和850 hPa均以西風(fēng)動(dòng)量為主，中南部則為西南分量，與實(shí)況西北風(fēng)和西南風(fēng)的輻合強(qiáng)度相比也是偏弱的，ECMWF 預(yù)報(bào)28 日20 時(shí)降水大值中心偏離到江西北部，對(duì)于浙江來說強(qiáng)降水落區(qū)在北部一帶，與實(shí)況相比落區(qū)有明顯偏差(圖1b)，29 日20 時(shí)起報(bào)的24 小時(shí)降水進(jìn)行了顯著調(diào)整，與實(shí)況相比無論落區(qū)是量級(jí)都還是比較接近的。而GFS模式的預(yù)報(bào)效果則更差，在28 日20 時(shí)起報(bào)的850 hPa 為一致的西南風(fēng)(圖1c)，且在浙江中部有風(fēng)速輻散，浙江省面上并沒有報(bào)出明顯降水(圖1d)，29 日20 時(shí)起報(bào)的降水雖有調(diào)大趨勢，但也基本預(yù)報(bào)在20 mm以下，因而事先對(duì)本次過程量級(jí)的預(yù)估存在明顯不足，對(duì)公眾預(yù)報(bào)和服務(wù)效果也不佳。

圖1 2020年6月29日20時(shí)500 hPa高度場(等值線，單位：dagpm)、850 hPa風(fēng)場(箭頭，單位：m/s)和溫度場(陰影，單位：℃)的ECMWF模式預(yù)報(bào)(a)和GFS模式預(yù)報(bào)(c)及29日20:00—30日20:00對(duì)應(yīng)的ECMWF(a)和GFS(d)模式降水預(yù)報(bào)

3.2 相似形勢落區(qū)差別大

在分析“6.30”過程時(shí)發(fā)現(xiàn)，此次過程與2019年6 月6 日(簡稱“6.6”過程)影響浙江省的一次大暴雨的形勢非常相似(圖2a)，兩次過程都是高空冷槽后部、江淮氣旋入海后冷切南壓過程中出現(xiàn)的強(qiáng)對(duì)流暴雨，渤海低壓位置相近(圖2b)，850 hPa西南急流都達(dá)到了24 m/s 以上，700 hPa 以下風(fēng)切變(20 m/s)和K 指數(shù)都相仿(圖略)，但不同之處是今年“6.30”的588 dagpm 位置比“6.6”的稍偏北一些，副熱帶高壓勢力更強(qiáng)，主要在華南北部到福建一帶，588 dagpm 與 584 dagpm 更靠近，能量也更充足一些，且副熱帶高壓脊線位置比較高，使得冷空氣在下擺過程中在浙江中部滯留，而渤海區(qū)域低壓強(qiáng)度更強(qiáng)、冷空氣勢力也較強(qiáng)。

圖2 2019年6月6日20時(shí)850 hPa風(fēng)場和高度場(a)和700 hPa急流(虛線，≥12 m/s)和海平面氣壓場(單位：hPa)(b)

