鄒 斌, 孫 藝

(山東省龍口市氣象局，山東龍口 265700)

2015年9月1～2日山東半島北部強(qiáng)降水過程分析

鄒 斌, 孫 藝

(山東省龍口市氣象局，山東龍口 265700)

摘要利用常規(guī)天氣圖、多普勒等效雷達(dá)、區(qū)域自動氣象站等資料，從環(huán)流背景、物理量、雷達(dá)回波特征等方面對2015年9月1～2日發(fā)生在山東半島北部附近的強(qiáng)降水進(jìn)行綜合分析。結(jié)果表明，強(qiáng)降水發(fā)生在500 hPa低壓中心，700、850 hPa受明顯的切變線影響，低壓中心周圍的風(fēng)速差較大，產(chǎn)生強(qiáng)烈的氣旋性輻合區(qū)；半島北部存在明顯的上升運(yùn)動，上升運(yùn)動將低層不穩(wěn)定性向上輸送，使對流不穩(wěn)定性層次增厚，有了形成強(qiáng)降水的動力機(jī)制；半島北部附近存在明顯的水汽輻合區(qū)，有充足的水汽輸送；以上的動力條件和水汽條件是造成強(qiáng)降水的關(guān)鍵。對流不穩(wěn)定能量不斷累積增強(qiáng)，為此次強(qiáng)降水的形成提供了充足的能量；同時，雷達(dá)強(qiáng)降水回波也不斷生成；特殊的沿海地形影響對這次強(qiáng)降水的形成也起重要作用，同時也造成了降水時空分布不均勻。

關(guān)鍵詞強(qiáng)降水；環(huán)流背景；物理量；雷達(dá)回波；山東半島北部

強(qiáng)降水會帶來泥石流、山體滑坡、城市內(nèi)澇、水利設(shè)施受損、農(nóng)作物受損等各種危害，與人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全息息相關(guān)[1-2]。隨著社會的快速發(fā)展，強(qiáng)降水帶來的災(zāi)害越來越受到人們的重視，國內(nèi)外許多專家對強(qiáng)降水天氣進(jìn)行了大量的研究[1-4]，對發(fā)生在高空低渦切變與地面氣旋輻合影響的強(qiáng)降水的認(rèn)識也更加深刻。隨著中尺度觀測資料特別是多普勒雷達(dá)資料的廣泛應(yīng)用，短時臨近預(yù)報(bào)技術(shù)有了較大進(jìn)步，就目前來說，對強(qiáng)降水的影響時間、影響范圍、強(qiáng)度、位置、移動速度的準(zhǔn)確性判斷仍然還有難度。在確定強(qiáng)降水的落區(qū)、范圍、強(qiáng)度時，要綜合考慮各方面的因素，在分析影響系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，要重點(diǎn)關(guān)注強(qiáng)降水的觸發(fā)機(jī)制，并對水汽條件、能量條件、地形等方面進(jìn)行逐一分析，再結(jié)合多普勒雷達(dá)資料進(jìn)行綜合分析[3-6]。2015年9月1～2日在低渦切變線和地面氣旋的共同影響下，山東半島北部出現(xiàn)了強(qiáng)降水，由于降水量大、持續(xù)時間長，為該地區(qū)歷史同期所罕見。筆者利用常規(guī)天氣圖、多普勒等效雷達(dá)、區(qū)域自動氣象站等資料，從環(huán)流背景、物理量、雷達(dá)回波特征等方面對此次強(qiáng)降水過程進(jìn)行綜合分析，以期為以后該地區(qū)的天氣預(yù)報(bào)預(yù)警提供參考。

1降水實(shí)況

2015年9月1～2日山東省出現(xiàn)了一次大范圍的明顯降水天氣過程，半島北部和魯西北部分地區(qū)出現(xiàn)了暴雨。1日08：00～2日08：00全省平均降水量9.6 mm，出現(xiàn)暴雨站點(diǎn)有7個站，暴雨降水落區(qū)主要集中在半島北部地區(qū)和魯西北部分地區(qū)，其中龍口降水量最大，為78.9 mm，周圍蓬萊、長島降水量也均為70.0 mm以上。從半島北部地區(qū)的降水量來看，多數(shù)站點(diǎn)為20.0～30.0 mm，分布極不均勻，差異明顯。龍口降水量主要集中在1日13：00～2日08：00，從逐時降水量看，1日15：00和23：00降水量較大，小時降水量均達(dá)15.0 mm以上，說明下午和半夜對流較強(qiáng)(圖1)。

