2013年7月淮河流域一次強(qiáng)降雨過程分析

羅 靜 葉金印

2013年7月淮河流域一次強(qiáng)降雨過程分析

羅 靜 葉金印

本文利用淮河流域172個(gè)常規(guī)氣象站的逐日降水資料、一日四次的NCEP再分析資料，從動力、熱力、水汽三個(gè)方面對2013年7月3～7日淮河流域一次持續(xù)性強(qiáng)降雨過程的發(fā)生發(fā)展機(jī)理進(jìn)行分析，進(jìn)而為今后淮河流域的暴雨預(yù)報(bào)提供參考。

一、降雨實(shí)況

2013年7月3～7日，受高空槽、中低層低渦切變的共同影響，淮河流域發(fā)生了大范圍的強(qiáng)降雨天氣過程，并伴有大風(fēng)、雷暴等強(qiáng)對流天氣。過程累積降雨超過100mm的地區(qū)主要位于大別山區(qū)，沂沭泗北部、東部及里下河大部分地區(qū)，其中5～6日大別山局部地區(qū)累積雨量超過250mm。本次降水過程雨量分布不均，局地性強(qiáng)。

二、形勢分析

強(qiáng)降雨的發(fā)生發(fā)展與有利的大尺度天氣系統(tǒng)密切相關(guān)。本次強(qiáng)降雨發(fā)生時(shí)，500hPa亞歐中高緯維持“兩槽一脊”型，兩槽分別位于巴爾喀什湖北部及我國東部地區(qū)，從新疆一直到內(nèi)蒙古中東部地區(qū)維持一弱的高壓脊；副熱帶高壓呈準(zhǔn)東西帶狀分布，脊線維持在23°N附近；淮河流域位于高空槽前、副熱帶高壓西北側(cè)邊緣，槽后冷空氣和副高外圍偏南暖濕氣流在流域交匯，為強(qiáng)降雨的發(fā)生提供了有利的背景條件。

從850hPa流場的逐日演變來看，7月3日08時(shí)流域沂沭泗北部地區(qū)有一冷式切變線存在；4日08時(shí)位于切變線西側(cè)的山西南部地區(qū)有低渦生成，低渦沿切變線逐漸東移南壓，導(dǎo)致4日淮河流域中東部地區(qū)自北向南出現(xiàn)了大范圍的強(qiáng)降雨過程；5日08時(shí)隨著低渦東移入海，切變線南壓至淮河以南地區(qū)，同時(shí)四川東部地區(qū)有西南渦生成；此后，切變線穩(wěn)定維持在淮河以南地區(qū)且切變線上不斷有低渦生成并東移，導(dǎo)致5～6日大別山區(qū)發(fā)生持續(xù)性強(qiáng)降雨；直到8日02時(shí)，隨著低渦切變的減弱北抬，流域降雨趨于結(jié)束。

三、物理量分析

由最強(qiáng)暴雨中心附近渦度平流的時(shí)間—垂直剖面可以看出，7月6日20時(shí)，整層大氣以正渦度平流為主，其中在400hPa附近有一個(gè)較強(qiáng)的正渦度平流中心，中心值超過60× 10-9s-2。對應(yīng)同一地點(diǎn)渦度的時(shí)間—垂直剖面，6日20時(shí)，暴雨中心上空700hPa附近有明顯的正渦度中心，此時(shí)低層有低渦發(fā)生發(fā)展。根據(jù)位勢傾向方程及ω方程，正渦度平流隨高度增加時(shí)，有上升運(yùn)動，有利于中低層低值系統(tǒng)的發(fā)生發(fā)展。

7月6日20時(shí)，700hPa淮河以南地區(qū)有一準(zhǔn)東西向的假相當(dāng)位溫密集帶（即鋒區(qū)）存在，此時(shí)雨區(qū)位于低層鋒區(qū)偏南一側(cè)。做同一時(shí)刻渦度沿115°E的徑向—垂直剖面可以看出：32°N附近400～850hPa之間有略向北傾斜的能量鋒區(qū)存在，鋒區(qū)南側(cè)雨區(qū)上空600hPa以下有一垂直正渦度柱存在，最強(qiáng)中心位于700hPa附近，超過10×10-5s-1；對應(yīng)同一時(shí)刻散度場上，30°N～32°N之間700hPa以下以輻合為主，300～600hPa之間有較強(qiáng)的輻散；同時(shí)，雨區(qū)上空400hPa以下為一致的上升運(yùn)動。由此可見，低層輻合、高層輻散形成的強(qiáng)烈的抽吸作用有利于上升運(yùn)動的維持，從而為強(qiáng)降雨的發(fā)生提供有利的動力條件。

位渦是一個(gè)既包含熱力又包含動力的物理量，其在絕熱、無粘的斜壓大氣中沿氣塊軌跡守恒，故可以作為跟蹤氣塊移動的物理量。分析本次降雨過程低層位渦的演變：7月3日08時(shí)，700hPa流域大部分地區(qū)位渦相對較小，只有北部局部地區(qū)超過0.8PVU，此時(shí)強(qiáng)降水雨帶恰好位于流域北部地區(qū)；至4日08時(shí)，在山西南部地區(qū)出現(xiàn)大于1.2PVU的正位渦中心，且貴州經(jīng)湖北至安徽一線有東北—西南走向的大值正位渦帶存在，此后該大值中心不斷東移南壓與其合并；5日08時(shí)，正位渦中心移出流域，中心值超過1.6PVU，此刻強(qiáng)降水雨帶亦南壓至淮河以南地區(qū)，同時(shí)四川東部地區(qū)有一新的正位渦中心建立；此后沿江地區(qū)始終維持一準(zhǔn)東西向的大值正位渦帶，其上不斷有正位渦中心東移發(fā)展，6 日20時(shí)，在流域大別山區(qū)形成一中心超過1.2PVU的正位渦中心，導(dǎo)致了5～6日大別山區(qū)局地強(qiáng)降雨的發(fā)生；8日08時(shí)，隨著大值正位渦帶的減弱北抬，流域降雨趨于結(jié)束。