從“6.6”過程降水情況來看(圖3a)，強(qiáng)降水主要集中在浙江西部，尤其是衢州中南部、麗水西部出現(xiàn)了大暴雨，其他地區(qū)降水均在50 mm 以下，強(qiáng)降水范圍并不大。而“6.30”過程(6 月29 日20:00—30 日20:00)浙江省中南部均出現(xiàn)了暴雨到大暴雨天氣，全省平均雨量為38.0 mm(圖3b)。由于副熱帶高壓穩(wěn)定少動(dòng)形成了阻塞形勢，系統(tǒng)移動(dòng)緩慢，降水效率較高，上游不斷有新生對(duì)流發(fā)展東移，出現(xiàn)了明顯的“列車效應(yīng)”。30 日01 時(shí)左右，強(qiáng)降水回波自西向東隨700 hPa 引導(dǎo)氣流逐漸影響浙江，衢州、金華、麗水、紹興、寧波等大部分地區(qū)都出現(xiàn)了暴雨以上天氣，尤其是浙江西部，大部分地區(qū)出現(xiàn)了大暴雨天氣，衢州市面雨量為139.5 mm，有 2 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn) 24 h 雨量超過 250 mm(特大暴雨)，236 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)超過 100 mm(大暴雨)。30 日 14 時(shí)以后隨著江淮氣旋東移入海，對(duì)流層中低層逐漸轉(zhuǎn)西北氣流，浙江全省降雨漸止。對(duì)比兩次過程，“6.6”大暴雨過程系統(tǒng)南壓速度更快，其強(qiáng)降水落區(qū)更小、降水比較集中、落區(qū)更小、對(duì)流性也更強(qiáng)，而“6.30”過程強(qiáng)降水持續(xù)時(shí)間則更長、暴雨范圍也更廣。

圖3 浙江省2019年6月6日08:00—7日08:00(a)和2020年6月29日20:00—30日20:00)(b)降水空間分布

在分析了模式預(yù)報(bào)和對(duì)比了歷史個(gè)例后，對(duì)“6.30”過程降水基本傾向于偏弱預(yù)報(bào)，而實(shí)際本次過程浙江中部和西部都出現(xiàn)了暴雨、大暴雨天氣，因此有必要重新審視一下本次過程，對(duì)于未來預(yù)報(bào)提供一定的調(diào)整思路。

4 結(jié)果分析

4.1 大尺度環(huán)流背景和影響系統(tǒng)

29 日 20 時(shí)，200 hPa 南亞高壓位于江南、華南上空，高壓脊位于27 °N 附近，高空西風(fēng)急流位于華北到黃淮地區(qū)上空(圖4a)，浙江省為典型的梅雨環(huán)流形勢。此時(shí)浙江省處于南亞高壓控制下，高空強(qiáng)烈的輻散氣流有利于低層濕空氣源源不斷輻合抬升；500 hPa 中高緯為兩槽一脊環(huán)流形勢(圖4b)，貝加爾湖以北為穩(wěn)定的阻塞高壓，華北冷渦位置偏南(40 °N以南)，位于渤海灣一帶，中緯度環(huán)流經(jīng)向度大，底部冷空氣南下，形成冷暖空氣對(duì)峙，貝加爾湖以東至東亞沿岸為寬廣的低槽，浙江中部有小擾動(dòng)，500 hPa 有冷空氣向下滲透，比預(yù)報(bào)偏強(qiáng)，副熱帶高壓從日本以南延長至華南地區(qū)呈東西帶狀分布，588 dagpm線北界位于福建中部至華南上空，120 °E 處脊線位于 22 °N 附近。30日08 時(shí)南亞高壓略有南壓，浙江中北部處于高空槽槽底，而588 dagpm 線也東退南壓，高空槽東移緩慢，強(qiáng)降水維持時(shí)間較長；高空冷空氣從西北地區(qū)沿著冷槽南下抵達(dá)江南地區(qū)，與副熱帶高壓西部的西南暖濕氣流交匯(圖略)。

