不穩(wěn)定層結(jié)在對流性暴雨中的作用

摘 要：不穩(wěn)定層結(jié)是對流性暴雨必要條件之一。這個條件包括：（1）不穩(wěn)定層結(jié)的形成；（2）不穩(wěn)定能量的貯存；（3）不穩(wěn)定能量的觸發(fā)釋放和重建三個方面。

關(guān)鍵詞：不穩(wěn)定層結(jié)；差動溫度平流；差動濕度平流；不穩(wěn)定能量釋放

1 不穩(wěn)定層結(jié)的形成過程

差動溫度平流過程，是指高低層平流的差異所引起的局地大氣層結(jié)穩(wěn)定度的變化，在日常預(yù)報業(yè)務(wù)中，主要用500百帕和700百帕（或850百帕）溫度平流的狀況來進(jìn)行分析。眾所周知，當(dāng)500百帕為冷平流，而低層700百帕（或850百帕）為暖平流時，局地層結(jié)會變得愈來愈不穩(wěn)定。預(yù)報經(jīng)驗還表明，當(dāng)某地500百帕為冷中心、冷舌或24小時負(fù)變溫區(qū)，700百怕和850百帕為暖中心、暖舌或24小時正變溫區(qū)時，層結(jié)是不穩(wěn)定的，利于強(qiáng)對流天氣的發(fā)生、發(fā)展。在考慮蒙古冷渦暴雨預(yù)報時，分析中低層差動溫度平流和冷暖配置是很重要的。

差動濕度平流過程，是指中低層濕度平流差異引起的層結(jié)穩(wěn)定度的變化。在冷暖切變線暴雨形成過程中，差動濕度平流是不穩(wěn)定形成的主要過程。尤其是暖切變線，其南側(cè)低層的氣流來自低緯度的暖濕氣流，溫度場往往西側(cè)較暖，切變線附近暖平流不大明顯，但其南側(cè)氣流非常潮濕，濕平流非常顯著，造成切變線兩惻很大的θse梯度，中層500百帕氣流來自西方，相當(dāng)干燥，兩支氣流上下疊置，形成強(qiáng)位勢不穩(wěn)定的大氣層結(jié)。

業(yè)務(wù)預(yù)報時，差動濕度平流可以在兩層等壓面上通過分析等比濕線、等露點(diǎn)線或等溫度露點(diǎn)差線，并配合流線分析來進(jìn)行定性估計。還可分析兩層等θse線，由中低層θse的配置和θse平流來判斷。θse既是溫度又是濕度的函數(shù)，θse的垂直變化反映溫濕兩個物理量的變化，但在某些過程中，濕度的變化是主要的。目前常用△θse （500百怕和700百帕或500百帕和850百帕θse的差值），作為對流性不穩(wěn)定的判據(jù)。大量暴雨個例的分析研究和經(jīng)驗指出，這一個判據(jù)是有效的。目前在北京氣象中心數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品傳真廣播中，播發(fā)△θse的預(yù)報值，在業(yè)務(wù)預(yù)報中應(yīng)注意使用并加以總結(jié)。

前一次降雨過程的作用。盛夏，降雨過程比較頻繁，雨過天睛后，大氣低層因蒸發(fā)使?jié)穸让黠@加大，而中高層干冷氣團(tuán)變性緩慢，仍較干冷，於是形成下濕上干的不穩(wěn)定氣層。這種過程在不穩(wěn)定層結(jié)形成中也起著一定作用。

2 不穩(wěn)定能量的貯存機(jī)制

垂直不穩(wěn)定能量往往在產(chǎn)生暴雨前有一個累積過程[1-2]。反映為△θse或K指數(shù)逐日增大，和T-InP圖上正能量面積逐日增大的過程。常常是當(dāng)△θse或K指數(shù)或正能量面積增大到某一臨界值時，在天氣系統(tǒng)的觸發(fā)下，貯存的不穩(wěn)定能量突然釋放，暴雨隨之產(chǎn)生。

不穩(wěn)定能量的貯存在等壓面形勢圖上，往往表現(xiàn)為一個天氣尺度或次天氣尺度的閉合小高壓或高壓脊疊置在低層輻合系統(tǒng)之上，在單站T-lnP圖上，這種不穩(wěn)定能量的貯存機(jī)制，表現(xiàn)為溫度層結(jié)曲線與露點(diǎn)曲線呈現(xiàn)出向上分開的喇叭口狀或上下靠攏中間分開的棗核狀型式。

