彭麗英， 呂衛(wèi)華， 詹國偉

(茂名市氣象局，廣東茂名　525000)

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茂名一次暴雨低空急流脈動與強降水的關(guān)系

彭麗英， 呂衛(wèi)華， 詹國偉

(茂名市氣象局，廣東茂名525000)

摘要：利用茂名博賀觀測站提供的高時空分辨率的LQ-7風廓線雷達資料對茂名2008年6月5—6日暴雨過程的強降雨時段進行分析，結(jié)果表明：超低空急流風速中心的出現(xiàn)和較強降水的出現(xiàn)在時間上相吻合；低空急流的脈動及向地面擴展程度與中小尺度強降水之間有著密切關(guān)系，低空急流指數(shù)對強降水的出現(xiàn)和雨強的大小有一定的預示作用，對短時強降水的臨近預報也有著指示作用。

關(guān)鍵詞：天氣學； 風廓線； 暴雨； 低空急流脈動； 茂名博賀觀測站

暴雨是廣東的主要災害性天氣之一，易造成城市內(nèi)澇、局地泥石流、山洪和山體滑坡等災害，暴雨也是天氣預報中的重點和難點，不少專家已經(jīng)研究了華南前汛期暴雨的氣候特征[1-4]和對廣東前汛期暴雨的個例分析[5-8]。但是綜合常規(guī)、非常規(guī)資料對短時暴雨成因的分析仍然很少。由于常規(guī)觀測手段得到資料的時空分辨率很低，很難作出定點、定時、定量的精細化預報，而風廓線雷達(wind profiling radar，WPR)有利于分析中小尺度低空急流脈動[9]，它是通過檢測大氣湍流反射的微弱信號來實現(xiàn)測風目的，對大氣中隨高度分布的風向風速進行連續(xù)觀測。風廓線雷達測量結(jié)果具有連續(xù)性和實時性，并具有很高的時空分辨率[10]，每10 min完成一次體掃描，為研究強降水和低空急流中小尺度脈動之間的關(guān)系提供了可能[11]。羅秋紅[12]揭示了風廓線雷達資料垂直環(huán)境場的氣流分布和現(xiàn)象。運用風廓線雷達研究強降水的文獻還有很多，如葉愛芬[13]用垂直風廓線來推斷風暴的平流速度，當平流速度偏小時，造成局地強降水；完整垂直風廓線的出現(xiàn)和維持是大面積強降水出現(xiàn)的征兆，而垂直風廓線完整性破壞且回波頂高度下降是強降水減弱的標志[14]；強降水和低空急流強度的對應關(guān)系較好，特別是300 m超低空急流[15]；祁秀香等[16]得出強降水出現(xiàn)與低空急流脈動及在垂直方向上傳播關(guān)系密切的結(jié)論；劉淑媛等[17]利用風廓線雷達探討過低空急流與強降水有密切的關(guān)系。為了茂名市以后在臨近、短時預報中更好地利用風廓線雷達資料預報強降水提供一些預報依據(jù)，本研究利用茂名博賀觀測站風廓線雷達資料詳細分析了2008年6月5—6日茂名地區(qū)一次強對流暴雨(以下簡稱“6·06”暴雨)與低空急流脈動的關(guān)系。

1資料說明

本研究應用茂名博賀觀測站LQ-7風廓線雷達資料和自動氣象站資料，其中LQ-7風廓線雷達是由日本住友電氣和京都大學共同開發(fā)的風廓線儀，觀測頻率為1 375 MHz，掃描波束5束，垂直分辨率為100 m， 時間分辨率為10 min，垂直方向有80層，取最大高度為6 100 m。黃健等[18]曾采用GPS探空測風資料，對LQ-7風廓線雷達的性能進行了檢驗。檢驗結(jié)果表明，該風廓線雷達在各種天氣條件下，都具有較好的探測精度，風速相對誤差均小于10%，風向誤差小于15°。

2強降雨概況

受南支槽和切變線的影響，2008年6月5—6日茂名市出現(xiàn)了該年入汛以來范圍最廣、強度最強的一次大暴雨天氣過程(圖1)。由圖1可見，強降水中心位于茂名市中東部地區(qū)，其中6月5日08：00—7日08：00(北京時，下同)全市自動氣象觀測站錄得48 h累積雨量超過200 mm的有5個站點，分別為：茂名市一中(203.9 mm)、茂名羊角(211.1 mm)、茂港小良(213.0 mm)、電白黃嶺(247.6 mm)和高州新垌(234.8 mm)。該次強降水空間分布不均勻，呈東南多、西北少的特點。

由于中小尺度的水平范圍為幾十至200或300 km，因此本研究取距茂名博賀風廓線雷達(21.460°N，111.323°E)80 km范圍內(nèi)的電白9個自動氣象站來探討茂名低空急流脈動和強降水的關(guān)系。用電白各站小時雨量的最大值來代表該時雨強，組成了雨強的時間系列。

