魯西北西部一次大暴雨過程成因診斷分析

紀(jì)凡華，徐 娟，韓風(fēng)軍，李亞萍

（聊城市氣象局，山東聊城 252000）

魯西北西部一次大暴雨過程成因診斷分析

紀(jì)凡華，徐 娟，韓風(fēng)軍，李亞萍

（聊城市氣象局，山東聊城 252000）

利用常規(guī)資料、NCEP1°×1°再分析資料和衛(wèi)星云圖資料對2013－07－26魯西北西部一次大暴雨天氣過程進行分析，結(jié)果表明：副高邊緣的暖式切變線是產(chǎn)生此次大暴雨的主要影響系統(tǒng)；偏南氣流輸送了充足的水汽和不穩(wěn)定能量，建立了不穩(wěn)定層結(jié)，冷空氣觸發(fā)對流，引發(fā)不穩(wěn)定能量釋放，導(dǎo)致強降水產(chǎn)生；大暴雨發(fā)生在水汽通量高值區(qū)右側(cè)的密集帶偏西位置及暖濕空氣沿著冷空氣爬升的能量鋒上；強降水發(fā)生在中尺度對流系統(tǒng)發(fā)展強盛到成熟階段，降水落區(qū)位于強冷云頂?shù)暮髠?cè)，短時強降水發(fā)生在云頂亮溫梯度最大處。

大暴雨；暖式切變線；短時強降水；衛(wèi)星云圖

暴雨是華北地區(qū)夏季常見的一種災(zāi)害性天氣，特別是持續(xù)性、大范圍暴雨有時會誘發(fā)泥石流、山體滑坡等次生災(zāi)害，從而給相關(guān)地區(qū)人民的生命和財產(chǎn)安全帶來巨大損失。充沛的水汽供應(yīng)是暴雨產(chǎn)生的基本條件［1－4］，特別是持續(xù)時間長和強度大的暴雨［5］。華北地區(qū)地處東亞季風(fēng)帶，夏季暴雨產(chǎn)生時的水汽來源一般有孟加拉灣、西太平洋、南海等［2］。特大暴雨一般是中尺度對流云團所導(dǎo)致［6］，江吉喜等［7］分析了1996年8月3—5日河北省的特大暴雨過程，認為該過程主要受兩個中尺度云團的直接影響，該云團的形成和發(fā)展，是偏南風(fēng)低空急流與華北北部南下的近地面層弱冷空氣相互作用的結(jié)果。楊曉霞等［8］對山東省三次暖切變線極強降水進行對比分析，認為低層暖濕氣流螺旋式輻合上升與中高層入侵的干冷空氣相遇，水汽凝結(jié)率增大，降水強度增強；中高層干冷空氣侵入的時段與極強降水的時段相對應(yīng)。

利用常規(guī)資料、NCEP1°×1°再分析資料和衛(wèi)星云圖資料，對2013－07－26發(fā)生在魯西北西部的一次大暴雨過程進行分析，試圖揭示該過程中降水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和形成原因，為山東省西部地區(qū)強降水天氣的短時臨近預(yù)警提供客觀依據(jù)。

1 暴雨過程概況

7月26日00—10時 （北京時，下同），魯西北西部出現(xiàn)一次大暴雨天氣過程 （圖1），2站降雨量超過200mm，17站超過100mm。從圖1a可以看到降雨落區(qū)比較集中，聊城中北部普降大暴雨，此次降水中心在聊城市區(qū)和茌平，聊城站總降水量178.3mm，茌平站總降水量166.2mm。兩站逐小時雨量變化 （圖1b）顯示，茌平站26日04—05時降水強度最強，為67.8mm/h，聊城站26日07—08時降水強度最強，為75.0mm/h，這說明此次暴雨屬于對流性強降水，有短歷時強降水的特征。

圖1 2013－07－26T00—10魯西北西部降雨量分布 （a）和聊城站、茌平站逐小時降雨量 （b）（單位：mm）

2 環(huán)流形勢與主要天氣系統(tǒng)

