河南一次低渦大暴雨影響過(guò)程

王晶晶

（信陽(yáng)市氣象局，河南 信陽(yáng) 464000）

西南低渦是青藏高原特殊地形與環(huán)流相互作用下的產(chǎn)物。它在生成初期是一個(gè)十分淺薄的中尺度系統(tǒng)，但其發(fā)展東移所帶來(lái)的劇烈天氣影響甚為嚴(yán)重，在影響我國(guó)的眾多重大暴雨洪澇過(guò)程中，西南低渦都扮演了重要角色［1］。關(guān)于西南低渦的形成與發(fā)展及其造成的洪澇災(zāi)害等，近年來(lái)是許多氣象學(xué)家研究的熱點(diǎn)，研究表明［2，3］，西南低渦與不同天氣系統(tǒng)的相互作用將影響低渦發(fā)展，對(duì)于低渦暴雨過(guò)程個(gè)例值得剖析研究。

2013年5月25-26日，河南省沿黃及其以南地區(qū)普降暴雨，豫中、豫東及豫南地區(qū)部分站出現(xiàn)了大暴雨，5月25日8時(shí)到26日20時(shí)，全省降水量達(dá)50mm以上的有90個(gè)站，其中達(dá)100mm以上的有32個(gè)站。整個(gè)降水過(guò)程對(duì)流發(fā)展并不強(qiáng)烈，以穩(wěn)定性降水為主，所以此次過(guò)程降水時(shí)空分布較為均勻。

1 環(huán)流背景

1.1 形勢(shì)場(chǎng)分析

500hPa：2013年5月25日08時(shí)高空500hPa在50°～70°N高緯地區(qū)，烏拉爾山以東和貝加爾湖分別有一高壓脊，兩高壓脊之間是一寬廣的低壓槽。在貝加爾湖西面的大低壓槽中不斷分裂出小股冷空氣經(jīng)河西走廊南下。甘肅南部到四川有一低槽，槽后為冷平流，槽前為暖平流，低槽發(fā)展加深；25日20時(shí)高空500hPa我國(guó)南部、中東部地區(qū)處于槽前寬廣的西南氣流中，風(fēng)速逐漸增大。

圖1 25日20時(shí)高空500hPa形勢(shì)場(chǎng)

圖2 25日20時(shí)地面形勢(shì)場(chǎng)

700hPa：2013年5月25日08時(shí)高空500hPa低槽對(duì)應(yīng)中層700 hPa在四川東部上空出現(xiàn)的308位勢(shì)什米閉合低壓環(huán)流，2013年5月25日20時(shí)此低壓環(huán)流在中層西南氣流引導(dǎo)下已移至陜?cè)ソ唤缣帲幽鲜|北部上空形成西南偏南氣流與東南氣流的暖鋒式輻合與切變相結(jié)合的環(huán)流形勢(shì)，切變線兩側(cè)的風(fēng)向基本垂直。西南急流也已伸展到河南省南部。

850hPa：2013年5月25日20時(shí)144位勢(shì)什米閉合低壓環(huán)流中心東移至重慶北部上空，低渦前部的暖鋒式切變線北抬至長(zhǎng)江沿岸，我省處在低渦移動(dòng)前方的東南氣流中。

地面形勢(shì)：2013年5月25日08時(shí)地面氣壓場(chǎng)比較清晰，華北為一小高壓控制，黃淮、江淮以及長(zhǎng)江以南廣大地區(qū)為低壓倒槽控制，我省處于倒槽頂部的偏東氣流中。此低壓倒槽不斷向東北方向發(fā)展，最終形成一氣旋。

1.2 高、低空急流、切變線與暴雨落區(qū)

