許永姿　王琳佳　劉升

摘要利用現(xiàn)有地面加密自動氣象站、探空、雷達等資料，從天氣學(xué)和物理量診斷分析等方面，對2011年7月18～19日淮北地區(qū)暴雨過程的大氣環(huán)流、影響系統(tǒng)、物理量特點等進行系統(tǒng)分析。結(jié)果表明，此次暴雨過程是典型的槽前類天氣尺度暴雨，副熱帶高壓勢力相對較強，高空和低空均受槽前西南氣流影響，850、700和500 hPa低槽位置比較接近，200 hPa安徽處于分流區(qū)，有輻散場與之配合；地面圖上，暴雨發(fā)生前安徽處于暖低壓區(qū)，氣壓值大多低于1 000 hPa，安徽在暴雨發(fā)生前處偏南風(fēng)中，地面要素場表現(xiàn)為高溫高濕的特征；深厚低槽前部的上升運動為暴雨的發(fā)展提供了有利條件；有利的濕度條件使槽前類強對流在產(chǎn)生大風(fēng)的同時，在暖區(qū)一側(cè)常伴有明顯的適時強降雨；中低層強烈的輻合上升運動和高層輻散氣流的強烈“抽吸”作用，也是暴雨強度強、持續(xù)時間長的重要原因之一。

關(guān)鍵詞暴雨；診斷分析；環(huán)流形勢；物理量場

中圖分類號S161.6文獻標識碼

A文章編號0517-6611（2015）28-150-04

暴雨常造成江河洪水和區(qū)域內(nèi)澇，易造成人員傷亡和重大財產(chǎn)損失，淮北地區(qū)是暴雨多發(fā)區(qū)。多年來氣象專家對不同地區(qū)的暴雨形成機制進行了大量研究，在暴雨強度和落區(qū)預(yù)報方面總結(jié)了很多寶貴經(jīng)驗[1-4]?；幢蔽挥诎不毡辈浚靥幪K豫皖三省交界處，屬暖溫帶半濕潤季風(fēng)氣候，降水主要集中在6～8月份，由于降水量的相對集中，且各月分配不均，易發(fā)洪澇等災(zāi)害；近年來暴雨出現(xiàn)的頻率明顯增加，暴雨帶來的洪澇災(zāi)害也在加重[5]。2011年7月18～19日淮北地區(qū)的強降水過程造成淮北大部分地區(qū)出現(xiàn)暴雨、大暴雨，此次強降水天氣過程具有影響范圍大、短時降雨強、強降水集中等特點。筆者在此利用現(xiàn)有地面加密自動氣象站、探空、雷達等資料，從天氣學(xué)和物理量診斷分析等方面對此次暴雨過程的大氣環(huán)流、影響系統(tǒng)、物理量特點等進行系統(tǒng)分析，總結(jié)出預(yù)報經(jīng)驗和教訓(xùn)為今后暴雨預(yù)報做好積累。

1天氣實況分析

1.1雨量過程7月18日00：00～20日12：00淮北地區(qū)出現(xiàn)了2011年入汛以來第一場大暴雨天氣過程（圖1）?；幢贝蟛糠值貐^(qū)普降大到暴雨，降雨強度大、范圍廣，強降水集中在18日08：00～20日08：00。從降雨的空間分布來看，強降雨中心軸為東北—西南沿鋒線走向，兩側(cè)基本對稱，這是一個尺度較大的雨團所造成。

1.2暴雨時空分布分析此次暴雨的時空分布發(fā)現(xiàn)，降雨從蕭縣開始，經(jīng)宿州市，持續(xù)到泗縣，是一個含有多個中尺度的雨帶系統(tǒng)，集中降雨時段是18日08：00～20日08：00，19日20：00略有減弱。從逐3 h降雨分布可以看到，引起強降雨的中尺度對流系統(tǒng)多是單體的對流系統(tǒng)，在這種系統(tǒng)中包含多個處在不同發(fā)展階段的對流單體，這一點在云圖和雷達回波特征圖上有非常清楚的表現(xiàn)；從暴雨中心的時間分布來看，中尺度對流系統(tǒng)是自西向東移動的，且最強的對流出現(xiàn)在中尺度系統(tǒng)的西側(cè)，說明在中尺度系統(tǒng)的西側(cè)不斷有新對流單體生成，這些單體生成后并不斷隨環(huán)流風(fēng)向向東移動。

