侯淑梅，盛春巖，萬(wàn)文龍，韓永清

(1．山東省氣象臺(tái)，山東濟(jì)南250031;2．山東省氣象科學(xué)研究所，山東 濟(jì)南250031;3．山東省東營(yíng)市氣象局，山東 東營(yíng)257091)

0 引言

極端降水事件研究(Houghton et al．，2001)表明，在全球變暖背景下，總降水量增大區(qū)域的強(qiáng)降水和強(qiáng)降水事件都極有可能以更大比例增加。即使平均總降水減少，強(qiáng)降水量及其降水頻數(shù)也在增加(Buffoni et al．，1999;Manton et al．，2001)。翟盤(pán)茂和潘曉華(2003)對(duì)中國(guó)極端降水的研究表明，中國(guó)總降水量變化趨勢(shì)不明顯，但降水強(qiáng)度在增強(qiáng)。王苗等(2012)認(rèn)為，對(duì)極端降水的主要關(guān)注點(diǎn)是極端降水表征值的確定、極端降水分布和演變趨勢(shì)、可能影響極端降水因子分析以及運(yùn)用模式對(duì)極端降水進(jìn)行模擬并進(jìn)行評(píng)估4個(gè)方面。許多學(xué)者對(duì)極端強(qiáng)降水的氣候特征(張文等，2007;羅伯良等，2008)和成因(張永領(lǐng)和丁裕國(guó)，2004;楊金虎等，2008)進(jìn)行了深入研究，對(duì)極端強(qiáng)降水事件的發(fā)生發(fā)展規(guī)律有了一定認(rèn)識(shí)。但是，要提前預(yù)報(bào)極端強(qiáng)降水，還需對(duì)強(qiáng)降水發(fā)生前的天氣形勢(shì)有更深入的認(rèn)識(shí)，這樣對(duì)短期預(yù)報(bào)才有更直接的指導(dǎo)意義。大尺度天氣系統(tǒng)為中小尺度天氣過(guò)程提供了背景場(chǎng)，不同的天氣背景產(chǎn)生極端強(qiáng)降水的機(jī)制和要素配置是不同的。許多研究(姜學(xué)恭等，2010;李江萍等，2012;劉國(guó)忠等，2013)表明，對(duì)極端強(qiáng)降水天氣進(jìn)行天氣分型后，更有利于對(duì)其發(fā)生發(fā)展的機(jī)理進(jìn)行更深入細(xì)致的研究。目前對(duì)淮河流域強(qiáng)降水的研究已經(jīng)取得了一些成果(陳曉紅等，2006;張靜等，2007;王黎娟等，2008)，但就山東境內(nèi)極端強(qiáng)降水過(guò)程的研究還較少。

對(duì)發(fā)生在山東境內(nèi)的暴雨過(guò)程，曹鋼鋒等(1988)根據(jù)造成山東暴雨的天氣尺度系統(tǒng)將暴雨分為氣旋、臺(tái)風(fēng)、低槽冷鋒和切變線4類(lèi)，其研究成果主要是針對(duì)20世紀(jì)80年代以前的天氣過(guò)程進(jìn)行的。蔣伯仁等(2005)從暴雨的氣候特征、物理量特征、天氣系統(tǒng)、預(yù)報(bào)方法等方面總結(jié)了多年來(lái)山東省天氣預(yù)報(bào)工作者對(duì)暴雨的研究成果。21世紀(jì)以來(lái)，極端強(qiáng)降水天氣過(guò)程頻發(fā)，給山東省造成極大災(zāi)害。2007年7月18日濟(jì)南遭受短歷時(shí)大暴雨襲擊，死亡37人，傷171人，洪水肆虐，造成城市交通癱瘓、工商企業(yè)進(jìn)水受淹、線路停電，直接經(jīng)濟(jì)損失約12.31億元。尹承美等(2010)研究發(fā)現(xiàn)，2006—2008年期間5—9月濟(jì)南市出現(xiàn)局地短時(shí)強(qiáng)降水和小范圍短時(shí)強(qiáng)降水的日數(shù)呈逐年增多趨勢(shì)。因此，對(duì)于近十年的極端強(qiáng)降水天氣過(guò)程進(jìn)行研究很有必要。

極端強(qiáng)降水與一般的暴雨有所不同，降水量更大，災(zāi)害更嚴(yán)重。本文根據(jù)山東省暴雨影響系統(tǒng)，建立山東省24 h極端強(qiáng)降水的5種天氣概念模型，試圖為極端強(qiáng)降水預(yù)報(bào)提供有價(jià)值的信息。

1 資料和方法

1.1 資料

1971—2009年山東省122個(gè)國(guó)家氣象觀測(cè)站的逐日降水資料;2000—2009年歐亞地區(qū)高空?qǐng)D和東亞地區(qū)地面圖資料;2000—2009年NCEP/NCAR再分析資料(1°×1°，逐6 h)(Kalnay et al．，1996)。

1.2 方法

王苗等(2012)指出，目前運(yùn)用最廣泛的極端強(qiáng)降水事件閾值定義方法是百分位法。翟盤(pán)茂是我國(guó)最早利用百分位法確定極端強(qiáng)降水閾值并將文章發(fā)表到國(guó)外的一位學(xué)者，本文采用翟盤(pán)茂和潘曉華(2003)提出的百分位法來(lái)確定極端強(qiáng)降水過(guò)程。

將山東省全省每個(gè)觀測(cè)站1971—1999年每年逐日降水序列的第95個(gè)百分位上的值重新排序，再挑選第95個(gè)百分位上的值作為該站極端降水事件的閾值。用此閾值對(duì)2000—2009年降水資料逐日判斷各站降水量，當(dāng)某站某日降水量超過(guò)該閾值時(shí)，稱(chēng)為一個(gè)極端強(qiáng)降水事件，結(jié)果全省共選出39個(gè)極端強(qiáng)降水過(guò)程。其中，35個(gè)過(guò)程發(fā)生在7、8月;最早發(fā)生于2009年5月10日，高青站24 h降水量為263.3 mm;最晚發(fā)生于2003年10月11日，寧津站24 h降水量為175.1 mm。39個(gè)極端強(qiáng)降水過(guò)程中，24 h最大降水量為288.1 mm，出現(xiàn)在2009年8月18日費(fèi)縣，屬氣旋型極端強(qiáng)降水。

利用NCEP/NCAR再分析資料(1°×1°，逐 6 h)，計(jì)算39個(gè)極端強(qiáng)降水過(guò)程強(qiáng)降水發(fā)生時(shí)各等壓面θse及垂直速度。

2 極端強(qiáng)降水天氣概念模型

一般有暴雨發(fā)生時(shí)，山東省上空500 hPa均有高空槽或者處于副熱帶高壓(以下簡(jiǎn)稱(chēng)副高)外圍，因此按照500 hPa形勢(shì)不易劃分天氣類(lèi)型。就高空天氣系統(tǒng)而言，本文以700 hPa為主、其他層次為輔。參考曹鋼鋒等(1988)對(duì)暴雨的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，將山東省極端強(qiáng)降水天氣過(guò)程分為5個(gè)主要類(lèi)型:高空槽、副高外圍、切變線、氣旋和熱帶氣旋。氣旋和熱帶氣旋類(lèi)主要是根據(jù)地面形勢(shì)劃分:若熱帶氣旋外圍閉合環(huán)流進(jìn)入山東省，則劃分為熱帶氣旋類(lèi);在112 ～120°E、32～38°N 范圍內(nèi)，地面有閉合低壓中心(或者沒(méi)有閉合等壓線，但有氣旋性環(huán)流)生成，生命史超過(guò)24 h，并造成山東強(qiáng)降水，則劃分為氣旋類(lèi)。其他3種類(lèi)型主要參考700 hPa環(huán)流形勢(shì)，若700 hPa在110～120°E、30～40°N 之間有高空槽，則劃分為高空槽類(lèi);若在此范圍內(nèi)是切變線則劃分為切變線類(lèi);若在此范圍沒(méi)有明顯的槽或者切變線，500 hPa上山東省處于副高控制或者在副高外圍，則劃為副高外圍類(lèi)。

根據(jù)上述分型標(biāo)準(zhǔn)對(duì)39個(gè)極端強(qiáng)降水過(guò)程進(jìn)行分類(lèi)，高空槽類(lèi)有6個(gè)，副高外圍類(lèi)有3個(gè)，切變線類(lèi)有16個(gè)，氣旋類(lèi)有6個(gè)，熱帶氣旋類(lèi)有8個(gè)。下面分別對(duì)各類(lèi)極端強(qiáng)降水制作天氣概念模型，并歸納每個(gè)類(lèi)型極端強(qiáng)降水的天氣特點(diǎn)。