干侵入是暴雨形成的一種重要機(jī)制。一般把對流層高層下沉到低層的干空氣稱為干侵入，可由大值正位渦和低相對濕度兩個(gè)特征量來表征。此次強(qiáng)降雨過程中有明顯的干侵入過程。由7月6 日20時(shí)位渦沿115°E的徑向—垂直剖面（圖1a）可見：大于1.5PVU的正位渦多分布在 300hPa以上，鋒區(qū)南側(cè)600hPa以下有大于0.8PVU的正位渦異常存在，鋒區(qū)北側(cè)500hPa以上有大值正位渦向低層伸展，并疊加在低層正位渦異常之上。用相對濕度小于等于60%來表征冷空氣的活動，由圖1b可以看出，鋒區(qū)北側(cè)300hPa之間為一致的下沉氣流，下沉氣流到達(dá)700hPa附近與鋒區(qū)南側(cè)的西南暖濕氣流輻合上升，形成一橫跨鋒區(qū)的次級環(huán)流，且32°N附近對流層大氣呈弱對流不穩(wěn)定狀態(tài)。由此可以說明，具有高PV的干冷空氣沿鋒區(qū)向下傳播疊加在低層擾動對應(yīng)的PV中心之上，使得低層氣旋性渦度增加，并且這股冷空氣通過降低低層大氣穩(wěn)定度和強(qiáng)迫中低層較暖空氣抬升促使對流不穩(wěn)定能量釋放，導(dǎo)致暴雨增幅。

暴雨的發(fā)生發(fā)展與低空急流密切相關(guān)。由淮河流域緯向平均的850hPa全風(fēng)速的時(shí)間—緯度剖面（圖2a）可以看出：7月2日08時(shí)，低空急流中心位于33°N附近，此時(shí)強(qiáng)降水雨帶位于黃淮中部地區(qū)；此后，低空急流中心的不斷南壓，流域自北向南出現(xiàn)了大范圍的強(qiáng)降水過程；5日08時(shí)～7 日08時(shí)，急流中心穩(wěn)定維持在29°N附近，伴隨強(qiáng)降水雨帶穩(wěn)定維持在江淮之間，這也是流域大別山區(qū)出現(xiàn)強(qiáng)降水的時(shí)段；7日08時(shí)之后，低空急流中心逐漸北抬且風(fēng)速逐漸減小，雨帶隨著減弱北抬，流域此次降水過程趨于結(jié)束。如圖2b，6日20時(shí)，850hPa流域淮河以南地區(qū)有一東北西南走向的水汽通量大值帶存在，來自南海和孟加拉灣的水汽通過西南低空急流源源不斷地向淮河流域輸送，為強(qiáng)降水的發(fā)生提供有利的水汽條件。

圖1 7月6日20時(shí)θse、位渦（a）和相對濕度（陰影）、v-w（b）沿115°E的徑向—垂直剖面

圖2 淮河流域緯向平均的850hPa全風(fēng)速的時(shí)間—緯度剖面（a，單位：m/s）、7月6日20時(shí)850hPa風(fēng)場、水汽通量（陰影，單位：g·cm-1·hPa-1·s-1）的分布（b）

四、結(jié)論

（1）本次持續(xù)性強(qiáng)降水發(fā)生在500hPa亞歐中高緯“兩槽一脊”穩(wěn)定的環(huán)流形勢下，冷空氣沿著高空槽后部南下，與副高外圍的暖濕氣流在淮河流域交匯，同時(shí)對流層低層流域多低渦切變活動。

（2）強(qiáng)降水期間，低渦的發(fā)生發(fā)展與對流層中層較強(qiáng)的正渦度平流密切相關(guān)；低層輻合、高層輻散形成的強(qiáng)烈抽吸作用有利于上升運(yùn)動的維持，為暴雨的發(fā)生發(fā)展提供有利的動力條件。

（3）低層正位渦異常能較好地反映低渦的活動，并且與強(qiáng)降水有較好的對應(yīng)關(guān)系。

（4）高層具有高PV的干冷空氣沿鋒區(qū)向下傳播疊加在低層擾動對應(yīng)的PV中心之上，使得低層氣旋性渦度增加，并且這股冷空氣通過降低低層大氣穩(wěn)定度和強(qiáng)迫中低層較暖空氣抬升，促使對流不穩(wěn)定能量釋放，進(jìn)而導(dǎo)致暴雨增幅。

（5）強(qiáng)降雨過程中，低層切變線南側(cè)始終有一支較強(qiáng)的低空急流維持，低空急流將暖濕氣流源源不斷地向淮河流域輸送，為強(qiáng)降雨的發(fā)生發(fā)展提供了充足的水汽■

（作者單位：淮河流域氣象中心233000）