與此同時(shí)，850 hPa 江淮氣旋東移入海后加強(qiáng)，氣旋后部偏北急流攜帶冷空氣不斷影響，西北急流與西南暖濕氣流形成的冷式切變位于浙江中部，大暴雨發(fā)生在850 hPa 冷切變南壓過程中，浙江上空為南海輸送來的西南水汽、江淮氣旋帶來的海上水汽、華北冷空氣三支氣流相互交匯(圖4c)。29 日夜間，850 hPa 急流強(qiáng)度減弱，但急流帶形態(tài)變窄，雨帶位置與急流軸中心相對(duì)應(yīng)，呈東北-西南向，隨著急流軸南壓而南移，其中02—05時(shí)，急流變窄導(dǎo)致風(fēng)的垂直切變?cè)龃?，雨帶增?qiáng)；江淮氣旋繼續(xù)東移，其后部偏北風(fēng)影響的主要是浙江東部沿海城市，而浙江中部偏西急流則維持18 m/s (圖4d)，02時(shí)之前東段雨帶位于切變北側(cè)，與顯著北風(fēng)對(duì)應(yīng)，西段雨帶位于切變南側(cè)。05 時(shí)以后急流減弱，鄱陽湖上有小擾動(dòng)?xùn)|移，雨帶轉(zhuǎn)成東西向，形成“列車效應(yīng)”；30 日08—11 時(shí)，雖然急流減弱以偏西氣流為主，但其上有小擾動(dòng)發(fā)展東移并不斷有弱冷空氣滲透，700 hPa 浙江西部有西北風(fēng)和西南風(fēng)輻合，降水維持，05—11時(shí)梅雨帶位于切變線南側(cè)。14時(shí)以后850 hPa轉(zhuǎn)為西北風(fēng)，降水顯著減弱。因此，本次梅汛期暴雨過程主要是暖濕氣流疊置高空冷空氣滲透產(chǎn)生的強(qiáng)降水。

圖4 2020年6月29日20時(shí)200 hPa高度場(等值線，單位：dagpm)及急流(虛線，≥30 m/s)(a)、500 hPa高度場(單位：dagpm)(b)、850 hPa風(fēng)場和高度場(c)和29日20時(shí)700 hPa急流(虛線，≥12 m/s)和海平面氣壓場(單位：hPa)(d)

4.2 水汽輸送分析

作水汽通量的經(jīng)向剖面，發(fā)現(xiàn)在29 日20 時(shí)(大暴雨前)浙江中部上空500 hPa高度以下有顯著的水汽通量分布(圖5a)，中心強(qiáng)度為24 g/(cm·hPa·s)(800 hPa 附近)，35 °N 以南為完整的水汽通道，水汽大值區(qū)逐漸向高緯、高空伸展；30 °N 附近800 hPa 以下有強(qiáng)水汽通量散度的負(fù)中心存在，中心強(qiáng)度為-4×10-7g/(cm2·hPa·s) (900 hPa 附近)，800 hPa 以上為強(qiáng)水汽通量散度正中心，中心強(qiáng)度為 6×10-7g/(cm2·hPa·s) (650 hPa 附近)，高層水汽輻散強(qiáng)于低層水汽輻合，有利于近地層水汽源源不斷吸納進(jìn)來，夜間850 hPa衢州市上空水汽通量散度持續(xù)輻合。30 日02 時(shí)(圖略)，水汽通量大值中心位于29 °N 附近，中心值仍為 24 g/(cm·hPa·s)，范圍有所減??；水汽通量散度中心位于29～30 °N 附近，隨高度先向北再向南傾斜，有三個(gè)強(qiáng)度中心，分別位于950 hPa、800 hPa、750 hPa高度。30日08時(shí)(圖5b)，水汽通量位置向低緯偏移、強(qiáng)度有所減弱，800 hPa高度上水汽通量中心值為16 g/(cm·hPa·s)，水汽通量散度中心隨之南移，有多個(gè)水汽輻合中心，最大強(qiáng)度增至-5×10-7g/(cm·hPa·s)、影響范圍明顯擴(kuò)大，浙江中南部上空由低層到500 hPa 均為強(qiáng)負(fù)值區(qū)。以上分析表明，浙江中南部地區(qū)出現(xiàn)暴雨區(qū)，不僅需要大量的水汽輸送，還需要強(qiáng)烈的水汽輻合。

圖5 2020年6月29日20時(shí)(a)和30日08時(shí)(b)水汽通量(等值線，單位：g/(cm·hPa·s))和水汽通量散度(陰影，單位：10-7 g/(cm2·hPa·s))沿119 °E的經(jīng)向垂直剖面

