任睿智?孫璐

摘 要：利用歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心（ECMWF）每天間隔6 h、分辨率為0.125°×0.125°的ERA-Interim再分析資料，應(yīng)用等熵位渦對華南一次雙雨帶過程進(jìn)行分析，重點(diǎn)對比在相同的大尺度環(huán)境場下暖區(qū)暴雨和鋒面暴雨的差異。結(jié)果顯示，暖區(qū)暴雨發(fā)生時(shí)高層輻散起到主要作用，鋒面暴雨的發(fā)生受高層輻散和低層輻合共同影響；暖區(qū)暴雨的輻合輻散強(qiáng)度小及垂直速度明顯慢；通過等熵位渦分析，高層高位渦中心和強(qiáng)降水中心對應(yīng)關(guān)系較好，正位渦中心東北部的北風(fēng)形成風(fēng)場的輻散區(qū)促使抽吸作用加強(qiáng)，最終導(dǎo)致對流發(fā)展。鋒面暴雨在對流層中層存在等熵位渦的大值中心，中層冷空氣下沉引起鋒面暴雨的發(fā)展維持，而暖區(qū)暴雨發(fā)生過程中受冷空氣影響較小。

關(guān)鍵詞：暖區(qū)暴雨；鋒面暴雨；等熵位渦

中圖分類號：P458 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B文章編號：2095–3305（2024）01–0-03

華南前汛期主要降水類型有鋒面暴雨和暖區(qū)暴雨2種：前者在鋒面附近受冷暖氣團(tuán)影響；后者在距鋒面200～300 km的鋒前，受單一暖氣團(tuán)影響，兩者發(fā)生條件有明顯差異[1]。趙玉春等[2]指出，暖區(qū)暴雨水汽輸送環(huán)境更強(qiáng)，且處于高能量區(qū)。兩者中尺度對流單體（MCS）也明顯不同，鋒面上的MCS斜壓性更強(qiáng)，冷暖空氣同時(shí)參與對流；暖區(qū)暴雨則由多個(gè)β尺度的MCS引起，對流系統(tǒng)更小，平均回波頂高更低[3]。

等熵位渦被廣泛應(yīng)用于寒潮、雨雪冰凍方面的研究，由于兼顧了動(dòng)力因子和熱力因子，也被廣泛應(yīng)用于暴雨的研究[4]。據(jù)研究，等熵位渦高值區(qū)與強(qiáng)降水中心有很好的對應(yīng)關(guān)系[5]。周秋林等[6]指出，暴雨區(qū)常位于高位渦中心的東南側(cè)，當(dāng)某地區(qū)受正渦度平流控制時(shí)強(qiáng)降水發(fā)生，受負(fù)渦度平流控制時(shí)強(qiáng)降水結(jié)束。張亞妮等[7]指出，正等熵位渦主要由平流作用引起，在其東側(cè)誘發(fā)異常，最終導(dǎo)致對流加強(qiáng)。2015年5月19日到20日的一次華南地區(qū)雙雨帶過程，在相同大尺度條件下利用等熵位渦對暖區(qū)暴雨和鋒面暴雨進(jìn)行對比分析。

采用資料為歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心（ECMWF）每天間隔6 h、分辨率為0.125°×0.125°的ERA-Interim再分析資料；中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)提供的0.1°×0.1°自動(dòng)站和CMORPH降水融合資料。

1 降水過程與大尺度環(huán)境場特征

2015年5月19日12：00—20日12：00（世界時(shí)，下同）整個(gè)廣東地區(qū)出現(xiàn)了雙雨帶過程，南北都出現(xiàn)強(qiáng)降水中心。北側(cè)強(qiáng)降水中心以帶狀為主、范圍大，落區(qū)從廣東北部延伸至中部，降水量級較小，24 h累計(jì)降水量達(dá)100 mm以上；南側(cè)強(qiáng)降水中心以塊狀為主、范圍小，降水量級大、局地性強(qiáng)，24 h累計(jì)降水量達(dá)350 mm以上。據(jù)統(tǒng)計(jì)逐小時(shí)累計(jì)降水分布，北側(cè)強(qiáng)降水中心逐漸南移，最終合并加強(qiáng)了南側(cè)強(qiáng)降水（圖略）。

