南平市氣象局 黃待靜 林銀杰 劉潁灝

2016年5月9日閩北暖區(qū)暴雨特征分析

南平市氣象局 黃待靜 林銀杰 劉潁灝

利用常規(guī)氣象觀測資料，分析2016年5月9日閩北地區(qū)暖區(qū)暴雨天氣過程的形成機理，并對其物理量場進(jìn)行診斷分析。結(jié)果表明，此次暴雨過程發(fā)生在高空槽的西南急流中。鋒前暖區(qū)中邊界層內(nèi)淺薄冷空氣侵入、地面中尺度輻合線是暖區(qū)暴雨觸發(fā)的關(guān)鍵因素。東西向的中尺度雨帶對雨區(qū)分布和強度起到了決定性作用。物理量場診斷分析表明，強降水期間，閩北上空濕層深厚，不穩(wěn)定能量堆積，高層輻散，低層輻合，有利于強降水的發(fā)生。

暖區(qū)暴雨 西南急流 中尺度雨帶

暖區(qū)暴雨的定義最早由黃士松（1986年）針對華南前汛期提出，此類暴雨局地性較強，降水集中、對流性質(zhì)明顯，同時降水量較一般鋒面降水大3～5倍[1-2]。相對于鋒面暴雨而言，暖區(qū)暴雨成因認(rèn)識更加不清楚，預(yù)報效果也更差，有必要對暖區(qū)暴雨展開進(jìn)一步研究。

2016年5月5日到10日，閩北經(jīng)歷一場強降雨的襲擊，過程強降雨持續(xù)時間長、強度大，為同期歷史罕見。5月9日凌晨，建陽小湖鎮(zhèn)下墘村發(fā)生泥石流，沖毀兩座房屋，造成4死2傷等重大災(zāi)害。分析表明，5月9日這天暴雨，暖區(qū)特征十分明顯，本文重點討論這場暴雨過程中的環(huán)流特征和強降水的形成機理，為今后閩北暖區(qū)暴雨提供一些預(yù)報思路和參考依據(jù)。

1 暴雨過程簡介

2016年5月8日20時～9日20時，閩北共有6個縣（市）136個區(qū)域自動站降雨量超過50mm，其中有21個區(qū)域自動站超過100mm（圖1a），區(qū)域自動站降水的極值中心出現(xiàn)在武夷山星村，雨量為146.4mm，城區(qū)雨量以武夷山96.0mm為最大。小時雨強以武夷山里南山44.0mm為最大（出現(xiàn)在9日5時），城區(qū)以浦城40.3mm為最大（出現(xiàn)在9日10時）。主要降水時段出現(xiàn)在9日凌晨至上午，從逐3h降雨量（圖1b）來看，9日2時閩北中部降水開始發(fā)展，5時開始各地降水顯著增大，強降水主要集中在9日5時至11時。

圖1 2016年5月8日20時至9日20時累計降水量和暴雨過程逐3小時降水量

2 環(huán)流背景及影響系統(tǒng)分析

5月8～9日，歐亞中高緯為兩槽一脊環(huán)流形勢(圖2a)，貝加爾湖地區(qū)到青藏高原為脊，烏拉爾山以東的西伯利亞西部和亞洲東岸為低槽。低緯南支波動頻繁，副熱帶高壓呈帶狀分布，588線位于華南沿海，8日20時，閩北處在副高北側(cè)和南支槽前的暖濕氣流中，9日8時，500hPa弱波動?xùn)|移，邵武站風(fēng)向由西南風(fēng)變?yōu)槲黠L(fēng)，弱冷空氣侵入。低層，9日08時850hPa和9250hPa冷式切變線（圖2b）位于安徽—湖南—廣西一帶，850hPa≥12m/s的西南風(fēng)急流從廣西延伸至長江入海口，閩北位于低空急流的左側(cè)，這支急流是極好的暖濕空氣和不穩(wěn)定能量的輸送帶，大量的水汽和能量聚集。邵武站8日20時～9日20時925～850hPa溫度升高2℃，低層回暖明顯，且閩北地區(qū)位于濕舌內(nèi)，大氣層結(jié)非常不穩(wěn)定。地面圖上，閩北位于倒槽頂部的暖濕氣團(tuán)中，距離地面冷鋒300～400km（圖3b）。較強的低空風(fēng)速輻合和非常不穩(wěn)定大氣層結(jié)形成強的上升條件，有利于閩北暖區(qū)暴雨的發(fā)生發(fā)展。

