高曉梅 馬守強 王令軍 閆鳳君 陳林祥

(1.濰坊市氣象局，山東 濰坊 261011;2.高密市氣象局，山東 高密 261500;3.諸城市氣象局，山東 諸城 262200）

暴雨特別是大暴雨是水資源的重要組成部分，也是引發(fā)自然災(zāi)害的主要天氣之一，它對工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運輸和人民生命財產(chǎn)安全有重要的影響。暴雨的發(fā)生是由于不同尺度系統(tǒng)相互作用的結(jié)果，天氣尺度系統(tǒng)提供了有利的環(huán)流背景，中、小尺度系統(tǒng)的發(fā)展和加強觸發(fā)了強降水的發(fā)生［1－7］。趙宇等［8］對2003 年 4 月發(fā)生在山東的一次暴雨過程進行了診斷分析，發(fā)現(xiàn)了氣旋和暴雨的發(fā)生發(fā)展及演變機制與物理量場的對應(yīng)關(guān)系。孫興池等［9］分析了山東一次區(qū)域性大暴雨，找出暴雨發(fā)生的機制與條件。張少林等［10］對2004年一次暴雨過程進行分析研究，指出了暴雨與高能舌區(qū)的對應(yīng)關(guān)系。在實際業(yè)務(wù)中，對某一地區(qū)暴雨發(fā)生發(fā)展的規(guī)律和機理認識仍有許多未解因素，因此加強對本地的暴雨研究有非常重要的意義。

2010年7月17日至20日，受高空西風槽、低層切變線和地面氣旋共同影響，山東省出現(xiàn)了一次明顯的持續(xù)性強降水天氣過程，暴雨區(qū)主要集中出現(xiàn)在魯中－半島一帶。從17日晚上至20日，濰坊市出現(xiàn)了暴雨局部大暴雨天氣過程，全市過程平均降水量為65.4mm，有2個縣市降了大暴雨，其中安丘市12小時內(nèi)降水量達到104.8mm。此次暴雨過程分布不均，東部大西部小，而且此次暴雨過程分為兩個階段，第一階段為17日晚至18日，第二階段為19日下午至20日。本文就其大暴雨天氣過程特征及成因進行診斷分析和研究，以期能對進一步做好大暴雨預(yù)報提供重要的指示依據(jù)。

1 環(huán)流形勢分析

2010年7月17日20時500hPa圖(圖略）可以看出，西太平洋副熱帶高壓西伸北抬，588線西伸到東經(jīng)110°N、29°E附近，山東位于584線附近，西風帶北支槽在貝湖東部至河套一帶，另外在四川盆地有一南支槽，低層700hPa圖(圖略）與高空北支槽配合有一低槽，在四川西部有一低渦，850hPa圖(圖略）在河套以東山西至陜西一帶與四川東部分別存在著一條切變線。從低層風場上來看，低空西南急流已經(jīng)建立起來，魯中地區(qū)正好處于高空北支槽前風場輻合區(qū)內(nèi)。7月17日20時地面圖上(圖略）在山西的中北部對應(yīng)著850hPa切變線的區(qū)域生成一氣旋，17日23時(圖略），氣旋東移至山東中部，濰坊市位于氣旋附近，17日夜間濰坊市降水達到最大，至18日05時(圖略），氣旋逐漸減弱并東移至魯東南一帶，濰坊市降水逐漸減弱。18日08時(圖略），500hPa副熱帶高壓穩(wěn)定，北支槽東移北收，低層風場大的輻合區(qū)已經(jīng)到達山東半島，地面圖上風場切變也在半島一帶，強降水區(qū)暫時東移至半島。

7月19日08時500hPa圖(圖略）顯示副熱帶高壓西伸北抬，588線控制魯東南沿海至半島，在山西南部存在一低渦，配合著低層700hPa和850hPa在山東西部均有明顯的風場輻合。并且從低層風場上來看，低空西南急流已經(jīng)建立起來，急流頂端位于魯西，有利于魯西強降水的發(fā)生。19日08時地面圖(圖略）看出在河南中部生成一氣旋，并逐漸向東北方向移動，魯西北處于倒槽頂部，19日上午強降水主要集中在魯西北。19日17時(圖略）氣旋位于山東、河北、河南三省交界，濰坊市地面風場東南氣流逐漸加大，受其影響，19日下午濰坊市自西南開始降水。19日20時(圖略），副熱帶高壓減弱南落，山東省位于584線附近，低渦東移并減弱為低槽，槽線位于魯西北，850hPa風場轉(zhuǎn)為東北氣流，低層風場對魯西降水不太有利，地面圖上氣旋向東北方向移動并減弱，但濰坊市仍然有明顯的切變線存在，降水持續(xù)。20日20時(圖略），高空轉(zhuǎn)為偏西氣流，低層風場輻合主要在魯東南至半島，地面風場也轉(zhuǎn)為偏南風，魯東南至半島也存在明顯的風場輻合，20日夜間降水主要集中在山東半島，濰坊市降水結(jié)束。