2.1 高空槽類(lèi)

高空槽類(lèi)(圖1)極端強(qiáng)降水共有6例，一般暴雨區(qū)范圍較小、不連續(xù)，為一些分散的暴雨點(diǎn)，不能連成一片。

圖1 高空槽類(lèi)極端強(qiáng)降水概念模型(?低空急流; 地面氣旋性環(huán)流; 高空槽或切變線; 500 hPa等高線;┈┄850 hPa等高線; 850 hPa等溫線;暴雨區(qū))

Fig．1 Conceptual model of the upper trough extreme precipitation(?low-level jet stream; surface cyclonic circulation; upper trough or shear line; 500 hPa contour line;┈┄850 hPa contour line; 850 hPa isotherm; torrential rain region)

在一般情況下，高空槽類(lèi)暴雨均處于高空500、700、850 hPa槽前，受西南氣流控制，副高較強(qiáng)，海上副高與大陸高壓連成一體，我國(guó)大陸35°N以南地區(qū)均處于588 dagpm線控制之下。850 hPa上，從華北有冷溫度槽入侵山東，中緯度我國(guó)東部到黃海、朝鮮、日本一帶是高壓脊，阻擋西風(fēng)槽東移，使槽與高壓之間氣壓梯度增大，西南氣流風(fēng)速增大，甚至達(dá)到急流強(qiáng)度。500 hPa以下，從南海或孟加拉灣一直伸到山東有西南氣流，但不是各等壓面整個(gè)水汽通道的西南風(fēng)均能達(dá)到急流強(qiáng)度，700 hPa以下各層水汽通道內(nèi)只有部分層次、部分站點(diǎn)的風(fēng)速達(dá)到急流強(qiáng)度。地面轉(zhuǎn)北風(fēng)，有弱冷鋒過(guò)境。暴雨區(qū)落在700 hPa與850 hPa槽線之間(共有3例;當(dāng)700 hPa與850 hPa槽距離很近時(shí)，暴雨區(qū)則落在850 hPa與925 hPa槽線之間，共有3例)、低空西南氣流軸左側(cè)風(fēng)速輻合處、地面低壓或倒槽的頂端以及700和850 hPa冷溫度槽的東南方向，降水極值易出現(xiàn)在低空急流頂端附近的左側(cè)。

2.2 副高外圍類(lèi)

副高外圍類(lèi)(圖2)極端強(qiáng)降水共有3例，暴雨區(qū)范圍一般較小或者暴雨點(diǎn)分散，不易連成一片。

圖2 副高外圍類(lèi)極端強(qiáng)降水概念模型(?低空急流;?高空急流; 高空槽或切變線; 500 hPa等高線;——700 hPa等高線;┈┄850 hPa等高線;850 hPa等溫線; 暴雨區(qū))Fig．2 Conceptual model of subtropical high periphery extreme precipitation(?low-level jet stream;?upper-level jet stream; upper trough or shear line;500 hPa contour line;——700 hPa contour line;┈┄850 hPa contour line; 850 hPa isotherm;torrential rain region)

副高外圍類(lèi)的副熱帶高壓很強(qiáng)，500 hPa中緯度地區(qū)環(huán)流較平，沒(méi)有明顯的高空槽過(guò)境。500 hPa以下均有冷溫度槽，山東受海上高壓外圍的偏南氣流控制，850 hPa和925 hPa有切變線。200 hPa在陜西、甘肅到內(nèi)蒙中東部一帶有高空急流;700、850 hPa在海上高壓外圍有西南氣流，暴雨區(qū)附近達(dá)到急流強(qiáng)度，但整個(gè)水汽通道只有部分站點(diǎn)的風(fēng)速達(dá)到急流強(qiáng)度。副高南北擺動(dòng)時(shí)，在副高外圍的風(fēng)向風(fēng)速輻合處易發(fā)生暴雨，暴雨區(qū)位于850 hPa上148 dagpm線、700 hPa上312 dagpm線與500 hPa上588 dagpm線之間，高空急流右側(cè)，700 hPa或850 hPa冷溫度槽底的前部，低層切變線以南的偏南風(fēng)內(nèi)。

2.3 切變線類(lèi)

切變線類(lèi)極端強(qiáng)降水過(guò)程最多，共有16例。切變線類(lèi)天氣形勢(shì)最為復(fù)雜，有的是緯向切變線，有的是經(jīng)向切變線，有的是人字型切變線，有的切變線伴有低渦配合，有的切變線伴有遠(yuǎn)距離臺(tái)風(fēng)與之相互作用，形勢(shì)不同，暴雨落區(qū)也有所差別。

切變線類(lèi)暴雨范圍較大，以區(qū)域性暴雨為主，暴雨區(qū)主要位于700與850 hPa切變線之間，靠近850 hPa切變線的區(qū)域(共有10例)，若700 hPa與850 hPa的切變線重合，則暴雨區(qū)位于850與925 hPa切變線之間(共有6例)。若850 hPa是緯向切變線，則暴雨區(qū)位于850 hPa切變線附近及其北側(cè);若850 hPa是人字形切變線，則暴雨區(qū)位于人字形切變夾角區(qū)、緯向切變附近或南側(cè)、東南氣流左側(cè)與緯向切變北側(cè)偏東氣流交匯處;若850 hPa是經(jīng)向切變線，則暴雨區(qū)位于850 hPa切變線附近及其東側(cè)風(fēng)向風(fēng)速輻合處。若切變線東側(cè)有海上高壓，華南沿海有臺(tái)風(fēng)環(huán)流，高壓外圍經(jīng)常會(huì)有低空偏南急流，有時(shí)西南、東南急流同時(shí)存在，即使強(qiáng)度達(dá)不到急流，但水汽通道都較為通暢，偏南氣流從海上直達(dá)山東，將西太平洋和南海的水汽源源不斷地輸送到暴雨區(qū)。由于受副高阻擋，切變線穩(wěn)定少動(dòng)，延長(zhǎng)了降水的持續(xù)時(shí)間，增大了降水量級(jí)。暴雨區(qū)大多數(shù)位于700或850 hPa低空急流前方風(fēng)速輻合處的左側(cè)，700或850 hPa副高外圍。切變線兩側(cè)風(fēng)速越大，風(fēng)向交角越大，輻合越強(qiáng)，降水強(qiáng)度越大。

根據(jù)天氣系統(tǒng)的區(qū)別將切變線類(lèi)分為一型和二型兩個(gè)小類(lèi)。

第一型(圖3a)共有5例。切變線來(lái)自西風(fēng)帶系統(tǒng)，海上高壓位置偏南，控制我國(guó)東部沿海地區(qū)到朝鮮半島一帶，外圍輪廓線呈東北—西南向，其外圍有低空西南氣流輸送到山東，沒(méi)有高空急流配合。此型有冷空氣南下，地面伴有冷鋒。暴雨區(qū)位于700 hPa與850 hPa切變線之間(共有4例;當(dāng)700 hPa與850 hPa切變線距離很近時(shí)，暴雨區(qū)位于在850 hPa與925 hPa切變線之間，共有1例)、地面冷鋒后部東北風(fēng)風(fēng)速輻合處、850 hPa冷溫度槽前部、低空急流左側(cè)風(fēng)向風(fēng)速的輻合處。

第二型(圖3b)共有11例。此類(lèi)極端強(qiáng)降水過(guò)程較多，有時(shí)會(huì)連續(xù)發(fā)生。切變線來(lái)自低緯熱帶氣旋、東風(fēng)波、南支切變等，海上高壓位置偏北，控制黃海及我國(guó)東北地區(qū)，臺(tái)灣到南海附近有熱帶氣旋等低值系統(tǒng)，我國(guó)東部沿海處于高壓南部，有東南氣流。此型沒(méi)有冷空氣入侵，地面氣壓場(chǎng)較弱，沒(méi)有明顯的冷鋒。切變線東側(cè)的東南風(fēng)風(fēng)速較大，暴雨區(qū)位于700 hPa與850 hPa切變線之間(共有6例;當(dāng)700 hPa與850 hPa切變線距離很近時(shí)，暴雨區(qū)位于在850 hPa與925 hPa切變線之間，共有5例)、東南氣流軸左側(cè)風(fēng)向風(fēng)速輻合處以及地面倒槽的頂端。

2.4 氣旋類(lèi)