2大氣環(huán)流和影響系統(tǒng)分析

2.1環(huán)流形勢及地面氣壓場特征7月18日中高緯環(huán)流維持兩槽一脊型，兩槽分別位于巴湖和貝湖南部，在120°～130°E有阻塞高壓存在，形勢穩(wěn)定。冷空氣不斷從貝湖向南擴散，朝鮮半島南部有臺風(fēng)，西太平洋副熱帶高壓位置穩(wěn)定，副高脊線穩(wěn)定在17°～20°N。槽前短波攜帶小股干冷空氣向東伸展，提供了中層干冷空氣入侵條件，對強對流天氣生成有利。海平面氣壓圖上，強對流天氣發(fā)生前安徽處于暖低壓區(qū)，氣壓值大多低于1 000 hPa，安徽在強天氣發(fā)生前為偏南風(fēng)控制，地面要素場上表現(xiàn)為高溫高濕的特征。深厚低槽前部的上升運動為強對流的發(fā)展提供了有利條件；有利的濕度條件使槽前類強對流在產(chǎn)生大風(fēng)的同時，在暖區(qū)一側(cè)也造成有明顯的短時強降雨。

2.2高低空環(huán)流配置特征從7月19日08：00歐洲EC預(yù)報場資料繪制的暴雨區(qū)域?qū)α鲗痈邔雍椭械蛯迎h(huán)流配置（圖2）可以看出，副熱帶高壓勢力相對較強，高低空均受槽前西南氣流影響，850、700和500 hPa低槽位置比較接近，200 hPa安徽處于分流區(qū)，有較強輻散場與之配合。200 hPa風(fēng)場（圖2d）顯示，急流軸位于25°～45°N，110°E以西和120°E以東各有一個風(fēng)速>30 m/s的急流中心，沿淮淮北位于東部入口處右后方的正渦度平流和輻散區(qū)，有利于對流云的發(fā)展[5]。

經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，暴雨中心具有低層輻合、高層輻散的特點，強輻散中心位于300 hPa附近，650 hPa以下為輻合，在低層輻合對應(yīng)正渦度，高層輻散對應(yīng)負渦度。低層輻合、高層輻散加強了暴雨區(qū)的上升運動。中低層強烈的輻合上升運動和高層輻散氣流的強烈“抽吸”作用，是暴雨強度強、持續(xù)時間長的重要原因之一[1]。在115°～119°E存在強烈的上升運動，上升運動從對流層低層一直到對流層高層，最大的上升運動區(qū)位于700～850 hPa。在上升運動兩側(cè)為下沉運動，形成2個緯向垂直環(huán)流圈，上升直達對流層頂向東西2個方向輻散產(chǎn)生下沉運動，兩支下沉氣流在近地面輻合，從而產(chǎn)生高低空急流耦合而引發(fā)的次級環(huán)流。較強烈的上升運動為對流的發(fā)生發(fā)展提供了動力條件，并觸發(fā)高溫高濕氣流的能量釋放。

3中尺度結(jié)構(gòu)特征分析

由前面天氣形勢分析可知，高低空有著不同的形勢特征，這些為暴雨的預(yù)報提供了重要的參考。但對于這種強降水過程，中小尺度的降水落區(qū)和預(yù)警預(yù)報起到了更較為關(guān)鍵的作用。為此，下面著重從中小尺度特征方面對影響強降水過程進行分析。

3.1中尺度系統(tǒng)的對流云團演變特征從高原東側(cè)沿長江中上游到淮河流域不斷有對流系統(tǒng)生成，并迅速東移，根據(jù)衛(wèi)星遙測資料分析發(fā)現(xiàn)，宿州地區(qū)中尺度對流云團的云頂亮溫低于-65 ℃的云區(qū)對應(yīng)10 mm/h以上的降雨；對流云團的移動方向基本和低空急流的流場方向一致，說明低空急流對水汽和能量的輸送起著非常重要的作用，它既為暴雨的產(chǎn)生提供充足的水汽，又使得雨區(qū)低層增暖增濕，從而引起對流不穩(wěn)定的加強。從7月18日早晨開始，在流域西部河南中東部有小的對流系統(tǒng)發(fā)展，在隨后的時間內(nèi)不斷發(fā)展加強，形成淮北地區(qū)持續(xù)數(shù)小時的強降雨，18日12：00～16：00強降雨中心集中在淮北西部，在21：00合并成一條東北—西南向的云帶，從河南延伸至安徽、江蘇，并逐漸向東南方向移動，云帶中的對流有減弱。從FY2C云頂亮溫分布可以看到，19日凌晨到上午淮北有一小于230 K的相當黑體亮溫低值中心，從地面加密自動觀測站上看，強降雨中心與相當黑體中心重合。