圖2

3 中尺度雨帶活動特征

此次暖區(qū)暴雨過程主要由6條中尺度雨帶（每小時雨量≥10mm的中尺度雨團(tuán)組成的空間尺度10km左右的帶狀雨帶）在地面倒槽、中尺度輻合線附近發(fā)展，移動所造成（圖3）。其中1～3號中尺度雨帶是凌晨降水的主要貢獻(xiàn)者，中尺度雨團(tuán)東西排列成東西向中尺度雨帶，雨帶持續(xù)4h左右，向東移動，移動速度20km/h左右，雖然速度較快，但由于形成明顯的列車效應(yīng)，中尺度雨帶所經(jīng)過之處造成明顯降水，最大小時雨強達(dá)44.0mm。4號雨帶8時出現(xiàn)在建陽西部，雨帶為西北東南向，排列不似其他雨帶東西向，結(jié)構(gòu)較為松散，但是雨帶范圍更廣。上午9時左右5號中尺度雨帶發(fā)展，位置較1～3號雨帶偏北，雨帶也呈東西向分布，向東南偏東方向移動，降水效率極高，城區(qū)小時極值降水40.3mm（發(fā)生在浦城）就是由此雨帶造成。10時左右發(fā)展的6號中尺度雨帶與1～3號雨帶排列、移動路徑相近，在移動過程中，6號雨帶范圍有所擴(kuò)大，隨著6號雨帶的東移消亡，5月9日15時左右暖區(qū)暴雨趨于結(jié)束。

圖3

4 觸發(fā)機制分析

由上述分析可見，造成暖區(qū)暴雨有多個中尺度雨帶，大尺度天氣形勢和環(huán)境場為中尺度系統(tǒng)提供了有利的環(huán)境條件，暖區(qū)暴雨中尺度對流系統(tǒng)發(fā)生的最關(guān)鍵因素是觸發(fā)條件。雖然冷鋒鋒區(qū)停滯在江南以北（圖3b），但受到夜間地面輻射冷卻降溫影響，邊界層內(nèi)有淺薄冷空氣侵入暖區(qū)，促使暖區(qū)內(nèi)暖濕空氣抬升，不穩(wěn)定能量釋放產(chǎn)生暴雨[1]。從各個層次8日20時和9日8時溫度對比可以看到，1000hPa邊界層以下閩北有負(fù)變溫（圖4a），淺薄的冷空氣侵入到閩北，925hPa至500hPa為正變溫，由于淺薄冷空氣從邊界層侵入時并不改變邊界層上部暖濕空氣的環(huán)境條件，不僅觸發(fā)了對流的發(fā)展，而且有利于邊界層水汽向暴雨區(qū)上空輸送，增加降水量。地面中尺度輻合線在觸發(fā)強降水中也起到了關(guān)鍵作用。從9日05時地面流場可以看到，武夷山脈附近存在東西向的地面中尺度輻合線（圖4b），這對雨團(tuán)的發(fā)生和暴雨的分布有極其密切的關(guān)系。本次暖區(qū)暴雨的中尺度雨帶都在輻合線偏南位置發(fā)展起來，且東西向中尺度雨帶與輻合線的分布一致，同時移向也受到輻合線的牽制。午后輻合線北抬，暖區(qū)降水結(jié)束。

圖4

5 強降水形成的物理條件分析

5.1 水汽條件

源源不斷的水汽輸送是暴雨形成的必要條件。分析水汽輸送（圖5a）可見，強降水期間華南至華東上空有一支潮濕氣流，中南半島北部到日本南部氣流非常強勁，氣流夾帶著豐富的水汽橫穿南海北部直至東海，閩北850hPa為西南低空急流控制，源源不斷地向暴雨區(qū)輸送水汽，為暴雨提供了必要條件。

