黃待靜 陳偉明 王涵彧

(南平市氣象局，福建 南平 353000)

1 概述

每年9月，副熱帶高壓經(jīng)?？刂莆覈?guó)大陸，當(dāng)有一些弱天氣系統(tǒng)影響時(shí)，會(huì)引發(fā)暴雨。此類暴雨具有突發(fā)性強(qiáng)、空間分布不均、降水效率高等特征，還可誘發(fā)山體滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害，給人民的生命和財(cái)產(chǎn)帶來巨大損失。諸多學(xué)者對(duì)副高控制下的暴雨做了較多研究。陳德林[1]對(duì)1980—1998年9個(gè)個(gè)例分析表明，當(dāng)副高迅速減弱東退,在地面鋒面、高空槽等弱天氣系統(tǒng)作用下會(huì)產(chǎn)生暴雨天氣。劉還珠[2]研究指出，副高與西風(fēng)槽之間形成較強(qiáng)的能量鋒區(qū),在濕位渦的斜壓擾動(dòng)作用下轉(zhuǎn)化為動(dòng)能,導(dǎo)致傾斜垂直渦度發(fā)展,激發(fā)為強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)。張娟娟[3]在分析江西2010年7月14～15日副高控制下暴雨過程發(fā)現(xiàn)，干冷氣流侵入地面暖槽，地面擾動(dòng)有利于強(qiáng)不穩(wěn)定能量的釋放，激發(fā)中尺度對(duì)流系統(tǒng)。

近年來，風(fēng)廓線雷達(dá)、微波輻射儀等新型探測(cè)設(shè)備逐步投入業(yè)務(wù)運(yùn)行，風(fēng)廓線雷達(dá)與微波輻射儀配合，可實(shí)現(xiàn)對(duì)大氣風(fēng)速、溫度、濕度等要素的連續(xù)遙感探測(cè)，彌補(bǔ)常規(guī)探測(cè)資料時(shí)空分辨率低的不足。因此本文從分析副高控制下的暴雨個(gè)例入手，在常規(guī)天氣分析中，增加先進(jìn)的精細(xì)時(shí)空觀測(cè)資料，加強(qiáng)對(duì)副高控制下的暴雨過程物理機(jī)理認(rèn)識(shí)，累積非常規(guī)探測(cè)資料的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，為弱環(huán)境背景下的暴雨預(yù)報(bào)提供思路。

2 過程概況

2018年9月23日，南平市出現(xiàn)一次暴雨，局部大暴雨天氣過程(圖1a)，統(tǒng)計(jì)9月22日20時(shí)～9月23日20時(shí)自動(dòng)站雨量過程總降水量，南平共有9個(gè)縣市59個(gè)站點(diǎn)雨量超過50mm，其中4個(gè)縣市9個(gè)站點(diǎn)雨量超過100mm。本次暴雨過程的特點(diǎn)是：雨量大、雨勢(shì)猛，雨量分布不均、對(duì)流性質(zhì)明顯。共有10個(gè)站點(diǎn)出現(xiàn)小時(shí)雨強(qiáng)超過50mm的極端短時(shí)強(qiáng)降水，其中以政和界溪水庫79.6mm/h為最大。強(qiáng)降水在閩北降水有兩個(gè)高峰期，一個(gè)是23日02時(shí)從松溪開始發(fā)展的強(qiáng)降水區(qū)，此強(qiáng)降水區(qū)自東北向西南發(fā)展，23日8～10時(shí)在建甌達(dá)到鼎盛時(shí)段， 10時(shí)后迅速減弱。

3 影響系統(tǒng)分析

9月22～23日200hPa上，我國(guó)30°N以北地區(qū)存在一支U型的高空急流，急流底部位于江西北部，福建處于高空急流入口區(qū)右側(cè)西南氣流控制(圖2a)，西側(cè)風(fēng)速明顯小于東側(cè)，呈現(xiàn)風(fēng)速輻散；廣東地區(qū)受東北氣流控制，使得高空急流與東北氣流之間呈現(xiàn)風(fēng)向輻散。200hPa的高空輻散為暴雨天氣過程提供“抽氣”作用，保證了上升運(yùn)動(dòng)的持續(xù)。500hPa歐亞中高緯為兩槽一脊環(huán)流形勢(shì)，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，中低緯地區(qū)從西太平洋到我國(guó)長(zhǎng)江流域以南為強(qiáng)大的帶狀副熱帶高壓控制，東亞大槽伸入副熱帶高壓內(nèi)部，一直延伸到我國(guó)長(zhǎng)江中下游地區(qū)。22日夜里,東北氣流下有弱冷空氣滲透南下，觸發(fā)了閩北東部暴雨的發(fā)展。23日08時(shí)，低層轉(zhuǎn)西南風(fēng)，弱切變控制湘贛到閩北地區(qū)，伴隨著高空槽東移，副熱帶高壓的南落，切變南壓，降水的范圍及強(qiáng)度明顯加強(qiáng)。

