韋英英，劉德和，葉曉冰

(1.福建省安溪縣氣象局 362400； 2.福建省永春縣氣象局)

?

“4.30”閩東暴雨的結(jié)構(gòu)分析

韋英英1，劉德和2，葉曉冰2

(1.福建省安溪縣氣象局 362400； 2.福建省永春縣氣象局)

利用2013年4月30日8:00到5月1日8:00的MICAPS資料、NCEP1°×1°再分析資料、福建省區(qū)域自動(dòng)站資料等，分析閩東一場(chǎng)在高空槽、低層切變和地面冷空氣共同作用下的冷鋒鋒前暴雨天氣過(guò)程。通過(guò)物理量結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)，槽前西南急流為此次降水提供了充足的水汽，冷鋒過(guò)境使得大氣條件性不穩(wěn)定，強(qiáng)的輻散場(chǎng)和鋒面南壓為此次暴雨提供了強(qiáng)的抬升條件。并淺析此次暴雨對(duì)鐵觀音茶青生產(chǎn)及品質(zhì)的影響。

高空槽；低層切變；冷鋒；暴雨

福建省每年的雨季大范圍暴雨天氣頻發(fā)，其中閩東尤為容易出現(xiàn)強(qiáng)降水天氣。多數(shù)的研究[1-3]表明，華東持續(xù)性暴雨與大尺度環(huán)流異?；顒?dòng)和中低緯天氣系統(tǒng)聯(lián)系緊密。Schumacher等[4]認(rèn)為，中尺度對(duì)流系統(tǒng)MCS的大小和組織結(jié)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)學(xué)特征是能否引發(fā)暴雨的關(guān)鍵因子。孫連強(qiáng)等[5-7]對(duì)各地暴雨和大暴雨日數(shù)的年際變化和暴雨過(guò)程的中尺度雨團(tuán)特征進(jìn)行分析，給出重要的分析結(jié)論。近年來(lái)，很多中國(guó)氣象學(xué)家深入研究了中尺度系統(tǒng)發(fā)生發(fā)展機(jī)理，取得一些重要成果[8-13]。本文以2013年4月30日出現(xiàn)在閩東的暴雨天氣過(guò)程為例，通過(guò)對(duì)此次雨季期間雷暴暴雨天氣進(jìn)行診斷分析，給出雨季中強(qiáng)降水天氣的模式特征，并分析此次暴雨對(duì)鐵觀音茶園生產(chǎn)的影響。

1 天氣概況

2013年4月29日至5月1日，福建省出現(xiàn)了一次較強(qiáng)的系統(tǒng)性降水過(guò)程，明顯的降水區(qū)隨著西風(fēng)槽的東移南壓，自4月29日逐漸由閩西北南下漫延至閩東沿海。其中,4月30日8：00到5月1日8：00，閩東各市出現(xiàn)了明顯的暴雨天氣過(guò)程。暴雨主要集中在泉州的西部、莆田、福州的南部，其中有11個(gè)站點(diǎn)出現(xiàn)大暴雨(24 h降水量>100 mm)。此次暴雨天氣過(guò)程拉開(kāi)了華南雨季的序幕，連日的強(qiáng)降水為福建大部分地區(qū)的旱情起到明顯的緩解作用。

此次降水較為集中，暴雨區(qū)(24 h降水量>50 mm)主要集中在泉州的西部、莆田、福州的南部。其中，有11個(gè)站點(diǎn)出現(xiàn)了大暴雨，以莆田市大洋鎮(zhèn)降水量最大(144.7 mm)。

此次強(qiáng)降水過(guò)程，暴雨中心十分集中，福州東南側(cè)及莆田北側(cè)的雨量都在100 mm以上。研究暴雨中心附近的幾個(gè)站點(diǎn)：莆田大洋鎮(zhèn)(簡(jiǎn)稱大洋鎮(zhèn))、長(zhǎng)樂(lè)松下碼頭(簡(jiǎn)稱松下碼頭)、福清城頭鎮(zhèn)(簡(jiǎn)稱城頭鎮(zhèn))24 h的逐時(shí)降水變化情況。由圖1可以看出，強(qiáng)降水主要集中在4月30日18:00-20：00，雨量都在20 mm/h以上，且雨量集中，特別是19:00時(shí)短時(shí)強(qiáng)降水明顯，3個(gè)站點(diǎn)雨量都在40 mm/h以上，有2個(gè)站點(diǎn)都出現(xiàn)了降水量大于50 mm/h的強(qiáng)降水，其中城頭鎮(zhèn)19:00時(shí)雨量達(dá)60 mm/h。由該次暴雨天氣過(guò)程降水分布情況可以看出，局地短時(shí)強(qiáng)降水明顯。