4.3 動(dòng)力診斷分析

垂直速度是反映大氣垂直輸送的物理量，垂直螺旋度是描述大氣環(huán)境風(fēng)場旋轉(zhuǎn)程度和運(yùn)動(dòng)強(qiáng)弱的特征量，因此都是反映大氣運(yùn)動(dòng)動(dòng)力機(jī)制的重要指標(biāo)[20]。由垂直速度的剖面可見(圖6a)，29日08:00—30 日20:00 時(shí)段內(nèi)，對(duì)流層中低層呈現(xiàn)“+-+-”分布，29 日 20 時(shí)之前，650 hPa 以下為一致的正值區(qū)，對(duì)流層中低層以下沉運(yùn)動(dòng)為主，但此時(shí)由低層向中層逐漸出現(xiàn)負(fù)散度，650 hPa 以下為正垂直螺旋度區(qū)(圖6b)，中心強(qiáng)度為25×10-7hPa/s2，逐漸轉(zhuǎn)為有利于強(qiáng)降水的條件；20時(shí)以后450 hPa以下垂直速度為一致的負(fù)值區(qū)，最大上升運(yùn)動(dòng)中心位于600 hPa附近(-5 Pa/s)，750 hPa以下負(fù)散度區(qū)逐漸向高空延展，與此同時(shí)，垂直螺旋度轉(zhuǎn)為弱的負(fù)值區(qū)，與垂直速度配合并不是特別好。30 日02 時(shí)，700 hPa 以下垂直速度又轉(zhuǎn)為正值區(qū)，900 hPa以下有弱輻散出現(xiàn)，此時(shí)垂直螺旋度為零值附近，垂直輸送明顯減弱。30 日08 時(shí)，垂直速度有兩個(gè)負(fù)值中心，分別為700 hPa 附近(-6 Pa/s)和450 hPa 附近(-4 Pa/s)，即對(duì)流層整層為強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)，而600 hPa 以下為較強(qiáng)的負(fù)散度區(qū)(輻合區(qū))，600 hPa 以上為輻散區(qū)，而此時(shí)的垂直螺旋度為強(qiáng)的正值，強(qiáng)度中心為20×10-7hPa/s2(位于700 hPa)，浙江中南部上空為風(fēng)向風(fēng)速輻合運(yùn)動(dòng)中心，低值系統(tǒng)增強(qiáng)，垂直螺旋度、垂直速度與低空輻合高空輻散的配置良好，為浙江中南部地區(qū)暴雨提供了有利的動(dòng)力條件。14 時(shí)以后700 hPa 以下仍為強(qiáng)的負(fù)散度區(qū)，700 hPa 處散度中心為-5×10-5s-1，而此時(shí)大氣層中轉(zhuǎn)為多個(gè)垂直速度正值中心，尤其是800 hPa以下有下沉運(yùn)動(dòng)中心，對(duì)應(yīng)的垂直螺旋度為零值，表明低層大氣雖有輻合條件，但垂直輸送顯著減弱，這與14 時(shí)以后雨勢明顯減弱有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

圖6 2020年6月29日08時(shí)—30日20時(shí)垂直速度(等值線，單位：Pa/s)與散度(陰影為輻合區(qū)，單位：10-5 s-1)(a)和垂直螺旋度(單位：10-7 hPa/s2)(b)的時(shí)間-高度剖面(剖面為119 °E，29 °N)

