皖西北地區春季暴雨的特征分析

黃利萍 董凌 孫道東 馬魁俠 李佳耘

摘 要：該文選取了皖西北地區2000-2012年的10次春季暴雨過程，針對春季暴雨的環流特征、影響系統以及物理量特征進行了分析總結，得到了皖西北地區春季暴雨的典型概念模型和物理量指標，以期能為今后的春季暴雨預報提供參考。

關鍵詞：春季暴雨；預報模型；指標

中圖分類號 P426.62 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2016）02-112-04

Analysis on Feature of Spring Rainstorms in the Northwest of Anhui

Huang Liping et al.

（Bozhou Meteorological Bureau，Bozhou 236800，China）

Abstract：This paper selected 10 spring rainstorms in the northwest of Anhui from year 2000 to 2012.The characteristics of the circulation， the impact systems as well as the physics of spring rainstorms were analyzed and summarized.The typical conceptual model and physical indicators of the spring rainstorms in the northwest of Anhui were obtained， which could provide a reference for the spring rainstorm forecast in future.

Key words：Spring rainstorm；Forecast model；Indicator

暴雨是水資源的重要組成部分，起著緩解旱情、補充水源的作用，但是連續暴雨或是雨量集中的大暴雨往往易造成山洪地質災害，嚴重影響群眾的生產生活，甚至造成生命財產的重大損失。因此，加強對暴雨天氣過程的總結和研究，提高暴雨的預報準確率，對經濟建設和社會發展具有重要意義。近年來，許多學者和氣象工作者都對黃淮地區夏季暴雨進行了大量的有成效的研究[1-2]，然而在當前社會公眾對精細化預報服務水平要求越來越高的形勢下，針對亳州地區春季暴雨的研究還相對較少。為此，本文選取了亳州地區2000-2012年的10次春季暴雨過程，針對春季暴雨的影響系統、環流特征以及各種要素和物理量特征進行了分析總結，以期為今后春季暴雨的預報提供預報模型。

1 資料和方法

本文資料使用NCEP/NCAR 1°×1°的再分析資料和中國氣象觀測網實測資料。暴雨個例選擇2000-2012年發生的10次春季暴雨天氣過程。文中對暴雨過程進行編號，如將2001年4月19日簡寫為“0104”暴雨。統計表明，除“0905”和“1004”暴雨外，其余8次過程均有雷暴天氣伴隨。對比降水空間分布發現，除了“0104”暴雨為局地性短時強降水外，其余均為全市范圍的強降水，其中“0804”暴雨強度最大，區域雨量為30～146mm（如圖1）。本文將分別對比分析這10次暴雨過程的環流特征、影響系統以及物理量特征，并進行分類統計，最終得到亳州市春季暴雨的概念模型和物理量指標。

2 環流特征分析

分析10次暴雨過程的高空環流形勢發現，春季暴雨與西風帶系統關系密切，常與高空槽系統相聯系。本文要求列入統計范圍的影響槽距暴雨區不超過6格距。

影響亳州春季暴雨的高空槽系統主要有：來自貝加爾湖附近或華北地區的西風帶長波槽或低渦短波槽（即高緯槽）、來自青藏高原的高原槽、來自孟加拉灣的南支槽以及由上述幾種槽系統在黃淮一帶分裂出的小槽。當然有時高空槽單獨影響亳州市，有時不同槽系統結合后共同影響亳州市。共分為如下4種類型：高緯槽與東移的高原槽結合，融為寬廣的低槽或階梯槽繼而影響亳州市；高緯槽分裂的小槽與東移的高原槽結合影響亳州市；高原槽東移后直接影響亳州市；高原槽東移與南支槽結合后影響亳州市。

3 主要影響系統分析

通過對700hPa和850hpa的形勢場、風場，1 000～100hPa的假相當位溫（[θse]：密集區為鋒區）緯向分布，以及200hPa的風場分析發現，春季暴雨的低空影響系統主要是700hPa和850hPa的低渦切變線系統。

