張澤銘，李春光，侯紅運(yùn)

（山東省濟(jì)寧市氣象局，山東 濟(jì)寧 272037）

SWAP（靜止氣象衛(wèi)星天氣應(yīng)用平臺(tái)，Satellite Weather Application Platform）是主要為從事天氣預(yù)報(bào)專業(yè)技術(shù)和科研人員，基于數(shù)據(jù)同步及共享數(shù)據(jù)庫(kù)、產(chǎn)品及圖像顯示處理及交互分析等業(yè)務(wù)運(yùn)行的公共平臺(tái)。山東省第23屆運(yùn)動(dòng)會(huì)于2014年9月16日至24日在山東濟(jì)寧召開，9月13日開始濟(jì)寧地區(qū)出現(xiàn)連陰雨天氣，降水一直持續(xù)至18日白天，過程降水量到達(dá)暴雨級(jí)別，16日下午開幕式和17日第1個(gè)比賽日多項(xiàng)室外比賽均在降水中進(jìn)行。為了做好精細(xì)化氣象服務(wù)工作，濟(jì)寧市氣象臺(tái)更新了SWAP平臺(tái)的版本，為山東省重要天氣精細(xì)化服務(wù)發(fā)揮了重要作用。我們介紹了本次降水實(shí)況，利用強(qiáng)降水的主要時(shí)段高空和地面實(shí)況資料，結(jié)合各種物理量場(chǎng)和能量場(chǎng)進(jìn)行分析，找出秋季連陰雨的降水成因和機(jī)制，利用SWAP平臺(tái)高分辨率資料、云導(dǎo)風(fēng)產(chǎn)品和對(duì)流綜合顯示進(jìn)行解析，找出規(guī)律，為以后SWAP平臺(tái)在日常預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)，特別是秋季連陰雨等強(qiáng)降水，以及重大活動(dòng)精細(xì)化預(yù)報(bào)服務(wù)中找出分析著眼點(diǎn)和分析思路，使SWAP平臺(tái)發(fā)揮更大作用。

1 降水實(shí)況及分析方法

受切變線和地面倒槽的共同影響，2014年9月13日夜間開始，山東省自西南向東北出現(xiàn)了1次大范圍的降水過程，降水持續(xù)至18日結(jié)束。濟(jì)寧11縣（市）平均降水量達(dá)62.9 mm，均達(dá)到暴雨，最大降水區(qū)出現(xiàn)在金鄉(xiāng)縣，為98.3 mm。此次濟(jì)寧市秋季強(qiáng)降水的特點(diǎn)是強(qiáng)度大、歷時(shí)長(zhǎng)、范圍廣，這種全區(qū)性的秋季暴雨在濟(jì)寧市較為少見。

利用本次強(qiáng)降水的主要時(shí)段9月17日的500、700、850 hPa高空和地面實(shí)況資料，結(jié)合各種物理量場(chǎng)和能量場(chǎng)進(jìn)行分析，找出本次秋季連陰雨的降水成因和機(jī)制。利用常規(guī)資料和NCEP2.5°X2.5°再分析資料，對(duì)該強(qiáng)降水過程從環(huán)流背景、水汽條件和物理量特征等方面進(jìn)行了分析和探討，重點(diǎn)利用SWAP平臺(tái)高分辨率資料、云導(dǎo)風(fēng)產(chǎn)品和對(duì)流綜合顯示進(jìn)行解析，找出規(guī)律。

圖1 2014年9月17日8：00時(shí)高空天氣形勢(shì) 500 hPa（a）、700 hPa（b）、850 hPa（c）

2 結(jié)果與分析

2.1 環(huán)流形勢(shì)分析

2.1.1 高空天氣形勢(shì) 根據(jù)NCEP2.5°X2.5°再分析資料9月17日8：00時(shí)的高空形勢(shì)圖（圖1）可以看出，在9月17日8：00時(shí)500 hPa高度場(chǎng)上，山東省處于寬廣的槽前西南氣流中，河套南部地區(qū)有高空槽存在，未來(lái)有逐漸東移趨勢(shì)；貝加爾湖附近維持一強(qiáng)大高壓，濟(jì)寧地區(qū)位于588線和584線之間，副熱帶高壓強(qiáng)勢(shì)維持，南方暖濕氣流不斷向北輸送。700 hPa在山西南部形成低渦，其東側(cè)暖式切變線恰好在濟(jì)寧市背部穿過。850 hPa上低渦位置略微偏東南方向，在河南地區(qū)的中南部，其暖式切變線在山東江蘇的交接處。700 hPa和850 hPa上均有一支從河南到山東的西南氣流，風(fēng)速達(dá)到16 m/s，為這次降水提供了充足的水汽。850 hPa自魯西南至魯東北有很好的風(fēng)速風(fēng)向切變副合區(qū)，冷暖空氣交匯，強(qiáng)降水主要出現(xiàn)在850 hPa切變線位置與700 hPa切變線之間的地區(qū)，該地區(qū)也基本為濟(jì)寧市整個(gè)轄區(qū)范圍。

