2016年5月9日閩北暖區暴雨特征分析

2017-08-30 01:34:33南平市氣象局黃待靜林銀杰劉潁灝

海峽科學 2017年6期

南平市氣象局黃待靜林銀杰劉潁灝

2016年5月9日閩北暖區暴雨特征分析

南平市氣象局黃待靜林銀杰劉潁灝

利用常規氣象觀測資料，分析2016年5月9日閩北地區暖區暴雨天氣過程的形成機理，并對其物理量場進行診斷分析。結果表明，此次暴雨過程發生在高空槽的西南急流中。鋒前暖區中邊界層內淺薄冷空氣侵入、地面中尺度輻合線是暖區暴雨觸發的關鍵因素。東西向的中尺度雨帶對雨區分布和強度起到了決定性作用。物理量場診斷分析表明，強降水期間，閩北上空濕層深厚，不穩定能量堆積，高層輻散，低層輻合，有利于強降水的發生。

暖區暴雨西南急流中尺度雨帶

暖區暴雨的定義最早由黃士松（1986年）針對華南前汛期提出，此類暴雨局地性較強，降水集中、對流性質明顯，同時降水量較一般鋒面降水大3～5倍[1-2]。相對于鋒面暴雨而言，暖區暴雨成因認識更加不清楚，預報效果也更差，有必要對暖區暴雨展開進一步研究。

2016年5月5日到10日，閩北經歷一場強降雨的襲擊，過程強降雨持續時間長、強度大，為同期歷史罕見。5月9日凌晨，建陽小湖鎮下墘村發生泥石流，沖毀兩座房屋，造成4死2傷等重大災害。分析表明，5月9日這天暴雨，暖區特征十分明顯，本文重點討論這場暴雨過程中的環流特征和強降水的形成機理，為今后閩北暖區暴雨提供一些預報思路和參考依據。

1 暴雨過程簡介

2016年5月8日20時～9日20時，閩北共有6個縣（市）136個區域自動站降雨量超過50mm，其中有21個區域自動站超過100mm（圖1a），區域自動站降水的極值中心出現在武夷山星村，雨量為146.4mm，城區雨量以武夷山96.0mm為最大。小時雨強以武夷山里南山44.0mm為最大（出現在9日5時），城區以浦城40.3mm為最大（出現在9日10時）。主要降水時段出現在9日凌晨至上午，從逐3h降雨量（圖1b）來看，9日2時閩北中部降水開始發展，5時開始各地降水顯著增大，強降水主要集中在9日5時至11時。

圖1 2016年5月8日20時至9日20時累計降水量和暴雨過程逐3小時降水量

2 環流背景及影響系統分析

5月8～9日，歐亞中高緯為兩槽一脊環流形勢(圖2a)，貝加爾湖地區到青藏高原為脊，烏拉爾山以東的西伯利亞西部和亞洲東岸為低槽。低緯南支波動頻繁，副熱帶高壓呈帶狀分布，588線位于華南沿海，8日20時，閩北處在副高北側和南支槽前的暖濕氣流中，9日8時，500hPa弱波動東移，邵武站風向由西南風變為西風，弱冷空氣侵入。低層，9日08時850hPa和9250hPa冷式切變線（圖2b）位于安徽—湖南—廣西一帶，850hPa≥12m/s的西南風急流從廣西延伸至長江入?？?，閩北位于低空急流的左側，這支急流是極好的暖濕空氣和不穩定能量的輸送帶，大量的水汽和能量聚集。邵武站8日20時～9日20時925～850hPa溫度升高2℃，低層回暖明顯，且閩北地區位于濕舌內，大氣層結非常不穩定。地面圖上，閩北位于倒槽頂部的暖濕氣團中，距離地面冷鋒300～400km（圖3b）。較強的低空風速輻合和非常不穩定大氣層結形成強的上升條件，有利于閩北暖區暴雨的發生發展。

