譚偉才，文映方，李啟華

(1. 75839部隊(duì)，廣東廣州 510510；2.貴州省貴陽市氣象局，貴州貴陽 550001；3.解放軍理工大學(xué)氣象海洋學(xué)院，江蘇南京 211101)

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“7.18”山東暴雨過程分析I：暴雨過程診斷分析

譚偉才1，文映方2，李啟華3

(1. 75839部隊(duì)，廣東廣州 510510；2.貴州省貴陽市氣象局，貴州貴陽 550001；3.解放軍理工大學(xué)氣象海洋學(xué)院，江蘇南京 211101)

利用常規(guī)氣象資料、1°×1°一日4個(gè)時(shí)次的美國環(huán)境預(yù)報(bào)中心的FNL再分析資料、0.25°×0.25°的TRMM衛(wèi)星逐3 h降水再分析資料，從大尺度環(huán)流形勢、水汽條件、動(dòng)力條件以及對流不穩(wěn)定層結(jié)等方面，診斷分析“7.18”山東暴雨過程。結(jié)果表明，此次暴雨過程具有時(shí)間短、強(qiáng)度大、范圍廣的特征，降水雨帶自北向南運(yùn)動(dòng)。影響此次暴雨的主要天氣系統(tǒng)是東北冷渦、西風(fēng)槽、西南低渦、低空急流和副熱帶高壓。暴雨過程中濕度條件非常充足，水汽的強(qiáng)烈輻合為此次暴雨提供了直接的水汽條件；對流層低層的強(qiáng)烈輻合、中高層輻散的環(huán)流配置形勢有利于產(chǎn)生強(qiáng)烈的垂直上升運(yùn)動(dòng)，對暴雨的形成提供動(dòng)力條件；暴雨開始前山東地區(qū)上空存在較強(qiáng)的對流不穩(wěn)定層結(jié)，有利于強(qiáng)暴雨的產(chǎn)生。

暴雨；診斷分析；環(huán)流形勢；水汽條件；動(dòng)力條件

我國是一個(gè)受暴雨影響嚴(yán)重的國家，自建國以來，我國已發(fā)生過多次嚴(yán)重的暴雨洪澇災(zāi)害，如河南“75.8”暴雨災(zāi)害、1998年特大洪澇災(zāi)害、2008年北京暴雨過程等。近年來，隨著全球氣候持續(xù)變化，暴雨、特大暴雨災(zāi)害事件的發(fā)生頻率呈現(xiàn)增長的趨勢[1]，隨之帶來的災(zāi)害損失也不斷增加。因此，加強(qiáng)對于暴雨過程的預(yù)報(bào)和相應(yīng)的防災(zāi)減災(zāi)工作變得尤為重要。近幾十年來，氣象學(xué)者采用多種研究方法，從產(chǎn)生暴雨的環(huán)流背景形勢[2-3]、影響暴雨的天氣尺度系統(tǒng)[4-5]、中尺度系統(tǒng)[6-7]、暴雨的中尺度動(dòng)力分析[8-9]等多個(gè)角度對暴雨過程進(jìn)行了大量的研究。筆者利用常規(guī)氣象資料、1°×1°一日4個(gè)時(shí)次的美國環(huán)境預(yù)報(bào)中心的FNL再分析資料、0.25°×0.25°的TRMM衛(wèi)星逐3 h降水再分析資料，從大尺度環(huán)流形勢、水汽條件、動(dòng)力條件以及對流不穩(wěn)定層結(jié)等方面，對2007年7月18日發(fā)生在山東的一次暴雨過程進(jìn)行診斷分析，探討產(chǎn)生此次暴雨的成因，為今后暴雨災(zāi)害性天氣預(yù)報(bào)提供一定的參考依據(jù)。

1　暴雨概況

2007年7月18～19日，山東省上空形成了一個(gè)中尺度對流復(fù)合體，造成了全省大范圍的對流性降水，山東全省平均降水量為61.6 mm，全省123個(gè)氣象觀測站有106個(gè)的降水量>30 mm，100 mm以上大暴雨主要集中在山東西北和中西部地區(qū)[2]。降水帶來了洪澇災(zāi)害，使山東人民生命財(cái)產(chǎn)遭受巨大損失。從山東地區(qū)暴雨主要雨帶逐3 h移動(dòng)分布(圖1)可以看出，降水雨帶自北向南運(yùn)動(dòng)，降水時(shí)間主要集中在7月18日13：00～19日06：00。因此，此次降水具有時(shí)間短、強(qiáng)度大、范圍廣的特征。