如圖1所示，25日20時(shí)在高層200hPa等壓面上出現(xiàn)了中心風(fēng)速≥30m/s的高空急流，它從陜西南部經(jīng)山西南部、河北南部、渤海延伸至朝鮮半島南部，并呈反氣旋式環(huán)流形勢(shì)。同時(shí)在700hPa等壓面上出現(xiàn)了中心風(fēng)速≥12m/s的低空急流，它經(jīng)廣西、湖南伸向湖北東部，并呈氣旋式環(huán)流形勢(shì)。河南省黃河以南地區(qū)此刻正處在高空急流入口區(qū)的右側(cè)、低空急流中心的左前方，這種高、低空急流的配置非常有利于強(qiáng)降水的發(fā)生。中、低層700 hPa和850hPa的切變線在東移過(guò)程中緩慢北抬，中低層切變線兩側(cè)的偏南風(fēng)和東南風(fēng)組成了暖鋒式輻合與切變線相結(jié)合的結(jié)構(gòu)，25日20時(shí)河南黃河以南大部分地區(qū)已經(jīng)處于兩條切變線之間。25日20時(shí)至26日08時(shí)大于等于50mm的暴雨落區(qū)主要發(fā)生在黃河以南地區(qū)。如圖2所示，26日08時(shí)在高層200hPa等壓面上的高空急流從河南中部經(jīng)河北山東交界線、渤海延伸至朝鮮半島中部。而700hPa等壓面上的低空急流有所東移北伸，它從廣西北部經(jīng)湖南南部、江西西北、安徽伸向江蘇西北部。豫魯徽蘇交界地區(qū)此刻正處在高空急流入口區(qū)的右側(cè)、低空急流中心的左前方。中、低層700hPa和850hPa的切變線繼續(xù)東移北抬，豫魯徽蘇交界地區(qū)處于兩條切變線之間。26日08時(shí)至26日20時(shí)大于等于50mm的暴雨落區(qū)也正好發(fā)生在豫魯徽蘇交界地區(qū)。這與《天氣學(xué)原理與方法》中提到的強(qiáng)降水往往落在700hPa和850hPa的切變線之間的結(jié)論相吻合。另外，中、低空西南風(fēng)急流左側(cè)是正渦度和輻合對(duì)應(yīng)的上升運(yùn)動(dòng)區(qū)，而高層高空急流入口區(qū)的右側(cè)為輻散區(qū)，這種高層輻散低層輻合的上下層配置，進(jìn)一步加強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)。

圖3 25日20時(shí)高、低空急流和中、低層切變線以及其后12小時(shí)暴雨落區(qū)分布圖

圖4 26日08時(shí)高、低空急流和中、低層切變線以及其后12小時(shí)暴雨落區(qū)分布圖

2 物理量場(chǎng)特征

2.1 水汽通量分析

大暴雨的產(chǎn)生必須要有十分充足的水汽來(lái)源，25日08時(shí)（圖5a）700hPa水汽通量中心出現(xiàn)在中南半島西北部，強(qiáng)度達(dá)16g·hPa-1·cm-1·s-1；水汽通量大值區(qū)呈西南-東北向帶狀分布，其走向與該區(qū)域流場(chǎng)方向基本保持一致，主要水汽輸送源地為孟加拉灣；此時(shí)河南水汽通量較弱，只有2～3g·hPa-1·cm-1·s-1。（圖6a）850hPa水汽通量中心出現(xiàn)在廣西，強(qiáng)度達(dá)18g·hPa-1·cm-1·s-1；主要水汽輸送源地為南海；水汽通量大值區(qū)呈南北向帶狀分布，其走向與該區(qū)域流場(chǎng)方向基本保持一致；河南處于大值區(qū)的東北邊，水汽通量值為4～6g·hPa-1·cm-1·s-1。25日20時(shí)（圖5b）700hPa水汽通量中心向東北方向移動(dòng)至云貴桂交接處，中心強(qiáng)度略有增強(qiáng)；水汽通量大值區(qū)向東北方向伸展，河南處其頂部，強(qiáng)度明顯增強(qiáng)，達(dá)8～10g·hPa-1·cm-1·s-1。（圖4a）850hPa水汽通量中心也向東北方向移動(dòng)至湖南東部，強(qiáng)度增強(qiáng)24g·hPa-1·cm-1·s-1；與700hpa情況一致，河南也處于“濕舌”的頂部，強(qiáng)度明顯增強(qiáng)，達(dá)12～14g·hPa-1·cm-1·s-1。河南25日20時(shí)到26日08時(shí)的暴雨區(qū)正處在“濕舌”頂部的水汽通量等值線密集帶，此處水汽通量梯度大，而且是低渦移動(dòng)前方偏南氣流的氣旋性彎曲處，結(jié)果表明強(qiáng)降水的落區(qū)不是水汽通量最大的中心值所在區(qū)域，而是水汽通量梯度較大的區(qū)域附近；高溫高濕的偏南氣流流入低渦區(qū)，可見(jiàn)水汽輸送源地有兩個(gè)，分別是孟加拉灣和南海。26日08時(shí)（圖5c圖6c）水汽通量中心東北移的過(guò)程繼續(xù)增強(qiáng)，“濕舌”頂部已伸向山東，河南已處于“濕舌”頂部的后部，河南東部水汽通量等值線依舊密集，水汽通量梯度大，而西部水汽通量等值線已經(jīng)變得稀疏，水汽通量梯度小。根據(jù)實(shí)際降水資料顯示，26日08時(shí)以后河南西部地區(qū)的降水明顯減弱，而河南東部地區(qū)仍下著大雨。26日20時(shí)（圖5d圖6d）水汽通量大值區(qū)進(jìn)一步東北移，水汽通量等值線密集帶已基本不在河南，河南大部分地區(qū)轉(zhuǎn)入偏北氣流中，實(shí)際降水資料顯示26日20時(shí)以后河南自西向東降水逐漸結(jié)束。