4.4 濕位渦診斷分析

4.4.1 濕位渦正壓項(xiàng)(MPV1)的垂直分布

為了揭示干冷空氣從高空向低空傳輸對(duì)強(qiáng)降水的影響，主要探究了濕位渦正壓項(xiàng)的垂直分布對(duì)浙中南暴雨的作用。沿著暴雨中心119 °E 作濕位渦正壓項(xiàng)剖面，29 日20 時(shí)暴雨發(fā)生前(圖7a)，30 °N 及以南 600 hPa 以下為一致的弱負(fù)值區(qū)，說明在對(duì)流層中低層為一致的弱對(duì)流不穩(wěn)定區(qū)，600 hPa以上為正值區(qū)，其上受干冷氣流控制則為對(duì)流穩(wěn)定區(qū)，這種配置有利于低層低值系統(tǒng)進(jìn)一步發(fā)展。25～30 °N 之間 950 hPa 以下有兩個(gè)負(fù)值中心，分別為-1.0 PVU(30 °N)、-2.0 PVU(25 °N)，暴雨中心發(fā)生在 27～29 °N，偏離 MPV1 中心(29 °N)的負(fù)值區(qū)內(nèi)。30～35 °N 有高值的 MPV1 從對(duì)流層中層向低層傾斜伸展，分別在500 hPa、700 hPa、900 hPa 附近形成 3 個(gè)強(qiáng)度中心，分別為-1.2 PVU、-0.6 PVU、-1.8 PVU；29 日 02 時(shí)暴雨期間(圖 7b)，30 °N 附近 500 hPa 以下轉(zhuǎn)為強(qiáng)負(fù)值區(qū)，700 hPa 中心強(qiáng)度為-1.4 PVU，30 °N 及以南對(duì)流層低層有強(qiáng)對(duì)流不穩(wěn)定，表明強(qiáng)降水區(qū)上空為強(qiáng)的對(duì)流不穩(wěn)定區(qū)。對(duì)流層高層(400 hPa)的高值MPV1 進(jìn)一步向下延展至900 hPa 附近，從對(duì)流層高層至低層形成一個(gè)貫通穩(wěn)定的傾斜傳輸帶，高值MPV1 向低層逐漸輸送，表明有氣旋后部冷空氣向低空傳輸堆積，侵入的冷空氣在低層形成冷墊，強(qiáng)迫暖濕氣流抬升，對(duì)流不穩(wěn)定增強(qiáng)和潛熱能量釋放，從而觸發(fā)暴雨的發(fā)生發(fā)展。30日08時(shí)(圖略)，600 hPa 以下為負(fù)值區(qū)，30 °N 上空 MPV1 中心下壓至 750 hPa 附近(-1.4 PVU)，30 °N 以南850 hPa 為 0 PVU 區(qū)，暴雨發(fā)生在 MPV1 的正負(fù)過渡的零值區(qū)附近，并未出現(xiàn)在正渦度附近。由此可見，高值MPV1 從對(duì)流層中層向下傳輸侵入降水區(qū)，使降水區(qū)穩(wěn)定度明顯下降，冷墊上的暖濕氣流抬升，觸發(fā)了不穩(wěn)定能量釋放和潛熱加熱，從而對(duì)強(qiáng)降水起顯著的增幅作用，MPV1 的分布對(duì)暴雨落區(qū)有良好的示蹤作用。

圖7 2020年6月29日20時(shí)(a)、30日02時(shí)(b)濕位渦正壓項(xiàng)MPV1(單位：PVU)沿119 °E的經(jīng)向垂直剖面圖

