紀(jì)凡華，徐 娟，韓風(fēng)軍，李亞萍

（聊城市氣象局，山東聊城 252000）

魯西北西部一次大暴雨過(guò)程成因診斷分析

紀(jì)凡華，徐 娟，韓風(fēng)軍，李亞萍

（聊城市氣象局，山東聊城 252000）

利用常規(guī)資料、NCEP1°×1°再分析資料和衛(wèi)星云圖資料對(duì)2013－07－26魯西北西部一次大暴雨天氣過(guò)程進(jìn)行分析，結(jié)果表明：副高邊緣的暖式切變線是產(chǎn)生此次大暴雨的主要影響系統(tǒng)；偏南氣流輸送了充足的水汽和不穩(wěn)定能量，建立了不穩(wěn)定層結(jié)，冷空氣觸發(fā)對(duì)流，引發(fā)不穩(wěn)定能量釋放，導(dǎo)致強(qiáng)降水產(chǎn)生；大暴雨發(fā)生在水汽通量高值區(qū)右側(cè)的密集帶偏西位置及暖濕空氣沿著冷空氣爬升的能量鋒上；強(qiáng)降水發(fā)生在中尺度對(duì)流系統(tǒng)發(fā)展強(qiáng)盛到成熟階段，降水落區(qū)位于強(qiáng)冷云頂?shù)暮髠?cè)，短時(shí)強(qiáng)降水發(fā)生在云頂亮溫梯度最大處。

大暴雨；暖式切變線；短時(shí)強(qiáng)降水；衛(wèi)星云圖

暴雨是華北地區(qū)夏季常見的一種災(zāi)害性天氣，特別是持續(xù)性、大范圍暴雨有時(shí)會(huì)誘發(fā)泥石流、山體滑坡等次生災(zāi)害，從而給相關(guān)地區(qū)人民的生命和財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)巨大損失。充沛的水汽供應(yīng)是暴雨產(chǎn)生的基本條件［1－4］，特別是持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)和強(qiáng)度大的暴雨［5］。華北地區(qū)地處東亞季風(fēng)帶，夏季暴雨產(chǎn)生時(shí)的水汽來(lái)源一般有孟加拉灣、西太平洋、南海等［2］。特大暴雨一般是中尺度對(duì)流云團(tuán)所導(dǎo)致［6］，江吉喜等［7］分析了1996年8月3—5日河北省的特大暴雨過(guò)程，認(rèn)為該過(guò)程主要受兩個(gè)中尺度云團(tuán)的直接影響，該云團(tuán)的形成和發(fā)展，是偏南風(fēng)低空急流與華北北部南下的近地面層弱冷空氣相互作用的結(jié)果。楊曉霞等［8］對(duì)山東省三次暖切變線極強(qiáng)降水進(jìn)行對(duì)比分析，認(rèn)為低層暖濕氣流螺旋式輻合上升與中高層入侵的干冷空氣相遇，水汽凝結(jié)率增大，降水強(qiáng)度增強(qiáng)；中高層干冷空氣侵入的時(shí)段與極強(qiáng)降水的時(shí)段相對(duì)應(yīng)。

利用常規(guī)資料、NCEP1°×1°再分析資料和衛(wèi)星云圖資料，對(duì)2013－07－26發(fā)生在魯西北西部的一次大暴雨過(guò)程進(jìn)行分析，試圖揭示該過(guò)程中降水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和形成原因，為山東省西部地區(qū)強(qiáng)降水天氣的短時(shí)臨近預(yù)警提供客觀依據(jù)。

1 暴雨過(guò)程概況

7月26日00—10時(shí) （北京時(shí)，下同），魯西北西部出現(xiàn)一次大暴雨天氣過(guò)程 （圖1），2站降雨量超過(guò)200mm，17站超過(guò)100mm。從圖1a可以看到降雨落區(qū)比較集中，聊城中北部普降大暴雨，此次降水中心在聊城市區(qū)和茌平，聊城站總降水量178.3mm，茌平站總降水量166.2mm。兩站逐小時(shí)雨量變化 （圖1b）顯示，茌平站26日04—05時(shí)降水強(qiáng)度最強(qiáng)，為67.8mm/h，聊城站26日07—08時(shí)降水強(qiáng)度最強(qiáng)，為75.0mm/h，這說(shuō)明此次暴雨屬于對(duì)流性強(qiáng)降水，有短歷時(shí)強(qiáng)降水的特征。