根據統計分析我們得出了亳州春季暴雨的以下2類典型的高低空系統配置：第一類：200hPa在亳州市北部或附近有一支西風急流，500hPa高緯槽位于貝加爾湖到東北地區，亳州市處在東移的高緯槽后和高原槽前；高低空配置呈前傾槽結構，700hPa和850hPa切變線呈東西向，亳州市處在700hPa切變線南側和850hPa切變線附近或者北側，850hPa西南急流出口位置在27～30°N；地面處于冷鋒鋒前（如圖2a，c，e）。第二類：200hPa在亳州市上空有一支西風急流，高緯為較為平直的偏西氣流，亳州市處在高原槽前；高低空配置呈后傾槽結構，700hPa切變線或低渦位于亳州市北部附近，850hPa低渦切變線位于亳州市上空或者沿淮地區，切變線呈NE-SW走向，切變線南側有較強的西南急流，850hPa西南急流出口位置在36～40°N，地面處于冷鋒鋒后或鋒區附近（如圖2b，d，f）。

4 氣象要素和物理量分析

暴雨形成的必要條件包括：充足的水汽供應、強烈的上升運動和較長的持續時間。本文選取了幾個表征水汽和動力特征的物理要素（水平風場、水汽通量散度、比濕、假相當位溫、垂直速度、散度、渦度和濕位渦）來分析10次暴雨過程的總體特征，歸納出物理量的預報模型和指標，據此建立短期春季暴雨的落區預報模型。

4.1 水汽條件 分析700hPa和850hPa的水汽通量散度和水平風場發現，亳州春季暴雨的水汽輸送路徑大致可以分為3條：一是水汽從南海直接輸送至亳州市。由于水汽供應充足，一直輸送到華北地區，亳州市處在水汽輻合區中，暖濕氣流強盛，在850hPa和925hPa均存在西南低空急流，暴雨范圍的較大。二是水汽來自南海和孟加拉灣。水汽輻合中心位于安徽省西南部，同時蒙古冷高底前部的東北氣流與來自南方的西南暖濕氣流在江淮地區匯合，亳州市水汽供應不足僅造成局地性暴雨；三是水汽自孟加拉灣經中南半島再輸送至亳州市。強的水汽輻合中心偏西南，亳州市處弱的輻合區中，東北低渦后冷空氣與西南急流匯合產生暴雨。通過分析10次暴雨期間700hPa和850hPa的比濕場發現，除了“0703”暴雨過程比濕鋒區不明顯外，其余9次暴雨期間在亳州市附近均存在比濕鋒區。其中：鋒區呈NE-SW向和E-W向的均占30%、NW-SW向占20%、S-N向占10%。我市位于濕度鋒線的南側或西南側的大濕區中，鋒區兩側比濕差值為4～6g/g。

4.2 熱力條件 假相當位溫（[θse]）的高值區也為高能區，[θse]場等值線密集區為能量鋒區，暴雨的發生必須有能量鋒區的存在。使用500hPa、700hPa和850hPa的[θse]資料，將3層對應格點值求和得到[θse（500+700+850）]水平分布場，分析大氣中能量的分布、有無能量鋒區存在、能量鋒區的位置和走向以及與暴雨之間的關系[3]，總結出這一要素場預報2種模型。一是[θse（500+700+850）]呈E-W向，共7次，占總數的70%；二是呈NW-SE向，共3次，占總次數的30%。上述2種模型的鋒區處于（27～40°N，110～120°E）之間，在這區間出現[θse（500+700+850）]水平能量鋒區，表明亳州境內將有暴雨發生的可能。暴雨區幾乎全部位于鋒區南沿或靠近鋒區處，暴雨發生在高能舌頂部占7次，發生在高能舌前部占3次，分別對應E-W向和NW-SE向鋒區。

