張建華，靳 婷

1.福建省華安縣氣象局，福建華安 363800；2.河南省駐馬店市氣象局，河南駐馬店 463000

在全球變暖的氣候背景下，近年來(lái)的大氣環(huán)流異常，暴雨、大暴雨事件常有發(fā)生，強(qiáng)降水造成的經(jīng)濟(jì)和財(cái)產(chǎn)損失越來(lái)越大。暴雨是我國(guó)主要?dú)庀鬄?zāi)害之一，常導(dǎo)致山洪暴發(fā)、房屋沖塌、農(nóng)田淹沒(méi)、交通和電訊中斷等，給國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民生命財(cái)產(chǎn)帶來(lái)嚴(yán)重危害[1]。多年來(lái)，氣象工作者一直重點(diǎn)關(guān)注暴雨，針對(duì)暴雨機(jī)理成因，趙思雄等[2]詳細(xì)研究了中國(guó)暴雨機(jī)理。陳翔翔等[3]從大尺度環(huán)流背景和環(huán)境參數(shù)特征進(jìn)行分析。劉雯等[4]在中小尺度系統(tǒng)特征方面進(jìn)行了研究。目前，暴雨預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率還難以滿足地方政府部門(mén)決策和民眾防災(zāi)需求，這就要求氣象工作者深入認(rèn)識(shí)暴雨發(fā)生發(fā)展的大氣物理機(jī)制，提升暴雨預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率。

漳州市地處福建省東南部，境內(nèi)地勢(shì)西高東低，呈現(xiàn)喇叭口地形。對(duì)于2020年9月19日漳州市中北部暴雨過(guò)程，選用常規(guī)氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)、逐小時(shí)降水資料、多普勒天氣雷達(dá)產(chǎn)品和衛(wèi)星云圖產(chǎn)品擬從高空環(huán)流形勢(shì)、物理量場(chǎng)方面進(jìn)行多維度分析，探討了強(qiáng)降水發(fā)生發(fā)展機(jī)制，為福建地區(qū)強(qiáng)降水研究提供依據(jù)參考。

1 降水過(guò)程實(shí)況與特征

2020年9月19 日夜間，漳州市中北部出現(xiàn)強(qiáng)降水天氣過(guò)程，降水自西南向東北擴(kuò)展。此次暴雨、大暴雨過(guò)程有以下特點(diǎn)：一是范圍廣，累積雨量大。統(tǒng)計(jì)2020年9月19日20:00~20日20:00 24 h降水量發(fā)現(xiàn)，雨量超歷史同期1倍多，全市有60個(gè)自動(dòng)站雨量超過(guò)50 mm，10個(gè)自動(dòng)站雨量超過(guò)100 mm，其中，華安縣沙建鎮(zhèn)最大為183.0 mm。二是短歷時(shí)強(qiáng)降水雨強(qiáng)大。全市有52個(gè)自動(dòng)站小時(shí)雨強(qiáng)超過(guò)30 mm/h，最大小時(shí)雨強(qiáng)出現(xiàn)在華安縣沙建鎮(zhèn)，達(dá)85.0 mm/h，有6個(gè)自動(dòng)站連續(xù)2 h的小時(shí)雨強(qiáng)超過(guò)30 mm/h，沙建鎮(zhèn)連續(xù)2 h累積雨量達(dá)最大151.3 mm，達(dá)到暴雨紅色預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)。三是降水時(shí)段集中，夜雨特征明顯。強(qiáng)降水集中在20日凌晨，過(guò)程降水最強(qiáng)時(shí)段為19日23:00~20日03:00，自西向東移動(dòng)。

2 環(huán)流背景與影響系統(tǒng)

