高清源 金巍 高清泉 田璐 韓穎 徐慶喆

摘要 本文利用NCEP再分析資料，對(duì)2010年7月19日環(huán)渤海地區(qū)一次鋒面強(qiáng)降水過(guò)程進(jìn)行了診斷分析。結(jié)果表明：此次強(qiáng)降水是由冷暖氣流交匯產(chǎn)生的，低層暖濕空氣被迫抬升，形成鋒面強(qiáng)降水天氣;高低空急流的耦合作用，與鋒面抬升作用相疊加，上升運(yùn)動(dòng)進(jìn)一步加強(qiáng);高空急流抽吸作用、高低空急流耦合作用以及鋒面抬升作用，三者共同造成了深厚強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)，是此次強(qiáng)降水主要的動(dòng)力抬升機(jī)制;干冷空氣隨時(shí)間從高層逐漸向低層延伸，表現(xiàn)為干冷空氣隨著下沉氣流向低層輸送，具有明顯的干侵入特征。

關(guān)鍵詞 鋒面;耦合;干侵入;動(dòng)力抬升

中圖分類號(hào)：P458.121 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2021）08–0064–02

Diagnostic Analysis of a Frontal Heavy Precipitation Process in Bohai Sea Surrounding Area

GAO Qing-yuan et al（Anshan Meteor-ological Bureau， Anshan， Liaoning 114000）

Abstract Based on NCEP/ NCAR reanalysis data， a frontal heavy precipitation process around Bohai Sea on July 19，2010 was diagnosed and analyzed. The results show that： the heavy precipitation around Bohai Sea is caused by the intersection of cold and warm air， the warm and wet air in the lower layer is forced to rise， forming the front heavy precipitation weather. The coupling effect of high-level jet and low-level jet is superimposed with frontal uplift， and the upward movement is further strengthened. The suction of upper level jet， the coupling of upper level jet and low level jet， and the frontal uplift jointly lead to the deep and strong upward movement， which is the main dynamic uplift mechanism of the heavy rainfall. The dry cold air gradually extends from the upper troposphere to the lower troposphere with time， which shows that the dry cold air is transported to the lower troposphere with sinking air， and has obvious dry invasion characteristics.

Key words Front; Coupling effect; Dry invasion; Dynamic uplift

暴雨是我國(guó)主要災(zāi)害性天氣之一，其中鋒面對(duì)暴雨天氣具有重要的作用[1]。高守亭等[2]指出，在高空急流軸下方存在反環(huán)流，反環(huán)流上升支與其下鋒前上升氣流相耦合，形成強(qiáng)上升氣流。任麗等[3]指出高低空急流耦合，利于天氣系統(tǒng)上升運(yùn)動(dòng)。李兆慧等[4]通過(guò)研究得出，高低空急流增強(qiáng)特征與高低空耦合形成的急流—鋒面的次級(jí)環(huán)流對(duì)上升運(yùn)動(dòng)維持和發(fā)展起著重要作用。武威等[5]通過(guò)分析強(qiáng)對(duì)流天氣，指出高低空急流耦合作用產(chǎn)生次級(jí)環(huán)流，觸發(fā)不穩(wěn)定能量釋放，形成強(qiáng)對(duì)流天氣。有學(xué)者從Boussinnesq近似出發(fā)，對(duì)位渦概念進(jìn)行了改進(jìn)和發(fā)展，提出濕位渦概念。于玉斌等[6]等研究指出，將位渦分解為正壓和斜壓部分，能更好地揭示位渦兩項(xiàng)與暴雨強(qiáng)度以及落區(qū)的關(guān)系。Danielsen[7]利用干冷空氣流場(chǎng)的三維結(jié)構(gòu)，演示氣流從對(duì)流層高層下沉至地面冷鋒的過(guò)程。鐘水新等[8]通過(guò)模擬冷渦降水，發(fā)現(xiàn)從對(duì)流層高層向下層侵入的高PV的干冷空氣。黃彬等[9]研究指出，高層干冷空氣侵入是從氣旋中心區(qū)開(kāi)始下沉的，受到干冷空氣的作用，其靜力穩(wěn)定度下降。

1 降水概況和環(huán)流背景

2010年7月19日，強(qiáng)降水中心位于河北—山東交界的鹽山站附近（圖1），累計(jì)降水量超過(guò)150 mm，黃驊、鹽山、撫寧、樂(lè)亭四站6 h累計(jì)降水量均超過(guò)110 mm，最大累計(jì)降水量達(dá)130 mm，此次強(qiáng)降水過(guò)程中出現(xiàn)明顯的短時(shí)強(qiáng)降水天氣，降水時(shí)段集中，具有降水梯度大、局地性強(qiáng)的分布特征。

暴雨期間，高空200 hPa，河套地區(qū)為明顯的高空槽區(qū)，槽前存在明顯的高空急流，急流中心位于45°N附近，呈東西向分布，急流中心最大風(fēng)速大于60 m·s-1，華北地區(qū)處于高空急流入口區(qū)，存在10×10-5 s-1的強(qiáng)輻散中心，高空具有強(qiáng)輻散作用。500 hPa處于副高壓邊緣西北側(cè)，西南暖濕氣流強(qiáng)盛，高空槽冷空氣入侵，冷暖交匯，形成強(qiáng)降水。