圖1 4月30日至5月1日暴雨中心站點(diǎn)24 h降水情況

分析地面實(shí)況資料可知，4月30日夜間有冷空氣從東路沿海南下。由17：00時(shí)的地面形勢(shì)可以看出，在浙南沿海已經(jīng)全部轉(zhuǎn)為東北風(fēng)控制，并出現(xiàn)2.3 hPa/h的正變壓。由20：00時(shí)的地面形勢(shì)可以看出，閩北沿海也逐漸轉(zhuǎn)為東北氣流控制，有正變壓區(qū)，單站點(diǎn)最大變壓達(dá)3.1 hPa/h。20:00時(shí)后繼續(xù)南下影響閩東沿海，自5月1日凌晨閩東沿海全部轉(zhuǎn)為東北氣流控制，受冷空氣和降水的共同影響，全省過(guò)程降溫較為明顯。分析鋒前強(qiáng)降水開(kāi)始后的6 h(4月30日18：00時(shí)到5月1日00:00時(shí))的降水實(shí)況，發(fā)現(xiàn)閩東沿海各市的降水在這個(gè)時(shí)段較為集中，降水量占24 h總雨量的絕大部分(圖1)。

2 環(huán)流背景分析

分析該次暴雨天氣過(guò)程高低空配置，4月30日8:00時(shí)高空200 hPa西南急流在我國(guó)華南分為南北兩支，閩東正好處在南支急流的路口，且為強(qiáng)烈的風(fēng)向風(fēng)速輻散區(qū)，強(qiáng)的抽吸作用為此次強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)生發(fā)展提供了有利的條件。高空500 hPa亞洲東部上空受一槽一脊控制，閩東處在槽前的西南急流，槽前的正渦度平流為此次中尺度系統(tǒng)提供了強(qiáng)有力的上升條件。低空700 hPa有冷式切變東移南壓至贛東湘北一帶，850 hPa受西南急流控制，將南海水汽源源不斷地輸送至閩東地區(qū)，為此次降水過(guò)程提供了充足的水汽條件。地面圖上，14: 00時(shí)冷鋒位于蘇浙交界，閩東位于鋒前的暖區(qū)控制中，鋒前增溫明顯，閩東沿海大部分地區(qū)最高氣溫在28℃以上。至20:00時(shí)冷鋒快速南壓至閩東北沿海，鋒前暖區(qū)對(duì)流性降水明顯，且局地性較強(qiáng)。20:00時(shí)后地面冷鋒繼續(xù)南下，進(jìn)入福建境內(nèi)，冷暖氣團(tuán)交匯，局地強(qiáng)降水范圍逐漸擴(kuò)大。

從大尺度形勢(shì)分析可以看出, 這是一次在高空槽、低層切變和地面冷空氣共同作用下的冷鋒鋒前降水。

3 物理量診斷分析

強(qiáng)對(duì)流活動(dòng)往往帶來(lái)雷雨大風(fēng)、短時(shí)強(qiáng)降水等突發(fā)性天氣。一定的水汽條件、大氣不穩(wěn)定度及強(qiáng)的抬升條件是其發(fā)生、發(fā)展的基礎(chǔ)。下文通過(guò)這三個(gè)方面分析該次西風(fēng)槽過(guò)境和地面冷空氣南下共同影響下出現(xiàn)暴雨天氣的對(duì)流條件。

3.1 水汽條件

本次強(qiáng)降水發(fā)生前和整個(gè)過(guò)程，閩東地區(qū)從底層到高層都有西南急流維持并不斷加強(qiáng)，自南海將暖濕氣流源源不斷地向閩東沿海輸送，為此次暴雨的產(chǎn)生和維持發(fā)展提供了充足的水汽來(lái)源。從NCEP再分析資料700 hPa水汽通量可以看出，4月30日20：00時(shí)福建省周邊有兩個(gè)水汽通量中心，分別位于粵北，中心值大于14×10-9g/(cm2·hPa·s)；閩東沿海，中心值大于16×10-9g/(cm2·hPa·s)，這表明在粵北和閩東洋面上有大量的水汽從其上空通過(guò)，而分析高空流場(chǎng)，4月30日20：00時(shí)從高層200 hPa到底層925 hPa都在西南急流的控制下，自南海洋面上將暖濕氣流經(jīng)粵北閩南一帶不斷沿西南方向輸送水汽。在閩東上空有大量的水汽輸送，出現(xiàn)了小于6×10-9g/(cm·hPa·s)的水汽通量，自粵北到閩東存在明顯的正水汽通量梯度，即水汽在此處有堆積。而這正與暴雨中心位置相符合，強(qiáng)的水汽堆積為此次強(qiáng)對(duì)流的發(fā)生發(fā)展提供了重要條件。