從環(huán)流形勢(shì)（圖1）看，19日20:00亞洲中高緯地區(qū)呈兩槽一脊形勢(shì)，東北冷渦攜冷槽南下，東部沿海受低槽槽前西南氣流影響，588位勢(shì)高度線北界控制在長(zhǎng)江中下游地帶，福建處在592位勢(shì)高度線外圍暖濕不穩(wěn)定區(qū)域。700 hPa低渦冷切變線位于福建西北部，850 hPa低渦位置較700 hPa低渦位置偏北，700 hPa與850 hPa西南急流出口位置相近，位于福建西北部。隨著降水發(fā)生，西南急流發(fā)展加強(qiáng)，低渦隨低槽繼續(xù)向東、向南移動(dòng)。漳州位于低渦切變線南側(cè)急流輻合帶上，福建位于200 hPa分流輻散區(qū)，低層925 hPa偏東風(fēng)輻合區(qū)，低層加強(qiáng)偏東風(fēng)為降水帶來(lái)了源源不斷的水汽。地面場(chǎng)上，福建受東、西路冷空氣影響，西路弱冷空氣冷鋒前沿壓至漳州市北部，冷暖交匯明顯，漳州北部和東部沿海有對(duì)流云團(tuán)發(fā)展。

圖1 2020年9月19日20:00高空影響系統(tǒng)、500 hPa環(huán)流形勢(shì)和FY-2G紅外衛(wèi)星云圖

3 暴雨云團(tuán)生消

監(jiān)測(cè)衛(wèi)星云圖動(dòng)態(tài)（圖2）發(fā)現(xiàn)，中-β暴雨云團(tuán)A在16:00左右形成，云頂亮溫達(dá)-65℃，低槽帶上有多個(gè)對(duì)流云團(tuán)。18:00對(duì)流云團(tuán)A與單體云團(tuán)合并形成對(duì)流云帶，降水趨于明顯。23:00對(duì)流云帶加強(qiáng)發(fā)展，新的暴雨云團(tuán)發(fā)展，亮溫繼續(xù)下降，中心亮溫達(dá)到-71℃。同時(shí)，在云團(tuán)西南部有新的暴雨云團(tuán)B生成發(fā)展。暴雨云團(tuán)發(fā)展旺盛，雨量分布不均，凌晨時(shí)段產(chǎn)生連續(xù)2 h≥30 mm/h的強(qiáng)降水，19日23:00~24日00:00，沙建鎮(zhèn)連續(xù)2 h累積雨量達(dá)最大151.3 mm，23:00~24:00降水最劇烈，達(dá)85.0 mm/h。04:00暴雨云團(tuán)繼續(xù)東移，結(jié)構(gòu)開(kāi)始松散，降水逐漸結(jié)束。

圖2 19日16:00~20日04:00 FY-2G紅外衛(wèi)星云圖

4 物理量分析

4.1 水汽條件

充足的水汽是產(chǎn)生暴雨的必要條件之一，大氣中水汽含量越高，越利于形成暴雨[5]。比濕是大氣水汽因子表征的重要指標(biāo)，分析19日20:00比濕場(chǎng)（圖3a）可知，漳州地區(qū)850 hPa比濕均處在14 g/kg濕度大值區(qū)，伴隨降水發(fā)生，比濕濕舌明顯向北擴(kuò)展，為暴雨的發(fā)生提供了充足的水汽條件。中低層加強(qiáng)的西南急流和近地面偏東風(fēng)是暴雨的兩條水汽輸送通道，為暴雨提供源源不斷的水汽供應(yīng)，西南暖濕急流同時(shí)加強(qiáng)了不穩(wěn)定層結(jié)的不穩(wěn)定性，促進(jìn)強(qiáng)降水發(fā)生發(fā)展。

強(qiáng)降水的出現(xiàn)還離不開(kāi)輻合上升的集中堆積。19日08:00降水發(fā)生前，850 hPa漳州無(wú)明顯水汽通量輻合，19日20:00福建中部沿海出現(xiàn)水汽通量散度負(fù)值區(qū)中心（圖3b），中心值為-1.6×10-6g ·s-1·cm-2·hPa-1，漳州水汽通量散度負(fù)值區(qū)在-1.2～-1.6×10-6g ·s-1·cm-2·hPa-1。隨著時(shí)間推移，水汽通量輻合區(qū)向東北延伸，20日凌晨強(qiáng)降水發(fā)生時(shí)段漳州有較強(qiáng)水汽輸送輻合，且水汽在強(qiáng)降水區(qū)域不斷堆積。