7月25日20時高空形勢場上 （圖2a），500 hPa中緯度河套上游有弱低槽發(fā)展，西太平洋副熱帶高壓 （以下簡稱副高）北抬，其脊線到達30°N，588dagpm線西伸到112°E附近，其北端穿過山東的南部，魯西北處于副高邊緣的暖濕氣流中。700hPa上沿著副高邊緣有一東北—西南向的切變線，其東北端位于渤海以西，西南端到達四川盆地。北部灣上空有一熱帶低壓，低壓外圍大風(fēng)與副高邊緣的偏南氣流重合，產(chǎn)生從南海到華北平原的偏南風(fēng)氣流帶，河套地區(qū)北側(cè)附近有弱冷鋒進入南亞低壓向北延伸的倒槽 （圖略），使倒槽東北部氣旋性增強，氣壓降低南風(fēng)加大。850hPa上貝加爾湖上空有弱低渦，東亞大陸盛行偏南氣流，河北南部—山東西部有暖式切變線發(fā)展，濟南市章丘站為4m/s的東南風(fēng)。26日08時700hPa（圖略）上邢臺站風(fēng)速增大到10 m/s，有利于水汽的輸送，山東省處于切變線南側(cè)，偏南氣流的左前方。850hPa形勢場上 （圖2b）貝加爾湖低渦穩(wěn)定少動，華北的暖式切變線移動緩慢，章丘站出現(xiàn)16m/s的強西南風(fēng)，魯西北地區(qū)輻合增強。綜上可見在沒有明顯的冷空氣入侵情況下，副高邊緣的偏南氣流加強，魯西北暖式切變線穩(wěn)定在聊城地區(qū)，造成此次以短時強降水為特征的大暴雨過程，可見副高邊緣的暖切變線為此次大暴雨的主要影響系統(tǒng)。

圖2 2013－07－25T20高空系統(tǒng)配置 （a）和2013－07－26T08 850hPa（b）形勢場 （等值線為位勢高度，單位為dagpm；黑圓點為暴雨區(qū)，下同）

3 暴雨發(fā)生發(fā)展的環(huán)境條件

3.1 水汽條件分析

圖3 2013－07－25T20 850hPa水汽通量（a，單位為g/ （cm·hPa·s））和風(fēng)場及聊城24—26日比濕場垂直剖面隨時間演變圖 （b，單位為g/kg）

此次過程中副高邊緣的偏南氣流，將來自南海的豐富水汽向華北平原輸送。從7月25日20時850hPa水汽通量和風(fēng)場 （圖3a）可看出，在中國東部一個水汽通量大于8g/（cm·hPa·s）的水汽輸送通道已經(jīng)建立，最大水汽通量為12g/（cm·hPa·s），水汽通道右側(cè)沒有等值線密集帶，說明降水過程中沒有明顯的冷空氣侵入。山東半島有一水汽通量低于4g/（cm·hPa·s）的小值區(qū)，受高空低渦影響，空氣總體偏冷，山東中、西部是冷暖空氣交匯區(qū)，魯西北在水汽通量10g/（cm·hPa·s）大值區(qū)的東北方，正處于暖空氣沿著冷空氣爬升的鋒區(qū)，具有較好的冷卻凝結(jié)形成降水的條件。從比濕場隨時間的演變圖 （圖3b）可以看出，聊城站近地面比濕24日08時大于14g/kg，20時大于16g/kg，25日20時大于18g/kg，并且水汽向高空擴散，2g/kg等值線到達400hPa以上，近地面水汽達到過飽和狀態(tài)。26日00時，降水開始之后近地面比濕稍有降低，但一直大于18g/kg，是維持聊城站3小時短時強降水的有利條件，驗證了比濕大于14g/kg是山東產(chǎn)生暴雨的一個有利條件。

3.2 假相當(dāng)位溫分析

假相當(dāng)位溫θse表征著大氣溫濕能量特征，有利的大氣溫濕條件是產(chǎn)生暴雨的首要前提［9］。從聊城站24日20時—26日20時假相當(dāng)位溫隨時間的演變圖 （圖4a）可以看出，降水開始之前，高空整層大氣的不穩(wěn)定能量不斷積聚。25日08時近地面θse為360K，345K等值線伸到500hPa高度附近，中低層大氣高溫高濕。25日14時θse明顯升高，925hPa以下θse大于360K，表明近地面暖濕空氣增溫增濕變化明顯；700 hPa附近出現(xiàn)θse為340～345K的低值，表明開始有冷空氣入侵。25日20時750～850hPa之間出現(xiàn)等值線密集區(qū)，冷空氣不斷加強，開始引發(fā)中低層空氣的上升運動，產(chǎn)生對流。26日02時，850hPa以下附近開始出現(xiàn)θse梯度，表示有冷空氣繼續(xù)入侵，與偏南氣流相遇，輻合增強，上升運動增強，從而觸發(fā)不穩(wěn)定能量釋放產(chǎn)生降水。26日08時高能舌向高層發(fā)展，到達700 hPa高度，并且700～850hPa出現(xiàn)θse大梯度區(qū)，表明空氣對流發(fā)展強烈，暖濕空氣與冷空氣相遇，有利于大量水汽在此過程中冷卻凝結(jié)形成強降水，實況是08時聊城站出現(xiàn)75mm/h的雨強。26日14時冷空氣侵入低層，對流結(jié)構(gòu)崩潰，降水結(jié)束。高能舌往高層發(fā)展到崩潰的時間與降水持續(xù)時間一致。從圖4b可以看出，西南—東北向的高能舌從四川至華北平原延伸，山東存在一個假相當(dāng)位溫為335K的低能區(qū)向西延伸出一低能舌，高低能舌與低能舌之間的梯度區(qū)與降水落區(qū)一致，大暴雨發(fā)生在暖濕空氣沿著冷空氣爬升的能量鋒上，也就是魯西北地區(qū)。

