2019年6月22日閩北一次暴雨過程分析

何宇暉 黃鵬樑 陳艷真

(1.荔城區氣象局，福建 莆田 351100;2.莆田市氣象局，福建 莆田 351100)

1 引言及實況

前汛期暴雨具有強度大、持續時間長、影響范圍廣、地區差異大等主要特征。6月是連續性暴雨發生最多的月份[1]，由于雨強大、持續時間長，連續性暴雨常對農業、水產養殖業、交通及人民的生命財產安全造成嚴重影響，連續性暴雨的成因分析尤為重要。丁一匯等[2]指出我國暴雨發生受三個大尺度因子的影響，分別為來自印度洋和西太平洋的夏季風，西太平洋和青藏高原副熱帶高壓，以及北半球尤其是東亞中高緯地區的異常大氣環流。程米芳[3]指出，暴雨是在一定天氣背景下配合中低層切變線、低渦、西南急流的共同影響產生的。此次連續性暴雨從6月21日20時持續至6月24日20時，累計21日20時至25日20時雨量，福建全省共有24個自動站超過250mm，其中以南平市政和縣嶺腰村312.3mm為最大，最大小時雨強76.8mm，出現在南平市松溪縣渭田鎮董坑村，并有33個站出現8級(17.2m/s)及以上的雷雨大風，以三明市泰寧縣新橋鄉、龍巖市連城縣宣和鄉、龍巖市長汀縣河田鎮劉源村24.6m/s(10級)為最大。21日至22日暴雨區主要集中在南平市，以南平市武夷山星村鎮紅星村216mm為最大，最大小時雨強76.8mm出現在南平市松溪渭田鎮董坑村；22日至23日福建省出現雙雨帶，分別位于閩北一帶和龍巖至泉州一帶，以龍巖市新羅區曹溪街道紅尖山180.8mm為最大，最大小時雨強74.3mm，出現在南平市順昌縣大歷鎮；23日至24日雨帶主要位于龍巖、泉州、莆田一帶，以龍巖市武平縣下壩鄉大成村150.4mm為最大，最大小時雨強63.7mm，出現在龍巖市漳平溪南鎮。現根據影響系統及降水量分布，將此次過程分成三個階段，分別為21日至22日(北京時20時，下同)、22日至23日、23日至24日。本文主要應用2019年6月21日20時—24日20時地面、高空等常規觀測資料和雷達、自動站等非常規觀測資料，對第一個暴雨過程進行討論分析(過程雨量及小時雨量分布見圖1)。

圖1 2019年6月21日20時至22日20時(a)、22日

2 環流背景和主要影響系統

從2019年6月21日高空綜合分析圖來看，500hPa中高緯環流為典型的華南前汛期“兩槽一脊”環流型，貝加爾湖至內蒙古地區受高壓脊控制，兩槽分別位于烏拉爾山東部和東北地區，環流經向度大，東側槽后脊前偏北氣流引導冷空氣擴散南下至長江中下游，偏北風加強，達到急流標準。中低緯副高呈帶狀維持，兩廣及福建中南部均受副高控制，閩北地區位于副高北側邊緣，受副高北側偏西氣流影響，22日20時588線從江西省中部和福建省北部一帶南移至廣東省北部。23日20時至24日20時，中高緯高壓脊東移至東北地區，東側低槽東移入海。脊前偏北氣流南壓至福建省南部。中低緯副高仍呈帶狀，且進一步南移至廣東省南部。21日至24日副高在海上的中心位置偏北穩定少動，使中高緯低槽和阻高加強且移動緩慢，阻高前偏北氣流和副高北側偏西氣流的匯合與暴雨密切相關。吳乃庚等[4]研究指出，當阻塞高壓的位置偏東，位于亞洲大陸中部時容易造成暴雨的發生。另外，副高南移釋放大量不穩定能量，為暴雨的形成提供有力的動力和能量條件。從700hPa上看，西南渦于21日20時生成，西南渦東側延伸出一條東北西南向的切變線，從四川東部延伸至長江中下游一帶，福建省處于切變線南側弱的西南氣流中，存在風速輻合。22日08時切變線南壓至福建省北部，20時西南風加強成急流強度，推動切變線北抬。23日至24日切變線維持，略微擺動，福建均處于西南急流控制中，滿足水汽輸送和動力觸發條件。切變線的長時間維持、南北擺動也是暴雨持續時間長的原因之一。