圖3 喀什市1982—2022年開(kāi)春期年際變化

4.2 動(dòng)力條件

低層風(fēng)速切變和水平風(fēng)向切變是引起輻合上升運(yùn)動(dòng)的主要原因之一，通過(guò)散度場(chǎng)分析可知，19日08:00強(qiáng)降雨發(fā)生前，漳州市850 hPa散度為正值，為明顯輻散區(qū)。19日20:00漳州市位于散度輻合區(qū)，中心數(shù)值達(dá)-1.2 s-1，同時(shí)200 hPa散度場(chǎng)福建上空處于強(qiáng)盛分流輻散區(qū)，對(duì)應(yīng)有1.2～1.6 s-1的強(qiáng)輻散中心，表明20:00降水開(kāi)始時(shí)低層存在較強(qiáng)輻合上升運(yùn)動(dòng)，低空輻合高空輻散構(gòu)成上升運(yùn)動(dòng)的必要條件，低層水汽輻合通過(guò)上升運(yùn)動(dòng)釋放凝結(jié)潛熱的正反饋?zhàn)饔眉訌?qiáng)了強(qiáng)降雨的發(fā)展。

垂直速度的垂直分布在一定程度上能揭示暴雨系統(tǒng)的垂直結(jié)構(gòu)。在垂直速度上，對(duì)流層中低層垂直速度為負(fù)值，說(shuō)明有較強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)。分析850 hPa垂直速度可知：漳州850 hPa上維持大于-4 hPa/s的垂直速度，最大垂直速度出現(xiàn)在19日20:00，達(dá)-8 hPa/s。較強(qiáng)的垂直速度配合水汽條件，有利于暴雨的出現(xiàn)。低層輻合上升配合高層輻散下沉的高低空相互耦合貫通共同推動(dòng)暴雨、大暴雨的發(fā)生發(fā)展與維持。

4.3 不穩(wěn)定條件

強(qiáng)降水的產(chǎn)生需要有強(qiáng)烈的輻合上升運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)水汽向上輻合抬升，使低層暖濕大氣層結(jié)抬升凝結(jié)形成降水。假相當(dāng)位溫（θse）是氣壓、水汽壓和溫度的函數(shù)，表征大氣暖濕能量特征，對(duì)流層中，低層假相當(dāng)位溫顯著增加可造成對(duì)流不穩(wěn)定。850 hPa假相當(dāng)位溫場(chǎng)上：暴雨期間，漳州假相當(dāng)位溫一直為72℃~76℃，持續(xù)處在高溫高濕不穩(wěn)定區(qū)高能環(huán)境中。暴雨區(qū)能量、水汽條件充沛，這也是漳州地區(qū)大范圍強(qiáng)降水的能量維持機(jī)制。同時(shí)，假相當(dāng)位溫舌自南向北往東北傾斜，其東、西側(cè)均存在低能中心區(qū)，表明有干冷空氣滲透，有利于增強(qiáng)大氣斜壓不穩(wěn)定性，加劇降水的發(fā)展。

K指數(shù)指大氣穩(wěn)定度，是一個(gè)綜合垂直溫度梯度、低層水汽含量和濕層厚度的氣團(tuán)屬性量。K指數(shù)愈大，表明潛能愈大、大氣愈不穩(wěn)定。19日08:00 K指數(shù)在32℃，20:00 K指數(shù)超過(guò)36℃，暴雨發(fā)生期間，福建處于水汽和熱量高能區(qū)，大氣極不穩(wěn)定，在西南急流與低渦切變線共同激發(fā)下，不穩(wěn)定能量釋放產(chǎn)生此次強(qiáng)對(duì)流降雨。