(a)2018年9月22日20時(shí)至23日20時(shí)累積降水 (b)暴雨過程逐時(shí)降水量

分析水汽(圖2b)發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)降水發(fā)生期間，南平在濕舌的控制之下， 850hPa比濕大于12g/kg，相對(duì)濕度大于90%，水汽飽和，整層可降水量達(dá)50mm以上。南平以北的湘贛地區(qū)相對(duì)濕度迅速減小，濕度梯度大。且850hPa對(duì)應(yīng)著高能舌，θse≥340K，K指數(shù)≥36℃，有不穩(wěn)定能量堆積，能量鋒區(qū)壓在閩浙贛交界處，大氣環(huán)境場(chǎng)非常有利于暴雨的發(fā)生發(fā)展。22日夜里已有東北氣流攜帶弱干冷空氣滲透南下，而此時(shí)鋒面主體還在江西境內(nèi)。23日白天，伴隨系統(tǒng)的東移南壓，不穩(wěn)定能量得到釋放，閩北強(qiáng)降水自北而南迅猛發(fā)展。

從大尺度環(huán)流背景看，此次暴雨過程發(fā)生在副高控制下或副高邊緣，且低層為弱切變，沒有低空急流，總體而言為弱天氣系統(tǒng)。但是這種副熱帶高壓影響下的環(huán)境，往往有明顯的高能、高濕背景，只要存在天氣系統(tǒng)的觸發(fā)，使不穩(wěn)定能量釋放，就能造成強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)，形成發(fā)展迅猛、雨勢(shì)洶洶、分布不均的暴雨天氣。這種短時(shí)暴雨的中小尺度系統(tǒng)和環(huán)境條件的演變很難從傳統(tǒng)的粗網(wǎng)格觀測(cè)數(shù)據(jù)中捕獲。對(duì)此，本文利用多普勒雷達(dá)、風(fēng)廓線雷達(dá)和微波輻射計(jì)資料進(jìn)一步分析。

4 多普勒雷達(dá)回波特征和探空資料分析

圖3為建陽多普勒天氣雷達(dá)觀測(cè)到的回波演變情況，從左到右觀測(cè)時(shí)間分別為，23日4時(shí)、5時(shí)、 9時(shí)。22日夜里，閩北東部松溪有對(duì)流回波發(fā)展，23日4時(shí)左右(圖3a)強(qiáng)回波中心達(dá)到50dBz以上，受其影響，松溪小時(shí)雨強(qiáng)達(dá)41.7mm。面積小、強(qiáng)度強(qiáng)的回波不斷向西南方向發(fā)展(圖3b)，逐漸影響建陽、建甌等地。與此同時(shí)，上游地區(qū)江西黎川有回波發(fā)展東移，進(jìn)入閩北境內(nèi)后，受到光澤喇叭口地形影響，回波強(qiáng)度加強(qiáng)且面積逐漸增大，此回波塊東移南壓。23日9時(shí)(圖3c)兩強(qiáng)回波合并，形成大面積混合性降水回波，此回波質(zhì)心低、強(qiáng)度強(qiáng)、降水效率高。10時(shí)后回波東移南壓，逐漸減弱。

從邵武探空站T-lnP圖(圖3d、圖3e)看，對(duì)流有效位能大，兩個(gè)時(shí)次對(duì)流有效位能均達(dá)到800J/kg以上，K指數(shù)在39以上，0℃層高度在5km左右，暖云層深厚。同時(shí)對(duì)比兩個(gè)時(shí)次，9月22日20時(shí)探空上，低層為東北風(fēng)，中高層為西南偏西風(fēng)，低層有冷空氣侵入，9月23日低層弱切變生成，850hPa轉(zhuǎn)為西南風(fēng)。9月22日20時(shí)，500hPa以下層結(jié)曲線與露點(diǎn)曲線之間靠的很近，水氣飽和。9月23日08時(shí)，700hPa～500hPa略有變干，大氣層結(jié)變得更加不穩(wěn)定。23日08時(shí)，自由對(duì)流高度和抬升凝結(jié)高度進(jìn)一步將低，因此有利于低質(zhì)心、高效率的降水發(fā)生。