圖3 切變線類(lèi)極端強(qiáng)降水概念模型(?低空急流;?高空急流; 地面氣旋性環(huán)流; 高空槽或切變線; 冷鋒;┈┄850 hPa等高線;850 hPa等溫線; 熱帶氣旋; 暴雨區(qū)) a．切變線類(lèi)一型;b．切變線類(lèi)二型Fig．3 Conceptual model of shear line extreme precipitation(?low-level jet stream;?upper-level jet stream; surface cyclonic circulation; upper trough or shear line; cold front;┈┄850 hPa contour line; 850 hPa isotherm; tropical cyclone; torrential rain) a．type 1;b．type 2

氣旋類(lèi)(圖4)極端強(qiáng)降水共有6例，暴雨區(qū)范圍較大，多為區(qū)域性暴雨。與地面氣旋相配合的700、850 hPa天氣圖上有低渦，低渦中心位置略落后于氣旋中心。

圖4 氣旋類(lèi)極端強(qiáng)降水概念模型(?低空急流;?高空急流; 地面氣旋性環(huán)流;→氣旋中心移動(dòng)路徑;高空槽或切變線;——700 hPa等高線; 850 hPa等溫線;D氣旋中心; 暴雨區(qū))Fig．4 Conceptual model of cyclone extreme precipitation(?low-level jet stream;?upper-level jet stream;surface cyclonic circulation;→cyclone center moving path; upper trough or shear line;——700 hPa contour line; 850 hPa isotherm;D cyclone center; torrential rain region)

影響山東省的氣旋主要為江淮氣旋和黃河氣旋，以江淮氣旋居多。江淮氣旋生成前，地面倒槽呈東北—西南向，由我國(guó)西南地區(qū)向東北伸向山東，在長(zhǎng)江以北生成氣旋后一般向東北方向移動(dòng)并影響山東。高空環(huán)流經(jīng)向度較大，200 hPa有高空急流。500 hPa高空槽較強(qiáng)，副熱帶高壓位置較偏南，在35°N以南地區(qū)。700、850 hPa有低渦生成，在低渦東側(cè)，我國(guó)東北地區(qū)到朝鮮、日本一帶是較強(qiáng)的高壓脊。從南海向黃海沿低渦前部有較強(qiáng)的低空急流，從700到925 hPa均有西南低空急流存在，且風(fēng)速較大，風(fēng)速一般為12～16 m/s，有時(shí)大于20 m/s。高空500 hPa以下各層均有明顯冷溫度槽伸入山東省境內(nèi)，有利于中低層形成低渦并在地面形成氣旋。暴雨區(qū)位于地面氣旋移動(dòng)方向的右前方、低空急流左前方、低渦右前方西南風(fēng)與東南風(fēng)之間的暖切變處、偏南風(fēng)風(fēng)速輻合處、高空急流入口區(qū)的右側(cè)。當(dāng)?shù)共坶_(kāi)始形成閉合中心時(shí)，降水強(qiáng)度增大，最大值在其前方。

2.5 熱帶氣旋類(lèi)

熱帶氣旋是造成山東省夏季暴雨的重要天氣系統(tǒng)，熱帶氣旋類(lèi)(圖5)極端強(qiáng)降水共有8例，以登陸北上類(lèi)(曹鋼鋒等，1988)為主。熱帶氣旋在浙江、福建一帶登陸后，在副熱帶高壓外圍偏南氣流引導(dǎo)下，沿119～121°E北上，進(jìn)入山東。越過(guò)副高脊線后轉(zhuǎn)向東北方向移動(dòng)，多數(shù)影響?hù)敄|南和半島地區(qū)。副高一般成塊狀，強(qiáng)度較強(qiáng)，主體位于朝鮮、日本以東的太平洋洋面上，脊線位置偏北，在37～39°N。副高西側(cè)與臺(tái)風(fēng)之間位勢(shì)梯度較大，南到東南風(fēng)風(fēng)速較大，850 hPa達(dá)急流強(qiáng)度，一般為14～24 m/s。暴雨區(qū)位于熱帶氣旋中心移動(dòng)方向的前沿，右側(cè)暴雨區(qū)范圍比左側(cè)大。

圖5 臺(tái)風(fēng)類(lèi)極端強(qiáng)降水概念模型(?低空急流;?高空急流; 地面氣旋性環(huán)流;→熱帶氣旋中心移動(dòng)路徑; 高空槽或切變線;500 hPa等高線; 熱帶氣旋中心; 暴雨區(qū))Fig．5 Conceptual model of typhoon extreme precipitation(?low-level jet stream;?upper-level jet stream;surface cyclonic circulation;→tropical cyclone center moving path; upper trough or shear line;500 hPa contour line; tropical cyclone center;torrential rain region)

熱帶氣旋進(jìn)入中緯度后，大多數(shù)與西風(fēng)槽或切變線合并，有冷空氣進(jìn)入，降水強(qiáng)度和范圍較大。若只有臺(tái)風(fēng)外圍環(huán)流影響山東，臺(tái)風(fēng)中心沒(méi)有進(jìn)入山東，則暴雨區(qū)落在臺(tái)風(fēng)環(huán)流北部的東南風(fēng)與東北風(fēng)之間的區(qū)域，或者沿海東南急流的頂端，即東南風(fēng)風(fēng)速輻合區(qū)內(nèi)。

3 各類(lèi)型極端強(qiáng)降水過(guò)程空間結(jié)構(gòu)

θse是一個(gè)既包含有溫度又含有濕度信息的物理量，在干、濕絕熱過(guò)程中均具有保守性。根據(jù)這個(gè)特性，可以通過(guò)分析θse的分布特征，探究大氣的水平與垂直結(jié)構(gòu)。

計(jì)算全部39個(gè)極端強(qiáng)降水過(guò)程在強(qiáng)降水發(fā)生前、發(fā)生時(shí)、發(fā)生后高空各層等壓面上的θse，分析每個(gè)類(lèi)型θse的水平和垂直分布的共同特征，對(duì)比不同類(lèi)型間分布特征的差異。每個(gè)類(lèi)型選取一個(gè)典型個(gè)例，對(duì)過(guò)程降水量最大的站點(diǎn)做θse垂直剖面，通過(guò)對(duì)該站空間結(jié)構(gòu)的分析，研究不同類(lèi)型極端強(qiáng)降水的空間結(jié)構(gòu)差異。

3.1 高空槽類(lèi)

其共同特點(diǎn)是:高空槽類(lèi)強(qiáng)降水過(guò)程均有冷空氣入侵，暴雨區(qū)上空850 hPa受到θse的高能舌控制，500 hPa由θse低值區(qū)或鋒區(qū)控制，表明北方有干冷空氣入侵，500 hPa與850 hPa的θse之差為負(fù)值，強(qiáng)降水落區(qū)為500 hPa鋒區(qū)前沿與850 hPa高能舌的重疊區(qū)域、θse暖脊脊線附近。

2000年8月9—10日萊蕪站降水量為283 mm，其降水時(shí)段主要為9日下午和10日上午，6 h降水量分別為97 mm和179 mm。由圖6a可見(jiàn)，9日14時(shí)和10日08時(shí)該站上空上升運(yùn)動(dòng)較強(qiáng)。9日14時(shí)整個(gè)對(duì)流層均為上升運(yùn)動(dòng)區(qū)，最大上升速度中心有三個(gè)，第一個(gè)中心值為 －5×10－4hPa·s－1，位于800 hPa左右，第二個(gè)中心值為 －15×10－4hPa·s－1，位于 500 hPa，第三個(gè)中心值為 － 20 ×10－4hPa·s－1，位于 200 hPa，呈現(xiàn)出上升運(yùn)動(dòng)越往上越強(qiáng)的特點(diǎn)。第一個(gè)上升運(yùn)動(dòng)中心為θse暖脊的頂端，第二個(gè)上升運(yùn)動(dòng)中心處為一個(gè)344 K的高值中心。10日08時(shí)整個(gè)對(duì)流層也是上升運(yùn)動(dòng)區(qū)，但其特點(diǎn)為紡錘形，呈現(xiàn)中間大兩頭小的特點(diǎn)。整層只有一個(gè)上升運(yùn)動(dòng)中心，中心值為－35×10－4hPa·s－1，位于650 hPa左右。上升運(yùn)動(dòng)中心位于θse暖脊的頂部。從θse場(chǎng)的時(shí)間演變來(lái)看，9日08時(shí)到10日08時(shí)，萊蕪站上空700～400 hPa是θse的相對(duì)低值區(qū)，700 hPa以下θse隨高度減小，說(shuō)明該站上空一直是對(duì)流性不穩(wěn)定層結(jié)，850～700 hPa之間θse隨時(shí)間增大，500 hPa變化不明顯，說(shuō)明850 hPa與500 hPa之間θse的差值隨時(shí)間增大，氣層的對(duì)流不穩(wěn)定性是隨時(shí)間增強(qiáng)的。另一方面，9日14時(shí)該站上空的上升運(yùn)動(dòng)區(qū)較窄，說(shuō)明該站上空上升運(yùn)動(dòng)時(shí)間較短，而10日08時(shí)上升運(yùn)動(dòng)區(qū)范圍較寬，從10日02時(shí)到10日14時(shí)均是上升運(yùn)動(dòng)，在10日08時(shí)上升運(yùn)動(dòng)達(dá)到最強(qiáng)。以上這些特征與10日上午的降水強(qiáng)度大于9日下午的降水強(qiáng)度相吻合。強(qiáng)降水發(fā)生在強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)之后6 h。θse水平分布(圖略)表明，暴雨區(qū)位于850 hPa θse暖舌內(nèi)的上升運(yùn)動(dòng)區(qū)、500 hPa θse鋒區(qū)前沿。

