2012年7月4日濰坊地區暴雨天氣成因分析

宋欣

摘要：為了研究透徹濰坊地區經常發生的暴雨天氣，總結歸納夏季經常發生的暴雨天氣類型，利用常規觀測資料和衛星、自動站、多普勒雷達等資料，對2012年7月4日濰坊地區暴雨過程進行天氣動力學和中尺度分析。結果表明：造成此次暴雨天氣的影響系統是低層切變線和地面倒槽，在副熱帶高壓控制下的大尺度環流形勢非常有利，低層水汽堆積及高層的強輻散為強對流發生提供了熱力和動力條件。透徹分析影響濰坊地區的這種典型夏季暴雨類型，將為以后的預報工作積攢豐富經驗。

關鍵詞：暴雨；大尺度環流；副熱帶高壓

中圖分類號：P4

文獻標志碼：A

論文編號：2013-0799

0 引言

暴雨是濰坊地區主要災害性天氣之一，精確預報暴雨發生的時間和落區，提前發布預警能夠極大地減少災害的發生，減少農業損失。研究指出，暴雨的產生與中尺度系統有著直接的關系。突發性強降水發生時，地面往往有中尺度輻合線或氣旋性環流系統，其尺度都在100-200km之間，而衛星云圖上則表現為中2α或中2β尺度對流云團的強烈發展。暴雨致洪成災的直接原因是由于暴雨的持續性，高空急流的變化，切變線的變化趨勢是暴雨過程得以維持的重要原因。Q矢量散度與垂直運動有很好的配置關系，低層Q矢量輻合有利于上升運動的發展和維持，對暴雨過程具有一定作用。筆者從暴雨觸發和維持的機制為切入點，選取暴雨發生時的幾個典型物理量進行剖析，以期找出此種暴雨發生的可預報指標，對日后預報工作提供參考。

受低層切變線和地面倒槽共同影響，7月4日下午到5日夜間，濰坊出現了入汛以來首場大范圍強降雨過程（見圖1），并伴有強對流天氣，截至6日6時，全市平均降水量45.3mm，局部地區出現暴雨，其中安丘最大，為85.7mm，壽光最小，為25.8mm，市區41.4mm。區域站最大為昌樂高崖水庫，降水量116.8mm。此次降雨分布范圍廣，雷電活動弱，風力不大，雨強較為均勻，極大緩解了濰坊市當前的旱情，對夏播作物的出苗和春播作物的生長非常有利。

1 資料與方法

1.1研究區概況

濰坊位于山東半島西部，地跨北緯35°41′-37°26′，東經118°0′-120°01′。南倚沂山，北瀕渤海。域處北溫帶季風區，背陸面海，氣候屬暖溫帶季風型半濕潤大陸型。其特點為：冬冷夏熱，四季分明；春季風多雨少；夏季炎熱多雨，溫高濕大；秋季天高氣爽，晚秋多干旱；冬季干冷，寒風頻吹。年平均氣溫12.3℃，年平均降水量在650mm左右。

1.2資料來源

本研究利用的氣象資料取自濰坊市氣象局，包括常規MICAPS資料和自動站實況資料，分辨率較高可以保證實況分析的準確性，時間為2012年7月4日-6日。

1.3研究方法

通過利用氣象信息綜合分析處理系統MICAPS3.1和多普勒雷達圖，對暴雨發生時的高低空環流形勢配置進行分析，確定引發此次暴雨發生的天氣系統以及大尺度環流形勢時空分布及演變特點，然后對暴雨發生過程中的各物理量進行剖析，得出造成此次暴雨的發生機制。

2 結果與分析

2.1形勢場演變

中低緯度系統的相互作用對暴雨的發生起著重大作用。通過分析高低空形勢場的配置（圖略）可以得出，此次大范圍降水是在副熱帶高壓向西北方向加強的過程中，西風帶短波槽在東移的過程中，受副高阻擋，北段東移，低層700hpa和850hpa低渦沿切變線東移北上，影響系統主要是高空低槽、中低層低渦切變線和低空急流。7月4日8時，在500hPa天氣圖上，東北存在1個冷渦，副高584線北部位于32°N，高空槽位于河套地區，槽前西南氣流到達豫中和皖中地區，東經113°E附近存在1個弱的高壓脊。

夏季暖濕空氣北上，北方冷空氣南下頻繁，兩者在這里交匯，常常出現云團強烈發展，引發強度大、歷時短的降水天氣。5日8時，500hpa副熱帶高壓脊線位于27°N附近，700hpa形勢與850hpa形勢較為相似，河南地區有低渦生成，渦前有切變線伸向半島南部地區，長江上游有低渦，低渦有切變線與華中低渦相聯系，渦前暖濕氣流與副高邊緣西南氣流相互迭加增強為低空急流，700hpa緯向切變線附近是低空急流左前方的強風速輻合區和低渦移動方向右前方的疊加區，即低層輻合和高空槽前輻散區相迭加區。4日夜間低空急流是一個加強發展北抬的過程在其左上方為大的輻合區，輻合強度在夜間達到最強，5日白天逐漸向東北方向移出。5日白天魯中和魯南低空輻合，高空輻散，動力條件非常好。

