摘要：利用常規(guī)氣象資料，對新鄉(xiāng)市2005年5月16日發(fā)生的大到暴雨天氣過程進(jìn)行天氣動力學(xué)分析，結(jié)果表明：這次大到暴雨過程是在有利的大尺度環(huán)流背景下，有較強南下冷空氣和北上西南暖濕氣流的共同作用，在中緯度地區(qū)形成深厚的SW急流，從而誘導(dǎo)西南低渦和低空急流的形成和發(fā)展。西南低渦、低空急流和地面冷鋒是造成這次天氣過程的主要天氣系統(tǒng)，在這些天氣系統(tǒng)的共同作用下，產(chǎn)生大到暴雨天氣過程。強降水的落區(qū)位于地面冷鋒前部、低空急流的前端。

關(guān)鍵詞：大到暴雨；冷鋒；急流；西南渦

2005年5月16日，新鄉(xiāng)市所轄8個縣（市）普降大到暴雨，降水量分別為輝縣35.7mm、衛(wèi)輝46.6mm、獲嘉42.5mm ，新鄉(xiāng)39.0mm，原陽42.9mm，延津40.8mm，封丘36.0mm，長垣38.7mm（圖1）。華北地區(qū)的降水80%～90%出現(xiàn)在6～8月，主要集中在雨季，其中又以7月下半月和8月上半月最集中 [1] ，春季的強降水過程很少，本文根據(jù)現(xiàn)代天氣預(yù)報的基本特點，資料信息量大、數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品豐富、預(yù)報工具多 [2] 。采用暴雨預(yù)報的技術(shù)和方法，對本次過程進(jìn)行分析和研究。氣象研究人員對暴雨預(yù)報方法進(jìn)行了深入的研究工作 [3-5] ，隨著數(shù)值天氣預(yù)報的迅速發(fā)展，常規(guī)氣象資料和數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品相結(jié)合，運用《天氣學(xué)原理與方法》分析研究天氣預(yù)報，仍是現(xiàn)代天氣預(yù)報的基礎(chǔ)。

圖1 5月16日降水量空間分布圖

1 中、短期環(huán)流形勢的演變及分析

過程前期，500hPa圖上，中高緯度地區(qū)維持二槽一脊型，副熱帶高壓維持在南海一帶。由于副高的加強北抬，與歐亞大陸發(fā)展東移的高脊合并，從南海到貝湖的東側(cè)形成強大的暖性高壓脊。由于暖性高壓脊的形成，使得高脊后有強盛的SW氣流得到強烈發(fā)展。16日08時在張掖、蘭州、成都到思茅一線形成深厚的低槽。從溫、壓場的配置來看，該天氣尺度系統(tǒng)是非對稱的、斜壓的，因此天氣系統(tǒng)是發(fā)展加強的。在低槽前部的河套地區(qū)有飽和區(qū)；同時在重慶、達(dá)川到安康形成強盛的西南急流軸，軸線上的風(fēng)速都在20m/s以上。強盛的西南急流，為降水天氣的產(chǎn)生提供了水汽、能量和動力條件。

700hPa：14日20時，高原東部形成西南渦。15日20時，西南渦發(fā)展東移到玉樹和達(dá)日一帶，在低渦前部，從貴州、鄂西到鄭州形成急流軸，新鄉(xiāng)地區(qū)位于急流軸的前端，在這里有風(fēng)速的輻合，有水汽和能量的聚集，有利于強降水天氣的產(chǎn)生。16日08時，在延安和成都一帶各生成一個低壓環(huán)流，低槽位于延安、西安到成都一線，延安到邢臺形成一條切變線，延安附近的低渦將沿切變線向東北方向移動，新鄉(xiāng)地區(qū)將處于低渦的東南象限里，這里對應(yīng)著強降水的落區(qū)（圖2）。從我國的西南到黃河南岸產(chǎn)生廣闊的急流區(qū)，強盛的西南急流，源源不斷地把水汽、能量、渦度輸送到新鄉(xiāng)地區(qū)，為強降水天氣的產(chǎn)生提供了水汽和動量。