圖1　茂名2008年6月5日08：00—7日08：00

3天氣背景分析

500 hPa中低緯地區(qū)南支槽活躍，2008年6月5日08：00有一南支槽位于四川、貴州、云南一帶，并且西部不斷有小槽東移并入該南支槽中，同時南支槽在東移過程中加深；至6日08：00南支槽已東移至湖南廣西一帶，茂名市受槽前的偏西到西南暖濕氣流控制，且槽后有冷空氣南下，與低層暖濕氣流交匯。700 hPa上，5日08：00粵西、北部灣一帶切變線南端的西南氣流明顯加大，水汽輸送充足，6日氣層溫濕明顯，并達到飽和狀態(tài)。850 hPa位于華南南部沿海地區(qū)的切變線5日起緩慢地從海上北抬；6日08：00的切變線已北抬至廣西中東部和廣東北部一帶，茂名市處于切變線南側(cè)西南暖濕氣流的風速輻合區(qū)中(圖2)；7日切變線進一步北抬，茂名市雨勢逐漸減弱。地面，6日有風場輻合在廣東南部沿海附近擺動，茂名市處于低值區(qū)內(nèi)。該次強降水過程是大尺度系統(tǒng)和中尺度系統(tǒng)共同作用的結(jié)果，即高空南支槽、低層切變線和地面風場輻合的共同作用，大尺度環(huán)流為暴雨提供了充沛的水汽條件；并且層結(jié)有很大的不穩(wěn)定度，為強對流暴雨的產(chǎn)生提供了必要條件；低層中尺度輻合起到了觸發(fā)對流和加強對流的作用。

圖2　2008年6月6日08：00 850 hPa溫度場

4低空急流演變與降水強度的關(guān)系

4.1風廓線

圖3為2008年6月5—6日茂名風廓線的時間-高度剖面圖和全風速等值線圖。5日08：00高低層均為一致的偏西氣流，5日20：00偏西氣流完全轉(zhuǎn)受西南風控制，說明南海西南風迅速加強，并逐漸向上擴展，而西南風不斷地輸送大量的暖濕空氣至茂名地區(qū)，這為強降水的發(fā)生提供了充足的水汽條件。

5日在低空1～3 km高度上一直維持著一個12 m/s的風速帶，說明低空西南風急流一直為降水的發(fā)生提供水汽和能量。5日12：00—16：00和6日06：00—13：00在低空1～3 km高度上先后出現(xiàn)了2個超過18 m/s的急流風速中心；6日09：00和12：00在低空的1 km高度以下出現(xiàn)2個超過18 m/s的超低空急流風速中心。它們的時間尺度均為3 h左右，具有中尺度的特征。6日07：00茂名電白出現(xiàn)雨強超過20 mm/h的短時強降水，這和低空1～3 km高度上出現(xiàn)18 m/s的急流風速中心對應較好。18 m/s的急流風速中心在6日09：00降低至近地面，與此同時在高空5 km高度上出現(xiàn)24 m/s的大風速中心，6日10：00茂名電白的雨強最大，達到50.7 mm/h。從高低空超過18 m/s的急流風速中心的出現(xiàn)時間來看，低空1～3 km高度以上先出現(xiàn)風速大值中心，低空1 km高度以下和高空的3 km高度以上出現(xiàn)稍晚，說明超低空急流中心比低空急流中心晚出現(xiàn)十幾個小時，超低空急流風速中心的出現(xiàn)和較強降水的出現(xiàn)在時間上相吻合，同時跟高空急流風速中心也有一定的對應。另外，雖然5日在低空1～3 km高度上始終存在一支12 m/s的西南風急流，但缺乏低空急流的脈動，所以5日降水強度并不大。這說明低空急流的存在不一定立刻引發(fā)強降水，它只是起著提供水汽和能量的作用。可見，強降水跟低空急流向近地面層擴展程度有密切的關(guān)系，這也證實了西南風急流向下擴展的同時可能存在動量下傳，引起低空擾動加強，從而引發(fā)強降水的結(jié)論[17]。

時間

由以上分析可知，西南風急流在該次強降水中起著3個較顯著的作用：一是西南風急流在對流層低層存在較強的暖平流；二是對流層中下層還存在較強的水汽輸送；三是風速的增強激發(fā)了強降水中尺度系統(tǒng)。

4.2低空急流演變與降水強度的關(guān)系

為了進一步了解低空急流演變與降水強度之間的關(guān)系，本研究定義了一個低空急流指數(shù)I=V/D，即1.5 km以下低空急流中心的最大風速V(m/s)和在該小時中12 m/s風速的最低位置D(km)的比值。由圖4可見，在6日大部分的小時雨量超過20 mm的降雨時段對應的低空急流指數(shù)I也比較大，特別是6日04：00—08：00，I先于雨強達到極大值，提前時間量為1～3 h。由此可見，低空急流的脈動及向地面擴展程度與中小尺度強降水之間有著密切關(guān)系，而且低空急流指數(shù)I對強降水的出現(xiàn)和雨強的大小有一定的預示作用。

圖4　2008年6月5—6日低空急流指數(shù)I和逐時雨量

5結(jié)論

1)“6·06”暴雨是大尺度系統(tǒng)和中尺度系統(tǒng)共同作用的結(jié)果，即高空南支槽、低層切變線和地面風場輻合的共同作用，大尺度環(huán)流為暴雨提供了充沛的水汽條件，低層中尺度輻合起到了觸發(fā)對流和加強對流的作用。