沿117.65°E做萊蕪上空10日08時(shí)經(jīng)向垂直剖面(圖6b)，發(fā)現(xiàn)該站上空等溫線沒(méi)有明顯的鋒區(qū)，該站上空處于θse暖脊控制之下，脊線垂直于地面并向上伸展到600 hPa。脊北側(cè)的600～500 hPa為干冷空氣堆(θse低值區(qū)，區(qū)內(nèi)等溫線比區(qū)外較密集)，冷堆中心以下是西北風(fēng)，將干冷空氣向東南方向輸送。干冷空氣從9日14時(shí)到10日08時(shí)由北向南伸展并加強(qiáng)，推動(dòng) θse脊線由38°N移到36°N度，萊蕪站位于36.25°N，10日08時(shí)該站正處于θse脊線控制之下。14時(shí)(圖6c)，干冷空氣堆繼續(xù)向東南移動(dòng)并加強(qiáng)，θse脊線也隨之南移，800～500 hPa的θse脊線由垂直轉(zhuǎn)為隨高度向南傾斜。900 hPa以下36～38°N等溫線向地面傾斜，說(shuō)明該處雖然沒(méi)有轉(zhuǎn)為北風(fēng)，但已有冷空氣侵入。中層干冷空氣侵入與暖濕空氣相遇的位置正是垂直運(yùn)動(dòng)最強(qiáng)的層次。

圖6 2000年8月8日20時(shí)—11日08時(shí)萊蕪站時(shí)間—高度剖面(a)、2000年8月10日08時(shí)(b)、14時(shí)(c)沿117.65°E的緯度—高度剖面(——θse(單位:K);……垂直速度(單位:10－4hPa·s－1); 氣溫(單位:℃);●萊蕪站)Fig．6 (a)Time-height profile at Laiwu station from 20:00 BST 8 to 08:00 BST 11 August 2000，and latitude-height profiles along 117.65°E at(b)08:00 BST and(c)14:00 BST 10 August 2000(——θse(units:K);……vertical velocity(units:10 －4hPa·s－1); temperature(units:℃);●Laiwu station)

可見(jiàn)，中層干冷空氣與暖濕空氣交綏是激發(fā)垂直運(yùn)動(dòng)的主要機(jī)制，強(qiáng)降水發(fā)生在強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)之后6 h，暴雨區(qū)位于850 hPa θse暖舌內(nèi)的上升運(yùn)動(dòng)區(qū)、500 hPa θse鋒區(qū)前沿，經(jīng)向垂直剖面 θse脊線所在處的降水強(qiáng)度最大。整個(gè)對(duì)流層只在中層有一個(gè)上升運(yùn)動(dòng)中心比有多個(gè)上升運(yùn)動(dòng)中心產(chǎn)生的降水強(qiáng)度更大，上升運(yùn)動(dòng)越強(qiáng)，降水強(qiáng)度越大。θse脊線由垂直變?yōu)閮A斜，850 hPa處于暖舌后部，強(qiáng)降水結(jié)束。

3.2 副高外圍類(lèi)

其共同特點(diǎn)是:副高外圍類(lèi)強(qiáng)降水過(guò)程中，暴雨區(qū)上空500 hPa與850 hPa均處于θse的高能區(qū)控制之下，500 hPa與850 hPa的θse之差為0值附近，強(qiáng)降水落區(qū)為500 hPa高能中心附近。

2003年8月22—23日榮城站降水量為229.8 mm，降水主要集中在22日夜間(降水量為65.6 mm)和23日下午到夜間(降水量為164.2 mm)兩個(gè)時(shí)段。由圖7a可見(jiàn)，23日02時(shí)—24日08時(shí)榮城站上空對(duì)流層整層為上升運(yùn)動(dòng)，同一時(shí)刻對(duì)流層內(nèi)只有一個(gè)上升運(yùn)動(dòng)中心。23日02時(shí)上升運(yùn)動(dòng)中心位于700～600 hPa，中心值為 －45×10－4hPa·s－1，剛好位于θse的脊線頂端;08時(shí)，上升運(yùn)動(dòng)中心移到500 hPa，中心值未變，但低層上升運(yùn)動(dòng)減弱，850 hPa只有 －5 ×10－4hPa·s－1，近地面出現(xiàn)了弱的下沉運(yùn)動(dòng)，至使23日上午降水強(qiáng)度減弱，6 h降水量只有9 mm。14時(shí)，整層均維持上升運(yùn)動(dòng)，隨著時(shí)間的推移，上升運(yùn)動(dòng)逐漸加強(qiáng)，20時(shí)達(dá)最強(qiáng)，上升運(yùn)動(dòng)中心位于500 hPa，中心值為 －75×10－4hPa·s－1，θse從高層向下伸展一高值區(qū)，其頂端伸到上升運(yùn)動(dòng)中心上方。之后對(duì)流層維持較強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)，24日02 時(shí)，上升運(yùn)動(dòng)中心高達(dá) －80 ×10－4hPa·s－1，但所在高度比23日20時(shí)有所降低，位于700 hPa。從θse場(chǎng)的時(shí)間演變來(lái)看，23日02時(shí)和14時(shí)900 hPa以下均有一個(gè)352 K的高值中心，02時(shí)暖脊線垂直于地面，14時(shí)暖脊不明顯，但900～700 hPa的θse是隨時(shí)間增加的，說(shuō)明中低層暖濕空氣增加，導(dǎo)致下午6 h降水量高達(dá)126 mm。20時(shí)，雖然對(duì)流層上升運(yùn)動(dòng)仍然很強(qiáng)，上升運(yùn)動(dòng)中心高度降低，且θse也呈下降趨勢(shì)，導(dǎo)致降水強(qiáng)度減弱，23日夜間降水量只有38 mm。由θse的水平分布(圖略)可見(jiàn)，暴雨區(qū)主要分布在850 hPa暖舌內(nèi)的上升運(yùn)動(dòng)區(qū)、西南風(fēng)與東北風(fēng)切變線上，當(dāng)北方鋒區(qū)南壓時(shí)，降水強(qiáng)度減弱。

圖7 2003年8月22日08時(shí)—24日20時(shí)榮成站時(shí)間—高度剖面(a)、2003年8月23日14時(shí)(b)、24日02時(shí)(c)沿122.38°E的緯度—高度剖面(——θse(單位:K);……垂直速度(單位:10－4hPa·s－1); 氣溫(單位:℃);●榮成站)Fig．7 (a)Time-height profile at Rongcheng station from 08:00 BST 22 to 20:00 BST 24 August 2003，and latitude-height profiles along 122.38°E at(b)14:00 BST 23 and(c)02:00 BST 24 August 2003(——θse(units:K);……vertical velocity(units:10 －4hPa·s－1);temperature(units:℃);●Rongcheng station)

