黃艷 蔡敏 金培

(金華市氣象局，浙江金華321000)

1 概述

對暴雨的研究表明，暴雨的強度和出現(xiàn)地點與中尺度擾動的活動密切相關［1－3］。近年來隨著科技日新月異，暴雨的研究工作不再僅僅著重在大尺度環(huán)流條件和中α尺度天氣系統(tǒng)，也開始逐漸注意到中β尺度天氣系統(tǒng)的作用了。

2012年7月14日后半夜到15日上午浙江省中部地區(qū)出現(xiàn)了區(qū)域性暴雨到大暴雨天氣，累計雨量60～120 mm，局部130 mm以上。強降水中心主要分布在浦江、義烏、蘭溪等市，其中義烏市大陳鎮(zhèn)部分農戶房屋進水，33.5 hm2水稻被淹，2處發(fā)生地質災害，經濟損失達200多萬元。

本次發(fā)生過程具有范圍小，強度強，時間短的特點，本文對這次暴雨過程的天氣系統(tǒng)、實況觀測資料及物理量場進行診斷分析，討論了其中尺度系統(tǒng)的活動特征，及高空低渦與暴雨位置的關系，對今后的暴雨預報工作有一定的指示意義。

2 天氣系統(tǒng)特征

2.1 主要天氣特征

在這次暴雨天氣過程前，浙江省受西太平副熱帶高壓的影響，出現(xiàn)了持續(xù)14 d的晴熱高溫天氣，積聚了大量的不穩(wěn)定能量，也為后來的大暴雨提供了前期環(huán)境條件。

2012年7月12—15日，東亞中高緯天氣形勢相對穩(wěn)定，500 hPa上東北冷渦移動緩慢，冷渦中心基本維持在黑龍江東北角一帶，巴爾喀什湖也維持一個切斷低渦，塔里木盆地到貝爾加爾湖為一穩(wěn)定的高壓脊控制，西太平洋副熱帶高壓脊線維持在26°N附近;700和850 hPa的切變線位于江淮地區(qū)，相差1個緯度左右的距離，切變線南側為一致的西南和西南偏西風，最大風速為20m/s，切變線北側為東風和東北偏東風;地面鋒面由東西向逐漸變?yōu)闁|北—西南向，位于27°N～32°N。14日08時，東北冷渦仍呈現(xiàn)溫度槽滯后高度槽的配置，溫度槽引起的斜壓，加之底層波動的強迫使得長江中下游地區(qū)高空槽后的氣塊在北方冷空氣的推動下向南運動的過程中相對渦度增加，從而強迫其北側出現(xiàn)偏東風擾動，使得西風氣流在槽區(qū)北側重新連接，形成了一個新的閉合低壓中心［4］，隨著低渦中心的東移并入東北冷渦槽，低層切變線移出，此次降水過程也逐漸趨于結束。大降水區(qū)位于500 hPa渦中心東南側的700和850 hPa的切變線之間。

此次降水過程與浙江省典型暴雨天氣形勢中的冷鋒切變型比較相似［5］，主要由中低層切變的發(fā)展加強、低層西南急流和地面靜止鋒共同作用產生，伴隨著低層切變的減弱，降水過程逐漸趨于減弱。

2.2 觸發(fā)機制

降水的天氣尺度影響系統(tǒng)為中低層切變線，強降水開始的區(qū)域(小時雨量大于10 mm)在寧波、紹興的中北部，處于(500～850 hPa)相當位溫差大于－9的不穩(wěn)定區(qū)。由天氣系統(tǒng)和物理量綜合示意圖可見(圖1):1)對流層中層有弱冷空氣沿華北槽后的西北氣流南下滲透;2)降水過程開始前一日低空急流已經建立，低空急流軸在上海—南昌—長沙一線，高空急流軸在35°N附近，但是到14日20時浙中地區(qū)暴雨發(fā)生前低空急流卻減弱了，這與各學者對長江中下游地區(qū)西南低空急流活動有明顯的日變化的研究結果相符［6－7］，而高空急流增強且南壓至30°N附近，暴雨發(fā)生后低空急流增強不明顯，此時高空急流軸略有南壓，近地面層925 hPa切變線(14日20時實況探空圖略)出現(xiàn)在浙中一帶，2 h后開始產生強降水。

圖1 14日08時(a)和14日20時(b)天氣系統(tǒng)與物理量的綜合示意圖

可見該次暴雨可能與高空急流的加強的關系更為密切，高空急流的右后方的輻散抽吸作用有利于上升運動的維持與發(fā)展。低層切變線及高空急流的作用是發(fā)生暴雨的觸發(fā)機制。