2.1.2 地面形勢(shì) 從地面形勢(shì)圖上分析，在9月17日20：00時(shí)地面圖上，山東自西南向東北有倒槽（或低壓）發(fā)展，倒槽頂部壓在魯南邊界，存在地面風(fēng)場(chǎng)的輻合，此后倒槽穩(wěn)定少動(dòng)，造成濟(jì)寧地區(qū)強(qiáng)降水。后期倒槽向北向東發(fā)展，濟(jì)寧市降水強(qiáng)度逐漸減弱。通過高空和地面實(shí)況分析，此次暴雨具備有利的環(huán)流形勢(shì)。

2.2 物理量場(chǎng)分析

2.2.1 水汽條件 暴雨的形成需要大量的水汽供應(yīng)，水汽通量輻合中心與暴雨的落區(qū)和強(qiáng)度有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過分析水汽通量散度等一些關(guān)鍵要素即可發(fā)現(xiàn)水汽的輻合、輻散及其來(lái)源。通過分析對(duì)比16日和17日20：00時(shí)的各層水汽通量散度（圖略）發(fā)現(xiàn)，各層的水汽通量散度分布相似，數(shù)值由低層向高層逐漸減小，同時(shí)可明顯看出16日20：00時(shí)850 hPa上有一條自西南至東北走向的水汽輻合帶，該輻合帶與中低空強(qiáng)盛的西南氣流位置非常吻合。濟(jì)寧的水汽通量散度負(fù)值區(qū)達(dá)到5 g/（s·cm2·hPa），中西大部分處于輻合區(qū)，東南少部分還處于輻散區(qū)，之后水汽通道東移南壓，至17日20：00時(shí)，濟(jì)寧東部水汽通量散度負(fù)值區(qū)達(dá)到7 g/（s·cm2·hPa），但其最北側(cè)、最南側(cè)的水汽條件不好，這與濟(jì)寧市16日白天西部降水較多、17日白天東南地區(qū)降水加強(qiáng)的實(shí)況是一致的。水汽通量散度負(fù)值區(qū)為水汽通量輻合區(qū)，絕對(duì)數(shù)值越大，越有利于對(duì)流系統(tǒng)的產(chǎn)生發(fā)展以及強(qiáng)降水的產(chǎn)生。充沛的水汽供應(yīng)和強(qiáng)烈的水汽輻合，為濟(jì)寧這次秋季強(qiáng)降水提供了充足的水汽條件。

2.2.2 K指數(shù) K指數(shù)是能綜合反映中低層垂直降溫、低層露點(diǎn)及溫度露點(diǎn)差的物理量，也是診斷暴雨產(chǎn)生的指數(shù)之一［1］。從9月16日20：00時(shí)至17日20：00時(shí)K指數(shù)的水平分布演變可知，9月16日20：00時(shí)山東省K指數(shù)魯西北在24～28，說(shuō)明比較穩(wěn)定；魯西南和魯中在32～34，說(shuō)明魯西南和魯中不穩(wěn)定能量增加，此時(shí)濟(jì)寧的K指數(shù)在34左右，能量逐漸聚集，部分地區(qū)已經(jīng)出現(xiàn)弱降水。17日20：00時(shí)濟(jì)寧處在36～38的高值中心區(qū)，能量加大，受其影響，17日白天濟(jì)寧全區(qū)的降水強(qiáng)度明顯加強(qiáng)，金鄉(xiāng)站已經(jīng)出現(xiàn)暴雨，這與實(shí)況相吻合。在這次強(qiáng)降水過程中，K指數(shù)具有較好的指示意義，K指數(shù)≥35℃是濟(jì)寧秋季出現(xiàn)暴雨的條件之一。從9月16日20：00時(shí)至17日20：00時(shí)，濟(jì)寧地區(qū)的K指數(shù)一直較大，并且有不斷增大的過程，說(shuō)明濟(jì)寧上空的大氣非常暖濕，積聚了大量不穩(wěn)定能量，在有利的觸發(fā)機(jī)制下，積聚的能量一旦得到釋放，將容易出現(xiàn)較大降水。