通過(guò)比較垂直各層的水汽通量，發(fā)現(xiàn)水汽通量越到高層強(qiáng)度越小，水汽輸送主要發(fā)生在500～925hpa之間，其中850hpa水汽通量最大。可見(jiàn)此次低渦強(qiáng)降水過(guò)程的水汽輸送主要來(lái)自中、低層，高層對(duì)水汽輸送的貢獻(xiàn)不大。

圖5 25日08時(shí)、20時(shí)和26日08時(shí)、20時(shí)700hpa水汽通量場(chǎng)（g·hPa-1·cm-1·s-1）和流場(chǎng)演變圖

圖6 25日08時(shí)、20時(shí)和26日08時(shí)、20時(shí)850hpa水汽通量場(chǎng)（g·hPa-1·cm-1·s-1）和流場(chǎng)演變圖

2.2 水汽通量散度分析

大暴雨的產(chǎn)生還要有一個(gè)水汽積累的過(guò)程，水汽必須在本地集中起來(lái)、水平輻合才能上升冷卻凝結(jié)成雨。25日08時(shí)水汽通量散度負(fù)值區(qū)出現(xiàn)在四川省東部，中心強(qiáng)度達(dá)-30×10-6g·hPa-1·cm-2·s-1，負(fù)中心出現(xiàn)在低渦移動(dòng)方向的前側(cè)。25日20時(shí)水汽通量散度負(fù)值區(qū)不斷向東移動(dòng)，范圍明顯擴(kuò)大，負(fù)中心強(qiáng)度增強(qiáng)為-40×10-6g·hPa-1·cm-2·s-1。至26日08時(shí)負(fù)中心向東北方向移至河南東部和安徽中北部地區(qū)，中心強(qiáng)度增大為-50×10-6g·hPa-1·cm-2·s-1，25日20時(shí)至26日08時(shí)水汽通量散度負(fù)中心經(jīng)過(guò)河南，低層強(qiáng)水汽輻合為大暴雨的產(chǎn)生提供了豐富的水汽條件。26日20時(shí)負(fù)中心已至山東、江蘇沿海，強(qiáng)度有所減弱，水汽通量散度負(fù)值區(qū)范圍明顯縮小，并已完全移出河南，預(yù)示著強(qiáng)降水很快就要結(jié)束。

以上分析可知：河南強(qiáng)降水發(fā)生時(shí)正是低層水汽通量散度負(fù)中心經(jīng)過(guò)之時(shí)，水汽通量散度負(fù)中心的位置與強(qiáng)降水落區(qū)對(duì)應(yīng)關(guān)系較好。水汽通量大值中心與水汽通量散度大值中心的移動(dòng)方向基本相同，但位置有所差異。水汽通量散度中心比水汽通量中心更靠近低渦的中心，并且水汽通量散度中心一般出現(xiàn)在水汽通量等值線最密集的區(qū)域。以上說(shuō)明此類(lèi)低渦的強(qiáng)降水落區(qū)一般出現(xiàn)在低層水汽通量散度負(fù)值中心附近，不是水汽通量大值中心區(qū)域；而強(qiáng)水汽通量等值線最密集的地方往往是其水汽輻合最強(qiáng)的區(qū)域，也就是強(qiáng)降水的主要落區(qū)。

通過(guò)比較垂直各層的水汽通量散度，發(fā)現(xiàn)水汽通量散度越到高層強(qiáng)度越小，例如：700hPa水汽通量散度負(fù)值中心絕對(duì)值在整個(gè)降水過(guò)程都比850hPa小，中心最大絕對(duì)值只有850hPa的一半不到，26日08時(shí)甚至只有850 hPa的五分之一。850～925hPa水汽輻合最強(qiáng)，可見(jiàn)此次低渦強(qiáng)降水過(guò)程的水汽輻合主要發(fā)生在低層。

