“7.18”山東暴雨過程分析I：暴雨過程診斷分析

譚偉才，文映方，李啟華

(1. 75839部隊，廣東廣州 510510；2.貴州省貴陽市氣象局，貴州貴陽 550001；3.解放軍理工大學氣象海洋學院，江蘇南京 211101)

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“7.18”山東暴雨過程分析I：暴雨過程診斷分析

譚偉才1，文映方2，李啟華3

(1. 75839部隊，廣東廣州 510510；2.貴州省貴陽市氣象局，貴州貴陽 550001；3.解放軍理工大學氣象海洋學院，江蘇南京 211101)

利用常規氣象資料、1°×1°一日4個時次的美國環境預報中心的FNL再分析資料、0.25°×0.25°的TRMM衛星逐3 h降水再分析資料，從大尺度環流形勢、水汽條件、動力條件以及對流不穩定層結等方面，診斷分析“7.18”山東暴雨過程。結果表明，此次暴雨過程具有時間短、強度大、范圍廣的特征，降水雨帶自北向南運動。影響此次暴雨的主要天氣系統是東北冷渦、西風槽、西南低渦、低空急流和副熱帶高壓。暴雨過程中濕度條件非常充足，水汽的強烈輻合為此次暴雨提供了直接的水汽條件；對流層低層的強烈輻合、中高層輻散的環流配置形勢有利于產生強烈的垂直上升運動，對暴雨的形成提供動力條件；暴雨開始前山東地區上空存在較強的對流不穩定層結，有利于強暴雨的產生。

暴雨；診斷分析；環流形勢；水汽條件；動力條件

我國是一個受暴雨影響嚴重的國家，自建國以來，我國已發生過多次嚴重的暴雨洪澇災害，如河南“75.8”暴雨災害、1998年特大洪澇災害、2008年北京暴雨過程等。近年來，隨著全球氣候持續變化，暴雨、特大暴雨災害事件的發生頻率呈現增長的趨勢[1]，隨之帶來的災害損失也不斷增加。因此，加強對于暴雨過程的預報和相應的防災減災工作變得尤為重要。近幾十年來，氣象學者采用多種研究方法，從產生暴雨的環流背景形勢[2-3]、影響暴雨的天氣尺度系統[4-5]、中尺度系統[6-7]、暴雨的中尺度動力分析[8-9]等多個角度對暴雨過程進行了大量的研究。筆者利用常規氣象資料、1°×1°一日4個時次的美國環境預報中心的FNL再分析資料、0.25°×0.25°的TRMM衛星逐3 h降水再分析資料，從大尺度環流形勢、水汽條件、動力條件以及對流不穩定層結等方面，對2007年7月18日發生在山東的一次暴雨過程進行診斷分析，探討產生此次暴雨的成因，為今后暴雨災害性天氣預報提供一定的參考依據。

1　暴雨概況

2007年7月18～19日，山東省上空形成了一個中尺度對流復合體，造成了全省大范圍的對流性降水，山東全省平均降水量為61.6 mm，全省123個氣象觀測站有106個的降水量>30 mm，100 mm以上大暴雨主要集中在山東西北和中西部地區[2]。降水帶來了洪澇災害，使山東人民生命財產遭受巨大損失。從山東地區暴雨主要雨帶逐3 h移動分布(圖1)可以看出，降水雨帶自北向南運動，降水時間主要集中在7月18日13：00～19日06：00。因此，此次降水具有時間短、強度大、范圍廣的特征。

2　大尺度環流形勢分析

17日08：00 500 hPa，高緯地區主要系統為位于貝加爾湖以北的低壓中心，低壓西南側的偏北風配合位于河套東南部、蒙古地區的穩定脊，引導冷空氣南下；低緯地區主要系統為位于云貴川一帶的低壓槽和副熱帶高壓，低壓槽前和副高頂后部的西南風氣流不斷向山東地區輸送暖濕空氣。到18日08：00(圖2a)，之前位于貝加爾湖以北、中西伯利亞地區的低壓中心加強東移南壓，中心位置已移至黑龍江一帶，引導冷空氣加速南下；低緯地區，副高脊線北抬，四川南部的低壓槽加深，使得槽前的西南風暖濕氣流加強。

17日08：00 850hPa，在對流層低層對山東地區造成影響的系統主要是位于黑龍江以北的低壓中心，其西部的偏北風氣流不斷向南輸送干冷空氣；同時，位于四川的低渦系統，與副高西北部的西南氣流相配合將暖濕空氣向北輸送。到18日08：00(圖2b)，低空急流向山東地區輸送暖濕空氣，為暴雨提供了充沛的水汽條件。

