2016-10-07—10-08暴雨過程診斷分析

李帆

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2016-10-07—10-08暴雨過程診斷分析

李帆

（舟山市定海區氣象局，浙江 舟山 316000）

利用常規觀測，NECP/NCRE再分析、雷達及自動氣象站資料，對2016-10-07—10-08發生在本地的一次大暴雨過程進行診斷分析。結果表明，本次過程是一次副高邊緣高空波動誘使低層冷空氣滲透南下引發的持續降水；臺風倒槽的東南氣流帶來豐沛的水汽條件和輸送源源不斷的低層暖濕氣流，結合低空輻合，高空輻散的動力配置都為對流天氣發展提供了有利的環境，而地面輻合線和垂直上升運動中心的東移南壓為其提供了觸發機制；雷達反射率因子，以積云層云混合降水為主，經向速度東南氣流和地面輻合帶對降水起著關鍵作用。

暴雨；冷空氣；災害性天氣；診斷分析

1 引言

暴雨是我國大部分地區多發的一種災害性天氣，持續時間長、強度大的暴雨常會造成山洪暴發、水庫垮壩、交通電訊中斷等災害，給人民生命財產和國民經濟帶來嚴重危害。隨著氣象事業的不斷發展，眾多氣象學者對暴雨進行了大量的分析和研究，取得了豐富的經驗和方法。通過對上海“0185”特大暴雨過程的中尺度系統分析[1-3]和數值模擬[4-5]后發現熱帶低壓是造成本次暴雨過程的主要天氣系統，低壓內一系列中尺度對流云團的發展是導致暴雨災害發生的直接原因，低空急流為本次過程提供了充足的水汽，急流帶上的風場擾動及風速輻合是暴雨的觸發機制。李峰等[6]研究發現低層到中層偏南氣流的加強，使得低層暖濕氣流突破冷空氣壓制，向上爆發，對暴雨有觸發作用。何斌等[7]診斷分析2008年影響浙贛皖地區的一次梅雨鋒暴雨過程發現，對流層低層高能高濕，對流層中上層有干冷空氣入侵，造成大氣不穩定層結，誘發暴雨。李彩鈴等[8]在對暴雨研究中發現壓能場對暴雨落區的預報有著較好的指導意義。盡管如此，暴雨及暴雨的預報依然是天氣預報工作的難點，本文選取NECP/NCRE再分析資料、多普勒雷達資料對2016-10-07—10-08發生在本地的大暴雨過程進行了分析，討論其物理機制和降水成因。

2 天氣實況

2016-10-07T20：00—10-08T20：00，定海區出現了一次暴雨、局部地區大暴雨的降水過程。本次過程中定海城區累計降水量為86.8 mm，據全區23個有效區域自動氣象站資料統計，全區平均降水量為76.5 mm，累計降水量大于50 mm的站點有20個，占總量的87%.大于100 mm（大暴雨）的站點數量有5個，占總量的22%.最大降水量出現在金塘，過程降水為139.7 mm。本次降水過程主要有3個特征：①本次強降水分布不均勻，呈現出西多東少的態勢。②本次降水過程持續時間較長，從2016-10-07T21：00—10-08T20：00，總歷時23 h。③本次過程出現短時強降水，2016-10-07T23：00—24：00為最強降水時段，小時雨強最大為35.9 mm（香園社區站）。

3 環流形勢分析

本次過程是一次處于副高邊緣的高空波動使低層冷空氣滲透南下引發強降水的過程。2016-10-07T20：00，500 hPa（如圖1所示）中高緯表現為兩槽一脊的形勢，脊線位于我國新疆中部地區，東西兩側各為兩個冷中心，中緯度有東亞冷槽緩慢移動，有利于槽后西北氣流引導冷空氣南下，影響江南、淮南地區。我區位于槽前，強盛的西南暖濕氣流為這次暴雨的發生提供了有利的水汽條件。此時588線位于浙江、福建沿海一帶，穩定少動，因此冷渦槽移動較為緩慢，造成本次過程持續時間較長。2016-10-07T20：00，700 hPa有切變線位于江西--安徽-江蘇一帶，850 hPa有切變線呈東北-西南走向位于浙江安徽交界一帶，地面冷鋒前部到達安徽北部，我區位于地面倒槽里。此后冷空氣進一步南下，700 hPa和850 hPa兩層切變東移南壓，誘發我區2016-10-07T23：00開始的暴雨過程。由于冷空氣是從地面緩慢滲透，700 hPa和850 hPa切變移動緩慢，降水帶維持在本地上空。