圖2

3 中尺度雨帶活動特征

此次暖區暴雨過程主要由6條中尺度雨帶（每小時雨量≥10mm的中尺度雨團組成的空間尺度10km左右的帶狀雨帶）在地面倒槽、中尺度輻合線附近發展，移動所造成（圖3）。其中1～3號中尺度雨帶是凌晨降水的主要貢獻者，中尺度雨團東西排列成東西向中尺度雨帶，雨帶持續4h左右，向東移動，移動速度20km/h左右，雖然速度較快，但由于形成明顯的列車效應，中尺度雨帶所經過之處造成明顯降水，最大小時雨強達44.0mm。4號雨帶8時出現在建陽西部，雨帶為西北東南向，排列不似其他雨帶東西向，結構較為松散，但是雨帶范圍更廣。上午9時左右5號中尺度雨帶發展，位置較1～3號雨帶偏北，雨帶也呈東西向分布，向東南偏東方向移動，降水效率極高，城區小時極值降水40.3mm（發生在浦城）就是由此雨帶造成。10時左右發展的6號中尺度雨帶與1～3號雨帶排列、移動路徑相近，在移動過程中，6號雨帶范圍有所擴大，隨著6號雨帶的東移消亡，5月9日15時左右暖區暴雨趨于結束。

圖3

4 觸發機制分析

由上述分析可見，造成暖區暴雨有多個中尺度雨帶，大尺度天氣形勢和環境場為中尺度系統提供了有利的環境條件，暖區暴雨中尺度對流系統發生的最關鍵因素是觸發條件。雖然冷鋒鋒區停滯在江南以北（圖3b），但受到夜間地面輻射冷卻降溫影響，邊界層內有淺薄冷空氣侵入暖區，促使暖區內暖濕空氣抬升，不穩定能量釋放產生暴雨[1]。從各個層次8日20時和9日8時溫度對比可以看到，1000hPa邊界層以下閩北有負變溫（圖4a），淺薄的冷空氣侵入到閩北，925hPa至500hPa為正變溫，由于淺薄冷空氣從邊界層侵入時并不改變邊界層上部暖濕空氣的環境條件，不僅觸發了對流的發展，而且有利于邊界層水汽向暴雨區上空輸送，增加降水量。地面中尺度輻合線在觸發強降水中也起到了關鍵作用。從9日05時地面流場可以看到，武夷山脈附近存在東西向的地面中尺度輻合線（圖4b），這對雨團的發生和暴雨的分布有極其密切的關系。本次暖區暴雨的中尺度雨帶都在輻合線偏南位置發展起來，且東西向中尺度雨帶與輻合線的分布一致，同時移向也受到輻合線的牽制。午后輻合線北抬，暖區降水結束。

圖4

5 強降水形成的物理條件分析

5.1 水汽條件

源源不斷的水汽輸送是暴雨形成的必要條件。分析水汽輸送（圖5a）可見，強降水期間華南至華東上空有一支潮濕氣流，中南半島北部到日本南部氣流非常強勁，氣流夾帶著豐富的水汽橫穿南海北部直至東海，閩北850hPa為西南低空急流控制，源源不斷地向暴雨區輸送水汽，為暴雨提供了必要條件。

圖5

5.2 熱力條件

對流有效位能（CAPE）是一種浮力能，是一種潛在能量，只要存在某種觸發作用，便可轉化為對流上升運動能量，中等強度的對流位能CAPE比極端的CAPE更有利于高降水效率的形成。5月9日2時對流有效位能CAPE大于500J·kg-1，表明大氣不穩定能量集聚。從k指數來看（圖5b），暴雨發生時閩北k指數≥36℃，有不穩定能量堆積，大氣環境場非常有利于暖區暴雨的發生發展。

5.3 動力條件

暴雨區位于高空急流和低空急流耦合形成最有利暴雨發生的動力場的區域。分析5月9日08時沿暴雨區東西向散度垂直分布圖（圖略），925hPa有點弱輻散，在地面輻合線抬升作用下，上升運動沖破弱輻散層，形成低層負散度區，而高層是正散度區。強降雨期間高層輻散抽吸，低層輻合，形成強烈的上升運動，造成水汽、熱量的垂直輸送和不穩定能量釋放，產生強降雨。