3 中尺度結構特征分析

3.1 水汽結構

降水開始前(14日08時，圖2a)，26°N ～33°N之間從地面到600 hPa均為水汽通量輻合區(qū)，最強輻合中心(－26 ×10－7g·cm－2·hPa－1·s－1)在850 hPa 附近(28°N)，600 hPa 上為水汽通量弱輻散區(qū)，表明前期大氣中低層已為強降水積累了足夠的水汽。暴雨出現(xiàn)后(15日02時，圖2c)水汽釋放，而低層西南急流減弱，沒有水汽補充，水汽通量輻合減小(25°N ～29°N)，700 hPa以上為水汽通量輻散區(qū)，最大中心在近地層附近，850 hPa水汽通量散度值減小不到－10×10－7g·cm－2·hPa－1·s－1，強降水區(qū)域也隨著850 hPa水汽通量散度中心的移出而減小消散，再對應地面6 h雨量，可見中尺度暴雨常出現(xiàn)在水汽通量輻合中心附近。

3.2 流場與熱力結構

暴雨發(fā)生前(14日20時，圖2b)，30°N附近600 hPa以下θse隨高度降低，存在著明顯的對流不穩(wěn)定。θse鋒區(qū)位于33°N附近，先向南傾斜然后轉向北，28°N處的上升氣流明顯，并在700 hPa附近有氣流沿θse鋒區(qū)向上斜升到300 hPa，然后分散為南北兩支氣流，一支繼續(xù)向北走，一支向南到鋒后35°N附近下沉，為暴雨期間對流層中高層非絕熱加熱，造成南北溫度梯度加大后，下沉的干冷氣流使得600 hPa附近出現(xiàn)θse低值區(qū)，并在θse鋒區(qū)附近形成直接的熱力環(huán)流，有利于上升運動帶的維持。暴雨發(fā)生后(15日20時，圖2d)，暴雨區(qū)對流不穩(wěn)定能量得到一定釋放，600 hPa以下浙中一帶的大氣層結對流不穩(wěn)定雖然仍然存在，但位置向南壓，且700 hPa以下無上升氣流，θse鋒區(qū)也向南壓至30°N附近，對應地面6 h雨量來看，15日02時最大中心≥40 mm，到15日20時，最大中心只有10 mm，且范圍明顯縮小。

圖2 暴雨前后水汽通量散度、熱力結構剖面圖和6 h地面雨量圖

3.3 動力結構

由渦度和散度的緯向(沿30°N)剖面圖可見，14日08時(圖 3a)110°E ～120°E 為正渦度柱，最大正渦度在850 hPa附近，最大負渦度在200 hPa附近。正渦度層厚度厚，自地面延伸至 500 hPa，118°E附近 600 hPa近似無輻散層，輻散中心最大在250 hPa，正渦度柱高層輻散底層輻合，輻散中心略向西傾斜。20時正渦度柱向西移2個經度左右的距離，此時輻合發(fā)生的大氣層很淺薄，在800 hPa以下。由它們的徑向(沿118°E)剖面圖可以看出正渦度柱略向北傾斜，輻合中心在降水開始時也在800 hPa以下(圖3b)，暴雨發(fā)生在正渦度柱大值區(qū)的南側。

圖3 14日08時沿30°N渦度緯向垂直剖面圖(a)和14日20時沿118°E散度經向垂直剖面圖(b)

3.4 低渦與暴雨

從500 hPa的形勢演變可知，13日20時在豫陜交界一帶有低壓環(huán)流存在，但無閉合中心，而12 h后低壓環(huán)流迅速發(fā)展，在晉豫交界一帶形成低渦，此時大降水區(qū)域在長江中下游一帶，距離低渦中心5個緯度的距離，14日20時低渦中心東移南壓，大降水區(qū)域也隨之東移，浙江中部地區(qū)出現(xiàn)區(qū)域性暴雨。

分析低渦附近的徑向垂直速度分布(圖略)可見。13日20時在魯冀交界存在一個垂直速度的大值中心，但最大值出現(xiàn)在600 hPa(－27×10－3hPa·s－1)，說明了此處上升運動強，陜冀豫交界附近氣旋環(huán)流逐漸明顯，但此時強度較弱，低渦未形成。14日08時低渦環(huán)流形成，中心位于魯北，此時低渦中心附近的上升運動更為突出，垂直速度的大值中心從700 hPa伸展到400 hPa，700 hPa、500 hPa和 400 hPa 3 層的值分別為 －25 × 10－3hPa·s－1，－ 33 × 10－3hPa·s－1，－37 ×10－3hPa·s－1，400 hPa 的值最大，上升運動的高度明顯增高，說明此時也是低渦迅速發(fā)展的時候。15日02時垂直速度的大值區(qū)南壓至28°N附近，從08和20時高空形勢圖看，低渦中心東移過程中有南壓趨勢，而20時至次日08時時段正是浙中強降水發(fā)生的時候。

而從低渦的緯向垂直分布圖(圖略)也可見，14日20時在低渦后部(西側)有一準傾斜的下沉氣流，由300 hPa的高空延伸至近地面，大值中心在400 hPa，使后部低壓系統(tǒng)得到加強，形成暴雨系統(tǒng)內部的上升氣流和外部下沉氣流，低壓系統(tǒng)接近最旺盛時期，隨后出現(xiàn)了強降水，到15日02時，結構被破壞，后部變?yōu)?00 hPa以上為上升氣流，以下為下沉氣流，暴雨結構被破壞，6 h以后降水減弱。