2 物理量場分析

2.1 水汽條件分析

要產(chǎn)生大暴雨，大氣中必須具備充分的水汽含量和充足的水汽供應(yīng)［11］。水汽通量表示單位時間內(nèi)通過單位面積的水汽量，它的水平分布能揭示暴雨的水汽來源及主要水汽通道［12］。從17日20時水汽通量圖(圖略）可知，850hPa有一支明顯的水汽輸送帶，為來自孟加拉灣地區(qū)的西南氣流，西南－東北向的水汽通量值區(qū)從四川一直延伸至山東，暴雨區(qū)水汽通量值為 12 g·cm－1·hPa－1·s－1。700hPa與其類似。充沛的水汽自孟加拉灣輸送到濰坊地區(qū)，為第一階段的暴雨產(chǎn)生提供了有利條件。從19日20時水汽通量圖(圖略）可知，850hPa有兩支水汽輸送帶，一支是來自東海的東南暖濕氣流。另一支則來自孟加拉灣地區(qū)的西南氣流，兩支水汽輸送帶把充沛的水汽輸送到濰坊地區(qū)，為第二階段濰坊的暴雨提供了條件。從19日20時各層水汽通量(圖略）來看，大值中心集中在600－850hPa之間，即來自孟加拉灣地區(qū)的西南氣流是此階段暴雨的最主要水汽輸送帶。由于這個水汽通量大值是向西北方向輸送，使濰坊上空的水汽通量不斷加大，為強暴雨提供了充沛的水汽。

水汽通量散度表示輸送來的水汽集中程度的物理量。水汽通量散度負值區(qū)為通量輻合，絕對數(shù)值越大，越有利于對流系統(tǒng)的產(chǎn)生發(fā)展和強降水的產(chǎn)生。從這次過程850hPa水汽通量散度與比濕的分布圖上(圖略）可以看出:水汽條件在對流層中下層比較充沛，17日20時，整個山東上空比濕都在16g/kg，說明山東上空水汽含量充足，同時除魯西北外，山東都處于水汽通量的輻合區(qū)，輻合中心較大區(qū)位于魯中南部及魯南。與此時段的強降水落區(qū)還是比較吻合的，濰坊南部出現(xiàn)強降水，其中安丘出現(xiàn)大暴雨，降水量達104.8mm。19日20時，比濕強度、水汽通量散度較17日20時，有所減弱，中心往東南移，強降水落區(qū)也由此往東往南移動，濰坊強降水也主要位于東南部的高密，降水量64.8mm。

2.2 熱力條件和穩(wěn)定度分析

從此次降水過程850hPa相當位溫分布圖(見圖1）可以看出，7月17日20時850hPaθe山東有一條近南北向的高能舌伸展到山東北部，與高溫高濕不穩(wěn)定區(qū)相對應(yīng)，中心達到348K，與副熱帶高壓西北側(cè)低空西南急流向北輸送的暖濕空氣相配合，極易釋放對流不穩(wěn)定能量造成強降水。19日20時，除魯西北地區(qū)外，山東大部地區(qū)處于大于340 K的高能區(qū)內(nèi)，在魯中形成一東北西南向的密集帶，并明顯南壓，在魯西形成了明顯的向南彎曲，表明冷空氣西北部侵入，觸發(fā)不穩(wěn)定能量釋放，產(chǎn)生對流性強降水，實況強降水產(chǎn)生在暖空氣一側(cè)。

圖12010年7月17日和19日850百帕相當位溫分布圖(a）:17日20時;(b）:19日20時(單位:K）

大氣層結(jié)穩(wěn)定度是由大氣溫度和濕度在鉛直方向上的分布情況所決定的［11］。夏季暴雨多是從積雨云里產(chǎn)生的，所以不但要有強上升運動和高溫、高濕條件外，還要有不穩(wěn)定的大氣層結(jié)。K指數(shù)是一個反映大氣層結(jié)穩(wěn)定度和低層濕度條件的診斷量，K指數(shù)越大說明大氣層結(jié)越不穩(wěn)定，產(chǎn)生降水的可能性越大。按照山東暴雨常規(guī)預(yù)報經(jīng)驗指標［12］:K指數(shù)大于35℃，具備產(chǎn)生暴雨的條件。17日20時(圖略），魯中南部、及魯南地區(qū)k指數(shù)均大于36℃，說明山東上空已經(jīng)具備產(chǎn)生暴雨的不穩(wěn)定層結(jié)條件，實況證明，此次暴雨落區(qū)跟k指數(shù)大值區(qū)相吻合。19日20時(圖略），除魯西地區(qū)外，山東上空k指數(shù)均大于36℃，魯中的西南部地區(qū)還出現(xiàn)大于40℃的大值中心，這與實況暴雨落區(qū)具有很好的對應(yīng)關(guān)系。