3.2風(fēng)場垂直結(jié)構(gòu)選取暴雨中心點（117°E、34°N），分析7月18日00：00～19日20：00風(fēng)場垂直剖面發(fā)現(xiàn)，對流層到下邊界有明顯的氣旋切變，低層為偏南風(fēng)，風(fēng)隨高度出現(xiàn)強烈的順轉(zhuǎn)，有利于強對流發(fā)展。

4物理量診斷分析

4.1水汽和層結(jié)條件特征

從降水時間段的水汽和層級條件來分析，淮北降水區(qū)域上空有一塊西北—東南向的水汽輻合區(qū)，18日08：00強度弱、范圍小，此時降雨也剛剛開始，20：00水汽輻合區(qū)明顯擴大，中心強度有所加大，降雨強度對應(yīng)也加強，范圍進一步擴大（圖3a）；23：00水汽輻合中心強度增強至-14×10-5 g/（cm2·hPa·s），直至19日08：00在沿淮淮北一直維持水汽輻合大值區(qū)，范圍逐漸擴大，強度不斷加強（圖3b）。這與19日08：00強降雨有很好的對應(yīng)關(guān)系。20日08：00，淮北由輻合轉(zhuǎn)為輻散，對應(yīng)此時的降雨基本過程結(jié)束。

4.2熱力特征在暴雨期間，500 hPa高層33°N附近有假相當位溫向中低層延伸，而低層有假相當位溫高值區(qū)向上伸展，北方干冷冷空氣南下與偏南暖濕氣流在34°N附近形成鋒區(qū)，344 K等θse線上下貫通，說明高層有冷空氣下滑，33°N地區(qū)700 hPa以下為對流不穩(wěn)定區(qū)，存在θse的高值區(qū)，是能量聚積區(qū)。鋒區(qū)附近等θse線密集且陡峭，鋒區(qū)南側(cè)中低層的高濕區(qū)為對流不穩(wěn)定層，假相當位溫高達345 K（圖4）。根據(jù)濕位渦的守恒特征[4]，誘發(fā)傾斜渦度發(fā)展的過程中，θse面的傾斜將導(dǎo)致垂直渦度的顯著發(fā)展，且傾斜越大氣旋性渦度增長越強，所以鋒區(qū)南側(cè)的中低層是氣旋性渦度最易發(fā)展區(qū)域。因此，低層冷空氣南下加劇了淮北地區(qū)渦度發(fā)展，增強了水汽輻合，使得大氣不穩(wěn)定能量增加。由于在沿淮淮北存在很強的上升運動，冷暖空氣相遇，使得該地區(qū)對流得到強烈發(fā)展。θse場的這種分布貫穿了整個強降雨過程，過程中θse的密集區(qū)相對穩(wěn)定，暴雨落區(qū)對應(yīng)在θse密集區(qū)偏向暖空氣一側(cè)。此外，中層干冷空氣入侵使得上干下濕更為明顯，淮北上空中低層將變得更為不穩(wěn)定，一旦配合有中小尺度系統(tǒng)激發(fā)，降水很可能會十分激烈。

4.3動力特征從7月18和19日的高低空渦度、散度分布圖可以明顯看到高層輻散、低層輻合的特征。在850 hPa渦度圖（圖5a）上，有一條東西向的正渦度帶位于淮河流域上空，正渦度大值區(qū)與江淮氣旋位置非常吻合。沿淮淮北200 hPa高空為輻散區(qū)（圖5b），對對流層低層有較強的抽吸作用，從而加強低層輻合上升運動，為降水的形成和發(fā)展提供了高空環(huán)境條件。隨著暴雨的出現(xiàn)，對流層中低層有大量凝結(jié)潛熱釋放，在低層風(fēng)的輻合和凝結(jié)潛熱的共同影響和作用下，對流不穩(wěn)定度增大，絕對溫度增大，從而促成低渦切變發(fā)展且維持，為產(chǎn)生新的強降水創(chuàng)造了極為有利的環(huán)流條件。