急流對一次暴雨的發生作用是顯著的。觀察各層風場我們可以發現，對流層頂200 hpa有東西走向的急流軸，風速大于40 m/s，對流層中部500 hPa在我區北部有西南急流，風速大于24 m/s。我區一直處于高空急流右側的高空輻散下沉區，結合圖1（a）可知有一條地面輻合帶正好位于我區附近，這種高空輻散，低空輻合的配置為本次暴雨提供了良好的動力條件。2016-10-07T20：00，700h Pa、850 hPa在我區東南至臺灣一帶有明顯的東南急流軸。結合圖1（b）分析可知，2016-10-07T20：00后我區一直位于低空急流左前方，有明顯的水汽輻合和質量輻合的上升運動，這條急流軸將我國東海的水汽和暖濕氣流源源不斷地往我區輸送，推動了強降水活動的不斷發展。由此可知地面倒槽的形勢對本次降水的水汽和能量輸送起到了最重要的作用。

分析2016-10-07T20：00各層溫度露點差（T-Td）可以發現，20時850 hPa濕舌（濕區）覆蓋了整個江南，華南地區，同時我區的溫度露點差僅為1 ℃，水汽接近飽和，低層水汽豐沛。同樣仍可發現我區也位于700 hPa的廣闊濕舌（濕區）中，中低層濕舌相互對應，濕空氣厚度較好，這有利于深厚的濕對流的出現，有利于強降水的發生。而在500 hPa的上空我區的北部存在著干舌（干區），這種上干下濕狀態的位勢不穩定層結有利于對流的發展。

2016-10-08T08：00，700 hPa切變位于我區浙江東部-福建一帶，850 hPa切變位于我區至浙江、福建沿海一帶，500 hPa高空槽東移至我區前部，地面輻合帶東移南壓，850 hPa、700 hPa濕區南落縮小，降水過程趨于減弱，此后隨著系統進一步東移南壓，主要降水帶也移出本地。

圖1 2016-10-07T20：00和2016-10-08T08：00的中尺度分析

圖1中，東西走向實線箭頭為500 hPa急流軸，單實線為500 hPa槽，左側雙實線為700 hPa切變線，南北走向左側箭頭為700 hPa急流，右側雙實線為850 hPa切變線，南北走向右側箭頭為850 hPa急流，右側三角線為850 hPa溫度槽，×－×線為地面輻合線，┴┴┴非閉合線為帶層注的濕舌，□○□線為850 hPa干線，┴┴┴閉合線為帶層注的干舌。

4 物理量分析

4.1 水汽條件

充足的水汽輸送是發生暴雨的必要前提之一，每一次暴雨發生都伴隨著水汽的累加。水汽通量和水汽通量散度能很好地表征一次過程中的水汽條件，水汽通量可反應水汽的來源和大小，水汽通量散度則能反應水汽的輻合與輻散，特別是低層的水汽通量輻合，對降水強度的貢獻十分明顯。

2016-10-07T20：00，850 hPa水汽通量場上（圖略），我區位于水汽通量高值中心的正中心，最大值達24 g·cm-2·s-1，且在我區南部臺灣地區同樣存在著水汽通量高值中心，水汽源源不斷的通過東南氣流向我區輸送。至2016-10-08T8：00，850 hPa水汽通量場上可以看出，水汽通量高值區消失，我區水汽通量明顯減弱，最大值降至12 g·cm-2·s-1，降水過程也趨于減弱。從2016-10-07T20：00，850 hPa水汽通量散度圖上可以看出，在江蘇東南部存在著明顯的水汽輻合中心，我區位于該輻合區的邊緣地帶，此后整個輻合中心東移南壓，我區開始陣性降水，2016-10-07T23：00—24：00降水達到了此次過程最強時段，區域自動站共有5個站小時降水量超過20 mm，小時雨強最大香園社區35.9 mm。至2016-10-08T08：00，輻合區南壓至東海上，降水帶也逐漸移出。

4.2 動力條件

觀察2016-10-07T20：00—10-08T14：00單點渦度垂直剖面圖可以發現，從本次過程開始時對流層中上層就存在著正渦度，正渦度中心位于500 hPa的位置，正渦度中心在2016-10-07T20：00至次日02：00穩定且略有加強，該時段我區位于500 hPa高空槽前，正渦度平流使得地面輻合上升運動加強，地面氣旋發展，進一步導致高空輻散加強，為短時強降水提供良好的動力條件。另一方面，從單點垂直速度剖面圖上也可以看到，我區對流層中上層始終對應著上升區，且隨著時間的推移，上升區的高度得到延伸，上升速度迅速增大，最大速度中心位于500 hPa的位置，2016-10-07T23：00—24：00其中心值超過﹣1.2 Pa/s，這都體現出我區的上升運動從2016-10-07T20：00開始明顯加強，2016-10-07T23：00—24：00時段達到頂峰，深厚而強烈的上升運動與該時段發生強降水的實況十分符合。此后上升中心迅速回落，至2016-10-08T08：00強上升中心回落至850 hPa附近，且中心值僅為﹣0.8 Pa/s，降水強度也隨之減弱。單點速度垂直剖面和單點渦度垂直剖面如圖2所示。