(a)9月23日04∶03組合反射率圖 (b)9月23日07∶54組合反射率圖 (c)9月23日11∶35組合反射率圖

5 風(fēng)廓線雷達(dá)及微波輻射計(jì)特征分析

由于建甌的強(qiáng)降水主要集中在23日08～10時(shí)(圖1b),需要分析相應(yīng)建甌風(fēng)廓線雷達(dá)的探測(cè)資料(圖4a)。結(jié)果表明，這是一次高空淺槽、低空切變影響建甌站的情況。風(fēng)廓線的風(fēng)場(chǎng)劇烈變化出現(xiàn)在07時(shí)，前后，在此之前，1.6km以下為西南風(fēng)，以上為西北風(fēng)，風(fēng)隨高度順轉(zhuǎn)，有暖平流(圖略)。從07時(shí)至10時(shí)，5km以上風(fēng)由西南風(fēng)轉(zhuǎn)為西風(fēng)再轉(zhuǎn)西北風(fēng)，說明有高空槽過境。在4.2km高度以下，總體來說由西南風(fēng)轉(zhuǎn)為南風(fēng)，再轉(zhuǎn)為東風(fēng)到東北風(fēng)，最后轉(zhuǎn)成西北風(fēng)，與低渦切變過境前后風(fēng)場(chǎng)的變化表現(xiàn)比較一致。0.5km以下低空風(fēng)場(chǎng)比較亂，風(fēng)速小，這應(yīng)該是鋒面逐漸移近本站，造成空氣擠壓，在風(fēng)場(chǎng)上的無序表現(xiàn)。各層風(fēng)向的變化時(shí)間比較接近，系統(tǒng)的影響時(shí)間集中，垂直位置很近，系統(tǒng)疊置，鋒區(qū)陡直，這與降水強(qiáng)度強(qiáng)，降水時(shí)段集中的特點(diǎn)也是吻合的。但是系統(tǒng)風(fēng)向不穩(wěn)定，中間有短時(shí)反復(fù)，表現(xiàn)為弱系統(tǒng)，且尺度較小。從風(fēng)速來看，系統(tǒng)影響時(shí)段內(nèi)，風(fēng)速明顯增加，特別是3.4～5.2km有時(shí)甚至加大至急流標(biāo)準(zhǔn)，這樣可以加強(qiáng)中層干空氣的侵入，08～09時(shí),在0.6～1.8km附近有風(fēng)隨高度逆轉(zhuǎn)，邊界層有冷平流侵入，激發(fā)短時(shí)強(qiáng)降水發(fā)展。配合微波輻射計(jì)的濕度廓線來看(圖4b)08時(shí)與12時(shí)，發(fā)現(xiàn)1～5km高度上，確實(shí)有相對(duì)濕度下降的情況。10時(shí)后，建甌風(fēng)場(chǎng)轉(zhuǎn)為西北風(fēng)控制，風(fēng)速全面減弱，閩北降水逐漸減弱。

(a)建甌站23日風(fēng)廓線雷達(dá)水平風(fēng)向風(fēng)速隨高度分布圖 (b)建甌站相對(duì)濕度垂直廓線

6 結(jié)論

本文利用常規(guī)氣象觀測(cè)資料、多普勒雷達(dá)、風(fēng)廓線雷達(dá)以及微波輻射計(jì)等觀測(cè)資料，分析了副高控制下暴雨的成因，得到以下結(jié)論。

①?gòu)拇蟪叨拳h(huán)流背景看，此次暴雨過程發(fā)生在副高控制下或副高邊緣，且低層為弱切變，沒有低空急流，總體而言為弱天氣系統(tǒng)。

②對(duì)暴雨期間的物理量場(chǎng)分析，表明暴雨發(fā)生時(shí)，水汽飽和，比濕、整層可降水量大，強(qiáng)降水發(fā)生在高能高濕區(qū)域，同時(shí)動(dòng)力抬升條件與暴雨也有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

③從雷達(dá)回波演變分析，這次副高控制下的對(duì)流回波發(fā)展初期局地性強(qiáng)，面積小，強(qiáng)度強(qiáng)，沒有明顯的系統(tǒng)性移動(dòng)。后期配合高低空影響系統(tǒng)，合并成混合性降水回波，在引導(dǎo)氣流控制下東移南壓并逐漸減弱。

④雖然是副高控制或副高邊緣影響，系統(tǒng)強(qiáng)度較弱，尺度小。但系統(tǒng)疊置，影響時(shí)間集中，且有干冷空氣的侵入等情況下，會(huì)使得大氣中的能量在短時(shí)間內(nèi)大量釋放，激發(fā)出強(qiáng)的短時(shí)降水。預(yù)報(bào)員平時(shí)要多注意風(fēng)廓線雷達(dá)、微波輻射計(jì)等資料的分析，提高預(yù)報(bào)、預(yù)警能力。