實例分析發(fā)現(xiàn)，干空氣層大多在600百帕以上或600百帕到400百帕之間，有時在600百帕附近出現(xiàn)下沉逆溫層。無論500百帕等壓面上小高壓或探空T-InP圖上所表現(xiàn)的上述圖象，都可被認(rèn)為是在低層輻合上升氣流的上空加了一個下沉氣流“蓋子”，其作用是：（1）阻礙低層水汽向上垂直輸送，使大量水汽在低層積聚，利于上干下濕不穩(wěn)定層結(jié)的形成；（2）抑制不穩(wěn)定能量的零散釋放，在未來暴雨區(qū)上空建造一個不穩(wěn)定能量的存貯系統(tǒng)，使不穩(wěn)定能量得以不斷積累，△θse或K指數(shù)逐日增大。在有些突發(fā)性暴雨（如暖濕切變線暴雨），在發(fā)生暴雨前6小時左右，多出現(xiàn)1～6成的淡積云和濃積云，也表明此時對流是受抑制的。以上即為通常所說的“干暖蓋效應(yīng)”。

3 不穩(wěn)定能量的觸發(fā)釋放和重建

不穩(wěn)定能量的觸發(fā)釋放條件。如前所述 “干暖蓋效應(yīng)”是不穩(wěn)定能量貯存的一個重要機(jī)制，此時中層下沉氣流（有時可形成下沉逆溫層）抑制著低層輻合上升氣流的發(fā)展，那么凡是可以使上升運(yùn)動加強(qiáng)到足以沖破穩(wěn)定層，掀掉或推走“蓋子”的過程都可以造成不穩(wěn)定能量的大量釋放，從而觸發(fā)暴雨。從天氣系統(tǒng)角度而言，暴雨的觸發(fā)過程實質(zhì)上是中尺度天氣系統(tǒng)的觸發(fā)過程。目前對于這種觸發(fā)條件和物理機(jī)制尚不十分清楚，這是暴雨預(yù)報面臨的困難問題之一。現(xiàn)在在業(yè)務(wù)預(yù)報中，多是從天氣尺度或次天氣尺度天氣系統(tǒng)的活動，來考慮中尺度系統(tǒng)和不穩(wěn)定能量觸發(fā)問題。可以把觸發(fā)過程歸納為：①來自大氣低層的鋒面或地形的強(qiáng)迫抬升和低空急流左側(cè)，或急流軸上最大風(fēng)速中心前方氣流的強(qiáng)烈輻合；②來自中層的天氣尺度或次天氣尺度低值輻合系統(tǒng)在低層輻合系統(tǒng)（包括東風(fēng)擾動）上空疊置，如一個西風(fēng)低槽在東移過程中，取代了低層輻合系統(tǒng)上空的高壓蓋，槽前輻合上升氣流與低層輻合上升氣流連通，從而形成深厚的上升運(yùn)動；③來自高層的正渦度平流或高空輻散區(qū)在低層輻合區(qū)上空的疊加，高空強(qiáng)烈的“抽氣”效應(yīng)，也可以使低層輻合上升運(yùn)動明顯加強(qiáng)。

不穩(wěn)定層結(jié)的重建過程。暴雨出現(xiàn)后，貯存的不穩(wěn)定能量被大量釋放，大氣層結(jié)轉(zhuǎn)為穩(wěn)定或中性。暴雨持續(xù)，需要有不穩(wěn)定層結(jié)的重建過程。這種過程大體上有三種：（1）差動溫濕平流的穩(wěn)定持續(xù)，這可以使不穩(wěn)定得以重建；（2）高層輻散氣流使積雨云中高層熱量疏散；（3）上風(fēng)方不穩(wěn)定能量的平流輸送，如在內(nèi)蒙古中西部暴雨期間，往往在上風(fēng)方（南方和西南方）的平?jīng)觥⒀影病h(huán)縣一帶有一個強(qiáng)不穩(wěn)定中心（△θse正值中心），使得暴雨區(qū)可以不斷得到不穩(wěn)定能量的輸送補(bǔ)給，維持暴雨區(qū)的不穩(wěn)定。

參考文獻(xiàn)：

[1] 孫令東，王永清，梁鳳娟，等.內(nèi)蒙古巴彥淖爾市一次強(qiáng)降水過程診斷分析[J].氣象與環(huán)境科學(xué)，2013，36（3）：34-38.

[2] 王永清，張連霞，梁鳳娟，等.巴彥淖爾市“8.16”局地大暴雨過程診斷分析[J].內(nèi)蒙古氣象，2009（04）：9-11.

作者簡介：孫令東（1984-），男，內(nèi)蒙古呼倫貝爾人，碩士，從事災(zāi)害性天氣預(yù)報技術(shù)研究。