圖2 16日08時700 hPa環(huán)流形勢圖

850hPa：由于冷暖空氣活躍，15日08時在成都到重慶一帶西南低渦形成。16日08時，西南渦略有加強北上，低渦中心位于重慶到成都一帶，低槽和切變線分別位于達(dá)川、重慶到昆明和達(dá)川、南陽到南京一線。低渦中心沿切變線方向移動，即東移北上影響新鄉(xiāng)地區(qū)（圖3）。

圖3 16日08時850 hPa環(huán)游形勢圖

地面圖：15日08時在臨河、蘭州到托托河生成冷鋒，西南地區(qū)有倒槽形成。在冷鋒東移發(fā)展過程中，與西南地區(qū)向東北方向強烈發(fā)展的倒槽合并，生成黃河氣旋。16日14時，同時受氣旋影響出現(xiàn)強降水時段。

受高層西南急流、中低空西南渦和黃河氣旋的共同作用在新鄉(xiāng)地區(qū)產(chǎn)生大到暴雨天氣。

2 數(shù)值產(chǎn)品的分析和檢驗

2.1 歐洲風(fēng)場、流場分析。

歐洲中心的風(fēng)場、流場預(yù)報檢驗，500hPa：15日20時，達(dá)日、甘孜到巴塘有一低槽，新鄉(xiāng)地區(qū)處于槽前寬廣的西南氣流里；16日20時低槽發(fā)展東移到太原、洛陽、安康到重慶一線，槽前西南氣流明顯增強，新鄉(xiāng)地區(qū)處于強盛西南氣流的前端。700hPa：16日20時，由氣旋性彎曲發(fā)展成西南渦向東北方向移動，其中心位置位于延安到太原一帶，新鄉(xiāng)地區(qū)位于氣旋的東南象限，對應(yīng)于強降水落區(qū)。由歐洲的風(fēng)場預(yù)報來看，對這次降水系統(tǒng)的生成、強度和移動，與實況比較接近，預(yù)報能力較強，對天氣分析預(yù)報有一定的參考價值。

2.2 T213物理量診斷分析。

2.2.1 垂直速度分析。

T213物理量的預(yù)報場，500hPa：16日14時在新鄉(xiāng)地區(qū)西部的平?jīng)龈浇凶畲蟠怪彼俣葹?240×10 -3 百帕/秒的上升區(qū)，垂直速度的大值區(qū)呈南北向分布。20時，中心上升區(qū)向東北方向移動，數(shù)值增加至-372×10 -3 百帕/秒。17日08時，垂直速度數(shù)值猛增，極值中心位于河北南部和河南北部，數(shù)值為-536×10 -3 百帕/秒。根據(jù)15日20時的預(yù)報場來看，16日14時在河南的西南部有一中心值為-256×10 -3 百帕/秒上升區(qū)。

700hPa：14日20時預(yù)報場，16日08時，在我國西南地區(qū)武都附近，有垂直速度上升區(qū)，垂直速度最大值為-84×10 -3 百帕/秒。14時，垂直速度上升區(qū)東北移，中心移至平?jīng)龈浇畲笾颠_(dá)-208×10 -3 百帕/秒，數(shù)值迅速增大。20時，最大中心移到延安附近，垂直速度最大值達(dá)-396×10 -3 百帕/秒。17日08時最大值移至河南北部，中心在安陽附近，最大值達(dá)-440×10 -3 百帕/秒。

850hPa：14日20時的預(yù)報場，16日20時在新鄉(xiāng)地區(qū)的西部有垂直速度的上升區(qū)，17日08時，在河南北部到河北的中南部有一垂直速度的最大上升區(qū)，最大中心在河北南部，中心值達(dá)-264×10 -3 百帕/秒。通過對T213數(shù)值預(yù)報各層垂直速度的分析可以看出：T213對本次過程在垂直速度的預(yù)報上，移動路徑和實況一致，時效上落后36小時，空間位置上偏北3個緯距，因此T213對這次強降水動力過程的預(yù)報和實況有一定的偏差（圖略）。