2　大尺度環(huán)流形勢分析

17日08：00 500 hPa，高緯地區(qū)主要系統(tǒng)為位于貝加爾湖以北的低壓中心，低壓西南側(cè)的偏北風(fēng)配合位于河套東南部、蒙古地區(qū)的穩(wěn)定脊，引導(dǎo)冷空氣南下；低緯地區(qū)主要系統(tǒng)為位于云貴川一帶的低壓槽和副熱帶高壓，低壓槽前和副高頂后部的西南風(fēng)氣流不斷向山東地區(qū)輸送暖濕空氣。到18日08：00(圖2a)，之前位于貝加爾湖以北、中西伯利亞地區(qū)的低壓中心加強(qiáng)東移南壓，中心位置已移至黑龍江一帶，引導(dǎo)冷空氣加速南下；低緯地區(qū)，副高脊線北抬，四川南部的低壓槽加深，使得槽前的西南風(fēng)暖濕氣流加強(qiáng)。

17日08：00 850hPa，在對流層低層對山東地區(qū)造成影響的系統(tǒng)主要是位于黑龍江以北的低壓中心，其西部的偏北風(fēng)氣流不斷向南輸送干冷空氣；同時(shí)，位于四川的低渦系統(tǒng)，與副高西北部的西南氣流相配合將暖濕空氣向北輸送。到18日08：00(圖2b)，低空急流向山東地區(qū)輸送暖濕空氣，為暴雨提供了充沛的水汽條件。

由以上分析可知，7月17～18日的大尺度環(huán)流形勢是有利于山東地區(qū)暴雨產(chǎn)生和發(fā)展的，其主要影響系統(tǒng)為東北冷性低渦、西風(fēng)槽、西南低渦、低空激流和副熱帶高壓。東北冷渦南部的低壓槽加深東移，使得冷空氣南下；西南渦發(fā)展配合副高加強(qiáng)使得暖濕空氣向北輸送是此次暴雨發(fā)生的2個(gè)重要條件。

圖1　2007年7月18日14：00(a)和20:00(b)山東地區(qū)降水分布(單位：mm)Fig.1　Distributions of precipitation over Shandong area on 14:00(a) and 20:00(b)18 July 2007

圖2　2007年7月18日08：00 500 hPa(a)和850 hPa(b)位勢高度和風(fēng)場Fig.2　The potential height and wind field at 500(a)and 850 hPa(b)on 08：00 of 18 July 2007

3　物理量診斷分析

3.1水汽條件分析850 hPa比濕可見，17日08：00開始，從河南經(jīng)山東西部有一條寬廣的濕度帶向山東東部傳播。到18日08：00(圖3a1)，濕度帶已經(jīng)覆蓋了整個(gè)山東地區(qū)，比濕基本達(dá)15 g/kg以上。從18日20：00(圖3a2)開始，濕度帶向南移動(dòng)，到19日08：00主要濕度帶已經(jīng)基本移出山東地區(qū)。同時(shí)，通過對比不同高度的水汽分布情況可以看出，這條濕度帶的移動(dòng)和發(fā)展造成了山東地區(qū)上干下濕的的濕度分布結(jié)構(gòu)，從而形成強(qiáng)烈的不穩(wěn)定層結(jié)，有利于暴雨生成。

從850 hPa水汽通量散度分布可以看出，18日08：00山東省北部地區(qū)開始存在明顯的水汽輻合(圖3b1)，到18日14：00，整個(gè)山東上空均存在強(qiáng)烈的水汽輻合，水汽通量散度中心位于山東省北部地區(qū)，其值達(dá)-35×10-6g/(cm2·hPa·s)，與此時(shí)刻強(qiáng)降水中心相對應(yīng)。18日20：00(圖3b2)，水汽輻合區(qū)南移，山東北部轉(zhuǎn)變?yōu)樗椛^(qū)，中南部仍存在較強(qiáng)的水汽輻合，水汽通量散度中心位于山東西部與河北、河南省的交界處，此時(shí)刻降水主要位于山東中南部。到19日02：00，水汽通量輻合區(qū)進(jìn)一步向山東東南方向移動(dòng)，其中心位于山東東南部，其余區(qū)域水汽通量散度均為正值；此時(shí)刻山東省內(nèi)大部分地區(qū)降水基本結(jié)束，雨帶主要位于山東東南部地區(qū)。