2.3 動力條件分析

垂直上升運動的發(fā)展與維持是產(chǎn)生強降水的一個重要動力條件。從高空各層的垂直速度圖可以看出，7月17日08時(圖略）濰坊地區(qū)上空500hPa及以下上升運動速度為正值，這種下沉運動有利于強降水發(fā)生前對流不穩(wěn)定層結(jié)能量的積累。從17日20時垂直速度圖上(圖略）可以看出，500hPa魯南是強上升運動區(qū)，700hPa魯南及魯中均處在上升運動區(qū)，強降水落區(qū)也正好位于此上升區(qū)域。濰坊西北部500hPa為下沉區(qū)，此時段濰坊西部僅有小雨量級的降水。7月19日20時500hPa垂直速度圖上(圖略），魯北地區(qū)出現(xiàn)中心為 －0.7hPa/s的強上升運動，700hPa上魯中出現(xiàn)了一條南北方向的垂直上升運動大值區(qū)，中心達－0.8hPa/s，為此時段該區(qū)域的暴雨產(chǎn)生提供了強烈的上升運動，濰坊正處在該區(qū)域內(nèi)。通過對此次過程垂直速度的分析可以看出，此次強降水過程發(fā)生在強上升運動區(qū)內(nèi)。

3 地面中小尺度系統(tǒng)分析

從地面自動站資料圖可以看出，自7月17日20時(見圖2a）開始，地面自動站逐時低壓中心的移動路徑與大暴雨落區(qū)非常一致，即逐時風場為暴雨落區(qū)的預(yù)報指標。地面自動站風場(見圖2b）顯示，7月20日大的環(huán)境風場為南風，但濰坊西部及北部沿海有東北風，表明地面有弱冷空氣入侵。20日14時開始濰坊附近出現(xiàn)東北風，與東南風構(gòu)成地面輻合線，這正與濰坊強降水相對應(yīng)，17－21時地面輻合線維持在招遠半島一帶，強降水區(qū)東移，濰坊強降水結(jié)束。這說明地面輻合線與強降水落區(qū)有很好的對應(yīng)關(guān)系，是觸發(fā)不穩(wěn)定能量產(chǎn)生降雨的因子。從以上兩個降水階段的中尺度分析可以看出，地面低壓移過的路徑或地面輻合線對應(yīng)著強降雨中心。因此分析地面自動站風場，可以清楚了解冷空氣入侵的時間、路徑、強度，地面低壓移過的路徑或地面輻合線的移動情況，這對于短時臨近預(yù)報中確定降水落區(qū)、起止時間等具有很好的指示意義。

4 雷達與衛(wèi)星云圖分析

濰坊本地強降水從7月17日下午開始，到晚上21時前后達到最強。7月17日19:07至22:46的雷達圖(圖略）可以看出，在濰坊南部安丘、高密、諸城附近上空有強回波，范圍逐漸增大，強度達到40dBZ并穩(wěn)定維持，這與17日晚上濰坊南部強降水區(qū)相對應(yīng)。19日晚上是濰坊的第二個強降水時段。降水從下午開始增強，到晚上雨強達到最大。19日13:05青島雷達圖(圖略）顯示此時強降水回波自西向東移動到濰坊。19日21:06濰坊雷達回波圖(圖略）顯示此時在濰坊北部有一強降水回波，南部有一較弱回波。對應(yīng)降水實況，此時濰坊北部昌邑降水量比較大。

圖2 2010年7月20日20時地面自動站觀測圖

衛(wèi)星云圖能較細致地揭示對流云團的發(fā)展演變。7月17日22時(圖略）山東中部及以東地區(qū)地區(qū)上空有對流云團，而且發(fā)展較強，對應(yīng)地面圖上山東有強降水出現(xiàn)，此時在濰坊南部安丘、高密上空逐漸有強對流云團生成，到18日凌晨，云團迅速加強發(fā)展并向偏東方向移動。這與濰坊強降水區(qū)對應(yīng)較好。19日20:32衛(wèi)星云圖(圖略）顯示強對流云帶呈南北向，而且發(fā)展強烈，自西向東緩慢移動，到20日下午移出濰坊，強降水基本結(jié)束。

5 小結(jié)

(1）中緯度西風槽為此次暴雨過程提供了良好的環(huán)境條件，低層切變線和地面氣旋是產(chǎn)生此次大暴雨的主要影響系統(tǒng)。

(2）低空西南急流為暴雨區(qū)提供了充足的水汽，低層風場的輻合使大量水汽在濰坊上空輻合，并使其產(chǎn)生強烈的上升運動，造成了濰坊此次大暴雨過程的發(fā)生。

(3）濰坊大暴雨落區(qū)k指數(shù)均大于36℃，表明已經(jīng)具備產(chǎn)生暴雨的能量條件，即大暴雨落區(qū)跟k指數(shù)大值區(qū)相吻合。

(4）冷空氣從濰坊西北部侵入，觸發(fā)不穩(wěn)定能量釋放，產(chǎn)生對流性強降水，強降水產(chǎn)生在暖空氣一側(cè)。強上升運動區(qū)與強降水落區(qū)非常吻合。

(5）從此次強降水的地面中小尺度分析可以看出，地面低壓移過的路徑或地面輻合線對應(yīng)著強降雨中心。因此分析地面自動站風場，對于短時臨近預(yù)報中確定降水落區(qū)、起止時間等具有很好的指示意義。

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