圖1　2015年9月1日13:00～2日08:00小時降水量分布Fig.1　The precipitation from 08:00 on Sep.1 to 08:00 on Sep.2 in 2015

2環(huán)流背景和影響系統(tǒng)

8月31日20：00，500 hPa冷低渦中心位于魯西北西部；700 hPa風(fēng)向切變明顯，形成明顯的氣旋性切變；850 hPa低渦后部有較強(qiáng)的冷空氣入侵，低渦緩慢向東移動，與500 hPa低渦位置基本一致，系統(tǒng)深厚，山東位于低渦暖切變線北側(cè)的東南氣流中，氣流發(fā)展強(qiáng)盛，為強(qiáng)降水提供充足的水汽條件。從8月31日20：00～9月2日08：00低渦的移動路徑和各站降水量可以看出，強(qiáng)降水點(diǎn)位于低渦中心和暖切變附近，同時東南方海上受副熱帶高壓控制，海上高壓勢力比較強(qiáng)且穩(wěn)定移動速度慢，使得低渦東移速度比較慢，影響山東的時間比較長。9月1日13：00～2日08：00，低渦中心位于山東半島北部地區(qū)，低空氣旋輻合明顯，將副高邊緣暖濕氣流源源不斷輸入到該地區(qū)上空，為半島北部強(qiáng)降水的形成提供了充足的水汽條件。此次降水從8月31日影響山東西部開始，一直到9月2日在半島東部趨于結(jié)束。

綜上所述，造成此次強(qiáng)降水的主要原因是高空深厚的低渦及其低渦前部的暖切變，地面氣旋、動力輻合強(qiáng)使副高邊緣的低空水汽源源不斷地輸送至山東半島北部地區(qū)，再加上位于東南方強(qiáng)大穩(wěn)定的副熱帶高壓控制，使得系統(tǒng)移動慢、持續(xù)時間長，造成了半島北部地區(qū)歷史同期較為罕見的降水。

3物理量分析

圖2　2015年9月1日08：00 850 hPa水汽通量Fig.2　850 hPa water vapor flux at 08:00 on Sep.1, 2015

3.1水汽條件分析強(qiáng)降水期間的低層水汽通量和水汽通量散度可見，1日08：00半島北部附近存在明顯的水汽輻合區(qū)，北部有2個水汽通量的高值區(qū)，最高值為16 g/(cm·hPa·s)(圖2)。由水汽平流引起低層的比濕明顯增加，低層的水汽輸送和輻合作用強(qiáng)烈。3.2上升運(yùn)動1日08：00，西風(fēng)帶低層系統(tǒng)自西向東移動，半島北部位于低壓東部，為負(fù)變壓區(qū)，有上升運(yùn)動；半島北部在中高層位于高空槽前，槽前有暖平流和正的相對渦度平流，因而該地區(qū)有輻散上升運(yùn)動。1日08：00濕空氣在上升運(yùn)動中膨脹冷卻，達(dá)到飽和后就有水汽凝結(jié)并釋放潛熱，使空氣增溫，造成更強(qiáng)的垂直運(yùn)動，結(jié)合700 hPa垂直速度圖(圖3)，半島北部存在明顯的上升運(yùn)動，上升運(yùn)動將低層不穩(wěn)定性向上輸送，使對流不穩(wěn)定性層次增厚。

圖3　2015年9月1日08：00 700 hPa垂直速度Fig.3　700 hPa vertical velocity at 08:00 on Sep.1, 2015

3.3能量分析從9月1日08：00高低空形勢可以看出，500 hPa盛行西北風(fēng)，高空存在干冷空氣；700 hPa以下半島北部溫度露點(diǎn)差T-Td<4 ℃。1日08：00～2日08：00，假相當(dāng)位溫θse隨著高度的增加而減小，表明氣層對流性不穩(wěn)定。1日08：00半島北部低層有明顯的濕區(qū)而高空覆蓋著干氣層，使對流不穩(wěn)定性能量累積。1日20：00～2日08：00K指數(shù)維持在32 ℃以上(圖4)。