圖5

5.2 熱力條件

對流有效位能（CAPE）是一種浮力能，是一種潛在能量，只要存在某種觸發(fā)作用，便可轉(zhuǎn)化為對流上升運動能量，中等強度的對流位能CAPE比極端的CAPE更有利于高降水效率的形成。5月9日2時對流有效位能CAPE大于500J·kg-1，表明大氣不穩(wěn)定能量集聚。從k指數(shù)來看（圖5b），暴雨發(fā)生時閩北k指數(shù)≥36℃，有不穩(wěn)定能量堆積，大氣環(huán)境場非常有利于暖區(qū)暴雨的發(fā)生發(fā)展。

5.3 動力條件

暴雨區(qū)位于高空急流和低空急流耦合形成最有利暴雨發(fā)生的動力場的區(qū)域。分析5月9日08時沿暴雨區(qū)東西向散度垂直分布圖（圖略），925hPa有點弱輻散，在地面輻合線抬升作用下，上升運動沖破弱輻散層，形成低層負(fù)散度區(qū)，而高層是正散度區(qū)。強降雨期間高層輻散抽吸，低層輻合，形成強烈的上升運動，造成水汽、熱量的垂直輸送和不穩(wěn)定能量釋放，產(chǎn)生強降雨。

6 結(jié)論

（1）暖區(qū)暴雨發(fā)生期間，南支波動頻繁，華南上空為槽前西南氣流，低層回暖明顯，為閩中北暴雨提供有利條件。

（2）西南急流的建立對這場暖區(qū)暴雨至關(guān)重要。低空急流使暴雨區(qū)輻合增加，有利于水汽輸送。

高層的輻散抽吸與低層氣流輻合場的有利動力配置為暖區(qū)暴雨暖濕氣流抬升、不穩(wěn)定能量的積聚和釋放提供條件。

（3）中尺度雨帶在地面倒槽、中尺度輻合線附近發(fā)展，東西向移動，形成明顯列車效應(yīng)，中尺度雨帶所經(jīng)過之處降水效率極高。

（4）鋒前暖區(qū)中邊界層淺薄冷空氣侵入、地面中尺度輻合線是暖區(qū)暴雨觸發(fā)的關(guān)鍵因素。

（5）對暴雨期間的物理量分析表明，暴雨區(qū)有源源不斷的水汽輸送，強降水發(fā)生在高能高濕的不穩(wěn)定區(qū)域，同時動力抬升條件與暴雨也有很好的對應(yīng)關(guān)系。

[1] 朱乾根，林錦瑞，壽紹文，等. 天氣學(xué)原理和方法[M]. 北京: 氣象出版社, 2007.

[2] 林新彬, 劉愛鳴, 林毅, 等. 福建省天氣預(yù)報技術(shù)手冊[M]. 北京: 氣象出版社, 2013.

[3] 壽紹文, 勵申申, 姚秀萍. 中尺度氣象學(xué)[M]. 北京: 氣象出版社, 2003.

[4] 鄭仙照，壽紹文，沈新勇. 一次暴雨天氣過程的物理量分析[J]. 氣象, 2006，32（1）: 103-106.

[5] 陳玥. 長江中下游暖區(qū)暴雨特征分析[J]. 氣象, 2016，42（6）: 724-731.

[6] 劉蕾, 丁治英, 陳茂欽. 2010年5月6～7日廣州大暴雨過程分析[J]. 氣象研究與應(yīng)用, 2011，32（1）: 10-17.

[7] 陳華宜，黃淑娟，唐毓勇. 平果縣2008年11月致洪暴雨天氣成因分析[J].氣象研究與應(yīng)用, 2011，32（1）: 34-36,39.

[8] 姚文清,徐祥德.一次大暴雨形成中天氣尺度和次天氣尺度系統(tǒng)的作用[J],應(yīng)用氣象學(xué)報,2003,14(3): 287-298.

[9] 錢維宏, 蔣寧, 杜鈞. 局部大暴雨形成的機理與中尺度分析[J]. 氣象, 2016，42（6）: 686-695.

[10] 文丹青, 黃波, 劉峰. 一次華南前汛期鋒前暖區(qū)暴雨的分析[J]. 廣東氣象, 2011，33（2）: 9-15.