而水汽通量散度則真正反應(yīng)了一個(gè)地區(qū)水汽的集中程度，從NCEP再分析資料700 hPa水汽通量散度反演可見(jiàn)，4月30日20:00時(shí)的水汽通量散度圖上的水汽輻合中心位于閩東北地區(qū)，輻合中心分布非常集中，水汽輻合中心強(qiáng)度超過(guò)140×10-9g/(cm2·hPa·s)，如此強(qiáng)烈的水汽輻合為此次強(qiáng)對(duì)流提供了非常充足的水汽條件。而在閩東北一帶，4月30日20:00時(shí)前后短時(shí)強(qiáng)降水明顯，部分地區(qū)降水量超過(guò)50 mm/h，最大雨強(qiáng)達(dá)到64.1 mm/h，對(duì)比發(fā)現(xiàn)此次暴雨的中心位置與水汽的輻合中心有非常一致的對(duì)應(yīng)關(guān)系，強(qiáng)的水汽輻合是導(dǎo)致此次暴雨的一大重要因素。

3.2 大氣不穩(wěn)定

此次暴雨天氣過(guò)程，由南海將充足的水汽向西南方向輸送，并在閩東沿海堆積，為強(qiáng)降水提供充足的水汽條件。此時(shí)，閩東處在西風(fēng)槽東側(cè)西南暖濕氣流里，有冷空氣從東路南下影響，通過(guò)假相當(dāng)位溫垂直分布分析大氣的不穩(wěn)定情況。

從4月30日20：00時(shí)假相當(dāng)位溫θse沿經(jīng)度119°E垂直剖面圖(圖2a)可以看出，在27°N至30°N區(qū)域，水平方向上有明顯的假相當(dāng)位溫θse梯度，且與20:00時(shí)冷鋒南下的情況相符。即20:00時(shí)有冷鋒南下，鋒區(qū)內(nèi)θse梯度明顯增大，θse值驟降。在緯度27°N至30°N區(qū)域、高度850hPa以下，假相當(dāng)位溫θse隨高度下降明顯，這表明該區(qū)域大氣條件性不穩(wěn)定，利于對(duì)流的發(fā)生發(fā)展。而在25°N至26°N區(qū)域內(nèi)，暖濕空氣鋒區(qū)抬升，有342 K的θse高等值線向上延伸，并出現(xiàn)高低層上下打通的現(xiàn)象。

從4月30日20：00時(shí)假相當(dāng)位溫θse沿緯度25.7°N的垂直剖面圖(圖2b)可以看出, 假相當(dāng)位溫θse在緯度垂直剖面圖上存在兩個(gè)鋒區(qū)，分別位于113E附近和120E附近，后者θse梯度明顯大于前者。底層有340 K的θse等值線向上延伸至500 hPa附近，垂直方向上出現(xiàn)上下層打通的現(xiàn)象，且正好位于暴雨中心區(qū)域。此外，在強(qiáng)降水區(qū)的兩側(cè)，θse等值線近似垂直分布。高空850 hPa以下θse隨高度明顯遞減，即大氣條件性不穩(wěn)定。高層高空850 hPa以下有θse隨高度遞減區(qū)，及大氣條件性不穩(wěn)定。340 K的θse高值區(qū)呈“漏斗”狀伸向底層，上升的暖濕氣流與冷空氣在θse峰值區(qū)附近相遇，并釋放凝結(jié)潛熱進(jìn)一步促進(jìn)了上升運(yùn)動(dòng)，利于系統(tǒng)的發(fā)生發(fā)展。

圖2 4月30日20：00時(shí)θse沿經(jīng)度119°E和緯度25.7°N的垂直剖面圖

3.3 上升條件

通過(guò)NCEP再分析資料反演此次強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程的抬升條件，此次系統(tǒng)對(duì)流旺盛，抬升條件充沛。從垂直速度場(chǎng)的剖面分布來(lái)看，有非常明顯的強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)區(qū)，垂直運(yùn)動(dòng)極值出現(xiàn)在120°E附近，上升運(yùn)動(dòng)極值達(dá)2.1 Pa/s以上。在700 hPa高度層下，垂直速度都是隨著高度遞增，對(duì)流發(fā)展強(qiáng)盛。且強(qiáng)垂直運(yùn)動(dòng)區(qū)與暴雨中心位置極為吻合，這表明20：00時(shí)前后的短時(shí)強(qiáng)降水與有利的上升條件相關(guān)性較大。