圖1 2013－07－26T00—10魯西北西部降雨量分布 （a）和聊城站、茌平站逐小時(shí)降雨量 （b）（單位：mm）

2 環(huán)流形勢(shì)與主要天氣系統(tǒng)

7月25日20時(shí)高空形勢(shì)場(chǎng)上 （圖2a），500 hPa中緯度河套上游有弱低槽發(fā)展，西太平洋副熱帶高壓 （以下簡(jiǎn)稱副高）北抬，其脊線到達(dá)30°N，588dagpm線西伸到112°E附近，其北端穿過(guò)山東的南部，魯西北處于副高邊緣的暖濕氣流中。700hPa上沿著副高邊緣有一東北—西南向的切變線，其東北端位于渤海以西，西南端到達(dá)四川盆地。北部灣上空有一熱帶低壓，低壓外圍大風(fēng)與副高邊緣的偏南氣流重合，產(chǎn)生從南海到華北平原的偏南風(fēng)氣流帶，河套地區(qū)北側(cè)附近有弱冷鋒進(jìn)入南亞低壓向北延伸的倒槽 （圖略），使倒槽東北部氣旋性增強(qiáng)，氣壓降低南風(fēng)加大。850hPa上貝加爾湖上空有弱低渦，東亞大陸盛行偏南氣流，河北南部—山東西部有暖式切變線發(fā)展，濟(jì)南市章丘站為4m/s的東南風(fēng)。26日08時(shí)700hPa（圖略）上邢臺(tái)站風(fēng)速增大到10 m/s，有利于水汽的輸送，山東省處于切變線南側(cè)，偏南氣流的左前方。850hPa形勢(shì)場(chǎng)上 （圖2b）貝加爾湖低渦穩(wěn)定少動(dòng)，華北的暖式切變線移動(dòng)緩慢，章丘站出現(xiàn)16m/s的強(qiáng)西南風(fēng)，魯西北地區(qū)輻合增強(qiáng)。綜上可見在沒(méi)有明顯的冷空氣入侵情況下，副高邊緣的偏南氣流加強(qiáng)，魯西北暖式切變線穩(wěn)定在聊城地區(qū)，造成此次以短時(shí)強(qiáng)降水為特征的大暴雨過(guò)程，可見副高邊緣的暖切變線為此次大暴雨的主要影響系統(tǒng)。

圖2 2013－07－25T20高空系統(tǒng)配置 （a）和2013－07－26T08 850hPa（b）形勢(shì)場(chǎng) （等值線為位勢(shì)高度，單位為dagpm；黑圓點(diǎn)為暴雨區(qū)，下同）

3 暴雨發(fā)生發(fā)展的環(huán)境條件

3.1 水汽條件分析

圖3 2013－07－25T20 850hPa水汽通量（a，單位為g/ （cm·hPa·s））和風(fēng)場(chǎng)及聊城24—26日比濕場(chǎng)垂直剖面隨時(shí)間演變圖 （b，單位為g/kg）

此次過(guò)程中副高邊緣的偏南氣流，將來(lái)自南海的豐富水汽向華北平原輸送。從7月25日20時(shí)850hPa水汽通量和風(fēng)場(chǎng) （圖3a）可看出，在中國(guó)東部一個(gè)水汽通量大于8g/（cm·hPa·s）的水汽輸送通道已經(jīng)建立，最大水汽通量為12g/（cm·hPa·s），水汽通道右側(cè)沒(méi)有等值線密集帶，說(shuō)明降水過(guò)程中沒(méi)有明顯的冷空氣侵入。山東半島有一水汽通量低于4g/（cm·hPa·s）的小值區(qū)，受高空低渦影響，空氣總體偏冷，山東中、西部是冷暖空氣交匯區(qū)，魯西北在水汽通量10g/（cm·hPa·s）大值區(qū)的東北方，正處于暖空氣沿著冷空氣爬升的鋒區(qū)，具有較好的冷卻凝結(jié)形成降水的條件。從比濕場(chǎng)隨時(shí)間的演變圖 （圖3b）可以看出，聊城站近地面比濕24日08時(shí)大于14g/kg，20時(shí)大于16g/kg，25日20時(shí)大于18g/kg，并且水汽向高空擴(kuò)散，2g/kg等值線到達(dá)400hPa以上，近地面水汽達(dá)到過(guò)飽和狀態(tài)。26日00時(shí)，降水開始之后近地面比濕稍有降低，但一直大于18g/kg，是維持聊城站3小時(shí)短時(shí)強(qiáng)降水的有利條件，驗(yàn)證了比濕大于14g/kg是山東產(chǎn)生暴雨的一個(gè)有利條件。