19日12：00暴雨剛開始，200 hPa華南地區(qū)處于高空急流南部，廣東南部受西北氣流影響，北部受偏南氣流控制、形成輻散；500 hPa為兩槽一脊，副熱帶高壓呈東西帶狀分布，廣東主要受其偏西氣流的影響；850 hPa上廣東大部比濕大于16 g/kg，孟加拉灣的水汽在西南氣流控制下向廣東輸送，為降水提供了充足水汽條件；廣東西部受東南和西南氣流的共同影響形成地面輻合線。

2 熱動(dòng)力學(xué)特征

由圖2可知，19日12：00降水剛發(fā)展時(shí)，850 hPa上廣東大部假相當(dāng)位溫大于336 K，北部更有假相當(dāng)位溫密集帶（＞340 K），可見暴雨發(fā)生時(shí)廣東大部處于高溫高濕的條件下（圖2a）。沿115.5°E做垂直剖面圖，在25°N以北有明顯的假相當(dāng)位溫密集帶，即鋒區(qū)；鋒區(qū)向上延伸到對流層中層，且向北傾斜。在本次過程中，北側(cè)降水在鋒面附近、受鋒面影響，為鋒面暴雨；南側(cè)降水距鋒面較遠(yuǎn)、受強(qiáng)西南風(fēng)影響，是華南地區(qū)典型的暖區(qū)暴雨（圖2b）。

以沿23°N的剖面圖代表暖區(qū)暴雨的變化情況（圖3），以沿24.5°N的剖面圖代表鋒面暴雨的變化情況（圖4），發(fā)現(xiàn)兩者的成因及動(dòng)力機(jī)制存在明顯的差異。

由圖3可知，暖區(qū)暴雨初始，高層輻散較強(qiáng)；19日18：00，高層輻散中心出現(xiàn)在暴雨區(qū)上空；20日00：00，高層輻散中心進(jìn)一步加強(qiáng)；20日06：00，暴雨區(qū)高空出現(xiàn)了散度大于3.5個(gè)單位的強(qiáng)輻散中心。整個(gè)過程低層輻合很弱，未出現(xiàn)明顯變化，說明高層輻散對維持本次暖區(qū)暴雨起著重要作用。除降水開始的19日12：00之外，整個(gè)過程降水區(qū)都處于強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)區(qū)域，上升運(yùn)動(dòng)逐漸增強(qiáng)，至20日00：00，在400 hPa出現(xiàn)大于24 m/s的垂直速度大值中心。

由圖4可知，鋒面暴雨初始，對流層上層有強(qiáng)輻散中心、中層有強(qiáng)輻合中心；19日18：00，對流層低層也出現(xiàn)強(qiáng)輻合中心；20日00：00，對流層上層輻散中心強(qiáng)度增加、范圍擴(kuò)大，而中低層仍以輻合為主；20日06：00，對流層高層輻散中心范圍略有縮小，低層輻合中心加強(qiáng)。整個(gè)降水過程中，輻合、輻散中心對應(yīng)良好，說明對鋒面降水高層輻散和低層輻合均具有重要作用，且其強(qiáng)度都大于暖區(qū)暴雨的輻合輻散中心。由于高低層輻散輻合配合較好，鋒面降水的垂直速度明顯大于暖區(qū)降水，垂直速度最大值達(dá)40 m/s。