2.3 SWAP資料分析應(yīng)用

2.3.1 高分辨率可見光圖像分析 連陰雨天氣過程雨強(qiáng)最大出現(xiàn)在17日17：00時(shí)，最大小時(shí)雨強(qiáng)出現(xiàn)在金鄉(xiāng)，為9.4 mm，濟(jì)寧為9.0 mm。17日17：00時(shí)SWAP可見光1.25 km分辨率見圖2，在副高外圍湖北、河南和安徽北部有明顯的對(duì)流云團(tuán)發(fā)展，其內(nèi)部對(duì)流泡清晰可見，在東北側(cè)邊緣恰好處于濟(jì)寧上空，與本時(shí)段的強(qiáng)降水的出現(xiàn)非常吻合。

圖2 17日17：00時(shí)可見光1.25 km分辨率可見光圖像

2.3.2 云導(dǎo)風(fēng)資料分析 衛(wèi)星云導(dǎo)風(fēng)，國(guó)際上通常稱為大氣運(yùn)動(dòng)矢量（AMVs，atmosheric motion vectors），國(guó)內(nèi)通常稱為云導(dǎo)風(fēng)或云跡風(fēng)。衛(wèi)星云導(dǎo)風(fēng)資料具有覆蓋范圍廣、時(shí)空密度大等優(yōu)點(diǎn)，因此，它能有效地彌補(bǔ)海洋、高原等地區(qū)觀測(cè)信息的不足，為天氣分析和數(shù)值預(yù)報(bào)提供大量有用資料［2］。選取17日16：00時(shí)雨強(qiáng)最大時(shí)的衛(wèi)星資料，取離16：00時(shí)最近的19：30時(shí)云導(dǎo)風(fēng)資料和16：00時(shí)高分辨率可見光圖像疊加（圖3）可見，風(fēng)場(chǎng)和副高外圍的高層氣流非常一致，華南和華中大部地區(qū)由于處在副高里面，天氣晴好，基本無(wú)云，也基本無(wú)云導(dǎo)風(fēng)資料，而副高西側(cè)和北側(cè)全部為紅色的風(fēng)場(chǎng)，表示400 hPa以上的風(fēng)場(chǎng)信息。濟(jì)寧處于副高外圍北側(cè)的偏西氣流里，東側(cè)臨沂地區(qū)附近有個(gè)30 m/s的西風(fēng)顯示，而基本正西方向在菏澤與河南交接處附近的西風(fēng)僅為20 m/s，說(shuō)明濟(jì)寧上空高層有著強(qiáng)烈的高空輻散。分析17日20：00時(shí)700 hPa（圖1 b） 形勢(shì)圖，濟(jì)寧恰好處于低空急流的左前方，有著明顯的低空輻合。強(qiáng)降水發(fā)生過程中，高空急流入口區(qū)南側(cè)的輻散區(qū)和低空急流左前方的輻合區(qū)耦合，使得高空急流入口區(qū)產(chǎn)生正的次級(jí)環(huán)流，低層輻合上升，高空輻散，有利于對(duì)流的發(fā)展，同時(shí)有利于低空急流的形成和發(fā)展，低空急流為此次暴雨提供了充足的水汽和對(duì)流發(fā)展的不穩(wěn)定能量。山東南部和河南境內(nèi)的低空急流不斷加強(qiáng)，它的加強(qiáng)對(duì)強(qiáng)降水的發(fā)生和維持有積極作用。后期低空急流減弱，雨勢(shì)減弱，暴雨區(qū)移出，充分顯示了低空急流對(duì)暴雨的作用［3-4］。