4.4其他物理量分析7月18日08：00徐州和阜陽的Tlog表明，淮北地區(qū)K指數(shù)在20 ℃左右，層結(jié)較穩(wěn)定。T639模式預(yù)報12：00～20：00 K指數(shù)>30 ℃的大值區(qū)從河南信陽到安徽北部擴展，對流發(fā)生時對應(yīng)K指數(shù)也增大至35 ℃，落區(qū)也對應(yīng)35 ℃的等值區(qū)內(nèi)。K指數(shù)和不穩(wěn)定層結(jié)對強對流發(fā)生有指示作用。

18日08：00沙氏指數(shù)SI=-3 ℃，強天氣威脅指數(shù)（Isweat）為300，已經(jīng)達到發(fā)生強天氣的指標。根據(jù)統(tǒng)計Isweat≥300，發(fā)生強雷暴且伴有風(fēng)速≥25 m/s可能性非常大[6]，全總指數(shù)（TT>50 ℃，這些指數(shù)集中反映出災(zāi)害性天氣發(fā)生的區(qū)域大氣層結(jié)極不穩(wěn)定，已經(jīng)具備了發(fā)生強對流天氣的潛在條件[7]。

5雷達資料分析

從雷達圖上看（圖略），7月18日14：21從阜陽到蒙城有一條有中β尺度對流回波，中心強度為55 dBz，回波頂高13 km。對流向東北迅速發(fā)展加強，同時，也有多個塊狀小對流出現(xiàn)，并不斷東移加強，面積逐漸增大，成為一條東南—西北向、中心達50 dBz以上、平均回波頂高達11 km的中尺度雨帶，19日12：00雨帶東移南壓后中心雨強減弱。同時在此次降水過程的多普勒速度場上還監(jiān)測到多個中尺度氣旋。中尺度氣旋是超級單體風(fēng)暴最本質(zhì)的特征，也是預(yù)報強天氣的重要指標，結(jié)合水平和垂直反射率圖分析，雨帶中分布多個較強的γ中尺度超級單體風(fēng)暴和多單體超級風(fēng)暴。

6結(jié)論與討論

（1）此次暴雨過程是典型的槽前類天氣尺度暴雨，副熱帶高壓勢力相對較強，高空和低空均受槽前西南氣流影響，850、700和500 hPa低槽位置比較接近，200 hPa安徽處于分流區(qū)，有輻散場與之配合。地面圖上，暴雨發(fā)生前安徽處于暖低壓區(qū)，氣壓值大多低于1 000 hPa，安徽在暴雨發(fā)生前處偏南風(fēng)中，地面要素場表現(xiàn)為高溫高濕的特征。深厚低槽前部的上升運動為暴雨的發(fā)展提供了有利條件；有利的濕度條件使槽前類強對流在產(chǎn)生大風(fēng)的同時，在暖區(qū)一側(cè)常伴有明顯的適時強降雨。

（2）中低層強烈的輻合上升運動和高層輻散氣流的強烈“抽吸”作用，也是暴雨強度強、持續(xù)時間長的重要原因之一。

（3）針對這次暴雨的分析得知，暴雨發(fā)生前不穩(wěn)定能量有一個加大的過程，K指數(shù)、沙氏指數(shù)及Isweat值有一定的指示意義；T639模式24 h預(yù)報對強降水落區(qū)有參考價值，但降水強度偏小。數(shù)值預(yù)報對形勢場、暴雨落區(qū)和強度預(yù)報不足，仍需繼續(xù)進一步加強特殊條件下出現(xiàn)異常強降水的科學(xué)研究和應(yīng)對措施。

（4）對于突發(fā)性強、致災(zāi)性強的中尺度系統(tǒng)，現(xiàn)有的天氣尺度預(yù)報模式對其預(yù)報能力存在明顯的局限性，一是24 h預(yù)報對系統(tǒng)有弱化的現(xiàn)象；二是時空分辨率低，對中尺度系統(tǒng)的預(yù)報能力不強。

參考文獻

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