4.4.2 等壓面上濕斜壓項(xiàng)(MPV2)的水平分布

29 日 20 時(shí)(圖 8a)，30～34 °N 之間 600 hPa 以下為密集的等值線覆蓋，表明系統(tǒng)斜壓性增強(qiáng)，有兩個(gè)負(fù)值中心分別位于650 hPa 和900 hPa，強(qiáng)度分別為-0.6 PVU 和-1.0 PVU，說明 30 °N 以北低層垂直風(fēng)切變較強(qiáng)，南側(cè)風(fēng)切變較小；且負(fù)值區(qū)隨高度向北傾斜延伸，浙江中部地區(qū)(29 °N)為零值附近，反映了低空由于風(fēng)向輻合產(chǎn)生了弱的暖濕氣流。30 日 02 時(shí)(圖 8b)，MPV2 負(fù)值中心南移、范圍縮小，浙江中部750 hPa 以下兩個(gè)強(qiáng)度中心均為-0.8 PVU，且兩個(gè)中心的高度均降低，本次大暴雨過程并未出現(xiàn)在強(qiáng)的斜壓中心，而是在其南側(cè)零值附近的弱正值區(qū)。30 日 08 時(shí)(圖略)，MPV2又向高空伸展至600 hPa，29 °N 附近等值線變密集梯度加大，暴雨出現(xiàn)在低層MPV2 的零等值線附近，說明大氣低層為弱大氣濕斜壓性和不強(qiáng)的風(fēng)垂直切變，浙中西地區(qū)西南暖濕氣流也不強(qiáng)盛。

圖8 2020年6月29日20時(shí)(a)、30日02時(shí)(b)濕位渦斜壓項(xiàng)MPV2(單位：PVU)沿119 °E的經(jīng)向垂直剖面圖

4.4.3 濕位渦演變與強(qiáng)對(duì)流降水機(jī)制

假相當(dāng)位溫表征大氣熱力、濕度的綜合參量，其垂直分布反映了大氣中能量的分布狀況。為揭示暴雨的形成演變機(jī)制，研究冷空氣與濕位渦對(duì)暴雨的作用，制作了假相當(dāng)位溫與濕位渦的剖面圖進(jìn)行綜合分析。30 日02 時(shí)(圖9a)，暴雨區(qū)北側(cè)600 hPa 附近有一個(gè)θse低值中心(325 K)，表明此時(shí)有冷空氣從對(duì)流層中層侵入。在冷暖空氣交匯處等θse線非常密集，且與地面近乎垂直，說明30 °N 附近有很強(qiáng)的鋒區(qū)，浙江北部地區(qū)鋒生作用明顯，鋒區(qū)緩慢南壓，鋒區(qū)內(nèi)斜壓性強(qiáng)，冷暖空氣對(duì)峙，有利于產(chǎn)生對(duì)流不穩(wěn)定，從而增強(qiáng)降水，暴雨區(qū)上空等θse線呈漏斗狀下凹，有利于對(duì)流層中高層冷空氣沿等熵面下滑，較小的θse干空氣侵入到較大的θse暖濕空氣上空，導(dǎo)致對(duì)流不穩(wěn)定顯著增強(qiáng)，大暴雨位于高能舌一側(cè)。30 日08 時(shí)，等值線密集區(qū)位置穩(wěn)定少變，暖濕氣流在冷墊上不斷抬升觸發(fā)對(duì)流，而14 時(shí)等值線隨高度顯著南傾(圖9b)，浙中南一帶中低層受一致的冷空氣控制，降水趨于結(jié)束。由于濕位渦具有守恒性，異常高的MPV1區(qū)往往出現(xiàn)異常低的MPV2，所以冷空氣越強(qiáng)，斜壓性也越強(qiáng)，正壓濕位渦也就越小。MPV的高值中心位于θse密集帶上，大于-1 PVU，當(dāng)θse線高度降低并南壓時(shí)，MPV 大值區(qū)也隨之降低和南壓(800 hPa 以下)。等θse線坡度越陡，高空干冷空氣向低層侵入越顯著，鋒區(qū)則越強(qiáng)，大氣斜壓性也越強(qiáng)，MPV 負(fù)值也越大，越有利于大范圍暴雨的產(chǎn)生。由此可見，高空干冷氣流呈傾斜的漏斗狀向低層侵入，帶動(dòng)高空的高位渦向低層移動(dòng)，與暖濕氣流交匯、對(duì)流不穩(wěn)定加大，有利于強(qiáng)降水的維持，衢州市大暴雨位于渦度零線附近，而杭州灣附近降水發(fā)展與正渦度相對(duì)應(yīng)，但東移南壓速度較快，累計(jì)雨量不大。