通過(guò)NCEP再分析資料反演高低空流場(chǎng)、散度場(chǎng)的配置(圖3)，分析此次強(qiáng)降水過(guò)程的抬升條件。在200 hPa高度場(chǎng)上有明顯的西南急流，最大風(fēng)速達(dá)50 m/s以上，在閩中、贛東一帶有強(qiáng)的幅散場(chǎng)，散度中心強(qiáng)度達(dá)8，位置較強(qiáng)降水中心偏西偏南。在閩東沿海中高層有明顯的輻散場(chǎng)，輻散中心強(qiáng)度達(dá)6；在閩東沿海存在強(qiáng)輻合中心，中心強(qiáng)度850 hPa達(dá)到7，中心強(qiáng)度925 hPa 達(dá)到10，越低層其輻合越強(qiáng)，高空輻散、低空輻合，強(qiáng)烈的抽吸作用為本次暴雨天氣過(guò)程和20:00時(shí)局地短時(shí)強(qiáng)降水提供了有力的抬升條件。

強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)將大量水汽和不穩(wěn)定能量向高層輸送，上升的暖濕氣流和高層冷空氣在θse鋒區(qū)相遇并釋放凝結(jié)潛熱，進(jìn)一步促進(jìn)了上升運(yùn)動(dòng)，使得降水持續(xù)。

圖3 4月30日20:00時(shí)不同高度場(chǎng)散度圖

4 暴雨天氣對(duì)鐵觀音茶園的影響

安溪縣是產(chǎn)茶大縣，盛產(chǎn)鐵觀音茶。對(duì)于鐵觀音茶葉生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，全年僅春、秋兩季為鐵觀音茶園采收茶青的正季。而鐵觀音茶樹(shù)品種對(duì)于天氣的相關(guān)性極大，冬春連旱、低溫陰雨、霜凍等對(duì)于茶樹(shù)的危害極大。此次暴雨及強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生在鐵觀音即將應(yīng)季上市的前期，此間的雷陣雨在茶區(qū)上空構(gòu)成的氮?dú)鈱?，可為茶?shù)提供足夠的氮素養(yǎng)分，且發(fā)生時(shí)間恰到好處。研究表明，鐵觀音茶的質(zhì)量主要表現(xiàn)在：一是茶青(即鮮葉)質(zhì)量,二是制作工藝。 2013年春季出現(xiàn)旱情，茶葉品質(zhì)受到一定影響，此次暴雨的發(fā)生，給即將成熟的鐵觀音茶樹(shù)提供了充足的水分，對(duì)其茶青的產(chǎn)量及質(zhì)量具有好的影響。

5 結(jié)論

2013年4月30日的這場(chǎng)暴雨天氣過(guò)程是在西風(fēng)槽、低層切變和地面冷空氣的共同作用下發(fā)生發(fā)展的，強(qiáng)降水在時(shí)間和空間上都具有明顯集中的特點(diǎn)。

由高低空配置發(fā)現(xiàn)閩東三層(500、700、850 hPa)都處在西南急流里，有充足的水汽源源不斷地自南海向閩東輸送，而通過(guò)水汽通量、水汽通量散度也很好地反應(yīng)出20：00時(shí)前后暴雨發(fā)生時(shí)的水汽條件。

4月30日20：00時(shí)前后有地面冷空氣南下，此前閩東地區(qū)鋒前增溫明顯，上空由暖濕氣流控制，干冷空氣南下使得大氣不穩(wěn)定度增加。由NCEP再分析資料反演20:00時(shí)假相當(dāng)位溫θse的垂直剖面分布可見(jiàn)，冷鋒的侵入使得>340 K高等值線出現(xiàn)上下層打通的狀況，且位置與強(qiáng)暴雨中心相符。這表明冷空氣的入侵觸發(fā)了此次強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程的大氣不穩(wěn)定條件。