2.3 垂直速度分析

圖5是穿過(guò)低渦中心沿其移動(dòng)方向（自西南向東北）的垂直速度ω隨高度變化的剖面圖，分別代表該低渦的生成期、發(fā)展期、成熟期和消亡期。由圖可見(jiàn)，(圖7a）在水平方向上，低渦中心后部3個(gè)經(jīng)度以外為下沉氣流，低渦中心后部3個(gè)經(jīng)度到其前部6個(gè)經(jīng)度為寬廣的上升氣流區(qū)。在垂直方向上，最強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)中心就是低渦中心所在的位置，最強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)中心出現(xiàn)在200～700 hPa；上升氣流延展至對(duì)流層頂，由此可見(jiàn)此低渦是一個(gè)十分深厚的天氣系統(tǒng)。而在低渦中心所在的位置的低層850hpa以下（最強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)中心正下方）有一極小范圍的下沉氣流區(qū)。（圖7b）低渦中心后部下沉氣流區(qū)相對(duì)于低渦中心前移了一個(gè)經(jīng)度，最強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)中心相對(duì)于低渦中心也明顯前移，并且最強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)中心在垂直方向上有所擴(kuò)大，向上達(dá)對(duì)流層頂，向下擴(kuò)展到925 hpa，其下方的原來(lái)的那一小片下沉氣流區(qū)則被其向低渦中心后部擠壓。（圖7c）此時(shí)以低渦中心為界，其后部已完全被下沉氣流區(qū)占據(jù)，其前部則為深厚的上升氣流區(qū)，最強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)中心已完全離開(kāi)低渦中心的位置。（圖7d）最強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)中心范圍開(kāi)始明顯縮小，預(yù)示時(shí)低渦開(kāi)始減弱。可見(jiàn)低渦區(qū)并不是具有一致的低層輻合、高層輻散和整層均為上升氣流的單一系統(tǒng)，而是上升和下沉氣流共存。低渦中心及其前部強(qiáng)烈的上升氣流為河南強(qiáng)降水的產(chǎn)生提供了十分有利的動(dòng)力條件。

3 結(jié)論

3.1 此次局地大暴雨天氣過(guò)程是由低空低渦東北移引起的。強(qiáng)降水的落區(qū)與高、低空急流的配置和中、低層切變線的位置有著較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

3.2 此次低渦暴雨的水汽來(lái)自孟加拉灣或我國(guó)南海。水汽輸送主要發(fā)生在中低層500～925hPa之間，而高層水汽輸送弱；而水汽輻合主要發(fā)生在低層850～925hPa。

3.3 強(qiáng)降水往往發(fā)生在低渦移動(dòng)的前部和右側(cè)，大暴雨的落區(qū)與水汽通量散度負(fù)中心有著較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系；同時(shí)，水汽通量等值線最密集的區(qū)域往往是水汽輻合最強(qiáng)的區(qū)域，對(duì)應(yīng)著水汽通量散度的負(fù)中心，也就是強(qiáng)降水的主要落區(qū)。

3.4 低渦在生成階段，強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)中心出現(xiàn)在低渦中心附近；發(fā)展和成熟階段，強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)中心增強(qiáng)至最強(qiáng)，并向?qū)α鲗禹攲雍秃偷讓訑U(kuò)展，下沉氣流區(qū)和上升氣流區(qū)相對(duì)于低渦中心前移；當(dāng)下沉氣流區(qū)和上升氣流區(qū)以低渦中心為界，強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)中心逐漸減弱時(shí)，低渦進(jìn)入消亡期。

圖7 25日20時(shí)，26日08時(shí)、20時(shí)850hpa和27日08時(shí)沿低渦中心移動(dòng)方向垂直速度ω(單位:pa/s)隨高度變化的剖面圖|(圖中黑色圓點(diǎn)表示低渦中心在地面的投影)

［1］陳忠明，閔文彬，崔春光.西南低渦研究的一些新進(jìn)展［J］.高原氣象，2004，24(增刊):1-5.

［2］盧敬華.西南低渦概論［M］.北京:氣象出版社，1986.

［3］馬振鋒.近十年來(lái)西南低渦的研究進(jìn)展［C］.大氣科學(xué)應(yīng)用與研究(五).北京:氣象出版社，1993:117-125.