沿112.38°E做榮成站上空8月23日14時(shí)經(jīng)向垂直剖面(圖7b)，發(fā)現(xiàn)該站上空處于θse暖脊控制之下，900 hPa以下數(shù)值為352 K，脊的頂端伸展到750 hPa，低于高空槽類(lèi)。暖脊的寬度在近地面層約為4個(gè)緯距，寬度隨高增減小。暖脊的南北兩側(cè)各有一個(gè)低值區(qū)向高值區(qū)夾擊，低值中心位于700～500 hPa，與高空槽類(lèi)不同的是，兩個(gè)低值區(qū)均已到達(dá)地面。θse鋒區(qū)位于38～39°N，等溫線在鋒區(qū)內(nèi)向地面略有傾斜，說(shuō)明冷空氣已由高空傳遞到地面。700 hPa以下，榮成站及其以南地區(qū)是西南風(fēng)，以北地區(qū)是東北風(fēng)，該站處于θse鋒前1個(gè)緯距內(nèi)、地面輻合線上。20時(shí)(圖略)，θse鋒區(qū)壓到榮成站上空，鋒區(qū)梯度增大，暖脊寬度變窄，伸展高度降低到700 hPa，榮成站仍然處于東北風(fēng)與西南風(fēng)之間的輻合線上，北側(cè)的偏北風(fēng)風(fēng)力增大，輻合增強(qiáng)，來(lái)自北方的干冷空氣與來(lái)自南方的暖濕空氣在該站交綏，激發(fā)強(qiáng)烈的輻合上升運(yùn)動(dòng)(圖7a)。隨著北方冷空氣繼續(xù)向南移動(dòng)，24日02時(shí)(圖7c)榮成站轉(zhuǎn)為θse鋒區(qū)控制，鋒區(qū)梯度繼續(xù)增大，垂直于地面，寬度達(dá)2個(gè)緯距，θse暖脊伸展至750 hPa，寬度為2個(gè)半緯距，說(shuō)明在北方干冷空氣的入侵過(guò)程中，暖濕空氣逐漸被冷空氣所取代。榮成站上空全部轉(zhuǎn)為西—西北風(fēng)，等溫線在該站900 hPa以下明顯向地面彎曲，該站完全為冷空氣控制，上升運(yùn)動(dòng)中心高度下降，由20時(shí)500 hPa下降為700 hPa(圖7a)，降水強(qiáng)度隨之減弱。

可見(jiàn)，副高類(lèi)極端強(qiáng)降水的冷空氣從中高層入侵并逐漸伸展到地面，冷暖空氣交綏區(qū)前的輻合線處為強(qiáng)降水落區(qū)，強(qiáng)降水位于θse鋒前1個(gè)緯距內(nèi)，發(fā)生于強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)前6 h。θse鋒區(qū)逼近時(shí)，降水強(qiáng)度減弱，上升運(yùn)動(dòng)中心高度降低，地面轉(zhuǎn)北風(fēng)后，強(qiáng)降水結(jié)束。

3.3 切變線類(lèi)

切變線類(lèi)第一型的共同特點(diǎn)是:此類(lèi)強(qiáng)降水過(guò)程中，暴雨區(qū)上空500 hPa為θse的高能舌控制，850 hPa由θse高值區(qū)后部或鋒區(qū)控制，表示低層有干冷空氣入侵，強(qiáng)降水落區(qū)為500 hPa高能軸線或高能中心與850 hPa鋒區(qū)前沿重疊區(qū)。

2003年10月10—11日寧津站降水量為251.7 mm，降水時(shí)段為10日上午—11日白天，降水強(qiáng)度最大的時(shí)段集中在10日夜間到11日上午，期間降水量高達(dá)163 mm。由圖8a可見(jiàn)，從10日08時(shí)開(kāi)始，寧津站上空開(kāi)始出現(xiàn)上升運(yùn)動(dòng)，一直持續(xù)到12日02時(shí)，期間有兩個(gè)上升運(yùn)動(dòng)中心，第一個(gè)是10日14時(shí)，中心最大上升速度為 －10 ×10－3hPa·s－1，位于700～500 hPa，10日上午該站6 h降水量為60 mm，20時(shí)，中心最大上升速度為 －12×10－3hPa·s－1，位于350 hPa，在700 ～500 hPa 之間上升速度為 －6×10－3～ －8 ×10－3hPa·s－1，10 日下午該站降水強(qiáng)度明顯減弱，6 h降水量只有9 mm。之后上升運(yùn)動(dòng)明顯加強(qiáng)，11日08時(shí)達(dá)到最強(qiáng)，對(duì)流層整層均為上升運(yùn)動(dòng)，上升速度中心為 －20×10－3hPa·s－1，位于750 ～650 hPa。10 日夜間降水強(qiáng)度增大，10日20時(shí)到11日08時(shí)12 h降水量高達(dá)110 mm。之后上升運(yùn)動(dòng)漸趨減弱，但數(shù)值仍較大，該站11日上午仍然有53 mm的降水，14時(shí)之后上升運(yùn)動(dòng)迅速減弱，只在500 hPa以下有弱的上升運(yùn)動(dòng)，強(qiáng)降水結(jié)束。強(qiáng)降水發(fā)生在強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)前后12 h內(nèi)。分析θse水平分布(圖略)發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)降水發(fā)生在850 hPa切變線右側(cè)的偏南風(fēng)低空急流左側(cè)、θse暖舌脊線的左側(cè)、θse鋒區(qū)前沿的上升運(yùn)動(dòng)區(qū)內(nèi)、500 hPa暖舌頂端。

圖8 2003年10月9日20時(shí)—12日08時(shí)寧津站時(shí)間—高度剖面(a)、2003年10月10日20時(shí)(b)、11日08時(shí)(c)沿116.8°E的緯度—高度剖面(——θse(單位:K);……垂直速度(單位:10－3hPa·s－1); 氣溫(單位:℃);●寧津站)Fig．8 (a)Time-height profile at Ningjin station from 20:00 BST 9 to 08:00 BST 12 October 2003，and latitude-height profiles along 116.8°E at(b)20:00 BST 10 and(c)08:00 BST 11 October 2003(——θse(units:K);……vertical velocity(units:10 －3hPa·s－1); temperature(units:℃);●Ningjin station)

沿116.8°E做寧津站上空經(jīng)向垂直剖面，發(fā)現(xiàn)θse的分布特征與上兩個(gè)類(lèi)型明顯不同，10日08時(shí)(圖略)，θse鋒區(qū)較弱，只有 6 K/(1°lat)，位于 37 ～39°N，θse暖脊從南向北伸展，暖脊軸線為南北向，呈楔形向θse鋒區(qū)伸展，脊的頂端位于37°N上空900 hPa。寧津站處于θse鋒區(qū)前沿、地面東北風(fēng)與偏東風(fēng)之間的輻合線上。等溫線由南向北逐漸向地面傾斜，說(shuō)明在θse鋒區(qū)內(nèi)有弱冷空氣向地面擴(kuò)散。之后，鋒區(qū)梯度增大，10日20時(shí)(圖8b)鋒區(qū)位于38～40°N，梯度明顯比08 時(shí)增大，達(dá)12 K/(1°lat)，鋒區(qū)隨高度向北傾斜，鋒區(qū)內(nèi)等溫線有明顯折角，鋒區(qū)北側(cè)的東北風(fēng)和南側(cè)的東南風(fēng)風(fēng)速均較08時(shí)增大，輻合增強(qiáng)，暖脊的強(qiáng)度也有所增強(qiáng)，其伸展高度達(dá)到700 hPa，暖脊有兩條軸線，一條軸線垂直于地面向上發(fā)展，另一條繼續(xù)向北發(fā)展，頂端伸到鋒區(qū)前沿850 hPa左右。寧津站仍處于θse鋒區(qū)前沿、地面東北風(fēng)與東南風(fēng)之間的輻合線上。11日02時(shí)(圖略)，鋒區(qū)繼續(xù)加強(qiáng)，梯度達(dá)20 K/(1°lat)，鋒區(qū)坡度增大，900 hPa以下垂直地面，900～700 hPa向北傾斜。鋒面南北兩側(cè)風(fēng)速繼續(xù)增大，寧津站以南偏南風(fēng)較強(qiáng)，700 hPa以下風(fēng)速均大于12 m/s，34 ～36°N上空900 hPa風(fēng)速為14～16 m/s。寧津站位于37.65°N，處于鋒區(qū)前部。θse暖脊向北伸展高度達(dá)800 hPa。東南急流攜帶南方暖濕空氣在37°N與冷空氣相遇，產(chǎn)生輻合，激發(fā)強(qiáng)烈的垂直運(yùn)動(dòng)，暖濕空氣沿鋒面抬升，上升速度開(kāi)始增強(qiáng)，08時(shí)達(dá)最強(qiáng)(圖8a)，導(dǎo)致寧津站夜間降水強(qiáng)度增大，產(chǎn)生強(qiáng)降水。08時(shí)(圖8c)暖脊減弱，僅在35～38°N上空850～750 hPa保存一個(gè)332 K的暖濕氣團(tuán)，鋒區(qū)進(jìn)一步向南侵，鋒區(qū)前沿已伸至37°N以南，θse鋒區(qū)兩側(cè)近地面風(fēng)速減小，輻合減弱，但寧津站仍位于東北風(fēng)與偏南風(fēng)之間的輻合線上，因此雖然暖濕空氣的勢(shì)力減弱，但低層輻合抬升仍然存在，故該站11日上午仍然持續(xù)有強(qiáng)降水。直到14時(shí)θse鋒區(qū)抵達(dá)34°N，900 hPa以下36°N以北均轉(zhuǎn)為偏北風(fēng)，寧津站強(qiáng)降水停止。