4.3 動力條件

4.3.1 垂直速度和散度場 分析10次暴雨期間的1 000～100hPa的垂直流場和散度場發現（圖3a），暴雨期間亳州市附近均有一支上升氣流，除了3次過程上升運動較弱外（抬升至850～600hPa），低層輻合高層輻散作用使得其余7次暴雨過程均在亳州市南北兩側分別形成一支或兩支垂直環流，上升支氣流高度幾乎都達到300hPa左右，垂直運動較強，有利于低層水汽的向上輸送。

4.3.2 渦度和濕位渦 從上文對假相當位溫的分析可知，暴雨期間地面均有冷鋒生成，高空有干冷空氣沿著等熵面下滑至700hpa，與低層的暖濕空氣匯合后導致大氣穩定度減小。根據等熵面上濕位渦守恒原理，穩定度減小將使得低層絕對渦度的垂直分量增大，因而暴雨期間亳州市處于冷鋒前的正渦度區中[4-5]。根據“傾斜渦度發展”理論[6]，我們分析了1 000～100hPa的[θse]和濕位渦的垂直分量（MPV1），結果顯示：除了“0104”和“1203”暴雨期間1 000～925hPa亳州市的MPV1為負值外（圖3b），其余8次暴雨期間MPV1的負值區在時間上有所滯后，均出現在冷鋒移出亳州市之后；且MPV1<0的水平范圍為3～6個緯距，高度幾乎都在1 000～925hPa。對于700hPa上濕位渦的垂直分量（MPV1）和水平分量（MPV2）的分析發現（圖3c-d），10次暴雨期間MPV1幾乎均為正值，而MPV2基本為負值，表明春季暴雨期間700hPa的大氣層結是穩定的?？梢姡m然春季暴雨大多伴隨雷暴天氣，但由于700hPa以上大氣較穩定，所以相較于夏季暴雨而言，出現特別強的雷暴和冰雹等強對流天氣的概率要小得多。

5 結論

5.1 暴雨概念模型 根據上文對10次暴雨過程的統計分析，得到亳州地區春季暴雨模型見圖4。由圖4可知：（1）春季暴雨與夏季暴雨不同的是副熱帶系統較弱，西風帶系統起主要作用。暴雨發生的環流形勢為“低槽東移型”，500hPa高緯有低槽或短波槽東移，中緯有高原槽東移，低緯在孟加拉灣或南海有低槽東移。（2）主要影響系統是850～700hPa的低渦（切變線）系統，700hPa低渦或切變線位于亳州市北部或附近，850hPa低渦或切變線位于亳州市附近或南側，地面上有冷鋒影響亳州市。（3）高層（200hPa）和低層（850～700hPa）有高低空急流耦合，亳州市處于高空西風急流附近或右側，850～700hPa在亳州市上空或者南側有西南急流配合。

5.2 暴雨預報物理量指標 （1）春季暴雨的水汽輸送路徑可以歸納為3條：一是水汽從南海直接輸送至亳州市；二是分別從南海和孟加拉灣同時向亳州市輸送水汽；三是從孟加拉灣經中南半島再輸送至亳州市。（2）暴雨期間700hPa和850hPa上我市附近存在比濕鋒區，我市處在濕度鋒區南側或西南側大濕區中，鋒區兩側比濕差值為4～6g/kg。（3）春季暴雨期間低層輻合高層輻散使得垂直運動顯著，在亳州市的南北兩側分別有1支或2支下沉氣流，垂直方向形成1個或2個次級環流。春季暴雨期間MPV1的負值區大多出現在冷鋒移出亳州市之后，MPV1<0的水平范圍為3～6個緯距，高度幾乎都在1 000～925hPa；700hPa上MPV1幾乎均為正值，MPV2為負值，表明700hPa以上大氣層結較穩定。（4）能量鋒區處于（27～40°N，110～120°E）之間時，亳州境內將有暴雨發生的可能，暴雨發生在[θse（500+700+850）]能量鋒區南緣靠近能量鋒區處、高能舌頂部或前部。（5）對暴雨期間亳州4站的物理量進行統計，得到春季暴雨期間各個物理量指標見表1。

參考文獻

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