濰坊地區一次局地大暴雨天氣成因分析

高曉梅 馬守強 王令軍 閆鳳君 陳林祥

(1.濰坊市氣象局，山東 濰坊 261011;2.高密市氣象局，山東 高密 261500;3.諸城市氣象局，山東 諸城 262200）

暴雨特別是大暴雨是水資源的重要組成部分，也是引發自然災害的主要天氣之一，它對工農業生產、交通運輸和人民生命財產安全有重要的影響。暴雨的發生是由于不同尺度系統相互作用的結果，天氣尺度系統提供了有利的環流背景，中、小尺度系統的發展和加強觸發了強降水的發生［1－7］。趙宇等［8］對2003 年 4 月發生在山東的一次暴雨過程進行了診斷分析，發現了氣旋和暴雨的發生發展及演變機制與物理量場的對應關系。孫興池等［9］分析了山東一次區域性大暴雨，找出暴雨發生的機制與條件。張少林等［10］對2004年一次暴雨過程進行分析研究，指出了暴雨與高能舌區的對應關系。在實際業務中，對某一地區暴雨發生發展的規律和機理認識仍有許多未解因素，因此加強對本地的暴雨研究有非常重要的意義。

2010年7月17日至20日，受高空西風槽、低層切變線和地面氣旋共同影響，山東省出現了一次明顯的持續性強降水天氣過程，暴雨區主要集中出現在魯中－半島一帶。從17日晚上至20日，濰坊市出現了暴雨局部大暴雨天氣過程，全市過程平均降水量為65.4mm，有2個縣市降了大暴雨，其中安丘市12小時內降水量達到104.8mm。此次暴雨過程分布不均，東部大西部小，而且此次暴雨過程分為兩個階段，第一階段為17日晚至18日，第二階段為19日下午至20日。本文就其大暴雨天氣過程特征及成因進行診斷分析和研究，以期能對進一步做好大暴雨預報提供重要的指示依據。

1 環流形勢分析

2010年7月17日20時500hPa圖(圖略）可以看出，西太平洋副熱帶高壓西伸北抬，588線西伸到東經110°N、29°E附近，山東位于584線附近，西風帶北支槽在貝湖東部至河套一帶，另外在四川盆地有一南支槽，低層700hPa圖(圖略）與高空北支槽配合有一低槽，在四川西部有一低渦，850hPa圖(圖略）在河套以東山西至陜西一帶與四川東部分別存在著一條切變線。從低層風場上來看，低空西南急流已經建立起來，魯中地區正好處于高空北支槽前風場輻合區內。7月17日20時地面圖上(圖略）在山西的中北部對應著850hPa切變線的區域生成一氣旋，17日23時(圖略），氣旋東移至山東中部，濰坊市位于氣旋附近，17日夜間濰坊市降水達到最大，至18日05時(圖略），氣旋逐漸減弱并東移至魯東南一帶，濰坊市降水逐漸減弱。18日08時(圖略），500hPa副熱帶高壓穩定，北支槽東移北收，低層風場大的輻合區已經到達山東半島，地面圖上風場切變也在半島一帶，強降水區暫時東移至半島。

7月19日08時500hPa圖(圖略）顯示副熱帶高壓西伸北抬，588線控制魯東南沿海至半島，在山西南部存在一低渦，配合著低層700hPa和850hPa在山東西部均有明顯的風場輻合。并且從低層風場上來看，低空西南急流已經建立起來，急流頂端位于魯西，有利于魯西強降水的發生。19日08時地面圖(圖略）看出在河南中部生成一氣旋，并逐漸向東北方向移動，魯西北處于倒槽頂部，19日上午強降水主要集中在魯西北。19日17時(圖略）氣旋位于山東、河北、河南三省交界，濰坊市地面風場東南氣流逐漸加大，受其影響，19日下午濰坊市自西南開始降水。19日20時(圖略），副熱帶高壓減弱南落，山東省位于584線附近，低渦東移并減弱為低槽，槽線位于魯西北，850hPa風場轉為東北氣流，低層風場對魯西降水不太有利，地面圖上氣旋向東北方向移動并減弱，但濰坊市仍然有明顯的切變線存在，降水持續。20日20時(圖略），高空轉為偏西氣流，低層風場輻合主要在魯東南至半島，地面風場也轉為偏南風，魯東南至半島也存在明顯的風場輻合，20日夜間降水主要集中在山東半島，濰坊市降水結束。