圖9 2020年6月30日02時(shí)(a)和14時(shí)(b)假相當(dāng)位溫(等值線，單位：K)和濕位渦MPV(陰影，單位：PVU)沿119 °E的經(jīng)向垂直剖面圖

4.5 中尺度對(duì)流云團(tuán)活動(dòng)特征

本次強(qiáng)降水過程主要影響時(shí)段是6 月29 日夜里到30 日上午，前半夜主要是浙江北部有分散的對(duì)流性降水，后半夜開始主要影響浙江中南部，零點(diǎn)前后衢州市開化縣開始有對(duì)流發(fā)展起來，降水效率很高。選取該時(shí)段內(nèi)FY-2H 的云頂亮溫演變特征加以分析，發(fā)現(xiàn)30 日00—05 時(shí)為急流的觸發(fā)階段，急流在云團(tuán)的后側(cè)激發(fā)出來，對(duì)流云為后向傳播。06—11 時(shí)為急流擾動(dòng)發(fā)展階段，對(duì)流云團(tuán)發(fā)展合并，上游江西鄱陽湖的東南側(cè)有兩個(gè)小擾動(dòng)相配合，不斷有對(duì)流云發(fā)展并沿著700 hPa引導(dǎo)氣流東移，形成明顯的“列車效應(yīng)”[27]。29 日20:00浙江北部和西部地區(qū)有多個(gè)對(duì)流云團(tuán)發(fā)展(圖10a)，最低云頂亮溫約為-60 ℃，之后對(duì)流云團(tuán)逐漸東移南壓并逐漸增強(qiáng)，云團(tuán)尺度也逐漸擴(kuò)展；23:00 左右麗水市和衢州市交界處發(fā)展成積雨云團(tuán)(圖10b)，最大云頂亮溫為-70 ℃，說明此時(shí)此處云頂伸展高度較高，對(duì)流發(fā)展旺盛，該區(qū)域降水顯著增強(qiáng)。30 日02:00—04:00 積雨云有所減弱(圖10c)，TBB 減小；04:00 又再次顯著加強(qiáng)(圖10d)，形成一條相對(duì)完整的東北-西南走向的帶狀積雨云帶，橫跨整個(gè)浙江省，寬度150 km以上，06:00以前云帶位置都穩(wěn)定少動(dòng)，不斷有新的對(duì)流單體新生，降水效率高，浙江中部出現(xiàn)大范圍強(qiáng)降水。06:00以后，浙江東部對(duì)流云團(tuán)移出，但浙江西部上游江西省仍有強(qiáng)對(duì)流云團(tuán)發(fā)展并東移影響，“列車效應(yīng)”現(xiàn)象維持，其中08:00 左右衢州、麗水、金華三市交界處云頂亮溫為-70 ℃(圖10e)，持續(xù)的對(duì)流云發(fā)展影響，使得這一帶出現(xiàn)暴雨到大暴雨天氣。10:00 以后積雨云團(tuán)南壓(圖10f)，主要影響麗水市，13:00 對(duì)流云團(tuán)減弱消散，云頂亮溫升高，降水強(qiáng)度減弱，以殘留的層狀云弱降水為主。

圖10 2020年6月29日20:00(a)、23:00(b)、30日01:00(c)、04:00(d)、08:00(e)、10:00(f)FY-2H云頂亮溫演變(單位：℃)

5 結(jié) 論

本次過程是一次江淮氣旋后部冷空氣影響形成的大暴雨過程，對(duì)500 hPa的冷空氣勢力預(yù)報(bào)偏弱，700 hPa 和 850 hPa 西風(fēng)動(dòng)量為主，ECMWF 和GFS 模式預(yù)報(bào)的降水也顯著偏弱，因而事先對(duì)其量級(jí)預(yù)估不足，對(duì)公眾預(yù)報(bào)和服務(wù)效果不佳。本文分析得出如下結(jié)論。