地面暖濕氣團(tuán)與冷空氣南下的鋒后干冷空氣交匯，強(qiáng)勁的鋒面迫使暖濕氣流抬升。此外，高空強(qiáng)輻散和低空強(qiáng)輻合的配置，起到了強(qiáng)的局地抽吸作用，也為此次暴雨過(guò)程提供了有力的抬升條件。由NCEP再分析資料反演20:00時(shí)閩東地區(qū)的垂直速度場(chǎng)，發(fā)現(xiàn)在暴雨中心確實(shí)存在強(qiáng)的垂直速度中心，這與高低空的配置相一致，且與冷鋒過(guò)境的抬升作用密切相關(guān)。

此外，暴雨發(fā)生在鐵觀音應(yīng)季上市之前，暴雨過(guò)程中強(qiáng)雷暴為茶園上空構(gòu)成有利的氮?dú)鈱?，?qiáng)降又水為茶園提供充足的水分，有效地提高了茶青的產(chǎn)量和品質(zhì)。建議今后加快建設(shè)生態(tài)茶園的步伐, 并建設(shè)水利灌溉工程, 推廣先進(jìn)加工設(shè)備, 努力創(chuàng)造或模擬生產(chǎn)高品質(zhì)好茶的小氣候，為當(dāng)?shù)夭璁a(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展創(chuàng)造有利的條件。

[1]陶詩(shī)言.中國(guó)之暴雨[M].北京：科學(xué)出版社，1980.

[2]DING Y H.Summer monsoon rainfalls in China[J].J Meteor Soc Japan,1992, 70(1):373-396.

[3]施能,朱乾根,吳彬貴.近40年?yáng)|亞夏季風(fēng)及我國(guó)夏季大尺度天氣氣候異常[J].大氣科學(xué), 1996,20(5):575-583.

[4]SCHUMACHER R S,JOHNSON R H.Organization environmental proper-ties of extreme rain producting mesoscale conxective systems[J]. Mon Wea Rev，2005(133):961-976.

[5]孫連強(qiáng),李慧琳,王浩,等.遼東短時(shí)特大暴雨過(guò)程中2個(gè)MCC云團(tuán)的特征和環(huán)境場(chǎng)分析[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2009(28): 13680-13683.

[6]蔡賽緘,凌良新,唐仰華.廣東潮州暴雨的氣候特征及成因分析[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2009 (33):16462-16464.

[7]姜俊玲,張雪冬,黨英娜,等.一次區(qū)域性暴雨過(guò)程的中尺度雨團(tuán)特征分析[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2009(17):8075-8077.

[8]胡亮,何金海,高守亭.華南持續(xù)性暴雨的大尺度降水條件分析[J].南京氣象學(xué)院學(xué)報(bào), 2007,30(3):345-351.

[9]鮑名.近50年我國(guó)持續(xù)性暴雨的統(tǒng)計(jì)分析及其大尺度環(huán)流背景仁[J].大氣科學(xué),2007, 31(5):779-792.

[10]王曉芳,黃華麗,黃治勇.2010年5-6月南方持續(xù)性暴雨的成因分析[J].氣象,2011,37 (10):1206-1215.

[11]桂海林,周兵,金榮花.2007年淮河流域暴雨期間大氣環(huán)流特征分析[J].氣象,2010,36 (8):8-18.

[12]陶詩(shī)言,倪允琪,趙思雄,等.1998年夏季中國(guó)暴雨的形成機(jī)理與預(yù)報(bào)研究[M].北京: 氣象出版社，2001.

[13]王婷,吳池勝,馮瑞權(quán).2005年6月廣東一次暴雨過(guò)程的中尺度對(duì)流系統(tǒng)的數(shù)值研究[J].大氣科學(xué),2008,32(1):184-196.

(責(zé)任編輯：楊小萍)

Analysis on structure of “4.30” rainstorm in eastern Fujian

WEI Ying-ying1, LIU De-he2, YE Xiao-bing2

(1.AnxiMeteorologicalBureau,FujianProvince362400;2.YongchunMeteorologicalBureau,FujianProvince)

A rainstorm process ahead of cold front in eastern Fujian, simultaneously influenced by upper trough, low level shear, and surface cold air, was analyzed based on the MICAPS data from April, 30th to May, 1st, 2013, reanalyzed data of NCEP 1°×1°, and data of Fujian Regional Automatic Station. With analysis on physical quantity structure, it found that the jet ahead of trough in southwest supplied sufficient water vapor for the rainstorm, the passed cold front made the air conditions unstable, and the strong divergence field and front pressed towards south formed uplift condition. Effects of the strong rainfall on production and quality of Tie Guanyin tea leaves were also analyzed.

Upper trough; low level shear; cold front; rainstorm

2017-02-03

韋英英，女，1990年生，助理工程師。

10.13651/j.cnki.fjnykj.2017.02.008