2 物理量場分析

2.1 水汽條件分析

要產生大暴雨，大氣中必須具備充分的水汽含量和充足的水汽供應［11］。水汽通量表示單位時間內通過單位面積的水汽量，它的水平分布能揭示暴雨的水汽來源及主要水汽通道［12］。從17日20時水汽通量圖(圖略）可知，850hPa有一支明顯的水汽輸送帶，為來自孟加拉灣地區的西南氣流，西南－東北向的水汽通量值區從四川一直延伸至山東，暴雨區水汽通量值為 12 g·cm－1·hPa－1·s－1。700hPa與其類似。充沛的水汽自孟加拉灣輸送到濰坊地區，為第一階段的暴雨產生提供了有利條件。從19日20時水汽通量圖(圖略）可知，850hPa有兩支水汽輸送帶，一支是來自東海的東南暖濕氣流。另一支則來自孟加拉灣地區的西南氣流，兩支水汽輸送帶把充沛的水汽輸送到濰坊地區，為第二階段濰坊的暴雨提供了條件。從19日20時各層水汽通量(圖略）來看，大值中心集中在600－850hPa之間，即來自孟加拉灣地區的西南氣流是此階段暴雨的最主要水汽輸送帶。由于這個水汽通量大值是向西北方向輸送，使濰坊上空的水汽通量不斷加大，為強暴雨提供了充沛的水汽。

水汽通量散度表示輸送來的水汽集中程度的物理量。水汽通量散度負值區為通量輻合，絕對數值越大，越有利于對流系統的產生發展和強降水的產生。從這次過程850hPa水汽通量散度與比濕的分布圖上(圖略）可以看出:水汽條件在對流層中下層比較充沛，17日20時，整個山東上空比濕都在16g/kg，說明山東上空水汽含量充足，同時除魯西北外，山東都處于水汽通量的輻合區，輻合中心較大區位于魯中南部及魯南。與此時段的強降水落區還是比較吻合的，濰坊南部出現強降水，其中安丘出現大暴雨，降水量達104.8mm。19日20時，比濕強度、水汽通量散度較17日20時，有所減弱，中心往東南移，強降水落區也由此往東往南移動，濰坊強降水也主要位于東南部的高密，降水量64.8mm。

2.2 熱力條件和穩定度分析

從此次降水過程850hPa相當位溫分布圖(見圖1）可以看出，7月17日20時850hPaθe山東有一條近南北向的高能舌伸展到山東北部，與高溫高濕不穩定區相對應，中心達到348K，與副熱帶高壓西北側低空西南急流向北輸送的暖濕空氣相配合，極易釋放對流不穩定能量造成強降水。19日20時，除魯西北地區外，山東大部地區處于大于340 K的高能區內，在魯中形成一東北西南向的密集帶，并明顯南壓，在魯西形成了明顯的向南彎曲，表明冷空氣西北部侵入，觸發不穩定能量釋放，產生對流性強降水，實況強降水產生在暖空氣一側。

圖12010年7月17日和19日850百帕相當位溫分布圖(a）:17日20時;(b）:19日20時(單位:K）

大氣層結穩定度是由大氣溫度和濕度在鉛直方向上的分布情況所決定的［11］。夏季暴雨多是從積雨云里產生的，所以不但要有強上升運動和高溫、高濕條件外，還要有不穩定的大氣層結。K指數是一個反映大氣層結穩定度和低層濕度條件的診斷量，K指數越大說明大氣層結越不穩定，產生降水的可能性越大。按照山東暴雨常規預報經驗指標［12］:K指數大于35℃，具備產生暴雨的條件。17日20時(圖略），魯中南部、及魯南地區k指數均大于36℃，說明山東上空已經具備產生暴雨的不穩定層結條件，實況證明，此次暴雨落區跟k指數大值區相吻合。19日20時(圖略），除魯西地區外，山東上空k指數均大于36℃，魯中的西南部地區還出現大于40℃的大值中心，這與實況暴雨落區具有很好的對應關系。