2.2.2 渦度分析。

14日20時渦度預(yù)報分析表明，17日08時850hPa，在黃河以北到河北中部分別有一正渦度區(qū)，最大數(shù)值達(dá)24×10 -5 /秒，與實況位置略偏西，時效落后。

2.2.3 水汽通量分析。

T213水汽通量預(yù)報場，15日20時，在重慶一帶有120×10 -7 克/百帕·厘米·秒的大值區(qū)，16日02時增大到160×10 -7 克/百帕·厘米·秒，且向東北方向移動。16日08時，水汽通量中心移到湖北的西北部。14時，水汽中心轉(zhuǎn)向偏東方向移動。20時，減弱東北移。從水汽的移動路徑來看，起始位置和天氣系統(tǒng)比較接近，移動方向有一定偏差。

從T213的物理量場分析可以看出，T213對這次強降水過程的預(yù)報場和實況場有一定的偏差，在指導(dǎo)預(yù)報上要進(jìn)行訂正。

3 日本傳真圖的分析及應(yīng)用

從日本降水預(yù)報可以看出，14日08時72小時預(yù)報：新鄉(xiāng)地區(qū)的降水量在30～35mm之間，量級基本接近實況。南北各有一中心值，中心值有40mm以上，接近降水實況，位置有些偏差（圖4），對本次降水預(yù)報有指導(dǎo)作用。從日本降水預(yù)報的連續(xù)演變過程分析可以看出：隨著時間的臨近，降水預(yù)報誤差的量級卻逐漸在減小，對降水預(yù)報能力較強。因此，日本降水預(yù)報對系統(tǒng)性降水過程預(yù)報能力較強，可作為一個參考工具。

圖4 日本14日08時72小時降水預(yù)報

4 急流分析

低空急流是給中緯度暴雨和強風(fēng)暴提供水汽和動量最重要的機制。根據(jù)統(tǒng)計，低空急流與暴雨之間的正相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.80，暴雨一般發(fā)生在低空急流風(fēng)速最大值的左前方。

4.1 急流成因機制分析。

根據(jù)天氣圖的分析可知：12號位于20°N以南的副熱帶高壓加強北抬，同時，位于50°N以北的冷高壓勢力也在不斷加強；南部的暖性高壓勢力強大，系統(tǒng)深厚，從低層到高層均受暖高壓控制。北部的冷性系統(tǒng)，在850hPa以下表現(xiàn)為冷高壓，850hPa以上為冷性低值系統(tǒng)，冷空氣勢力強大。兩種熱力性質(zhì)不同的氣團相向運動，使冷暖空氣在中緯度地區(qū)交匯，形成空氣質(zhì)量的堆積。同時，由于冷暖空氣的擠壓作用，在水平方向上氣壓梯度 增大，在空氣密度和地轉(zhuǎn)參數(shù)的變化所引起的地轉(zhuǎn)風(fēng)的變化可以忽略不計的情況下，即地轉(zhuǎn)風(fēng)的變化主要是由于氣壓梯度 的變化引起的，根據(jù)地轉(zhuǎn)風(fēng)公式： 由于氣壓梯度 的增大，而使地轉(zhuǎn)風(fēng)Vg增大，結(jié)果在中緯度地區(qū)形成急流。這次過程中的急流在水平方向上產(chǎn)生的順序為先在江淮之間形成急流，然后逐漸加強向北移動；在垂直方向上形成的順序是由高層向低層發(fā)展延伸，即動量的向下傳播。