從地面圖上（圖略）看，從4日14時開始，山東西南部有1個地面低壓閉合區，魯西南處在地面倒槽的西北側，隨時間的推移，地面氣旋逐漸隨切變線出來，并逐步東北上，影響整個山東，氣旋的東南部是較大的降水區。到5日8時，由于東部海上高壓的阻擋，氣旋移動速度緩慢，造成此次降水持續時間較長，降水量也大。這個地面氣旋是造成濰坊全市范圍內大到暴雨的主要因素。

2.2物理量分析

2.2.1水汽條件分析 暴雨強度的趨勢與落區基本上能從水汽通量相對散度中反映出來，水汽通量相對散度越大，暴雨越強。由圖2-3可知，4日20時850hPa水汽輻合中心位于山東南部，此時山東西北部地區是個正的輻合中心，700hpa上大的水汽復合區位于魯東南地區，5日8時，全省相對濕度都在80%以上，魯南地區是相對濕度最大，也是水汽輻合最強的地區。水汽輸送是水循環的一個重要組成部分，Chen利用1979年FGGE資料研究了全球水汽通量和維持，揭示出在水汽輸送中定常輻散部分維持了上述地區的高水汽含量，并通過無輻散定常部分向其他地區輸送了大部分水汽。此次的暴雨落區和水汽通量散度的輻合中心聯系還是非常密切的，大的降水區是跟著低層水汽通量散度的移動方向而移動。

2.2.2上升運動分析 高空輻散低層輻合，強烈的抽吸作用，有利于上升氣流維持和發展，強輻合作用促使不穩定能量迅速釋放，高低空中尺度天氣系統產生正反饋作用，導致特大暴雨產生。從850hPa和700hPa的垂直速度來看（見圖4-5），本次過程的暴雨區的上升運動區的分布在時間和區域上基本一致，5日8時，上升運動中心位于魯中北部地區，上升運動的中心處于高低空急流的耦合處，從最大上升運動的移動情況分析，位于低渦中心移動的右前方。

2.2.3能量場分析 強降水釋放的凝結潛熱使高層氣層增暖，高層輻散加強，引起低層中尺度低渦強烈發展，導致降水增幅。700hPa以上大氣中的水汽凝結成降水釋放出熱量，熱量隨弱的上升氣流傳到高空，形成高空的熱源中心，而凝結的降水在降落的過程中氣化成水汽重新回到大氣中，從而在地面不形成降水。假相當位溫是氣壓、水汽壓和溫度的函數，表征著大氣的暖濕能量特征。分析850hPa4日20時-5日8時的假相當位溫場明顯看出（見圖6-7），有1個高能區在魯南地區，并隨著系統的東移逐漸由南北向變為東西向，在5日8時仍舊維持在魯南地區，高能區持續時間較長也是這次降水出現暴雨的一個主要因素。持續性降水和中尺度雨團總是在一定的天氣尺度背景下發生，而其中中尺度系統得以不穩定發展的環境條件和不穩定發展的觸發機制是最重要的。在分析中尺度降水時，大氣層結穩定條件是必須考慮的重點。

2.2.4雷達回波分析 多普勒雷達能夠探測降水粒子的反射率因子和多普勒速度等信息，這些物理量具有很高的時空分辨率，通過風場反演技術，有可能得到暴雨的高時空分辨率的風場結構，對于研究其動力結構大有益處。從雷達回波圖的演變來看（見圖8-9），在7月4日下午，在濰坊安丘地區有對流云團發展，這片雷達回波給安丘部分鄉鎮帶來短時強降水，在5日白天，在濰坊地區主要回波帶位于濰坊中部，從臨朐到昌邑一帶，暴雨區正好對應此雷達回波帶，到5日夜間，回波逐漸減弱東移。

3 結論

（1）本次過程是在副高穩定加強的形勢下，產生暴雨的主要影響系統為高空低槽、低渦切變線、西南急流和地面倒槽。暴雨區低層有充沛的水汽輸送和水汽輻合。

（2）850hPa的垂直速度的水平分布和暴雨區有很好的對應關系。

（3）強對流天氣發生在假相當位溫高值區內，強降水區位于高能舌頂部。

（4）日常天氣預報工作中應加強此種天氣形勢配置下暴雨落區的研究工作。

4 討論

（1）暴雨的可預報指標有許多，本研究僅選取其中幾個常規指標進行分析，具有普遍性意義。但是，其他物理量同樣具有參考意義，例如K指數、500hpa與850hpa的假相當位溫差值等，日后研究工作中應該選取其他幾個物理量進行更多的分析，以期找出更多可參考指標。

（2）500hpa溫度槽與地層暖脊的位置分布以及地面輻合線得位置對暴雨落區有重要參考意義，由于受到可研究資料的限制，本研究并未進行分析，對所做結論有一定影響。

（3）災害的預防與降低關鍵在于能否提前預報出暴雨的落區，目前此種局地暴雨的落區預報并不是很精確，筆者研究應用的資料為暴雨發生過程中所選取，能否利用暴雨發生前的資料進行漏報分析是一種創新，可以做進一步研究。