圖4　2015年9月1日20：00 K指數(shù)Fig.4　K index at 20:00 on Sep.1 2015

4雷達(dá)回波特征

分析煙臺多普勒雷達(dá)回波(圖5)可見，9月1日14：02在龍口西部渤海灣生成較強(qiáng)的小尺度單體正在影響龍口區(qū)域，沿海岸線向東移動，最大回波強(qiáng)度為55～60 dBz，最小回波強(qiáng)度30 dBz，回波面積不斷增大，強(qiáng)度時空分布不均。1日20：02回波覆蓋整個煙臺地區(qū)，回波面積繼續(xù)增大，強(qiáng)度較均勻，21:58回波強(qiáng)度又開始增強(qiáng)且回波密度增大，半島北部大部分地區(qū)回波強(qiáng)度均在35 dBz以上，回波呈氣旋式發(fā)展生成，23：00回波強(qiáng)度達(dá)最大。將強(qiáng)降水回波與地面氣壓場和風(fēng)場疊加分析可知，強(qiáng)降水回波產(chǎn)生在地面輻合線頂端，與地面輻合線走向一致，說明地面氣旋式輻合切變對此次強(qiáng)降水的產(chǎn)生起主要觸發(fā)作用。2日06：00～08：00為第2次強(qiáng)降水時段，強(qiáng)回波在海上成片生成，回波在沿海地區(qū)較強(qiáng)，在內(nèi)陸地區(qū)由于地形影響和摩擦作用逐步減弱，08：00后回波帶逐步消失。與前1次強(qiáng)降水時段相比，該時段降水回波較弱，范圍小，持續(xù)時間較短，結(jié)合地面形勢分析來看，地面輻合逐步減弱。

注：a.1日14：02；b.1日20：02；c.1日21：58；d.2日07：56。Note: a. Sep.1 14:02; b. Sep.1 20:02; c. Sep.1 21:58; d. Sep.2 07:56. 圖5　2015年9月1～2日煙臺雷達(dá)基本反射率Fig.5　Yantai radar basic reflectivity during Sep.1-2, 2015

5小結(jié)

(1)此次強(qiáng)降水是由高空500 hPa低壓槽、低層700 hPa切變線、850 hPa低渦、地面輻合線、低壓中心西南部暖濕氣流的不斷補(bǔ)充及東南部穩(wěn)定強(qiáng)大的副熱帶高壓共同影響造成的。

(2)低層北部沿海地區(qū)有明顯源源不斷的水汽輸送為此次強(qiáng)降水提供了充足的水汽條件，同時切變輻合和不穩(wěn)定能量提供了充足的動力條件，有利于這次強(qiáng)降水的產(chǎn)生。

(3)從降水實(shí)況看，北部沿海地區(qū)的降水量較內(nèi)陸明顯偏大，從9月2日08：00 700 hPa切變線和850 hPa低渦可以看出，渤海灣沿海風(fēng)速明顯偏大，輻合較強(qiáng)，沿海地區(qū)的充足水汽條件，也是造成降水量偏大的原因。從雷達(dá)回波也可以看出，回波在渤海海面生成，呈氣旋式發(fā)展，先影響沿海地區(qū)，后移向內(nèi)陸，沿海地區(qū)回波強(qiáng)度明顯比內(nèi)陸強(qiáng)，降水回波影響的時間沿海地區(qū)也略長。

(4) 山東半島北部地區(qū)北鄰渤海，南面是丘陵，北風(fēng)正好將渤海的水汽輸送到半島北部，加上南面丘陵的阻隔，使得這里的水汽條件非常充沛，有利于這次強(qiáng)降水的形成。

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Analysis on Heavy Precipitation Process in Northern Shandong Peninsula during Sep.1st-2nd, 2015

ZOU Bin, SUN Yi

(Longkou Meteorology Bureau, Longkou, Shandong 265700)

AbstractBy using data of conventional weather map, doppler equivalent radar, regional automatic weather station, from aspects of circulation background, physical quantity and radar echo features, heavy precipitation occured in northern Shandong Peninsula during Sep.1-2, 2015 were analyzed. The results showed that strong precipitation occurred in the 500 hPa low pressure center, 700 hPa, 850 hPa affected by the shear line, the wind speed difference around the low pressure center was larger, forming a strong cyclonic convergence zone. There was an obvious upward movement in the northern part of the peninsula, through upward movement of lower layer, convective instability layer was thickened; the water vapor convergence zone existing around the peninsula provided adequate water condition. Convective instability energy was constantly accumulating, which provides sufficient energy for the formation of heavy precipitation; meanwhile, radar echoes were aldo generated; special coastal terrain not only played an important role in the formation of the heavy precipitation, but also caused the uneven distribution.

Key wordsStrong precipitation; Circulation background; Physical quantity; Radar echo; Northern Shandong Peninsula

作者簡介鄒斌(1978- )，男，山東龍口人，工程師，從事綜合氣象業(yè)務(wù)工作。

收稿日期2016-03-18

中圖分類號S 165

文獻(xiàn)標(biāo)識碼A

文章編號0517-6611(2016)12-226-03