可見(jiàn)，切變線一型強(qiáng)降水的低層冷空氣入侵，與南方暖濕空氣相遇，鋒面抬升激發(fā)強(qiáng)烈上升運(yùn)動(dòng)是產(chǎn)生暴雨的主要?jiǎng)恿σ蛩?，暴雨區(qū)位于850 hPa低空急流左側(cè)、θse暖舌脊線的左側(cè)、θse鋒區(qū)前沿地面輻合線上、500 hPa暖舌內(nèi)。強(qiáng)降水發(fā)生在強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)前后12 h內(nèi)。地面被θse鋒區(qū)控制，轉(zhuǎn)北風(fēng)后強(qiáng)降水結(jié)束。

切變線類(lèi)第二型的共同特點(diǎn)是:此類(lèi)強(qiáng)降水過(guò)程中，暴雨區(qū)上空500 hPa與850 hPa均為θse高能區(qū)控制，500 hPa與850 hPa的θse之差為負(fù)值，強(qiáng)降水落區(qū)為500 hPa與850 hPa高能軸線之間的區(qū)域。

2005年8月29日單縣站降水量為130.8 mm，降水主要集中在28日夜間到29日白天，降水強(qiáng)度最大的時(shí)段是29日上午，08—14時(shí)6 h降水量達(dá)79 mm。由圖9a可見(jiàn)，28日20時(shí)—29日20時(shí)，該站上空維持著強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)，29日02—08時(shí)上升運(yùn)動(dòng)迅速增強(qiáng)，08時(shí)最大上升速度達(dá) －55×10－4hPa·s－1，之后繼續(xù)增強(qiáng)，29日14時(shí)上升運(yùn)動(dòng)達(dá)到最強(qiáng)，中心數(shù)值為 －75 ×10－4hPa·s－1，位于 850 ～700 hPa，之后迅速減弱，20時(shí)上升運(yùn)動(dòng)消失，強(qiáng)降水結(jié)束。強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)區(qū)與θse暖脊重疊，強(qiáng)降水發(fā)生在上升運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)階段、強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)前12 h內(nèi)。從28日08時(shí)開(kāi)始，單縣上空500 hPa以下θse隨時(shí)間逐漸增大，29日14時(shí)增大到最大，最大值為344 K，位于850 hPa。28日20時(shí)單縣站上空850～500 hPa的θse隨高度變化不大，29日08時(shí)500 hPa的θse為338 K，850 hPa 的 θse為342 K，兩層間 θse的差值增大，大氣不穩(wěn)定度增大。強(qiáng)降水發(fā)生在低層θse逐漸增大階段。分析θse水平分布(圖略)發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)降水發(fā)生在850 hPa暖切變線附近、θse暖舌脊線的右側(cè)上升運(yùn)動(dòng)區(qū)內(nèi)、500 hPa暖舌左側(cè)。

圖9 2005年8月28日08時(shí)—30日08時(shí)單縣站時(shí)間—高度剖面(a)、2005年8月29日08時(shí)(b)、14時(shí)(c)沿116.36°E的緯度—高度剖面(——θse(單位:K);……垂直速度(單位:10－4hPa·s－1); 氣溫(單位:℃);●單縣站)Fig．9 (a)Time-height profile at Shanxian station from 08:00 BST 28 to 08:00 BST 30 August 2005，and latitude-height profiles along 116.36°E at(b)08:00 BST and(c)14:00 BST 29 August 2005(——θse(units:K);……vertical velocity(units:10 －4hPa·s－1);temperature(units:℃);●Shanxian station)

沿116.36°E做單縣站上空經(jīng)向垂直剖面，發(fā)現(xiàn)28日20時(shí)(圖略)36°N以北在對(duì)流層中層盤(pán)踞著一個(gè)強(qiáng)大的干冷空氣堆，冷堆前沿位于單縣上空，該站上空下暖濕中干冷，為不穩(wěn)定大氣層結(jié)。之后南方暖濕空氣增強(qiáng)并不斷北移，29日08時(shí)(圖9b)36°N 以南是 θse高值區(qū)，以北是 θse低值區(qū)，低值中心位于39°N 上空 700 ～600 hPa，θse鋒區(qū)隨高度向北傾斜，退縮到36°N以北。等溫線雖然沒(méi)有明顯的鋒區(qū)結(jié)構(gòu)，但在34～36°N等溫線向地面傾斜觸地，說(shuō)明該處有弱冷空氣滲透到地面。900 hPa以下35～36°N之間是東南風(fēng)與東北風(fēng)之間的輻合線，單縣(34.88°N)正處于輻合線上。28日20時(shí)—29日20時(shí)的時(shí)間演變表明，單縣以南的θse暖舌隨時(shí)間向北向高空擴(kuò)展，850 hPa以下單縣的θse值是隨時(shí)間增大的。暖濕空氣在推動(dòng)干冷空氣向北移動(dòng)的過(guò)程中，產(chǎn)生輻合抬升，造成強(qiáng)降水。850 hPa(圖略)02時(shí)單縣位于緯向切變線以東的東南氣流內(nèi)，08時(shí)切變線加強(qiáng)東移，單縣處于“人”字型切變之間的南到東南風(fēng)內(nèi)、θse暖舌脊線的東側(cè)，且風(fēng)速明顯比02時(shí)增大，暖切變線附近的偏東風(fēng)風(fēng)速達(dá)12 m/s，輻合加強(qiáng)，降水強(qiáng)度增大。14時(shí)(圖9c)干冷空氣繼續(xù)向南侵入，θse鋒區(qū)抵達(dá)35°N，單縣處于鋒區(qū)前沿，近地面由東南風(fēng)轉(zhuǎn)為東北風(fēng)，850 hPa切變線東移，降水中心隨之東移，單縣強(qiáng)降水結(jié)束。

可見(jiàn)，低層切變線輻合增強(qiáng)，θse增大，高溫高濕空氣輻合抬升是產(chǎn)生強(qiáng)降水的主要?jiǎng)恿C(jī)制，850 hPa θse暖舌脊線右側(cè)暖切變線附近的強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)區(qū)是暴雨落區(qū)。強(qiáng)降水發(fā)生在強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)前12 h內(nèi)。地面轉(zhuǎn)入θse鋒區(qū)前沿、轉(zhuǎn)東北風(fēng)后，強(qiáng)降水結(jié)束。

3.4 氣旋類(lèi)

其共同特點(diǎn)是:氣旋類(lèi)強(qiáng)降水過(guò)程中，暴雨區(qū)上空500 hPa為θse的高能區(qū)控制，850 hPa處于鋒區(qū)前沿控制之下，500 hPa與850 hPa的θse之差為負(fù)值，強(qiáng)降水落區(qū)為500 hPa高能軸與850 hPa高能軸或鋒區(qū)前沿之間的區(qū)域。

2003年6月22日費(fèi)縣站降水量為160.0 mm，其降水時(shí)段主要為22日白天到夜間，下午降水強(qiáng)度較大，14—20時(shí)6 h降水量高達(dá)135 mm。由圖10a可見(jiàn)，22日08時(shí)—23日02時(shí)該站上空整個(gè)對(duì)流層均是上升運(yùn)動(dòng)，14時(shí)上升運(yùn)動(dòng)最強(qiáng)，中心值為－20×10－3hPa·s－1，位于 700 ～600 hPa。強(qiáng)降水發(fā)生在最大上升速度之后6 h。θse與前幾種類(lèi)型的分布特征不同，呈現(xiàn)兩低夾一高的形勢(shì)，14—20時(shí)，該站上空是θse高值區(qū)，21日14時(shí)到22日08時(shí)該站上空500 hPa以下θse處于上升趨勢(shì)，其中對(duì)流層中層600～700 hPa增加最明顯，從324 K升到344 K，850 hPa則由336 K升到344 K，說(shuō)明對(duì)流層中層暖濕氣流旺盛，由原來(lái)的下暖濕中干冷轉(zhuǎn)變?yōu)檎麑訛樯詈竦呐瘽窨諝?。分析θse水平分布(圖略)發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)降水發(fā)生在850 hPa低渦東側(cè)暖切變線南側(cè)、Ω型θse暖舌前端的上升運(yùn)動(dòng)區(qū)內(nèi)、500 hPa暖舌脊線的后部、地面氣旋移動(dòng)方向的右前側(cè)。