2.3 動力條件分析

垂直上升運動的發展與維持是產生強降水的一個重要動力條件。從高空各層的垂直速度圖可以看出，7月17日08時(圖略）濰坊地區上空500hPa及以下上升運動速度為正值，這種下沉運動有利于強降水發生前對流不穩定層結能量的積累。從17日20時垂直速度圖上(圖略）可以看出，500hPa魯南是強上升運動區，700hPa魯南及魯中均處在上升運動區，強降水落區也正好位于此上升區域。濰坊西北部500hPa為下沉區，此時段濰坊西部僅有小雨量級的降水。7月19日20時500hPa垂直速度圖上(圖略），魯北地區出現中心為 －0.7hPa/s的強上升運動，700hPa上魯中出現了一條南北方向的垂直上升運動大值區，中心達－0.8hPa/s，為此時段該區域的暴雨產生提供了強烈的上升運動，濰坊正處在該區域內。通過對此次過程垂直速度的分析可以看出，此次強降水過程發生在強上升運動區內。

3 地面中小尺度系統分析

從地面自動站資料圖可以看出，自7月17日20時(見圖2a）開始，地面自動站逐時低壓中心的移動路徑與大暴雨落區非常一致，即逐時風場為暴雨落區的預報指標。地面自動站風場(見圖2b）顯示，7月20日大的環境風場為南風，但濰坊西部及北部沿海有東北風，表明地面有弱冷空氣入侵。20日14時開始濰坊附近出現東北風，與東南風構成地面輻合線，這正與濰坊強降水相對應，17－21時地面輻合線維持在招遠半島一帶，強降水區東移，濰坊強降水結束。這說明地面輻合線與強降水落區有很好的對應關系，是觸發不穩定能量產生降雨的因子。從以上兩個降水階段的中尺度分析可以看出，地面低壓移過的路徑或地面輻合線對應著強降雨中心。因此分析地面自動站風場，可以清楚了解冷空氣入侵的時間、路徑、強度，地面低壓移過的路徑或地面輻合線的移動情況，這對于短時臨近預報中確定降水落區、起止時間等具有很好的指示意義。

4 雷達與衛星云圖分析

濰坊本地強降水從7月17日下午開始，到晚上21時前后達到最強。7月17日19:07至22:46的雷達圖(圖略）可以看出，在濰坊南部安丘、高密、諸城附近上空有強回波，范圍逐漸增大，強度達到40dBZ并穩定維持，這與17日晚上濰坊南部強降水區相對應。19日晚上是濰坊的第二個強降水時段。降水從下午開始增強，到晚上雨強達到最大。19日13:05青島雷達圖(圖略）顯示此時強降水回波自西向東移動到濰坊。19日21:06濰坊雷達回波圖(圖略）顯示此時在濰坊北部有一強降水回波，南部有一較弱回波。對應降水實況，此時濰坊北部昌邑降水量比較大。

圖2 2010年7月20日20時地面自動站觀測圖

衛星云圖能較細致地揭示對流云團的發展演變。7月17日22時(圖略）山東中部及以東地區地區上空有對流云團，而且發展較強，對應地面圖上山東有強降水出現，此時在濰坊南部安丘、高密上空逐漸有強對流云團生成，到18日凌晨，云團迅速加強發展并向偏東方向移動。這與濰坊強降水區對應較好。19日20:32衛星云圖(圖略）顯示強對流云帶呈南北向，而且發展強烈，自西向東緩慢移動，到20日下午移出濰坊，強降水基本結束。

5 小結

(1）中緯度西風槽為此次暴雨過程提供了良好的環境條件，低層切變線和地面氣旋是產生此次大暴雨的主要影響系統。

(2）低空西南急流為暴雨區提供了充足的水汽，低層風場的輻合使大量水汽在濰坊上空輻合，并使其產生強烈的上升運動，造成了濰坊此次大暴雨過程的發生。

(3）濰坊大暴雨落區k指數均大于36℃，表明已經具備產生暴雨的能量條件，即大暴雨落區跟k指數大值區相吻合。

(4）冷空氣從濰坊西北部侵入，觸發不穩定能量釋放，產生對流性強降水，強降水產生在暖空氣一側。強上升運動區與強降水落區非常吻合。

(5）從此次強降水的地面中小尺度分析可以看出，地面低壓移過的路徑或地面輻合線對應著強降雨中心。因此分析地面自動站風場，對于短時臨近預報中確定降水落區、起止時間等具有很好的指示意義。

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