注：a1、b1為18日08：00；a2、b2為18日20：00。陰影部分為負(fù)值區(qū)。Note：a1 and b1 were 08：00 on 18 July；a2 and b2 were 20：00 on 18 July.Shadings denoted the negative value area.圖3　2007年7月18日850 hPa比濕(a,g/kg)和水汽通量散度[b,10-6g/(cm2·hPa·s)]分布Fig.3　Distribution of specific humidity(a.g/kg)and moisture flux divergence [b.10-6 g/(cm2·hPa·s)]at 850 hPa on 18 July 2007

綜上所述，大量水汽的不斷供應(yīng)，暴雨區(qū)對流層低層濕度條件的不斷維持和發(fā)展，使得整個(gè)暴雨過程的水汽條件均非常充足。水汽通量輻合區(qū)與雨帶的分布基本一致，當(dāng)水汽通量輻合區(qū)向南移動(dòng)時(shí)，雨帶也向南部移動(dòng)，表明水汽的強(qiáng)烈輻合為此次暴雨提供了直接的水汽條件。

3.2動(dòng)力條件從不同時(shí)刻不同高度散度場分布可以看出，18日08：00，對流層低層僅在山東西部地區(qū)存在一較弱的輻合帶活動(dòng)(圖4a1)，山東東部地區(qū)為輻散區(qū)；500 hPa山東西部地區(qū)仍為輻合區(qū)，但強(qiáng)度已明顯減弱(圖4b1)，表明此時(shí)刻垂直運(yùn)動(dòng)主要集中在山東西部，其余地區(qū)較弱。到18日14：00，對流層低層山東絕大部分地區(qū)為輻合區(qū)，輻合中心位于魯中；500 hPa山東上空絕大部分地區(qū)均為輻散區(qū)，低層輻合、中層輻散必然對應(yīng)強(qiáng)烈的垂直運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生強(qiáng)烈降水。18日20：00，對流層低層的輻合區(qū)向東南方向移動(dòng)(圖4a2)；500 hPa山東省內(nèi)全為輻合區(qū)(圖4b2)，表明此時(shí)刻垂直運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，向上伸展至500 hPa高度以上。到19日02：00，雖然山東省內(nèi)仍存在較強(qiáng)輻合運(yùn)動(dòng)造成的垂直運(yùn)動(dòng)，但由于此時(shí)刻水汽主要在山東南部輻合，因此降水主要發(fā)生在山東南部。由此可知，山東暴雨期間對流層低層的強(qiáng)烈輻合、中高層輻散的環(huán)流配置形勢有利于產(chǎn)生強(qiáng)烈的垂直上升運(yùn)動(dòng)，對暴雨的產(chǎn)生有促進(jìn)作用。在暴雨后期，雖然山東大部分地區(qū)仍存在較強(qiáng)的輻合、輻散運(yùn)動(dòng)，但由于水汽輻合減弱，并主要集中在山東南部，因此降水主要位于山東南部。

注：a1、b1為18日08：00；a2、b2為18日20：00。陰影表示輻合區(qū)。Note：a1 and b1 were 08：00 on 18 July；a2 and b2 were 20：00 on 18 July.Shadings denoted the area of convergence.圖4　2007年7月18日700 hPa(a)和500 hPa(b)散度分布(單位：10-6 s-1)Fig.4　Distribution of divergence at 700(a)and 500 hPa(b)on 18 July 2007

3.3對流不穩(wěn)定層結(jié)從圖5可以看出，18日08：00，山東大部分地區(qū)均有較強(qiáng)的對流不穩(wěn)定層結(jié)，在32°～39° N垂直方向上假相當(dāng)位溫隨高度減少的跡象非常明顯，這種分布利于對流不穩(wěn)定能量的積累和維持。到18日14：00，由于暴雨過程中對流不穩(wěn)定能量的釋放，山東地區(qū)整體的對流不穩(wěn)定層結(jié)的強(qiáng)度顯著減弱。由此可知，在暴雨發(fā)生前期，山東地區(qū)上空存在較強(qiáng)的對流不穩(wěn)定層結(jié)，在對流活動(dòng)的觸發(fā)作用下，極易產(chǎn)生強(qiáng)烈的降水。