由以上分析可知，7月17～18日的大尺度環流形勢是有利于山東地區暴雨產生和發展的，其主要影響系統為東北冷性低渦、西風槽、西南低渦、低空激流和副熱帶高壓。東北冷渦南部的低壓槽加深東移，使得冷空氣南下；西南渦發展配合副高加強使得暖濕空氣向北輸送是此次暴雨發生的2個重要條件。

圖1　2007年7月18日14：00(a)和20:00(b)山東地區降水分布(單位：mm)Fig.1　Distributions of precipitation over Shandong area on 14:00(a) and 20:00(b)18 July 2007

圖2　2007年7月18日08：00 500 hPa(a)和850 hPa(b)位勢高度和風場Fig.2　The potential height and wind field at 500(a)and 850 hPa(b)on 08：00 of 18 July 2007

3　物理量診斷分析

3.1水汽條件分析850 hPa比濕可見，17日08：00開始，從河南經山東西部有一條寬廣的濕度帶向山東東部傳播。到18日08：00(圖3a1)，濕度帶已經覆蓋了整個山東地區，比濕基本達15 g/kg以上。從18日20：00(圖3a2)開始，濕度帶向南移動，到19日08：00主要濕度帶已經基本移出山東地區。同時，通過對比不同高度的水汽分布情況可以看出，這條濕度帶的移動和發展造成了山東地區上干下濕的的濕度分布結構，從而形成強烈的不穩定層結，有利于暴雨生成。

從850 hPa水汽通量散度分布可以看出，18日08：00山東省北部地區開始存在明顯的水汽輻合(圖3b1)，到18日14：00，整個山東上空均存在強烈的水汽輻合，水汽通量散度中心位于山東省北部地區，其值達-35×10-6g/(cm2·hPa·s)，與此時刻強降水中心相對應。18日20：00(圖3b2)，水汽輻合區南移，山東北部轉變為水汽輻散區，中南部仍存在較強的水汽輻合，水汽通量散度中心位于山東西部與河北、河南省的交界處，此時刻降水主要位于山東中南部。到19日02：00，水汽通量輻合區進一步向山東東南方向移動，其中心位于山東東南部，其余區域水汽通量散度均為正值；此時刻山東省內大部分地區降水基本結束，雨帶主要位于山東東南部地區。

注：a1、b1為18日08：00；a2、b2為18日20：00。陰影部分為負值區。Note：a1 and b1 were 08：00 on 18 July；a2 and b2 were 20：00 on 18 July.Shadings denoted the negative value area.圖3　2007年7月18日850 hPa比濕(a,g/kg)和水汽通量散度[b,10-6g/(cm2·hPa·s)]分布Fig.3　Distribution of specific humidity(a.g/kg)and moisture flux divergence [b.10-6 g/(cm2·hPa·s)]at 850 hPa on 18 July 2007

綜上所述，大量水汽的不斷供應，暴雨區對流層低層濕度條件的不斷維持和發展，使得整個暴雨過程的水汽條件均非常充足。水汽通量輻合區與雨帶的分布基本一致，當水汽通量輻合區向南移動時，雨帶也向南部移動，表明水汽的強烈輻合為此次暴雨提供了直接的水汽條件。

3.2動力條件從不同時刻不同高度散度場分布可以看出，18日08：00，對流層低層僅在山東西部地區存在一較弱的輻合帶活動(圖4a1)，山東東部地區為輻散區；500 hPa山東西部地區仍為輻合區，但強度已明顯減弱(圖4b1)，表明此時刻垂直運動主要集中在山東西部，其余地區較弱。到18日14：00，對流層低層山東絕大部分地區為輻合區，輻合中心位于魯中；500 hPa山東上空絕大部分地區均為輻散區，低層輻合、中層輻散必然對應強烈的垂直運動，從而產生強烈降水。18日20：00，對流層低層的輻合區向東南方向移動(圖4a2)；500 hPa山東省內全為輻合區(圖4b2)，表明此時刻垂直運動加強，向上伸展至500 hPa高度以上。到19日02：00，雖然山東省內仍存在較強輻合運動造成的垂直運動，但由于此時刻水汽主要在山東南部輻合，因此降水主要發生在山東南部。由此可知，山東暴雨期間對流層低層的強烈輻合、中高層輻散的環流配置形勢有利于產生強烈的垂直上升運動，對暴雨的產生有促進作用。在暴雨后期，雖然山東大部分地區仍存在較強的輻合、輻散運動，但由于水汽輻合減弱，并主要集中在山東南部，因此降水主要位于山東南部。

注：a1、b1為18日08：00；a2、b2為18日20：00。陰影表示輻合區。Note：a1 and b1 were 08：00 on 18 July；a2 and b2 were 20：00 on 18 July.Shadings denoted the area of convergence.圖4　2007年7月18日700 hPa(a)和500 hPa(b)散度分布(單位：10-6 s-1)Fig.4　Distribution of divergence at 700(a)and 500 hPa(b)on 18 July 2007