圖4 聊城θse垂直剖面隨時間演變圖 （a）及2013－07－25T20 850hPaθse分布圖 （b）（單位為 K）

4 強對流云團與特大暴雨的關(guān)系

本次降水發(fā)生在副高邊緣，F(xiàn)Y－2E衛(wèi)星云圖顯示，暴雨在副高北側(cè)外圍的多個強對流云團相互作用下產(chǎn)生 （圖5）。

26日01時在魯西北西部有一團狀對流云團A強烈發(fā)展，云頂亮溫 （TBB）不斷降低，范圍迅速擴大；02時A云團TBB低于220K，發(fā)展為一近似細胞形的的α中尺度對流系統(tǒng)，與此同時河北省中南部有一對流云團B發(fā)展；03時A云團TBB繼續(xù)降低，B云團移動較快，逐漸與A云團在魯西北相接；04時A云團出現(xiàn)低于200K的冷云頂，范圍繼續(xù)擴大；05時對流系統(tǒng)發(fā)展到最盛，A云團的后側(cè)TBB梯度也迅速增大，云圖上表現(xiàn)為成熟的 MαCS，對流云團覆蓋魯西北西部、魯西南北部，聊城市茌平縣城出現(xiàn)短時強降水，在此過程中B云團位置穩(wěn)定少動；06時A云團冷云頂向南擴展，TBB最低，范圍最廣，在魯西北西部出現(xiàn)大范圍的強降水，茌平站04—05時、05—06時分別出現(xiàn)44.0mm、67.8mm的強降雨，之后對流云團A向西南方向緩慢移動，其西北側(cè)有多個中－β尺度的對流云團與A云團合并；07時云團TBB梯度較大，聊城城區(qū)出現(xiàn)短時強降水；08時A、B云團位置、云頂亮溫變化不大，聊城市區(qū)06—08時出現(xiàn)2h的短時強降水；09時開始A云團云頂亮溫升高，對流減弱，降水減弱。

從圖5可以看出，對流云團發(fā)展迅速，02時已經(jīng)出現(xiàn)中－α尺度對流系統(tǒng)，并在04—05時對流發(fā)展到最強，TBB小于200K冷云頂面積迅速增大，云團后側(cè)的TBB梯度也迅速增大，此時茌平處于云團后側(cè)TBB梯度最大處，出現(xiàn)短時強降水。06時，TBB小于200K范圍達到最大，位置少動，使茌平強降水繼續(xù)，之后云團A減弱，由于后方不斷有中－β尺度的對流云團合并，A云團減弱較慢，并向西南移動，聊城市區(qū)隨即開始出現(xiàn)強降水。

以上分析可知，強降水發(fā)生在中尺度對流系統(tǒng)發(fā)展強盛到成熟階段，短時降水發(fā)生在TBB梯度最大處，TBB小于200K的冷云頂覆蓋面積最大時，雨強達到最大，這說明該過程對流發(fā)展較為旺盛；降水落區(qū)位于強冷云頂?shù)暮髠?cè)。

圖5 2013－07－26T01—09FY－2ETBB逐小時演變 （單位為K）

5 結(jié)論

（1）副高與熱帶低壓之間的偏南暖濕氣流、西風(fēng)槽攜帶的弱冷空氣和穩(wěn)定少動的暖式切變線是造成此次大暴雨的主要影響系統(tǒng)。偏南氣流為大暴雨發(fā)生發(fā)展提供充足的水汽和不穩(wěn)定能量；中高層冷空氣入侵，觸發(fā)不穩(wěn)定能量的釋放，從而產(chǎn)生了魯西北西部大暴雨過程。

（2）大暴雨發(fā)生在水汽通量高值區(qū)右側(cè)的密集帶偏西位置，高空整層豐富的水汽是維持3小時短時強降水的有利條件。

（3）強降水發(fā)生在中尺度對流系統(tǒng)發(fā)展強盛到成熟階段，短時強降水發(fā)生在TBB梯度最大處，TBB小于200K的冷云頂覆蓋面積最大時，雨強達到最大，降水落區(qū)位于強冷云頂?shù)暮髠?cè)。

（4）高能舌向高層發(fā)展到崩潰的時間與降水持續(xù)時間一致，高低能舌與低能舌之間的梯度區(qū)與降水落區(qū)一致，大暴雨發(fā)生在暖濕空氣沿著冷空氣爬升的能量鋒上。

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A

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1006－4354 （2014）04－0024－05

2014－03－05

紀(jì)凡華 （1984—），男，漢族，山東莒縣人，學(xué)士，助理工程師，主要從事天氣預(yù)報。