5 雷達(dá)回波分析

分析龍巖雷達(dá)組合反射率拼圖（圖4）可知，19日20:00龍巖南部有一片狀積云回波，龍巖南部回波發(fā)展增強(qiáng)并向偏東移動(dòng)，22:00龍巖南部回波進(jìn)入漳州北部華安縣境內(nèi)，在華安縣沙建鎮(zhèn)重新生成一塊狀對(duì)流回波，并逐漸發(fā)展旺盛。22:47兩處回波匯合，進(jìn)一步發(fā)展增強(qiáng)，并持續(xù)穩(wěn)定少動(dòng)，從開(kāi)始到結(jié)束持續(xù)1小時(shí)48分，回波強(qiáng)度在45~55 dBz，超過(guò)50 dBz的對(duì)流回波，回波頂高延伸至5 km之上，積云對(duì)流發(fā)展旺盛，造成沙建鎮(zhèn)23:00小時(shí)雨強(qiáng)85 mm，2 h累積雨量151.3 mm。在低渦切變線和急流影響下，23:26回波發(fā)展成橫跨南靖—華安—長(zhǎng)泰呈東北—西南向的帶狀對(duì)流回波，形成接近颮線的強(qiáng)對(duì)流系統(tǒng)回波帶，雷達(dá)回波中心強(qiáng)度超過(guò)55 dBz，并緩慢向東南移動(dòng)。01:00在回波在龍文區(qū)緩慢少動(dòng)，造成龍文區(qū)14個(gè)區(qū)域站小時(shí)雨強(qiáng)超30 mm，其中10個(gè)站小時(shí)雨強(qiáng)超50 mm，最強(qiáng)小時(shí)雨強(qiáng)84.7 mm，僅次于華安縣沙建鎮(zhèn)85.0 mm。后側(cè)入流通道導(dǎo)致帶狀對(duì)流彎曲斷裂位置發(fā)生極端短時(shí)強(qiáng)降水。在弱冷空氣偏北氣流冷入侵和喇叭口地形的共同作用下起到抬升作用，釋放對(duì)流不穩(wěn)定能量，在漳州西南方向持續(xù)形成較強(qiáng)對(duì)流單體并向龍巖地區(qū)不斷移動(dòng)，后向傳播機(jī)制形成明顯列車效應(yīng)，帶來(lái)高效率降水。20日04:00回波基本移出，漳州市境內(nèi)本輪強(qiáng)降水過(guò)程結(jié)束。

圖4 19日20:00（a）、22:47（b）、23:26（c）、 20日01:00（d）龍巖組合反射率

6 結(jié)論

（1）在低槽攜冷空氣和副熱帶高壓外圍不穩(wěn)定形勢(shì)下，對(duì)流性強(qiáng)降水發(fā)生在低渦切變線南側(cè)急流帶上，天氣系統(tǒng)的配合提供了降水發(fā)生的動(dòng)力條件，低層偏東風(fēng)和中低層西南急流提供了降水的水汽來(lái)源，副熱帶高壓外圍高能高濕區(qū)為暴雨產(chǎn)生提供了能量條件，地面擴(kuò)散冷空氣和中尺度系統(tǒng)形成了暴雨觸發(fā)機(jī)制。漳州市此次中北部大暴雨過(guò)程主要是夜間短歷時(shí)強(qiáng)降水引起的，小時(shí)雨強(qiáng)極端。

（2）中低層加強(qiáng)的西南急流和近地面偏東風(fēng)是暴雨的兩條水汽輸送通道，為暴雨提供了源源不斷水汽的供應(yīng)。較強(qiáng)水汽輸送輻合促使水汽在強(qiáng)降水區(qū)域堆積。低層水汽輻合通過(guò)上升運(yùn)動(dòng)釋放凝結(jié)潛熱的正反饋?zhàn)饔?，加?qiáng)了強(qiáng)降雨的發(fā)展。暴雨區(qū)能量、水汽條件充沛，假相當(dāng)位溫舌自南向北往東北傾斜，在其東、西兩側(cè)存在低能中心區(qū)，干冷空氣滲透利于增強(qiáng)大氣斜壓不穩(wěn)定性，加劇降水發(fā)展。

（3）在低渦切變線和急流影響下，積云對(duì)流發(fā)展旺盛，形成接近颮線的強(qiáng)對(duì)流系統(tǒng)回波帶，后側(cè)入流通道導(dǎo)致帶狀對(duì)流彎曲斷裂的位置發(fā)生了極端短時(shí)強(qiáng)降水。在弱冷空氣偏北氣流冷入侵和喇叭口地形的共同作用下起到了抬升作用，釋放了對(duì)流不穩(wěn)定能量，形成后向傳播機(jī)制，造成明顯的列車效應(yīng)，加劇了降水。