4.3 熱力條件

假相當位溫se是重要的溫濕特征參數，是能量的表征方式之一。觀察圖3（b）可以發現在本次過程發生之前，浙江、福建地區處在高濕高能的控制之下，而我區北部存在著由北向南滲透的se相對較低的干冷空氣。觀察假相當位溫單點垂直剖面圖發現，在2016-10-07T20：00—10-08T05：00，我區對流層700 hPa以下，假相當位溫都隨高度升高而減小，低層假相當位溫值達到351 K，這說明在低層的暖濕氣流之上有相對的干冷空氣堆疊，我區上空處于上干下濕的對流不穩定狀態。而在700 hPa以上的高度，假相當位溫隨高度不發生變化，這表明大氣位于相對的對流穩定狀態，這能有效地防止低層暖濕氣流向上擴散，保證能量被儲藏在低層。結合之前分析可知，至2016-10-07T23：00，垂直上升速度、水汽輻合帶、地面輻合線各個條件都得到契合，觸發短時強降水。隨著圖3（c）地面冷空氣滲透南下，等se線堆積，我區以北出現能量鋒區，至2016-10-08T08：00，圖3（d）鋒面移動到我區附近，冷暖空氣交匯導致斜壓不穩定能量的釋放，正好對應2016-10-08T07：00—10：00我區的較強降水時段。由于主要能量已經在之前得到釋放，因此本段降水強度并不是十分強。

圖2 單點速度垂直剖面圖和單點渦度垂直剖面圖

圖3 單點假相當位溫垂直剖面圖

5 多普勒雷達產品分析

利用新一代多普勒天氣雷達對出現在我區的本次大暴雨天氣進行了連續跟蹤發現在降水出現之前，雷達站西南部存在大范圍的自西南向東北移動的混合性降水回波，我區在2016-10-07T23：00之前影響的回波強度不強，都是以陣性降水為主，2016-10-07T23：00我區西南有回波強度≥45 dBz的對流單體生成，數個對流單體造成定海本站單小時32.0 mm的強降水。單體移出后我區受層狀云降水回波的影響，回波強度均小于40 dBz，至2016-10-08T08：00后冷空氣南下，降水帶南壓。

根據此次暴雨過程的多普勒雷達徑向速度圖分析發現：在PPI圖上，在降水開始時雷達站50 km范圍內存在一對正負中心，中心值達到15 m/s，結合風場可知東南急流將水汽源源不斷的輸送至我區。此后50～100 km范圍內0速度線逐漸轉為S型，我區為穩定的暖平流降水；風速達到27 m/s的負大大風區域出現，有利于對流加強和維持。至2016-10-07T23：00低層有輻合線，觸發短時強降水。此后東南急流減弱，降水強度減弱，至2016-10-08T07：00開始出現逆風區和氣旋輻合，與冷空氣南下引發的第二段降水相對應。

6 結論

本次降水是一次在中高緯兩槽一脊形勢下，東亞冷渦緩慢東移，引導低層冷空氣滲透南下引發的強降水過程，中低層均有切變南壓，且由于系統移動緩慢使得降水帶在本地停留時間較長，為本次過程提供了較好的動力條件。同時臺風倒槽的地面形勢為本次降水提供了充沛的水汽初始場和暖濕氣流的輸送。這種配置造成了我區本次降水持續時間長，累積量大。從物理量診斷分析來看，我區一直位于高濕區中，水汽通量值較大，充足的水汽含量和持續的水汽輸送為強降水的發生提供了有利的初始條件；低層的輻合上升和高空的輻散抽吸有利于強烈的上升運動，為暴雨發生提供了良好的動力條件；本地在短時對流發生前存在著上干下濕的不穩定層結，伴隨著水汽輻合帶，垂直速度中心的和地面輻合線的移近觸發第一輪短時強降水，由于大量能量得到釋放，第二輪冷暖氣流交匯引發的對流性降水強度不大，但在未來的預報中仍需關注冷鋒帶來的降水可能性。

此次過程主要以積云層云混合型降水回波為主，覆蓋面廣，降水持續時間長；但在降水回波帶中出現的數個對流單體造成了短時強降水。根據經向速度圖分析，東南急流水汽輸送和地面輻合帶對本次降水提供了重要條件。

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2095－6835（2018）24－0052－03

P458.121

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2018.24.052

李帆（1992—），男，浙江舟山人，本科，助理工程師。

〔編輯：嚴麗琴〕