一場強(qiáng)對流暴雨的中尺度分析

莊革富　蔣榮復(fù)　曾文慧

摘要根據(jù)自動(dòng)站觀測資料、衛(wèi)星云圖以及新一代天氣雷達(dá)資料，結(jié)合高低空流場以及各種物理參數(shù)的變化等，對2012年5月15日福建省仙游縣出現(xiàn)的午后強(qiáng)對流暴雨大風(fēng)等中尺度天氣過程進(jìn)行診斷分析。結(jié)果表明，此次強(qiáng)對流暴雨的流場垂直分布比較一般；低層雖有較強(qiáng)的SW氣流，但尚未達(dá)到急流程度；500 hPa也沒有前傾槽，但200 hPa有比較強(qiáng)的輻散氣流；高低空濕度垂直分布有利于對流不穩(wěn)定天氣的產(chǎn)生，低層濕度大，高層濕度小，上干下濕，層結(jié)不穩(wěn)定；從各種物理參數(shù)值看，5月14日20：00測站沙氏指數(shù)、對流有效位能Cape及假相當(dāng)位溫等大部分物理參數(shù)均有利于強(qiáng)對流天氣的產(chǎn)生。

關(guān)鍵詞強(qiáng)對流；暴雨；中尺度；診斷分析

中圖分類號S161.6文獻(xiàn)標(biāo)識碼A文章編號0517-6611（2014）12-03663-04

作者簡介 莊革富（1963- ），男，福建仙游人，工程師，從事短時(shí)和短期天氣預(yù)報(bào)、臺風(fēng)暴雨天氣和強(qiáng)對流天氣預(yù)報(bào)等研究。

受南支槽東移、中低層切變線南壓以及低層SW急流等共同影響，2012年5月15日福建省仙游縣出現(xiàn)了強(qiáng)對流天氣，當(dāng)日14：00～15：00部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)雷電交加、狂風(fēng)暴雨。境內(nèi)金建、鯉城、榜頭、九鯉湖和常太等1 h雨量達(dá)30 mm以上，分別為30.3、30.3、72.0、69.2、40.7 mm。與此同時(shí)，金建和蓋尾還分別出現(xiàn)8～9級雷雨大風(fēng)，其中金建瞬間極大風(fēng)速達(dá)22 m/s的偏西大風(fēng)為最大，蓋尾瞬間極大風(fēng)速18 m/s偏東大風(fēng)為次之。當(dāng)日過程降水量九鯉湖達(dá)80.9 mm，為最大，榜頭77.9 mm為次之。此次強(qiáng)對流暴雨的特點(diǎn)是時(shí)間短促、時(shí)空分布極為集中，強(qiáng)風(fēng)暴呈東北—西南向線性排列，從莆田市的奧柄、常太到仙游縣的九鯉湖、榜頭、鯉城、金建，象一條線劃過，強(qiáng)降水帶主要在仙游縣境內(nèi)。筆者利用當(dāng)日自動(dòng)站資料、衛(wèi)星云圖及新一代天氣雷達(dá)資料，結(jié)合高低空流場及各物理參數(shù)的變化等，對此次中尺度天氣過程進(jìn)行診斷分析，試圖揭示此次過程的某些內(nèi)在特征，以期為今后此類強(qiáng)對流暴雨預(yù)報(bào)提供某種借鑒。

1高空形勢分析

暴雨發(fā)生前的5月14 日20：00，低層切變線進(jìn)一步東移南壓，但其南側(cè)SW氣流尚未達(dá)到急流程度，而 700 hPa SW急流開始建立[1]，500 hPa南支槽加深東移靠近，槽前SW氣流繼續(xù)增強(qiáng)，副高588 gpm線西側(cè)抵近東南沿海，福建仙游縣處在中低層切變線南側(cè)和副高西側(cè)加強(qiáng)的SW氣流中（圖1a1、b1、c1）。15日08：00，500 hPa南支槽進(jìn)一步東移靠近；同時(shí)，中底層處在切變南側(cè)，底層SW急流開始建立[2]，測站位于急流附近（圖1a2、b2、c2）。15 日20：00， 500 hPa南支槽東移出海，中底層SW明顯減弱，急流消失（圖1a3、b3、c3）。另外，5月14 日20：00，在200 hPa高空圖上（圖2），測站上空有比較強(qiáng)的西北輻散流場，測站附近的NW氣流達(dá)16 m/s ，抽吸作用比較明顯[3-4]，使得低層氣流不斷地強(qiáng)烈抬升，大氣更加不穩(wěn)定。綜上所述，850 hPa有較強(qiáng)的SW氣流的輻合擾動(dòng)，500 hPa為前傾槽，200 hPa為較強(qiáng)的輻散流場，這是較典型的強(qiáng)對流暴雨天氣高低層流場配置。

2物理量場分析

2.1穩(wěn)定度分析

2.1.1高空風(fēng)場分布。5月14日20：00，強(qiáng)降水帶附近850 hPa為較強(qiáng)SW風(fēng)（圖1a1），200 hPa為較強(qiáng)NW風(fēng)（圖2），上冷下暖[5]，層結(jié)不穩(wěn)定，有利于對流的發(fā)展。