3 等熵位渦以及位渦平流水平特征分布

由圖5可知，356 K的等熵位渦位于200 hPa附近，等熵位渦分布與變化可代表高層系統(tǒng)的活動(dòng)。19日12：00，廣東出現(xiàn)等熵位渦大值中心（大于0.4 IPV），隨降水發(fā)展大值中心加強(qiáng)（圖5a）；19日18：00廣東北部出現(xiàn)大于1 IPV的等熵位渦大值中心（圖5b）；20日00：00，廣東北部出現(xiàn)負(fù)的等熵位渦，而東部沿海繼續(xù)維持等熵位渦大于0.6 IPV的大值中心，之后6 h北部鋒面降水結(jié)束，南部暖區(qū)降水仍持續(xù)，對應(yīng)于正等熵位渦影響區(qū)域（圖5c）；20日06：00，等熵位渦由正值轉(zhuǎn)為負(fù)值，預(yù)示降水即將結(jié)束（圖5d）?？梢?，高等熵位渦中心和強(qiáng)降水中心有較好的對應(yīng)關(guān)系。從19日12：00—20日00：00，正等熵位渦中心東北部的北風(fēng)持續(xù)加強(qiáng)，形成風(fēng)場的輻散區(qū)。上層輻散加強(qiáng)的抽吸作用導(dǎo)致對流發(fā)展，因此高層的輻散可能是本次降水過程得以長時(shí)間維持的原因。

在不考慮摩擦和加熱的情況下，沿等熵面位渦守恒，其變化主要是受到位渦平流的影響。20日06：00出現(xiàn)的負(fù)位渦異?？赡苡韶?fù)的位渦平流引起。

4 等熵位渦垂直特征

沿23°N和24°N做經(jīng)向等熵位渦垂直剖面圖，分別代表暖區(qū)暴雨和鋒面暴雨的發(fā)生發(fā)展區(qū)域。由圖6可知，鋒面暴雨剛開始時(shí)，400～500 hPa上廣東地區(qū)有高位渦中心（大于0.6 IPV）（圖6a）；19日18：00，該中心影響范圍有所擴(kuò)大（圖6b）；20日00：00，高位渦中心發(fā)展至強(qiáng)度達(dá)0.8 IPV以上，且東移下沉（圖6c），由于等熵位渦也可預(yù)示冷空氣，這說明鋒面暴雨中高層有冷空氣下沉；20日06：00，中層的位渦大值區(qū)減弱至消失，預(yù)示降水即將結(jié)束（圖6d）。

由圖7可知，在整個(gè)暖區(qū)暴雨發(fā)展的過程中，除20日06：00外中層等熵位渦都較小。綜上，影響鋒面降水的系統(tǒng)以對流層中層為主，中高層冷空氣下沉有利于對流發(fā)展；暖區(qū)降水發(fā)展過程中等熵位渦較小，受冷空氣影響較小。

5 結(jié)論

以2015年5月19—20日華南一次雙雨帶過程為例，在兩者有相同大尺度環(huán)流的條件下，對比分析了暖區(qū)暴雨與鋒面暴雨之間的差異。主要結(jié)論體現(xiàn)在以下2個(gè)方面。

（1）暖區(qū)暴雨發(fā)生時(shí)高層輻散起著主要作用，鋒面暴雨則受高層輻散和低層輻合共同影響，且暖區(qū)暴雨輻合輻散的強(qiáng)度、垂直速度明顯小于鋒面暴雨。

（2）利用等熵位渦分析發(fā)現(xiàn)在365 K的高層，高位渦中心和強(qiáng)降水中心有較好的對應(yīng)關(guān)系；正位渦中心東北部的北風(fēng)持續(xù)加強(qiáng)形成風(fēng)場輻散區(qū)，上層輻散加強(qiáng)的抽吸作用最終導(dǎo)致對流發(fā)展，使本次降水過程得以維持。垂直剖面圖顯示，對于鋒面暴雨而言，在對流層中層存在等熵位渦的大值中心，中層冷空氣下沉引起鋒面暴雨的發(fā)展維持，而暖區(qū)暴雨受冷空氣影響較小。

參考文獻(xiàn)

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