4.2 高低空急流的耦合分析。

高空急流與鋒面及鋒面的次級環(huán)流有密切的關(guān)系，高空急流和鋒面統(tǒng)稱急流——鋒系，它們相伴隨的次級環(huán)流稱急流——鋒次級環(huán)流。低空急流是一種動量、熱量和水汽的高度集中帶，低空急流主要是以中尺度擾動的形式向暴雨區(qū)輸送動量、熱量和水汽 [6] 。高空急流的形成和傳播誘導(dǎo)低空急流的產(chǎn)生和發(fā)展，高、低空急流的相互作用，引起三維質(zhì)量——動量調(diào)整，三維質(zhì)量——動量的調(diào)整必然伴隨天氣過程的產(chǎn)生和發(fā)展。在高空急流中心的入口區(qū)和出口區(qū)都有高低空急流的耦合，與高低空急流相聯(lián)系的次級環(huán)流和上升支都位于低空急流的左側(cè)。當(dāng)?shù)孛胬滗h前的上升運動與高低空急流耦合的次級環(huán)流的上升運動相疊加，有利于垂直運動的加強，產(chǎn)生較強的天氣過程。同時，在低空急流的前端，有較強的水汽通量和水汽通量輻合。對本次過程來說，高、低空急流和冷鋒的配置關(guān)系與演變過程滿足高、低急流的耦合關(guān)系，容易產(chǎn)生強天氣過程，其平面配置圖如圖6所示。這次出現(xiàn)的強降水過程，就是在高、低空急流和地面冷鋒的相互配合作用下而產(chǎn)生的大到暴雨過程。

5 降水時空分布規(guī)律及特點

15日08時，新鄉(xiāng)市上空SW氣流建立，降水開始，但由于是受暖性高壓脊后部的SW氣流影響，即暖氣團的控制，降水性質(zhì)多以陣雨或零星小雨為主，降水量不大。隨著系統(tǒng)的發(fā)展東移，當(dāng)冷鋒逼近新鄉(xiāng)地區(qū)，即有冷空氣侵入時，降水強度開始加大，表明冷鋒的動力抬升明顯，16日16～18時為降水的主要集中時段。強降水的落區(qū)位于冷鋒前部、低空急流的前端。如圖5，這里是暖濕空氣的主要上升支。

〖XC28.TIF；%50%50〗

圖5 16日08時高、低空急流耦合圖

6 結(jié)束語

61 對于春季強降水的預(yù)報，特別是對于長期少雨時段的轉(zhuǎn)折過程，預(yù)報著眼點應(yīng)放在天氣尺度環(huán)流形勢的調(diào)整上，只有在大尺度環(huán)流形勢調(diào)整后，才有可能產(chǎn)生較強的天氣過程。本次強降水過程是在大尺度環(huán)流形勢調(diào)整的基礎(chǔ)上，強冷暖空氣在本地上空交匯產(chǎn)生的。

62 對于本次區(qū)域性的強降水過程，具備了以下幾個條件：穩(wěn)定的天氣尺度環(huán)流形勢、低值系統(tǒng)的生成和發(fā)展、深厚的強SW急流，這些條件的形成對大到暴雨天氣過程提供了動力條件。

63 這次降水過程的主導(dǎo)天氣系統(tǒng)是500hPa的低槽，影響系統(tǒng)是西南低渦，西南低渦是在大的環(huán)流形勢調(diào)整的過程中、在冷暖空氣的交匯地區(qū)即在斜壓大氣中產(chǎn)生、發(fā)展起來的。

64 用準(zhǔn)地轉(zhuǎn)理論很好地解釋了急流的成因，通過對高、低空急流耦合和地面冷鋒的配置關(guān)系，對分析降水落區(qū)和強度的預(yù)報有一定的參考價值。

參考文獻(xiàn)

[1] 朱乾根，林錦瑞，壽紹文等.天氣學(xué)原理和方法[M].（第三版）.北京：氣象出版社，2000：360.

[2] 中央氣象臺.天氣預(yù)報方法與業(yè)務(wù)系統(tǒng)研究文集[M].北京：氣象出版社，2002.

[3] 陶詩言.中國之暴雨[M].北京：科學(xué)出版社，1980：1- 225.

[4] 《華北暴雨》編寫組.華北暴雨[M].北京：氣象出版社，1992：1- 182.

[5] 王鍵，壽紹文.“03.8”遼寧地區(qū)暴雨過程成因的診斷分析[J].氣象，2003，31（4）：18- 21.

[6] 丁一匯.高等天氣學(xué)[M].北京：氣象出版社，2005：443- 444.