(a) (b)

在有利的大尺度環流背景下，中尺度天氣系統也是直接形成福建暴雨的天氣系統[5]。21日08時850hPa切變線位于長江中下游一帶，呈東西走向，20時快速南壓至福建省北部，轉為東北西南走向，21日20時至22日08時切變維持少動，23日20時進一步南壓至福建省中部，在此期間，福建省均受西南急流影響，并存在西南風風速輻合，22日08時，江西贛縣西南風風速為16m/s，其下游邵武站西南風風速僅為6m/s，存在強的風速輻合。925hPa切變線位置與850hPa切變線位置較一致并在切變線右側存在超低空急流，超低空急流為暴雨區提供上升氣流、對流不穩定能量以及充足的水汽[6]。22日暴雨落區正是位于切變線的南側，低空急流左側。

從地面圖上看，21日08時,冷鋒南下至長江中下游一帶，閩北受冷鋒前的暖氣團控制，白天地面氣溫高達33℃左右。21日20時，冷空氣進一步南下，與暖氣團交匯于福建省閩北地區，地面靜止鋒呈東西走向，靜止鋒北側為東北偏東氣流，南側為西南氣流，閩北正處于靜止鋒東段東北偏東風和西南風的輻合下，且閩北處于地面倒槽前部，有大量不穩定能量，是觸發暴雨的有利條件。

3 探空資料和物理量分析

3.1 探空資料分析

圖3為邵武探空站T-lnP圖，從垂直風場可以看出，21日20時邵武上空500hPa以下風速隨高度明顯增大，有強的垂直風切變，風向順時針旋轉，有暖平流；22日20時大風下傳至700 hPa，700 hPa以下風向隨高度順時針旋轉仍為暖平流，中低層700～500hPa風向隨高度逆時針旋轉，有冷平流，上冷下暖層結不穩定，冷空氣入侵觸發新一輪暴雨。23日20時，500hPa以下垂直風速減弱，底層轉為偏北風，冷空氣南下，閩北暴雨趨于結束。從濕度條件看，整個過程400hPa以下露點曲線和層結曲線靠的很近，濕層深厚，為暴雨的產生和維持提供充足的水汽。

(a) (b) (c)

從表1可以看出，此次暴雨過程(21日20時～22日20時)K指數基本都在40℃左右，降水大的時段Cape值在1000J/kg左右，SI指數為負值，最大為-2.88，表示有大量不穩定能量存在。隨著系統南壓，暴雨過程逐漸結束，各物理量均趨于減弱。

表1 邵武探空站21日20時-24日08時K指數、SI指數、Cape指數

3.2 動力條件分析

從垂直上升速度時間序列圖可以看出，21日20時至23日20時,南平建陽垂直上升速度大，且層次深厚，最大上升速度位于中層(500～400hPa)可達3.3m/s。23日20時后，整層垂直上升速度開始減小且大值中心下移，24日20時，整層轉為下沉運動。垂直運動可為暴雨提供有利的動力條件，并將低層水汽輸送至中層，此次垂直運動的時間變化與實況系統及雨帶的生消關系密切，關注垂直運動動向對于暴雨預報有一定作用。

圖4 建陽垂直上升速度時間剖面圖

從850 hPa水平渦度分布圖分析可以明顯看出，21日08時閩北為正渦度區，而閩中及以南地區為負渦度區，在南平和三明交界一帶等渦度線密集，存在渦度鋒區，在冷空氣的作用下，渦度鋒區南壓，23日08時全省均為正渦度區，正渦度中心位于江西省南部，中心數值可達3.6×10-5S-1，南北3個緯度渦度差值達1.2×10-5S-1；從渦度時間剖面圖可以看出，21日20時至23日20時，閩北地區低層為正渦度，高層為負渦度，低層輻合高層輻散有利于對流天氣的發生和維持；23日20時至24日20時，隨著系統南壓，龍巖長汀出現低層輻合高層輻散的配置，與實況雨帶的移動相符合。

圖5 2019年6月21日08時(a)、23日08時水平渦度分布圖(b)、建陽渦度時間剖面圖(c)、長汀渦度時間剖面圖(d)