圖10 2003年6月21日14時(shí)—23日14時(shí)費(fèi)縣站時(shí)間—高度剖面(a)、2003年6月22日14時(shí)(b)、20時(shí)(c)沿117.95°E的緯度—高度剖面(——θse(單位:K);……垂直速度(單位:10－3hPa·s－1); 氣溫(單位:℃);●費(fèi)縣站)Fig．10 (a)Time-height profile at Feixian station from 14:00 BST 21 to 14:00 BST 23 Jun 2003，and latitude-height profiles along 117.95°E at(b)14:00 BST and 20:00 BST 22 June 2003(——θse(units:K);……vertical velocity(units:10 －3 hPa·s－1);temperature(units:℃);●Feixian station)

從費(fèi)縣上空的經(jīng)向垂直剖面可以清楚看到，22日02時(shí)(圖略)，40°N以北600 hPa是一個(gè)320 K的θse低值中心，低值區(qū)向南一直伸展到34°N上空。850 hPa以下，從32°N向北有一個(gè)高能舌向北擠進(jìn)低值區(qū)的底部，一直伸到38°N，344 K的高能舌頂端在33°N向上發(fā)展至700 hPa。θse鋒區(qū)位于35～37°N，900 hPa以下向北傾斜，900 ～700 hPa向南傾斜，850 hPa以下鋒區(qū)內(nèi)等溫線向地面彎曲，說(shuō)明有冷空氣滲透到地面。費(fèi)縣位于θse鋒區(qū)前沿，其上空θse隨高度迅速減小，900 hPa為342 K，到700 hPa減小為328 K，大氣層結(jié)極不穩(wěn)定。之后，南方暖濕空氣勢(shì)力增強(qiáng)北移，14時(shí)(圖10b)，344 K高能舌頂端向北移到35°N上空的700 hPa。北側(cè)中層的θse低值范圍向北縮到36°N以北，費(fèi)縣上空中層的干泠空氣變性，上下層θse差值減小，但仍為對(duì)流不穩(wěn)定性層結(jié)。700 hPa以下從33°N到36°N，風(fēng)向由西南風(fēng)變?yōu)槟稀獤|南—東風(fēng)，風(fēng)速?gòu)哪舷虮敝饾u減小，費(fèi)縣正位于風(fēng)向風(fēng)速輻合區(qū)。900 hPa以下，費(fèi)縣以南為東南風(fēng)，以北為偏東風(fēng)，該站正處于地面輻合線上。地面圖上，該站正處于氣旋移動(dòng)方向的右前方東南氣流里。南方暖濕空氣向北移動(dòng)加強(qiáng)，風(fēng)向風(fēng)速雙重輻合激發(fā)強(qiáng)烈上升運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生強(qiáng)降水。20時(shí)(圖10c)，費(fèi)縣上空由東南風(fēng)轉(zhuǎn)為西南風(fēng)，盡管仍處于東北風(fēng)與西南風(fēng)之間的輻合線上，但地面圖上該站處于氣旋中心，隨著氣旋快速東北移動(dòng)，該站逐漸轉(zhuǎn)到氣旋后部，風(fēng)向轉(zhuǎn)為西北風(fēng)，強(qiáng)降水結(jié)束。

可見(jiàn)，暖濕空氣勢(shì)力較強(qiáng)并向北推移，風(fēng)向風(fēng)速雙重輻合，產(chǎn)生較強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)，θse暖舌頂端、地面氣旋移動(dòng)方向的右前方偏東氣流內(nèi)為暴雨易發(fā)區(qū)，強(qiáng)降水發(fā)生在最大上升速度之后6 h。測(cè)站位于氣旋后部，地面轉(zhuǎn)西到西北風(fēng)后，強(qiáng)降水結(jié)束。

3.5 熱帶氣旋類(lèi)

其共同特點(diǎn)是:熱帶氣旋類(lèi)強(qiáng)降水過(guò)程中，暴雨區(qū)上空500 hPa為 θse高能區(qū)控制，強(qiáng)降水落區(qū)為500 hPa Ω型高能舌圓弧形頭部。

2000年8月30—31日臨沭站降水量為161.6 mm，降水主要集中在30日上午和夜間。由圖11a可見(jiàn)，30日02時(shí)臨沭站上空上升運(yùn)動(dòng)開(kāi)始增強(qiáng)，08時(shí)該站上空整層均為上升運(yùn)動(dòng)，上升運(yùn)動(dòng)中心最大值為 －40 ×10－4hPa·s－1，位于 700 ～400 hPa，14時(shí)低層上升運(yùn)動(dòng)減弱，850 hPa出現(xiàn)大于0的弱下沉運(yùn)動(dòng)，之后上升運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，20時(shí)的形勢(shì)與08時(shí)相似，對(duì)流層均為上升運(yùn)動(dòng)，中心最大值為－45×10－4hPa·s－1，位于 600 ～500 hPa，強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)到 31 日02時(shí)略有減弱，但上升運(yùn)動(dòng)中心最大值為－20×10－4hPa·s－1，仍位于600 ～500 hPa，之后低層上升運(yùn)動(dòng)減弱，31日08時(shí)800 hPa以下上升運(yùn)動(dòng)減弱到－5 ×10－4hPa·s－1，850 hPa又出現(xiàn)了一個(gè)大于 0的弱下沉區(qū)，強(qiáng)降水結(jié)束。強(qiáng)降水發(fā)生在強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)后6 h。θse分布沒(méi)有明顯的鋒區(qū)和脊區(qū)，30日08時(shí)—31日14時(shí)強(qiáng)降水時(shí)段，850 hPa與500 hPa數(shù)值基本相同，但在二層之間有一個(gè)相對(duì)的低值區(qū)，08時(shí)低值區(qū)位于650 hPa，20時(shí)位于750 hPa，700 hPa以下θse隨高度減小，大氣為不穩(wěn)定層結(jié)。

圖11 2000年8月29日20時(shí)—31日20時(shí)臨沭站時(shí)間—高度剖面(a)、2000年8月30日20時(shí)(b)、31日02(c)時(shí)沿118.65°E的緯度—高度剖面(——θse(單位:K);……垂直速度(單位:10－4hPa·s－1); 氣溫(單位:℃);●臨沭站)Fig．11 (a)Time-height profile at Linshu station from 20:00 BST 29 to 20:00 BST 31 August 2000，and latitude-height profiles along 118.65°E at(b)20:00 BST 30 and(c)02:00 BST 31 August 2000(——θse(units:K);……vertical velocity(units:10 －4hPa·s－1);temperature(units:℃);●Linshu station)

沿118.65°E做臨沭站上空經(jīng)向垂直剖面，發(fā)現(xiàn)8月30日20時(shí)(圖11b)等溫線沒(méi)有明顯的鋒區(qū)或彎曲，對(duì)流層中層的干冷空氣從北方向南伸到33°N，臨沭站上空θse呈現(xiàn)兩頭大中間小的特點(diǎn)，850～600 hPa是低值區(qū)，700 hPa以下θse隨高度減小。θse暖脊從南方向北向上沿著干冷空氣向北伸到中層的干冷空氣之上，脊的頂端位于36.5°N上空450 hPa。臨沭站900 hPa以下受熱帶氣旋北部環(huán)流影響，為東—東北風(fēng)，850～700 hPa低空東南急流風(fēng)速達(dá)14 m/s，東南低空急流與高空西南氣流為臨沭站上空輸送了大量水汽。單磊等(2014)研究發(fā)現(xiàn)，臺(tái)風(fēng)遠(yuǎn)距離暴雨的水汽輸送主要存在于700 hPa以下，水汽來(lái)源于東海上空?？梢?jiàn)，低空東南急流對(duì)暴雨區(qū)的水汽輸送起著非常重要的作用。31日02時(shí)(圖11c)中層干冷空氣減弱北縮，θse鋒區(qū)梯度減弱，850 hPa以上東南急流強(qiáng)度減弱到8 m/s，900 hPa以下為東北風(fēng)，風(fēng)速略有減小，臨沭站降水強(qiáng)度減弱。08時(shí)，北方的干冷空氣堆已明顯減弱，南方的暖脊北移，臨沭站上空500 hPa以下均轉(zhuǎn)為北—東北風(fēng)，θse鋒區(qū)消失，強(qiáng)降水結(jié)束。分析 850 hPa θse水平分布(圖略)發(fā)現(xiàn)，在熱帶氣旋環(huán)流北側(cè)的偏東風(fēng)急流區(qū)輻合較強(qiáng)，強(qiáng)降水出現(xiàn)在偏東風(fēng)急流內(nèi)的上升運(yùn)動(dòng)區(qū)。