(1) 本次暴雨過程由多個(gè)天氣系統(tǒng)相互作用。500 hPa 中高緯為兩槽一脊環(huán)流形勢，東亞地區(qū)為寬廣的低槽，江淮氣旋后部不斷有冷空氣南下影響江南地區(qū)，200 hPa 南亞高壓西北側(cè)偏東風(fēng)與西北氣流之間輻散區(qū)，高空強(qiáng)輻散和低空冷式切變輻合疊置，浙江省位于南亞高壓脊線北側(cè)，副熱帶高壓帶狀分布、梅雨鋒穩(wěn)定，系統(tǒng)少動(dòng)，降水效率高，雨帶與西南急流相對(duì)應(yīng)，其上有小擾動(dòng)，急流變窄雨帶增強(qiáng)，大暴雨發(fā)生在850 hPa冷切變南壓過程中。

(2) 本次過程水汽、動(dòng)力和熱力條件相互配合。暴雨出現(xiàn)前，對(duì)流層中低層增濕顯著，水汽通量向高緯、高空延展，高層水汽輻散強(qiáng)于低層水汽輻合，有利于近地層水汽不斷吸納進(jìn)來，而低層顯著的負(fù)散度先于垂直運(yùn)動(dòng)出現(xiàn)也對(duì)暴雨有預(yù)示作用；垂直螺旋度率先轉(zhuǎn)為有利于降水的條件，比垂直速度提前出現(xiàn)，發(fā)生暴雨時(shí)垂直螺旋度和垂直速度中心幾乎重合，垂直螺旋度減小時(shí)雨勢也減弱。因此水汽通量和垂直螺旋度對(duì)暴雨落區(qū)和強(qiáng)度有示蹤作用。

(3) 濕位渦理論和θse綜合分析，能較好地解釋本次大暴雨的形成、發(fā)展機(jī)制，是一次對(duì)流不穩(wěn)定和斜壓不穩(wěn)定引起、動(dòng)力和熱力共同作用產(chǎn)生的大暴雨過程。大暴雨發(fā)生在MPV1 和MPV2 為正負(fù)過渡的零值區(qū)附近，對(duì)流不穩(wěn)定和斜壓不穩(wěn)定相結(jié)合區(qū)域，高空干冷氣流帶動(dòng)高空的高位渦向低層輸送，低層鋒區(qū)增強(qiáng)、大氣斜壓性加大，增強(qiáng)了對(duì)流不穩(wěn)定，從而引起顯著的降水增幅；而冷暖空氣交匯處等θse梯度很大，MPV 的高值中心即位于θse最密集處。

(4) 本次暴雨也同時(shí)受多個(gè)中小尺度對(duì)流系統(tǒng)影響，不斷有新的對(duì)流單體發(fā)展東移。江西一帶的兩個(gè)小擾動(dòng)和急流脈動(dòng)的配合下，850 hPa 冷式切變附近的降水云團(tuán)不斷激發(fā)出來，多個(gè)塊狀對(duì)流云團(tuán)合并為完整的帶狀積雨云團(tuán)，降水云團(tuán)出現(xiàn)“增強(qiáng)-減弱-再增強(qiáng)-減弱消散”階段，觸發(fā)階段對(duì)流云后向傳播，擾動(dòng)發(fā)展階段對(duì)流云團(tuán)合并過程，形成顯著的“列車效應(yīng)”。

(5) 本次暴雨過程和“6.6”暴雨過程都是高空冷槽后部、江淮氣旋入海后冷切南壓過程中出現(xiàn)的強(qiáng)對(duì)流暴雨，但“6.30”低壓強(qiáng)度更強(qiáng)、冷空氣勢力也更強(qiáng)、系統(tǒng)南壓速度更緩慢，因此強(qiáng)降水持續(xù)時(shí)間更長、暴雨范圍更廣。