2.1.2各物理參數(shù)分析。根據(jù)福州和廈門測站5月14日20：00的探空資料，可以看出當(dāng)時(shí)福州和廈門的沙氏指數(shù)SI分別為-4.12、2.18 ℃，可以推測強(qiáng)降水帶附近沙氏指數(shù)SI為-3.15 ℃，說明當(dāng)時(shí)強(qiáng)降水帶附近的大氣層很不穩(wěn)定；福州K指數(shù)達(dá)38 ℃，而廈門的K指數(shù)僅27 ℃，可以推測強(qiáng)降水帶附近K指數(shù)32.5 ℃左右，比較不穩(wěn)定；福州和廈門的對流有效位能Cape分別為2 000.8、2 035.1 J/kg，仙游縣強(qiáng)降水帶附近的對流有效位能Cape可測算為2 018.0 J/Kg。根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)，當(dāng)對流有效位能Cape>2 000 J/Kg時(shí)，發(fā)生強(qiáng)對流暴雨的可能性大[6]。另外，14日20：00，福州和廈門的假相當(dāng)位溫Δθse分別為4.9、3.1 ℃，說明當(dāng)時(shí)該區(qū)域500 hPa比850 hPa的位溫低得多，測站附近大氣層結(jié)非常不穩(wěn)定。

2.2濕度場分析

2.2.1暖平流。14日20：00，測站風(fēng)向從850 hPa到500 hPa是明顯順轉(zhuǎn)的，夾角為90°，且兩者風(fēng)速大，說明當(dāng)時(shí)測站上空有很強(qiáng)的暖平流[7]，層結(jié)不穩(wěn)定。

2.2.2水汽通量。15日08：00，850～700 hPa測站附近水汽通量大，尤其是850 hPa達(dá)12 g/（cm·hPa·s），而500 hPa水汽通量較小（圖3）。這種上干下濕的水汽通量配置，使得強(qiáng)降水帶附近濕不穩(wěn)定狀態(tài)將維持較長的時(shí)間。

2.2.3相對濕度。5月14日20：00～15日20：00 850 hPa有高濕中心自西向東向測站靠攏，強(qiáng)降水帶上空有深厚的濕氣層（圖4）。

3天氣雷達(dá)回波特征

從雷達(dá)基本反射率拼圖（圖5）可以看到，從5月15日13：04開始，仙游縣東北方向有帶狀強(qiáng)回波南壓，強(qiáng)回波帶強(qiáng)度大多在45～55 dBz，局部超過55～60 dBz[8]。到了15：09左右，強(qiáng)回波帶逐漸移出仙游縣，與上述天氣形勢的演變基本相符，當(dāng)時(shí)測站附近有源源不斷的SW～NE向的強(qiáng)對流單體——列車效應(yīng)（MCS）。 注：a1、b1、c1為14日20：00；a2、b2、c2為15日08：00；a3、b3、c3為15日20：00。

4衛(wèi)星云圖特征

從衛(wèi)星云圖（圖6）可以看出，5月15日08：00～15：00有強(qiáng)對流云團(tuán)快速東移南壓的過程。另外，從衛(wèi)星水汽圖像IR3上（圖略）還可以看出，當(dāng)時(shí)測站附近存在短時(shí)快速線狀的中尺度對流復(fù)合體MCC[9]。

5降水?dāng)?shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品的釋用

根據(jù)2012年5月14日20：00～15日20：00 24 h降水?dāng)?shù)值預(yù)報(bào)預(yù)報(bào)產(chǎn)品（圖7），中央臺當(dāng)時(shí)仙游縣降水預(yù)報(bào)落區(qū)為0～5 mm；而日本降水預(yù)報(bào)也明顯偏少，測站附近僅5～10 mm。

6本站氣壓的時(shí)空分布

5月14日20：00～15日17：00，本站氣壓最大振幅2.9圖32012年5月14日20：00 850 hPa（a）、700 hPa（b）和500 hPa（c）T639水汽通量圖42012年5月14日20：00（a）、15日08：00（b）和15日20：00（c）EC相對濕度分布注：7結(jié)論與討論

（1）此次強(qiáng)對流暴雨的流場垂直分布比較一般。低層雖有較強(qiáng)的SW氣流，但尚未達(dá)到急流程度。500 hPa也沒有前傾槽，但200 hPa有比較強(qiáng)的輻散氣流。高低空配置不是很理想，但還是出現(xiàn)了強(qiáng)對流暴雨天氣。

（2）高低空濕度垂直分布有利于對流不穩(wěn)定天氣的產(chǎn)生，低層濕度大、高層濕度小，上干下濕，層結(jié)不穩(wěn)定；從各種物理參數(shù)值看，5月14日20：00測站沙氏指數(shù)、對流有效位能Cape及假相當(dāng)位溫等大部分物理參數(shù)均有利于強(qiáng)對流天氣的產(chǎn)生；此次暴雨范圍不大，但比較集中，呈線性分布，尤其是短時(shí)強(qiáng)降水非常明顯，與上述各種不穩(wěn)定氣象要素的相互綜合作用息息相關(guān)。

（3）此次強(qiáng)對流暴雨過程本站氣壓不是太低，但當(dāng)日14：00前3 h有較明顯的負(fù)變壓。與以往常見的強(qiáng)對流暴雨天氣前后本站氣壓的跳躍式變化有所不同，對以后仙游縣此類強(qiáng)對流暴雨預(yù)報(bào)有一定啟示。

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