4 多普勒雷達資料分析

近年來，多普勒雷達的解讀及應用日新月異，不僅可以進行較大范圍降水的定量估測，還能通過速度圖的描述降水質點相對于雷達流入流出的情況，能使人們有可能更加深入的了解暴雨產生的中尺度系統(tǒng)及其流場特征［8］。

該次降水過程多普勒雷達的基本反射率因子表現(xiàn)為積層云混合回波。從金華雷達站0.5°仰角的基本反射率回波演變來看，配合切變線有一條東北—西南向的降水回波帶緩慢東移，沿切變線不斷有回波生消、移動。14日20:03常山—貴溪一帶(a段)和杭州南部—紹興(b段)各有一個東北—西南向的降水回波發(fā)展，但回波最大強度小于43 dBz，到23:02 a段的回波帶東移過程中有強中心發(fā)展強烈，回波最大強度達58 dBz;15日00:38(圖4a)，東移的a段回波和略有東南移的b段回波結合，形成一狹窄的回波帶，隨后整個回波帶移動緩慢，移速小于30 km/s，帶上有強降水中心生消、移動。從隨后每6 min的雷達回波演變來看，強反射率回波(＞45 dBz)的水平尺度很小，均在200 km以內，強降水可能由中β尺度系統(tǒng)造成。

由多普勒雷達探測到的徑向風速可見，15日00:38(圖4b)，在金華以東40 km處有一明顯的正的徑向風速大值中心(＞27 m/s)，這表明對流層中低層存在強風速擾動(或中尺度急流核脈動)，同時發(fā)現(xiàn)，暴雨發(fā)生時金華西西南方向和東北0～100 km處皆出現(xiàn)了多普勒速度模糊，這表明切變兩側的氣流出現(xiàn)了強的風擾動［8－9］，這一特征持續(xù)到15日6時以后緩慢減弱，而同時段正是暴雨發(fā)生時，表明暴雨與強風速擾動密切相關。另外，從雷達回波頂高演變來說，降水回波高度分布不均勻，局部地區(qū)達11～13 km，大多數(shù)均在7～8 km左右，這和前面的研究結果相同，此次降水是主要由對流層中低層對流造成。

圖4 15日00:38金華多普勒雷達0.5°仰角上探測的反射率因子(a)和徑向速度(b)

5 結語

1)7月14日浙中北地區(qū)暴雨主要由中低層切變的發(fā)展加強和地面靜止鋒共同作用產生，與高空低渦也密切相關;降水過程最初的觸發(fā)機制是高空急流抽吸作用下以及925 hPa切變造成的輻合抬升作用。多普勒雷達圖像的解讀也表明了強降水主要由中低層對流造成，中α尺度切變線上活動著中β尺度的對流系統(tǒng)，并且與對流層中低層的強風速擾動有密切關系。

2)暴雨發(fā)生前大氣積累了大量的水汽，對流層中低層為明顯的對流不穩(wěn)定層結，降水的觸發(fā)過程消耗了大量的不穩(wěn)定能量，暴雨發(fā)生后對流不穩(wěn)定能量得到釋放。暴雨期間對流層中高層的非絕熱加熱造成南北溫度梯度加大，在θse鋒區(qū)附近形成直接的熱力環(huán)流，有利于上升運動帶的維持。

3)低渦的加強發(fā)展與暴雨的出現(xiàn)時間一致，強雨帶出現(xiàn)在其東南側的低層切變線附近，也就是正渦度柱大值區(qū)的南側。

［1］ 陶詩言，張慶云，張順利.1998年長江流域洪澇災害的天氣背景和大尺度環(huán)流條件［J］.氣候與環(huán)境研究，1998，3(4):3－12.

［2］ 張慶云，陶詩言，張順利等.1998年嫩江、松花江流域持續(xù)性暴雨的環(huán)流條件［J］.大氣科學，2001，25(4):567－576.

［3］ 丁一匯.1991年江淮流域持續(xù)性大暴雨研究［M］.北京:氣象出版社，1993:97－137.

［4］ 朱乾根，林錦瑞，壽紹文，等.天氣學原理與方法［M］.北京:氣象出版社，2000.

［5］ 曾欣欣，鈕學新，杜惠良.浙江省暴雨的天氣氣候分析［J］.科技通報，2004(5):397－401

［6］ 王東阡，張耀存.中國東部西南低空急流日變化特征及其機制［J］.地球物理學報，2012，55(8):2498－2507

［7］ 王蕾，張文龍，周軍.中國西南低空急流活動的統(tǒng)計分析［J］.南京氣象學院學報，2003，26(6):55－64

［8］ 俞小鼎，姚秀萍，熊廷南，等.多普勒天氣雷達原理與業(yè)務應用［M］.北京:氣象出版社，2006.