2)超低空急流中心比低空急流中心晚出現(xiàn)十幾個小時，超低空急流風速中心的出現(xiàn)和較強降水的出現(xiàn)在時間上相吻合。

3)中小尺度強降水跟低空急流的脈動及其向地面擴展程度有著密切的關(guān)系。

4)低空急流指數(shù)I對強降水的出現(xiàn)和雨強的大小有著一定的預示作用，對短時強降水的臨近預報也有著指示作用。

參考文獻:

[1]伍紅雨，杜堯東，秦鵬.華南暴雨的氣候特征及變化[J].氣象，2011，37(10)：1262-1269.

[2]高亭亭，梁衛(wèi)，羅聰，等.廣州前汛期暴雨氣候特征分析[J]. 廣東氣象，2012，34(2)：1-4.

[3]李福勝，張仲，李斌.湛江市1951—2011年暴雨氣候的變化特征[J].廣東氣象，2012，34(6)：35-41.

[4]林良勛，馮業(yè)榮，黃忠，等.廣東省天氣預報技術(shù)手冊[M].北京：氣象出版社，2009.

[5]王紅軍，白愛娟.2008年6月廣東陽江特大暴雨過程觸發(fā)機制分析[J].廣東氣象，2009，31(4)：16-19.

[6]任文斌，柯文華，楊新，等.粵東一次前汛期大暴雨過程分析[J].廣東氣象，2013，35(3)：25-28.

[7]黃曉梅，葉樹春，周武.粵西地區(qū)一次前汛期的暴雨過程分析[J].廣東氣象，2013，35(4)：34-38.

[8]黃曉東，梁巧倩，鄭偉杰，等.2009年廣東前汛期一次連續(xù)性特大暴雨的特征及成因[J].廣東氣象，2009，31(6)：5-9.

[9]林樸炎.風廓線儀——下一代測風系統(tǒng)[J].廣東氣象，1994，16(1)：40-41.

[10]宋呈文，張晨飛，劉書友，等.風廓線雷達探測資料分析[J].氣象水文海洋儀器，2011(1)：1-10.

[11]曹春燕，江崟，孫向明.一次大暴雨過程低空急流脈動與強降水關(guān)系分析[J].氣象，2006，32(6)：102-106.

[12]羅秋紅，楊武，蔣汝庚.應用風廓線資料分析強降水過程[J].廣東氣象，1998，20(3)：18-20.

[13]葉愛芬.多普勒雷達VWP產(chǎn)品在一次大暴雨過程中的特征[J].廣東氣象，2007，29(1)：19-21.

[14]黃儀虹.汕頭市一次大暴雨過程的發(fā)生發(fā)展[J].廣東氣象，2008，30(1)：53-55.

[15]王秀玲，鄭秉浩，陳昱.一次全區(qū)暴雨中的風廓線雷達特征[J].廣東氣象，2009，31(3)：29-31.

[16]祁秀香，張振清.熱帶風暴“天鵝”暴雨的中尺度特征及風廓線雷達資料分析[J].廣東氣象，2012，34(1)：42-46.

[17]劉淑媛，鄭永光，陶祖鈺.利用風廓線雷達資料分析低空急流脈動與暴雨的關(guān)系[J].熱帶氣象學報，2003，19(3)：285-290.

[18]HUANG Jian，CHEN Pak-wai.Progress of marine meteorological observation experiment at maoMing of South China [J].Journal of Tropical Meteorology，2011，17(4)：418-429.

收稿日期：2015-04-16

作者簡介：彭麗英(1979年生)，女，工程師，碩士研究生，主要從事天氣預報和天氣氣候預測等工作。E-mail：pengly4037@163.com

中圖分類號：P44

文獻標識碼：A

doi:10.3969/j.issn.1007-6190.2016.01.005

Relationship Between the Fluctuation of a Low-Level Jet Stream of Heavy Rain and Severe Rainfall in Maoming

PENGLi-ying,LVWei-hua,ZHANGuo-wei

(Meteorological Bureau of Maoming City, Maoming 525000)

Abstract：Using the data of a wind profiler with high temporal and spatial resolution (Type LQ-7) at an observation station at Bohe, Maoming, we studied the time of severe rainfall for a heavy rain that occurred from 5 to 6 June 2008. The result is shown as follows. The appearance of the velocity core of a low-level jet stream coincides with that of strong rainfall temporally. The fluctuation and the expansion towards the ground surface of the low-level jet stream are well linked with the severe, meso- and fine-scale rain. Being somewhat indicative of the occurrence and intensity of this severe rain, an index for low-level jet streams is also an indicator in the nowcasting of short-range severe rainfall.

Key words：synoptics; wind profile; heavy rain; fluctuation of low-level jet stream; observation station at Bohe; Maoming

彭麗英， 呂衛(wèi)華， 詹國偉.茂名一次暴雨低空急流脈動與強降水的關(guān)系[J].廣東氣象，2016,38(1)：19-22.