圖3 17日19：30時(shí)云導(dǎo)風(fēng)和16：00時(shí)高分辨率可見光圖像

2.3.3 對(duì)流分析 SWAP1.0.5版本對(duì)流分析功能進(jìn)行了優(yōu)化，能夠更好的幫助預(yù)報(bào)員對(duì)對(duì)流云團(tuán)進(jìn)行細(xì)致分析。通過SWAP對(duì)17日16：00時(shí)水汽通道圖像進(jìn)行對(duì)流綜合顯示（圖4），放大山東至河南地區(qū)，一塊對(duì)流云團(tuán)在山東南部邊界至河南東部、安徽北部地區(qū)，而在其北側(cè)，恰好在濟(jì)寧的金鄉(xiāng)上空有向東北方向伸展的-32.0左右的高能舌（圓圈處），而此時(shí)的降水實(shí)況，金鄉(xiāng)恰好是該地區(qū)的最大小時(shí)雨強(qiáng)地點(diǎn)（圖5），與強(qiáng)降水區(qū)非常吻合。結(jié)合700 hPa引導(dǎo)風(fēng)場(chǎng)，濟(jì)寧上空吹西南風(fēng)，濟(jì)寧位于金鄉(xiāng)的東北方向，正好沿著西南氣流的方向，濟(jì)寧也是該時(shí)段的強(qiáng)降水地區(qū)之一。可見，SWAP對(duì)流分析顯示的高能舌位置不僅能夠提示強(qiáng)降水的地區(qū)，還能結(jié)合700 hPa引導(dǎo)風(fēng)預(yù)報(bào)出未來(lái)2 h左右的強(qiáng)降水區(qū)。

圖4 SWAP17日16：00時(shí)水汽圖像對(duì)流綜合顯示

圖5 濟(jì)寧和金鄉(xiāng)16日23：00時(shí)至17日8：00時(shí)小時(shí)雨量曲線

3 結(jié)論

1） 通過對(duì)在對(duì)2014年9月16—17日山東省省運(yùn)會(huì)期間濟(jì)寧地區(qū)的秋季連陰雨的降水成因和機(jī)制分析，以及SWAP平臺(tái)在本次秋季連陰雨的服務(wù)中的使用解析，結(jié)果表明，本次連陰雨天氣過程是在有利的天氣背景下發(fā)生的，高空影響系統(tǒng)是高空槽、副高外圍以及槽前強(qiáng)盛的西南氣流，貝加爾湖附近強(qiáng)大高壓脊與降水關(guān)系密切，底層有明顯的切變線，地面主要受倒槽影響。

2）強(qiáng)降水區(qū)低層有大量的水汽輸送和強(qiáng)烈的水汽輻合。水汽通量散度負(fù)值區(qū)為水汽通量輻合區(qū)，絕對(duì)數(shù)值越大，越有利于對(duì)流系統(tǒng)的產(chǎn)生發(fā)展以及強(qiáng)降水的產(chǎn)生。充沛的水汽供應(yīng)和強(qiáng)烈的水汽輻合，為濟(jì)寧這次秋季強(qiáng)降水提供了充足的水汽條件。濟(jì)寧上空的大氣非常暖濕，積聚了大量不穩(wěn)定能量，在有利的觸發(fā)機(jī)制下，積聚的能量一旦得到釋放，將容易出現(xiàn)較大降水。

3）高分辨率可見圖像上，包含對(duì)流泡的對(duì)流云團(tuán)東北側(cè)邊緣地區(qū)與該時(shí)段強(qiáng)降水區(qū)位置非常吻合。云導(dǎo)風(fēng)產(chǎn)品能夠指示出高空的強(qiáng)烈輻散，結(jié)合低空急流的輻合，能夠判斷出產(chǎn)生正的次級(jí)環(huán)流，低層輻合上升，高空輻散，有利于對(duì)流的發(fā)展，同時(shí)有利于低空急流的形成和發(fā)展，低空急流為此次暴雨提供了充足的水汽和對(duì)流發(fā)展的不穩(wěn)定能量，充分顯示了低空急流對(duì)暴雨的作用。SWAP平臺(tái)對(duì)流綜合顯示的高能舌位置不僅能夠提示強(qiáng)降水的地區(qū)，還能再結(jié)合700 hPa引導(dǎo)風(fēng)預(yù)報(bào)出未來(lái)2 h左右的強(qiáng)降水區(qū)。

［1］ 壽紹文，勵(lì)申申，姚秀萍.中尺度氣象學(xué)［M］.氣象出版社，2003：291-300.

［2］ 侯 青，許健民.衛(wèi)星導(dǎo)風(fēng)資料所揭示的對(duì)流層上部環(huán)流形勢(shì)與我國(guó)夏季主要雨帶之間的關(guān)系［J］.應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)，2006，17（2）：138-144.

［3］ 李建輝.華南初夏的超低空急流及其對(duì)暴雨的影響［J］. 氣象學(xué)報(bào)，1982，40（3）：319-326.

［4］朱乾根，林錦瑞，壽紹文，等.天氣學(xué)原理和方法［M］.氣象出版社（第四版），2007：398-400.