2 特征分析

從圖1a中可以看出，700～300 hPa層為明顯的散度負(fù)值區(qū)，即氣流輻合區(qū)，中心極值<-10×10-5 s-1，冷暖氣流在鋒面處交匯;對(duì)流層低層900 hPa附近、中層500 hPa附近和高層300 hPa附近均存在輻散中心，中心極值為（4～6）×10-5 s-1。在垂直速度場(chǎng)上，鋒面上方存在沿著鋒面分布的垂直速度的負(fù)值區(qū)，即上升運(yùn)動(dòng)區(qū)，200 hPa以下整層都為上升運(yùn)動(dòng)，600～300 hPa層達(dá)到最大，強(qiáng)度<-1.8 Pa·s-1;鋒面下方500 hPa層以下為垂直速度的正值區(qū)，為下沉氣流，中心極值在700 hPa附近，強(qiáng)度>1.2 Pa·s-1。鋒面兩側(cè)氣流的垂直運(yùn)動(dòng)存在明顯差異。

進(jìn)一步分析垂直方向上次級(jí)環(huán)流動(dòng)力作用（圖1b），200 hPa高空急流處于低空急流上方，高空急流中心偏北，低空急流位于高空急流入口區(qū)的右側(cè)，在垂直方向上低空急流與高空急流入口區(qū)有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。200 hPa高空急流軸具有明顯的經(jīng)向特征，伴隨的強(qiáng)輻散區(qū)位于高空急流入口區(qū)右側(cè)，強(qiáng)度達(dá)10×10-5 s-1，在急流入口區(qū)右側(cè)產(chǎn)生上升運(yùn)動(dòng)，在低層形成輻合區(qū)。高、低空急流耦合，高空急流次級(jí)環(huán)流的上升支與低空急流垂直環(huán)流的上升支相疊加，進(jìn)一步加強(qiáng)暖濕氣流上升運(yùn)動(dòng)。

從圖1c中可以看出，7月18日20：00，在（40°N，119°E）高空300～400 hPa附近，存在明顯的濕位渦MPV1極值區(qū)，中心極值1.6～2.0 PUV，表明對(duì)流層高層存在具有明顯對(duì)流性穩(wěn)定層結(jié)特征的干冷空氣。隨著時(shí)間的推移，MPV1正的大值區(qū)從對(duì)流層高層逐漸向低層伸展，19日20：00在900 hPa層附近形成MPV1正的大值區(qū)，極值為1.0～1.4 PUV，說(shuō)明對(duì)流層高層的干冷空氣隨時(shí)間從高層逐漸向低層侵入，于19日20：00左右侵入近地面層，干侵入特征非常明顯。

3 結(jié)論

（1）此次強(qiáng)降水主要是槽后冷空氣與西南暖濕氣流交匯形成的。西南暖濕氣流強(qiáng)盛，高層干冷空氣入侵，低層暖濕空氣被迫抬升，形成鋒面強(qiáng)降水天氣。

（2）高低空急流耦合，高空急流次級(jí)環(huán)流上升支與低空急流垂直環(huán)流的上升支相合并，與鋒面抬升作用相疊加，從而形成低層輻合，高層輻散的深厚的上升運(yùn)動(dòng)。高空急流的抽吸作用、高低空急流的耦合作用以及鋒面抬升作用，三者共同形成深厚強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)，是此次強(qiáng)降水主要的動(dòng)力抬升機(jī)制。

（3）干冷空氣隨時(shí)間從高層逐漸向低層延伸，表現(xiàn)為干冷空氣隨著下沉氣流向低層輸送，具有明顯的干侵入特征。

參考文獻(xiàn)

[1] 王遵婭，丁一匯.中國(guó)雨季的氣候?qū)W特征[J].大氣科學(xué)，2008，32（1）：1-13.

[2] 高守亭，陶詩(shī)言.高空急流加速與低層鋒生[J].大氣科學(xué)，1991，15（2）：11-22.

[3] 任麗，楊娃娃，唐熠，等.一次溫帶爆發(fā)性氣旋引發(fā)的大暴雪過(guò)程診斷分析[J].氣象與環(huán)境學(xué)報(bào)，2015，31（5）：45-52.

[4] 李兆慧，王東海，王建捷，等.一次暴雪過(guò)程的鋒生函數(shù)和急流—鋒面次級(jí)環(huán)流分析[J]. 高原氣象， 2011（6）： 1505-1515.

[5] 武威，顧佳佳.2013年“0801”豫中南地區(qū)強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程中尺度特征及成因分析[J].氣象與環(huán)境學(xué)報(bào)，2015，31（5）： 16-24.

[6] 于玉斌，姚秀萍.對(duì)華北一次特大臺(tái)風(fēng)暴雨過(guò)程的位渦診斷分析[J].高原氣象，2000，19（1）：111-120.

[7] Danielsen E F.Project Springfiekld Report[R].Defense Atomic Support Agency，Washington D C.20301，DASA 1517（NTIS AD-607980），1964.

[8] 鐘水新，王東海，張人禾，等.一次東北冷渦降水過(guò)程的結(jié)構(gòu)特征與影響因子分析[J].高原氣象，2011，30（4）：951-960.

[9] 黃彬，陳濤，康志明，等.誘發(fā)渤海風(fēng)暴潮的黃河氣旋動(dòng)力學(xué)診斷和機(jī)制分析[J].高原氣象，2011，30（4）：901-912.

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