3.2 假相當(dāng)位溫分析

假相當(dāng)位溫θse表征著大氣溫濕能量特征，有利的大氣溫濕條件是產(chǎn)生暴雨的首要前提［9］。從聊城站24日20時(shí)—26日20時(shí)假相當(dāng)位溫隨時(shí)間的演變圖 （圖4a）可以看出，降水開始之前，高空整層大氣的不穩(wěn)定能量不斷積聚。25日08時(shí)近地面θse為360K，345K等值線伸到500hPa高度附近，中低層大氣高溫高濕。25日14時(shí)θse明顯升高，925hPa以下θse大于360K，表明近地面暖濕空氣增溫增濕變化明顯；700 hPa附近出現(xiàn)θse為340～345K的低值，表明開始有冷空氣入侵。25日20時(shí)750～850hPa之間出現(xiàn)等值線密集區(qū)，冷空氣不斷加強(qiáng)，開始引發(fā)中低層空氣的上升運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生對(duì)流。26日02時(shí)，850hPa以下附近開始出現(xiàn)θse梯度，表示有冷空氣繼續(xù)入侵，與偏南氣流相遇，輻合增強(qiáng)，上升運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，從而觸發(fā)不穩(wěn)定能量釋放產(chǎn)生降水。26日08時(shí)高能舌向高層發(fā)展，到達(dá)700 hPa高度，并且700～850hPa出現(xiàn)θse大梯度區(qū)，表明空氣對(duì)流發(fā)展強(qiáng)烈，暖濕空氣與冷空氣相遇，有利于大量水汽在此過(guò)程中冷卻凝結(jié)形成強(qiáng)降水，實(shí)況是08時(shí)聊城站出現(xiàn)75mm/h的雨強(qiáng)。26日14時(shí)冷空氣侵入低層，對(duì)流結(jié)構(gòu)崩潰，降水結(jié)束。高能舌往高層發(fā)展到崩潰的時(shí)間與降水持續(xù)時(shí)間一致。從圖4b可以看出，西南—東北向的高能舌從四川至華北平原延伸，山東存在一個(gè)假相當(dāng)位溫為335K的低能區(qū)向西延伸出一低能舌，高低能舌與低能舌之間的梯度區(qū)與降水落區(qū)一致，大暴雨發(fā)生在暖濕空氣沿著冷空氣爬升的能量鋒上，也就是魯西北地區(qū)。

圖4 聊城θse垂直剖面隨時(shí)間演變圖 （a）及2013－07－25T20 850hPaθse分布圖 （b）（單位為 K）

4 強(qiáng)對(duì)流云團(tuán)與特大暴雨的關(guān)系

本次降水發(fā)生在副高邊緣，F(xiàn)Y－2E衛(wèi)星云圖顯示，暴雨在副高北側(cè)外圍的多個(gè)強(qiáng)對(duì)流云團(tuán)相互作用下產(chǎn)生 （圖5）。