可見(jiàn)，熱帶氣旋類(lèi)極端強(qiáng)降水，依賴(lài)系統(tǒng)自身輻合產(chǎn)生上升運(yùn)動(dòng)并造成強(qiáng)降水，強(qiáng)降水發(fā)生在熱帶氣旋北部偏東風(fēng)氣流內(nèi)、強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)后6 h。當(dāng)測(cè)站處于熱帶氣旋后部，地面到對(duì)流層中層均轉(zhuǎn)為偏北風(fēng)，強(qiáng)降水結(jié)束。

4 結(jié)論

山東省極端強(qiáng)降水天氣過(guò)程大多數(shù)發(fā)生在7、8月，根據(jù)高空和地面影響天氣系統(tǒng)，將山東極端強(qiáng)降水過(guò)程分為5類(lèi):高空槽類(lèi)、副高外圍類(lèi)、切變線類(lèi)、氣旋類(lèi)、熱帶氣旋類(lèi)，其中切變線類(lèi)的歷史個(gè)例最多。

1)切變線類(lèi)、氣旋類(lèi)和熱帶氣旋類(lèi)極端強(qiáng)降水暴雨區(qū)范圍較大，而高空槽類(lèi)和副高外圍類(lèi)暴雨區(qū)范圍一般較零散。

2)5類(lèi)極端強(qiáng)降水過(guò)程均伴有低空急流，較好的水汽通道和低空輻合是5類(lèi)概念模型的共同特征。高空槽(切變線)類(lèi)強(qiáng)降水暴雨區(qū)位于700 hPa、850 hPa(當(dāng)二者距離較近時(shí)則為850 hPa與925 hPa)高空槽(切變線)之間，低空西南(或東南)氣流軸左側(cè)風(fēng)向風(fēng)速輻合處，以及地面倒槽頂端;氣旋(熱帶氣旋)類(lèi)強(qiáng)降水暴雨位于氣旋(熱帶氣旋)中心移動(dòng)方向的前沿;副高外圍類(lèi)強(qiáng)降水暴雨落區(qū)位于850 hPa、700 hPa與500 hPa上副高外圍線之間，高空急流右側(cè)，700 hPa或850 hPa冷溫度槽底的前部，以及低層切變線以南的偏南風(fēng)內(nèi)。

3)高空槽類(lèi)、副高外圍類(lèi)、切變線類(lèi)一型和氣旋類(lèi)均有冷空氣影響，暴雨區(qū)位于850 hPa冷溫度槽前部。

4)分析θse得知，高空槽類(lèi)強(qiáng)降水落區(qū)位于500 hPa的θse鋒區(qū)前沿與850 hPa高能舌的重疊區(qū);副高外圍類(lèi)強(qiáng)降水落區(qū)為500 hPa高能中心附近;切變線類(lèi)一型和氣旋類(lèi)強(qiáng)降水落區(qū)為500 hPa高能軸線或高能中心與850 hPa鋒區(qū)前沿重疊區(qū);切變線二型強(qiáng)降水落區(qū)為500 hPa與850 hPa高能軸線之間的區(qū)域;熱帶氣旋類(lèi)強(qiáng)降水落區(qū)為500 hPa上Ω型高能舌圓弧形頭部。

5)各類(lèi)強(qiáng)降水的產(chǎn)生機(jī)制不同，強(qiáng)降水區(qū)上空θse的垂直分布特征也不相同:高空槽類(lèi)、副高外圍類(lèi)、切變線類(lèi)二型、氣旋類(lèi)強(qiáng)降水均發(fā)生在θse暖脊內(nèi)，切變線類(lèi)一型強(qiáng)降水發(fā)生在θse鋒區(qū)前沿，熱帶氣旋類(lèi)強(qiáng)降水區(qū)上空θse呈現(xiàn)兩頭大中間小的特點(diǎn)。

6)典型個(gè)例分析表明，各類(lèi)強(qiáng)降水均伴有較強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)，整個(gè)對(duì)流層為一致的上升運(yùn)動(dòng)，上升運(yùn)動(dòng)中心位于對(duì)流層中層。高空槽類(lèi)、氣旋類(lèi)和熱帶氣旋類(lèi)強(qiáng)降水均發(fā)生在強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)后6 h，副高外圍類(lèi)和切變線類(lèi)二型強(qiáng)降水均發(fā)生在強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)前6～12 h，切變線類(lèi)一型強(qiáng)降水發(fā)生在強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)前后12 h。

曹鋼鋒，張善君，朱官忠，等．1988．山東天氣分析與預(yù)報(bào)［M］．北京:氣象出版社．

陳曉紅，馮皖平，璩瑛．2006.2003年淮河流域致洪暴雨的環(huán)流演變［J］．氣象科學(xué)，26(2):192-196．

蔣伯仁，孫興池，張少林．2005．山東主汛期暴雨分析及預(yù)報(bào)研究綜述［J］．山東氣象，25(2):1-4．

姜學(xué)恭，李彰俊，宮春寧，等．2010．蒙貝低渦類(lèi)環(huán)北京暴雨過(guò)程分型研究［J］．大氣科學(xué)學(xué)報(bào)，33(4):412-419．

李江萍，杜亮亮，張宇，等．2012．瑪曲地區(qū)夏季強(qiáng)降水的環(huán)流分型及水汽軌跡分析［J］．高原氣象，31(6):1582-1590．

劉國(guó)忠，黃開(kāi)剛，羅建英，等．2013．基于概念模型及配料法的持續(xù)性暴雨短期預(yù)報(bào)技術(shù)探究［J］．氣象，39(1):20-27．

羅伯良，張超，林浩．2008．近40年湖南省極端強(qiáng)降水氣候變化趨勢(shì)與突變特征［J］．氣象，34(1):80-85．

單磊，譚桂容，姚葉青，等．2014．一次臺(tái)風(fēng)遠(yuǎn)距離暴雨水汽條件及輸送過(guò)程研究［J］．熱帶氣象學(xué)報(bào)，30(2):149-156．

王黎娟，管兆勇，何金海，等．2008.2003年淮河流域致洪暴雨的環(huán)流背景及其與大氣熱源的關(guān)系［J］．氣象科學(xué)，28(1):1-7．

王苗，郭品文，鄔昀，等．2012．我國(guó)極端降水事件研究進(jìn)展［J］．氣象科技，40(1):79-86．

楊金虎，江志紅，白虎志．2008．西北地區(qū)東部夏季極端強(qiáng)降水同太平洋 SSAT 的遙相關(guān)［J］．高原氣象，27(2):331-338．

尹承美，梁永禮，冉桂平，等．2010．濟(jì)南市區(qū)短時(shí)強(qiáng)降水特征分析［J］．氣象科學(xué)，30(2):262-267．

翟盤(pán)茂，潘曉華．2003．中國(guó)北方近50年溫度和降水極端事件變化［J］．地理學(xué)報(bào)，58(增刊):1-10．

張靜，朱偉軍，李忠賢．2007．北太平洋濤動(dòng)與淮河流域夏季降水異常的關(guān)系［J］．南京氣象學(xué)院學(xué)報(bào)，30(4):546-550．

張文，壽紹文，楊金虎．2007．長(zhǎng)江中下游地區(qū)汛期極端降水量的異常特征分析［J］．氣象，33(3):61-67．

張永領(lǐng)，丁裕國(guó)．2004．我國(guó)東部夏季與北太平洋海溫的遙相關(guān)研究［J］．南京氣象學(xué)院學(xué)報(bào)，27(2):244-252．

Buffoni L，Maugeri M，Nanni T．1999．Precipitation in Italy from 1833 to 1996 ［J］．Theor Appl Climatol，63(1/2):33-40．

Houghton J T，Ding Y，Griggs D J，et al．2001．Climate change 2001:The science of climate change［C］//Contribution of Working GroupⅠto the Third Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change．Cambridge:Cambridge University Press:156-159．

Kalnay E，Kanamitsua M，Kistler R，et al．1996．The NCEP/NCAR 40-year reanalysis project［J］．Bull Amer Meteor Soc，77(3):437-472．

Manton M J，Della-Marta P M，Haylock M R，et al．2001．Trends in extreme daily rainfall and temperature in Southeast Asia and the South Pacific:1961—1998［J］．Int J Climatol，21(3):269-284．