3.3對流不穩定層結從圖5可以看出，18日08：00，山東大部分地區均有較強的對流不穩定層結，在32°～39° N垂直方向上假相當位溫隨高度減少的跡象非常明顯，這種分布利于對流不穩定能量的積累和維持。到18日14：00，由于暴雨過程中對流不穩定能量的釋放，山東地區整體的對流不穩定層結的強度顯著減弱。由此可知，在暴雨發生前期，山東地區上空存在較強的對流不穩定層結，在對流活動的觸發作用下，極易產生強烈的降水。

圖5　2007年7月18日08：00(a)和14：00(b)山東地區沿117°E假相當位溫的緯向-垂直剖面(單位：K)Fig.5　Zonal-vertical section of pseudo-equivalent potential temperature along the meridian of 117°E over Shandong area at 08：00(a)and 14：00(b)on 18 July 2007

4　結論

(1)此次暴雨過程降水雨帶自北向南運動，降水時間主要集中在7月18日13：00～19日06：00。因此，此次降水過程具有時間短、強度大、范圍廣的特征。

(2)此次暴雨的主要影響系統是東北冷渦、西風槽、西南低渦、低空急流和副熱帶高壓。其中，東北冷渦南部的低壓槽加深東移使得冷空氣南下；西南渦發展配合副熱帶高壓加強使得暖濕空氣向北輸送是這次暴雨發生發展的2個重要條件。

(3)暴雨過程中水汽條件非常充足，水汽的強烈輻合為此次暴雨提供了直接的水汽條件。水汽通量輻合區的移動、發展與雨帶的移動、發展基本一致。對流層低層的強烈輻合、中高層輻散的環流配置形勢有利于產生強烈的垂直上升運動，對暴雨的產生有促進作用。在暴雨后期，雖然仍然存在較強的垂直運動，但由于水汽輻合減弱，并主要集中在山東南部，降水也隨之減弱。同時，暴雨開始前山東地區上空存在較強的對流不穩定層結，在對流活動的觸發作用下，極易產生強烈的降水。

[1] 吳建成.“7.18”山東暴雨過程的數值模擬和診斷分析[D].南京：南京信息工程大學，2008：1.

[2] 陶詩言.中國之暴雨[M].北京：科學出版社，1980：225.

[3] 張順利，陶詩言，張慶云，等.長江中下游致洪暴雨的多尺度條件[J].科學通報，2002，47(6)：466-472.

[4] 趙玉春，李澤椿，肖子牛.華南鋒面與暖區暴雨個例對比分析[J].氣象科技，2008，36(1)：47-54.

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[6] 王楠，劉勇，郭大梅.用多普勒雷達資料對一次區域性暴雨的中尺度分析[J].氣象，2007，33(8)：29-34.

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Analysis of ‘7.18’ Shandong Heavy Rainfall Process I: Diagnostic Analysis of the Rainstorm Event

TAN Wei-cai1, WEN Ying-fang2, LI Qi-hua3

(1. 75839 Regiment, Guangzhou, Guangdong 510510; 2. Meteorological Bureau of Guiyang City, Guiyang, Guizhou 550001; 3.College of Meteorology and Oceanography, PLA University of Science and Technology, Nanjing, Jiangsu 211101)

Conventional meteorological data, 1°×1° FNL reanalysis data in National Centers for Environmental Prediction every 4 h and 0.25°×0.25°TRMM satellite precipitation reanalysis data every 3 h were used. Conventional observation data were analyzed to diagnose the ‘7.18’ Shandong province rainstorm process in terms of large-scale circulation situation, water vapor condition, dynamic conditions and instable convection stratification. Results showed that the rain gush had the features of short time, strong intensity and wide range, with the rain band moving from north to south. The main influencing synoptic systems to the rainstorm were the Northeast Cold Vortex, westerly trough, southwest vortex, low-level jet stream and subtropical anticyclone, respectively. The humidity condition was abundant, and strong convergence of water vapour supplied the direct moisture condition during the heavy rainfall. The distribution of circulation situation exhibiting strong convergence in lower troposphere and divergence at middle and upper tropo-sphere was helpful to the generation of intense ascending motion, thus provided dynamic condition for the rainstorm. Before the rainstorm, the strong instability stratification over Shandong Province was helpful to the generation of the intense precipitation.

Rainstorm; Diagnostic analysis; Circulation feature; Water vapour condition; Dynamic condition

譚偉才(1991- )，男，湖南婁底人，碩士，從事中尺度氣象學研究。

2016-04-30

S 165+.2

A

0517-6611(2016)18-171-04