26日01時(shí)在魯西北西部有一團(tuán)狀對(duì)流云團(tuán)A強(qiáng)烈發(fā)展，云頂亮溫 （TBB）不斷降低，范圍迅速擴(kuò)大；02時(shí)A云團(tuán)TBB低于220K，發(fā)展為一近似細(xì)胞形的的α中尺度對(duì)流系統(tǒng)，與此同時(shí)河北省中南部有一對(duì)流云團(tuán)B發(fā)展；03時(shí)A云團(tuán)TBB繼續(xù)降低，B云團(tuán)移動(dòng)較快，逐漸與A云團(tuán)在魯西北相接；04時(shí)A云團(tuán)出現(xiàn)低于200K的冷云頂，范圍繼續(xù)擴(kuò)大；05時(shí)對(duì)流系統(tǒng)發(fā)展到最盛，A云團(tuán)的后側(cè)TBB梯度也迅速增大，云圖上表現(xiàn)為成熟的 MαCS，對(duì)流云團(tuán)覆蓋魯西北西部、魯西南北部，聊城市茌平縣城出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水，在此過(guò)程中B云團(tuán)位置穩(wěn)定少動(dòng)；06時(shí)A云團(tuán)冷云頂向南擴(kuò)展，TBB最低，范圍最廣，在魯西北西部出現(xiàn)大范圍的強(qiáng)降水，茌平站04—05時(shí)、05—06時(shí)分別出現(xiàn)44.0mm、67.8mm的強(qiáng)降雨，之后對(duì)流云團(tuán)A向西南方向緩慢移動(dòng)，其西北側(cè)有多個(gè)中－β尺度的對(duì)流云團(tuán)與A云團(tuán)合并；07時(shí)云團(tuán)TBB梯度較大，聊城城區(qū)出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水；08時(shí)A、B云團(tuán)位置、云頂亮溫變化不大，聊城市區(qū)06—08時(shí)出現(xiàn)2h的短時(shí)強(qiáng)降水；09時(shí)開始A云團(tuán)云頂亮溫升高，對(duì)流減弱，降水減弱。

從圖5可以看出，對(duì)流云團(tuán)發(fā)展迅速，02時(shí)已經(jīng)出現(xiàn)中－α尺度對(duì)流系統(tǒng)，并在04—05時(shí)對(duì)流發(fā)展到最強(qiáng)，TBB小于200K冷云頂面積迅速增大，云團(tuán)后側(cè)的TBB梯度也迅速增大，此時(shí)茌平處于云團(tuán)后側(cè)TBB梯度最大處，出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水。06時(shí)，TBB小于200K范圍達(dá)到最大，位置少動(dòng)，使茌平強(qiáng)降水繼續(xù)，之后云團(tuán)A減弱，由于后方不斷有中－β尺度的對(duì)流云團(tuán)合并，A云團(tuán)減弱較慢，并向西南移動(dòng)，聊城市區(qū)隨即開始出現(xiàn)強(qiáng)降水。

以上分析可知，強(qiáng)降水發(fā)生在中尺度對(duì)流系統(tǒng)發(fā)展強(qiáng)盛到成熟階段，短時(shí)降水發(fā)生在TBB梯度最大處，TBB小于200K的冷云頂覆蓋面積最大時(shí)，雨強(qiáng)達(dá)到最大，這說(shuō)明該過(guò)程對(duì)流發(fā)展較為旺盛；降水落區(qū)位于強(qiáng)冷云頂?shù)暮髠?cè)。

圖5 2013－07－26T01—09FY－2ETBB逐小時(shí)演變 （單位為K）

5 結(jié)論

（1）副高與熱帶低壓之間的偏南暖濕氣流、西風(fēng)槽攜帶的弱冷空氣和穩(wěn)定少動(dòng)的暖式切變線是造成此次大暴雨的主要影響系統(tǒng)。偏南氣流為大暴雨發(fā)生發(fā)展提供充足的水汽和不穩(wěn)定能量；中高層冷空氣入侵，觸發(fā)不穩(wěn)定能量的釋放，從而產(chǎn)生了魯西北西部大暴雨過(guò)程。

（2）大暴雨發(fā)生在水汽通量高值區(qū)右側(cè)的密集帶偏西位置，高空整層豐富的水汽是維持3小時(shí)短時(shí)強(qiáng)降水的有利條件。

（3）強(qiáng)降水發(fā)生在中尺度對(duì)流系統(tǒng)發(fā)展強(qiáng)盛到成熟階段，短時(shí)強(qiáng)降水發(fā)生在TBB梯度最大處，TBB小于200K的冷云頂覆蓋面積最大時(shí)，雨強(qiáng)達(dá)到最大，降水落區(qū)位于強(qiáng)冷云頂?shù)暮髠?cè)。

（4）高能舌向高層發(fā)展到崩潰的時(shí)間與降水持續(xù)時(shí)間一致，高低能舌與低能舌之間的梯度區(qū)與降水落區(qū)一致，大暴雨發(fā)生在暖濕空氣沿著冷空氣爬升的能量鋒上。

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A

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1006－4354 （2014）04－0024－05

2014－03－05

紀(jì)凡華 （1984—），男，漢族，山東莒縣人，學(xué)士，助理工程師，主要從事天氣預(yù)報(bào)。