圖5　2007年7月18日08：00(a)和14：00(b)山東地區(qū)沿117°E假相當(dāng)位溫的緯向-垂直剖面(單位：K)Fig.5　Zonal-vertical section of pseudo-equivalent potential temperature along the meridian of 117°E over Shandong area at 08：00(a)and 14：00(b)on 18 July 2007

4　結(jié)論

(1)此次暴雨過程降水雨帶自北向南運(yùn)動(dòng)，降水時(shí)間主要集中在7月18日13：00～19日06：00。因此，此次降水過程具有時(shí)間短、強(qiáng)度大、范圍廣的特征。

(2)此次暴雨的主要影響系統(tǒng)是東北冷渦、西風(fēng)槽、西南低渦、低空急流和副熱帶高壓。其中，東北冷渦南部的低壓槽加深東移使得冷空氣南下；西南渦發(fā)展配合副熱帶高壓加強(qiáng)使得暖濕空氣向北輸送是這次暴雨發(fā)生發(fā)展的2個(gè)重要條件。

(3)暴雨過程中水汽條件非常充足，水汽的強(qiáng)烈輻合為此次暴雨提供了直接的水汽條件。水汽通量輻合區(qū)的移動(dòng)、發(fā)展與雨帶的移動(dòng)、發(fā)展基本一致。對流層低層的強(qiáng)烈輻合、中高層輻散的環(huán)流配置形勢有利于產(chǎn)生強(qiáng)烈的垂直上升運(yùn)動(dòng)，對暴雨的產(chǎn)生有促進(jìn)作用。在暴雨后期，雖然仍然存在較強(qiáng)的垂直運(yùn)動(dòng)，但由于水汽輻合減弱，并主要集中在山東南部，降水也隨之減弱。同時(shí)，暴雨開始前山東地區(qū)上空存在較強(qiáng)的對流不穩(wěn)定層結(jié)，在對流活動(dòng)的觸發(fā)作用下，極易產(chǎn)生強(qiáng)烈的降水。

[1] 吳建成.“7.18”山東暴雨過程的數(shù)值模擬和診斷分析[D].南京：南京信息工程大學(xué)，2008：1.

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Analysis of ‘7.18’ Shandong Heavy Rainfall Process I: Diagnostic Analysis of the Rainstorm Event

TAN Wei-cai1, WEN Ying-fang2, LI Qi-hua3

(1. 75839 Regiment, Guangzhou, Guangdong 510510; 2. Meteorological Bureau of Guiyang City, Guiyang, Guizhou 550001; 3.College of Meteorology and Oceanography, PLA University of Science and Technology, Nanjing, Jiangsu 211101)

Conventional meteorological data, 1°×1° FNL reanalysis data in National Centers for Environmental Prediction every 4 h and 0.25°×0.25°TRMM satellite precipitation reanalysis data every 3 h were used. Conventional observation data were analyzed to diagnose the ‘7.18’ Shandong province rainstorm process in terms of large-scale circulation situation, water vapor condition, dynamic conditions and instable convection stratification. Results showed that the rain gush had the features of short time, strong intensity and wide range, with the rain band moving from north to south. The main influencing synoptic systems to the rainstorm were the Northeast Cold Vortex, westerly trough, southwest vortex, low-level jet stream and subtropical anticyclone, respectively. The humidity condition was abundant, and strong convergence of water vapour supplied the direct moisture condition during the heavy rainfall. The distribution of circulation situation exhibiting strong convergence in lower troposphere and divergence at middle and upper tropo-sphere was helpful to the generation of intense ascending motion, thus provided dynamic condition for the rainstorm. Before the rainstorm, the strong instability stratification over Shandong Province was helpful to the generation of the intense precipitation.

Rainstorm; Diagnostic analysis; Circulation feature; Water vapour condition; Dynamic condition

譚偉才(1991- )，男，湖南婁底人，碩士，從事中尺度氣象學(xué)研究。

2016-04-30

S 165+.2

A

0517-6611(2016)18-171-04