3.3 水汽條件

分析此次暴雨過程福建全省比濕分布圖及南平市浦城縣比濕垂直剖面圖(圖略)可見，濕層深厚，700hPa以下均大于10 g/kg，850hPa及以下層次比濕均大于12 g/kg；21日20時，中南部比濕高達16 g/kg；23日20時至24日20時，低層出現濕舌向地面延伸。暴雨來臨前，充足的水汽供應也是暴雨預報不可缺少的條件之一。

4 非常規資料分析

4.1 雷達產品分析

本次過程強降水時段主要出現在夜間，強回波共分成兩個過程。22日02時，武夷山脈南側生成分散的塊狀回波，在500hPa偏西氣流的引導下向東移動，22日2時49分，回波合并形成弓形回波，回波移動速度快，帶狀回波前沿另有一塊狀回波發展明顯，回波強度大于45 dBz，維持時間大于30分鐘。同時從1.5°仰角速度圖上(圖6b)可以看出，低層(1.2km高度下)零速度線為“S”型，其上(1.2～3.5km高度)為反“S”型，低層暖平流，中層冷平流且有大風速區，冷空氣下滲侵入，導致層結不穩定，觸發強對流發生。另外，弓形回波前有一發展明顯的塊狀回波，正好對應速度圖上西南風、東南風及西北風的風向輻合。從地面風場圖(圖6c)可以看出，22日1時50分，地面出現一條輻合線，與之后回波的發展及移動趨勢一致，說明地面輻合線也是觸發對流發生的系統之一，對強對流的發生發展有指示意義。

圖6 2019年6月22日3時01分(a)、4時36分(d)組合反射率因子圖和3時01分(b)、4時18分(e)1.5°仰角基本速度圖以及1時50分(c)、03時(f)地面風場圖

22日4時，弓形回波東移減弱后，其后部重新生成多個塊狀回波，回波于4時36分合并成線狀回波，回波呈東北西南走向，在500hPa偏西氣流的引導下東移并南壓，由于回波走向和移動方向一致，產生列車效應，回波強度大于50 dBz，維持時間大于17min，雨強可達23.7mm/10min。從1.5°仰角速度圖(圖6e)可以看出，冷空氣進一步擴散南下，已經影響至建陽雷達站上，偏北風與偏南風輻合的位置與回波對應。同時地面輻合線(圖6f)也較早地指示回波的形成與發展，對暴雨預報有一定的時間提前量[7]。

4.2 風廓線雷達產品分析

圖7(a)為2019年6月21日22∶00～22日13∶00建甌風廓線雷達垂直風廓線逐半小時平均風隨時間變化圖，從圖7可以看出，21日23時30分，建甌上空5km附近風速開始增大，01時加強至急流強度，隨后高層動量下傳，低層風速隨之增大。05時，動量下傳明顯，低層風速增強，風速可達25m/s，且在2km附近存在明顯的垂直風切變，05∶30，大風速進一步下傳至近地面，地面轉為偏北風控制，引導冷空氣南下，觸發強對流發生。圖7(b)為22日03時-23日03時嵐下鄉小時雨量圖，當05時建甌上空動量下傳，05∶30，大風速下傳至近地面，其下游地區出現強降水，選取下游嵐下鄉站可見該站08時、09時、10時的小時雨強均超過40mm，09時、10時兩個小時的降水量更是超60mm。累計05～12時南平市降水量空間分布，全市大部分地區暴雨，局部大暴雨，可見動力對降水的作用。

5 結論

從大尺度環流條件、中尺度分析、物理量條件以及雷達產品等方面，對2019年6月22日暴雨過程進行分析，得出以下結論。

①中高緯度為兩槽一脊環流形式，海上副高中心強盛少動，阻擋中高緯度低槽東移，使得亞洲中部阻塞高壓前偏北氣流持續引導冷空氣南下，與帶狀副高北側西南氣流匯合，配合低層切變線和急流共同觸發暴雨。

②對探空圖、動力條件、水汽條件等物理量條件分析表明，強的不穩定層結、深厚的濕層、地面高溫高能、較大對流有效位能、高的K指數和負的SI指數、強上升運動和充足的水汽條件為此次連續性暴雨提供有利條件。

③對雷達回波和風廓線雷達等資料分析表明，地面輻合線是觸發雷達回波生成的中小尺度系統之一，對暴雨預報有一定提前量；中高層大風速動量下傳同樣為強降水的觸發提供動力條件。